一种实现信息物理融合系统CPS模型的方法及其模型与流程

本发明涉及信息化技术领域，特别是涉及一种实现信息物理融合系统cps模型的方法及其模型。

背景技术：

工业4.0的基础是建立信息物理融合系统cps（cyberphysicalsystems，信息物理融合系统），连接一切的信息物理融合系统（cps）是实现智能工厂、智能生产的基础，在这个模型中，可以看到“服务”的概念，传感器服务、控制服务、通讯服务、校验服务、信息服务等，所有的服务形成了一个服务库，每个服务完成不同的功能，服务与服务之间相互连接，构成一个柔性的智能生产网络，每个服务来自不同的系统，因此，整个cps网络系统就是一个服务连接的网络，即是“务联网”的概念，通过“服务”的抽象，屏蔽了各个信息系统及物理设备的差异性，在服务层面具有共通性，因而容易建立起连接。

目前，cps网络模型是一个理想的参考架构，在cps网络模型中并没有给出怎么解决异构系统及设备间的连通性问题的技术实现方法和路径。因此，建立实用的cps模型及其实现方法是实现cps亟须解决的问题。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种实现信息物理融合系统cps模型的方法及其模型，以实现所有软（硬）件（子系统）间的无缝对接。

为达上述及其它目的，本发明提出一种实现信息物理融合系统cps模型的方法，包括如下步骤：

一种实现信息物理融合系统cps模型的方法，包括如下步骤：

步骤一，根据信息物理融合系统cps的功能要求获得n个不同目标功能的子系统，建立n个所述不同目标功能要求的子系统及对应的数据库；

步骤二，建立him矩阵，将n个子系统及其数据库进行编码后分别置于所述him矩阵斜对角线上；

步骤三，建立单个子系统k对应于其他n-1个子系统的所有服务交换文件夹，并进行编码，置于所述him矩阵中斜对角线上k子系统的上下方；

步骤四，建立每个子系统服务交换文件夹的信息交换标准，形成him模型；

步骤五，基于所述him模型建立网络云交换操作系统，实现每个系统的信息交换服务内容无缝对接。

进一步地，于步骤三中，将第k个子系统及其数据库向n-1个子系统推送服务编码后置于所述him模型的第k列，对应于第k个子系统的him模型的行成为第k个子系统的接收服务编码。

进一步地，him每个纵列除斜对角线外的n-1个推送服务文件夹的编码规则按照两两服务文件夹编码前后顺序组合；根据业务流程及单个子系统功能分析每个服务的关联关系，将无关联的推送服务文件夹编码置0。

进一步地，于步骤四中，分别对第k个子系统的每个服务文件夹建立服务交换标准，将每个服务交换标准编写成接口程序内置于第k个子系统及在对应于子系统k的其他n－1个子系统中内置接口程序，以实现每个系统的信息交换服务无缝对接。

进一步地，所述服务交换标准包括交换内容与格式。

为达到上述目的，本发明还提供一种实现信息物理融合系统cps模型，包括：

子系统及数据库建立单元,用于根据信息物理融合系统cps的功能要求获得n个不同目标功能，建立n个所述不同目标功能要求的子系统及对应的数据库；

子系统及数据库文件夹建立单元,用于建立子系统及其数据库文件，将n个子系统及其数据库进行编码后分别置于him矩阵的斜对角线上；

服务交换文件夹建立单元，用于建立单个子系统k对应于其他n-1个子系统所有服务交换文件夹，并进行编码，置于所述him矩阵斜对角线k子系统的上下方；

信息交换标准建立单元，用于建立每个子系统服务交换文件夹的信息交换标准，形成him模型；

信息交换服务实现单元,将每个服务交换标准编写成接口程序内置于第k个子系统及在对应于子系统k的其他n－1个子系统中内置接口程序；

云交换操作系统，用于基于所述him模型建立网络云交换操作系统，实现每个子系统的信息交换服务的无缝对接。

进一步地，所述服务交换文件夹建立单元，用于将第k个子系统及其数据库对n-1个子系统推送服务编码后置于所述him模型的第k列，对应子系统的him模型的行是第k个系统及其数据库的接收服务编码。

进一步地，him每个纵列除斜对角线外的n-1个推送服务文件夹的编码规则按照两两服务交换文件夹编码前后顺序组合；根据业务流程及单个子系统功能分析每个服务的关联关系，将无关联的推送服务交换文件夹编码置0。

进一步地，所述信息交换标准建立单元分别对第k个子系统的每个服务文件夹建立服务交换标准，将每个服务交换标准编写成接口程序内置于第k个子系统及在对应于子系统k的其他n－1个子系统中内置接口程序，以实现每个系统的信息交换服务无缝对接。

进一步地，所述服务交换标准包括交换内容与格式。

与现有技术相比，本发明一种实现信息物理融合系统cps模型的方法及其模型，以利用him（huang’interoperabilitymatrix，黄氏互操作矩阵）建立一种实用的cps模型，可实现所有软（硬）件（子系统）间数据无缝对接的“务联网”。

附图说明

图1为本发明一种实现信息物理融合系统cps模型的方法的步骤流程图；

图2为本发明一具体实施例实现的him模型图；

图3为本发明一种实现信息物理融合系统cps模型的架构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种实现信息物理融合系统cps模型的方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种实现信息物理融合系统cps模型的方法，包括如下步骤：

步骤101，根据信息物理融合系统cps的功能要求获得n个不同目标功能，建立n个所述不同目标功能要求的软（硬）件子系统及对应的数据库（服务库）。这里需说明的是，该n个不同目标功能要求的软（硬）件（子系统）及其对应n个不同数据库（服务库）可以是分布、异构的物理资源（服务器、存储设备等）的系统及数据库，当然也可以是同构的物理资源的系统及数据库，本发明不以此为限。

步骤102，建立him矩阵，将n个子系统及其数据库进行编码分别置于him斜对角线上。具体地，于步骤102中，先建立him（huang’interoperabilitymatrix，黄氏互操作矩阵）矩阵，并将所建立的n个子系统及其数据库编码置于him（huang’interoperabilitymatrix，黄氏互操作矩阵）矩阵的斜对角线，呈现为统一的逻辑对象，以安全和可管理的方式供使用，在本发明具体实施例中，子系统及其数据库对应的服务文件夹原则上按三级分类编码

步骤103，建立子系统k对应的n-1个子系统所有服务交换文件夹并进行编码，置于him斜对角线k子系统的上下方。具体地，将第k个系统数据库向n-1个系统推送服务进行编码后置于him的第k列，对应的him的行是第k个系统的接收服务（即接收服务数为n-1个）的编码；在本发明具体实施例中，him每个纵列除斜对角线外的n-1个推送服务文件夹的编码规则按照两两服务文件夹编码前后顺序组合；根据业务流程及单个子系统功能分析每个服务的关联关系，将无关联的推送与接收服务文件夹编码置0。

步骤104，建立每个子系统服务交换文件夹的信息交换标准，形成him模型。具体地，分别对第k（k＝1~n）个子系统的服务文件夹建立（n－1）个服务交换交换标准（明确交换内容与格式），将每个服务交换标准（推送及接收）编写成接口程序内置于第k个子系统及其他n-1个子系统，以实现每个子系统的信息交换服务无缝对接。

步骤105，基于him模型建立网络云交换操作系统，实现每个子系统的信息交换服务无缝对接的“务联网“。

本发明中，黄氏互操作矩阵（huang’interoperabilitymatrix）既表达了分层次（hierarchical）的信息关系又包容了混合的（hybridization）数据格式，是cps网络模型的技术方法和实现“务联网”的路径。

图2为本发明一具体实施例实现的him模型图。以下将配合图2通过该具体实施例来进一步说明本发明：

步骤一，根据信息物理融合系统cps的功能要求获得n个不同目标功能；其中所述n为整数；

步骤二，分别建立所述n个不同目标功能要求的软（硬）件系统以及n个不同目标功能要求的软（硬）件子系统对应的n个不同数据库（服务库）；

步骤三，将n个子系统及其数据库置于him的斜对角线；

步骤四，将第k个子系统及其数据库的对其他n-1个子系统的推送服务置于him的第k个列；对应的him行则是第k个子系统的接收服务（即接收服务数为n-1个）；

步骤五，对him斜对角线的n个子系统（数据库）进行编码；对him每个纵列除斜对角线外的n-1个推送服务交换文件夹进行编码，分析每个服务的关联关系，将无关联的推送服务交换文件夹编码置0；

步骤五，分别对第k（k＝1~n）个系统的每个服务文件夹建立服务交换标准（交换内容与格式）；将每个服务交换标准（推送及接收）编写成接口程序内置于第k个子系统及在对应于子系统k的其他n－1个子系统中内置接口程序；

步骤六，根据him的第k个推送及接收文件夹编码编写网络操作系统，实现每个系统的信息交换服务无缝对接。

图3为本发明一种实现信息物理融合系统cps模型的系统架构图。如图3所示，本发明一种实现信息物理融合系统cps模型，包括：子系统及数据库建立单元30、服务文件夹建立单元31、服务交换文件夹建立单元32、信息交换标准建立单元33以及云交换操作系统建立单元34。

子系统及数据库建立单元30，用于根据信息物理融合系统cps的功能要求获得n个不同目标功能，建立n个所述不同目标功能要求的软（硬）件子系统及对应的数据库（服务库）。这里需说明的是，该n个不同目标功能要求的软（硬）件（子系统）及其对应n个不同数据库（服务库）可以是分布、异构的物理资源（服务器、存储设备等）的系统及数据库，当然也可以是同构的物理资源的系统及数据库，本发明不以此为限。

服务文件夹建立单元31，用于将n个子系统及其数据库进行编码分别置于him斜对角线上。具体地，him建立单元31先建立him（huang’interoperabilitymatrix，黄氏互操作矩阵）矩阵，并将所建立的n个系统及其数据库编码置于him（huang’interoperabilitymatrix，黄氏互操作矩阵）矩阵的斜对角线，呈现为统一的逻辑对象，以安全和可管理的方式供使用，在本发明具体实施例中，单个子系统及其数据库对应的服务文件夹原则上按三级分层关系编码。

服务交换文件夹建立单元32，用于建立单个子系统对应的所有服务交换文件夹并进行编码，置于him斜对角线的上下方。具体地，服务交换文件夹建立单元32将第k个子系统及其数据库对n-1个子系统推送服务编码后置于him的第k列，相应的him的行是第k个系统及其数据库的接收服务（即接收服务数为n-1个）的编码；在本发明具体实施例中，him每个纵列除斜对角线外的n-1个推送服务文件夹的编码规则按照两两服务文件夹编码前后顺序组合；根据业务流程及单个系统功能分析每个服务的关联关系，将无关联的推送服务文件夹编码置0。

信息交换标准建立单元33，用于建立每个子系统服务交换文件夹的信息交换标准，形成him模型。具体地，信息交换标准建立单元33分别对第k（k＝1~n）个子系统的每个服务文件夹建立服务交换标准（明确交换内容与格式），将每个服务交换标准（推送及接收）编写成接口程序内置于第k个系统及在对应于子系统k的其他n－1个子系统中内置接口程序，以实现每个系统的信息交换服务无缝对接。

云交换操作系统建立单元34，用于建立基于him模型的网络云交换操作系统，实现每个系统的信息交换服务的无缝对接。

以下将通过一实施例来具体本发明：本实施例描述的是某集成系统，其实现步骤如下：

1、根据集成系统的功能要求获得691个不同目标功能；

2、分别建立所述691个不同目标功能要求的软（硬）件（子系统）；

3、691个不同目标功能要求的软（硬）件子系统对应691个不同数据库（服务库）；

4、将691个子系统及其数据库置于him的斜对角线；

5、将第k个子系统数据库向690个系统推送服务置于him的第k个列；相应的him行是第k个系统的接收服务（接收服务数为690个）；

6、对him的691个系统（数据库）进行编码；对him每个纵列的690个推送服务交换文件夹进行编码；分析每个服务的关联关系，将无关联的推送服务交换文件夹编码置0；

7、分别对第k（k＝1~691）个子系统的每个服务交换文件夹建立服务交换标准（交换内容与格式）；将每个服务交换标准（推送及接收）编写成接口程序内置于第k个系统及在对应于子系统k的其他690个子系统中内置接口程序；

8、根据him的第k个推送及接收文件夹编码编写网络操作系统，实现每个系统的信息交换服务无缝对接。

可见，通过本发明，him模型中任意增加一个软件系统都可以与其他系统实现无缝对接。

综上所述，本发明一种实现信息物理融合系统cps模型的方法及其模型，以利用him（huang’interoperabilitymatrix，黄氏互操作矩阵）建立一种实用的cps模型，可实现所有软（硬）件系统间的无缝对接。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。