智能管理单元与认知环境

个体、群体和社区的CPS都是由最基本的CPS单元构成的，CPS基本单元又分为智能控制单元、智能管理单元和认知环境，其中智能控制单元和智能管理单元分别面向局部设备和局部系统，认知环境为二者提供具有自成长性的智能化能力支撑，是实现CPS由局部到整体的应用推广的关键，如图4-8所示。

图4-8 CPS的3个基本单元

1.智能控制单元

如图4-9所示，CPS智能控制单元面向CPS应用体系中的局部装备，通过在装备自身搭载具有感知、分析和控制能力的智能系统，对本地数据进行实时分析与挖掘，构建局部CPS，实现对单一装备数据的“数据-信息-知识”转化，解决集群环境下的单体装备控制、状态管理、协同优化等问题，并通过安全高效的知识传输，在云端认知环境实现知识的汇集融合；同时，装备自身的智能系统也可接收来自云端的多源决策服务支持，打破本地装备信息的局限性，实现更加优质高效的局部智能控制。

智能控制单元的核心目的是使装备在具备自省性和自比较性的基础上，能够自动适应面向自身状态、环境和任务的变化调整控制，从而增强整个系统的强韧性，提高系统灵活适应复杂任务的能力。

图4-9 智能控制单元

2.智能管理单元

CPS智能管理单元面向CPS应用体系中的局部系统，可以是一个微型的多设备管理系统，也可以是一个工厂的生产管理系统。如图4-10所示，CPS智能管理单元以局部系统为载体，实现多个设备之间知识的交互与共享，形成本地智能设备与远程认知环境相互协同、个体智能与群体智能相互协同的一体化智能管理单元，优化系统的协同经济性、安全性及高效性，实现装备集群作为一个整体的目标最优化和价值最大化。

图4-10 智能管理单元

3.认知环境

图4-11 认知环境

CPS认知环境，向上可服务智能管理，向下可驱动智能控制，是知识发现与管理调度的平台。虽然CPS认知环境并不实时地参与智能控制和智能管理，但是会随着知识的积累不断优化智能控制单元和智能管理单元中的感知、分析和决策的模型，这正是CPS能够自我成长的关键，也是CPS推广应用的核心组成。

CPS认知环境的本质是一个超大型的自成长知识库，主要由4个子空间，1个推演中心和1个管控平台组成（见图4-11），实现知识的积累、成长和应用。

1.Cyber个体映射子空间

个体映射子空间重点解决实体空间装备个性化特征相关知识的积累与成长。通过CPS数据分析与信息服务平台提供的新数据、新信息和新知识，在映射子空间中的孪生模型（Twin Model）中进行同步与计算，不断丰富模型内涵，映射出实体空间对象的个性化特征，并通过友好的可视化UI接口进行输出。

2.Cyber群体映射子空间

群体映射子空间重点解决实体空间装备共性化特征相关知识的积累与成长。通过CPS数据分析与信息服务平台提供的新数据、新信息和新知识，在映射子空间中的孪生模型集群中进行同步与计算，不断丰富模型内涵，映射出实体空间对象的共性化特征，并通过友好的可视化UI接口进行输出。

3.Cyber环境映射子空间

环境映射子空间重点解决与实体空间对象的外部影响特征相关知识的积累与成长，比如天气、工况、操作等。通过CPS数据分析与信息服务平台提供的新数据、新信息和新知识，在映射子空间中的虚拟环境模型中进行同步与计算，不断丰富模型内涵，映射出实体空间对象的外部影响特征，并通过友好的可视化UI接口进行输出。

4.Cyber活动映射子空间

活动映射子空间重点解决与实体空间对象的内部影响特征相关知识的积累与成长，比如活动的组织关系、目标、约束等。通过CPS数据分析与信息服务平台提供的新数据、新信息和新知识，在映射子空间中的虚拟活动模型中进行同步与计算，不断丰富模型内涵，映射出实体空间对象的内部影响特征，并通过友好的可视化UI接口进行输出。

5.Cyber空间推演中心

空间推演中心重点解决基于知识的推理。Cyber空间的主要优势在于不但可以映射出实体空间不易测量的关键特征，且能够对特征未来的发展趋势进行推断和预测，从而能够及时准确地提供重要的分析和决策信息。空间推演中心可根据分析目标，调用Cyber子空间中的模型与知识，通过设计、配置和执行，来对分析目标进行推演分析，同时可对分析结论的可靠性进行评估。

6.Cyber知识调度与管控平台

知识调度与管控平台重点解决知识的调度与管理，实现知识的有序传递、组织和应用。主要实现赛博实体映射空间内部的知识调度与管理，以及外部的CPS数据分析与信息服务平台、CPS云智能胶囊之间的知识调度与管理。