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賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真 版權信息
- ISBN：9787512436084
- 條形碼：9787512436084 ; 978-7-5124-3608-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真 本書特色
新書推介——《賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真》 認識和方法的進步，一定會為MBSE帶來些什么…… 在系統(tǒng)工程生命周期流程活動中不斷融入先進的建模與仿真技術，這正反映了基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法論的自我創(chuàng)造過程。當我們有區(qū)別地看待基于模型、基于仿真這兩個方法時，從認識和方法的進步角度，MBSE將呈現出一個新的應用模式——CPS工程，其核心特征我們可以概括為兩個方面： 1、 系統(tǒng)工程所面對的廣義系統(tǒng)對象有了公共的工程范式。 其中，包括復雜自適應系統(tǒng)（CAS）、體系（系統(tǒng)之系統(tǒng)，SoS）、物聯網（IoT）、軟件密集型系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)（NS）、實時嵌入式系統(tǒng)（RTES）等，將其共性特征歸納為賽博物理系統(tǒng)（CPS）：由通信、計算和控制主導物理行為的系統(tǒng)，并以此作為未來的智能系統(tǒng)的基礎架構，在CPS工程中將特別關注所涌現的智能、自主和適應等特性的表達，由形式化模型的構造而解決系統(tǒng)特性的創(chuàng)造，這正是智能系統(tǒng)開發(fā)、或者系統(tǒng)智能開發(fā)的系統(tǒng)工程的解決方案。 2、 由模型連續(xù)性、追溯性構建的共生仿真環(huán)境，支持復雜體系和系統(tǒng)的持續(xù)演進。 跨越貫穿系統(tǒng)的概念、規(guī)范和運行三個層級，結合在線-虛擬-構造（LVC）仿真技術的深化應用，形成支持CPS工程的多視角建模與整體仿真（MPM&HS）的實驗框架，在此貫穿運行場景的概念模型、物理系統(tǒng)模型、指揮/控制/通信/計算的賽博模型以及真實系統(tǒng)動態(tài)數據等，構建虛實混合的共生演進環(huán)境，從而支持復雜體系和系統(tǒng)的概念化構思、場景化演進的開發(fā)和實現過程。2.內容簡介（必填，并且要純文字的，這個字段既不能空著，也不能用圖片代替） 本書面向賽博物理系統(tǒng)(CPS)的智能、自主和適應的復雜性特征,聚焦建模與仿真(M&S)技術 在基于模型的工程、基于仿真的工程等方面的研究成果,廣泛匯編并綜述近年來國際上多個政府組 織、研究團體的相應的文獻和驗證項目,面對被廣為關注的智慧城市、自主駕駛、復雜防務體系等多個 應用領域,詳細闡述 CPS工程中 M&S技術的領先應用模式;同時,就普適性解決方案中共享的概 念,如 CPS統(tǒng)一本體架構、自主系統(tǒng)協同仿真框架、自主系統(tǒng)架構、復雜系統(tǒng)強韌性測度以及社會系 統(tǒng)演進等,提出了卓有建樹的開放性研究思路和探索方向,從而激發(fā)讀者對 M&S的研究興趣,并將 其應用于CPS工程的技術與管理流程中,使本書成為基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)中應用先進 M&S 技術和方法的一站式參考,從而為工程領域提供領先的設計和評估能力發(fā)揮重要的作用。 本書適合從事復雜組織體系和先進工程系統(tǒng)開發(fā)方法研究的學者,以及系統(tǒng)架構師、系統(tǒng)工程師 等從業(yè)者閱讀;可作為系統(tǒng)工程大學教育中復雜系統(tǒng)設計分析的專業(yè)課程的教材,也可作為其他專業(yè) 課程擴展領域的參考書,如針對計算機科學的人工智能和賽博安全、電子工程和控制工程的嵌入式實 時系統(tǒng)、機械工程的現場制造系統(tǒng)等。
賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真 內容簡介
本書面向賽博物理系統(tǒng)(CPS)的智能、自主和適應的復雜性特征,聚焦建模與仿真(M&S)技術 在基于模型的工程、基于仿真的工程等方面的研究成果,廣泛匯編并綜述近年來國際上多個政府組 織、研究團體的相應的文獻和驗證項目,面對被廣為關注的智慧城市、自主駕駛、復雜防務體系等多個 應用領域,詳細闡述 CPS工程中 M&S技術的領先應用模式;同時,就普適性解決方案中共享的概 念,如 CPS統(tǒng)一本體架構、自主系統(tǒng)協同仿真框架、自主系統(tǒng)架構、復雜系統(tǒng)強韌性測度以及社會系 統(tǒng)演進等,提出了卓有建樹的開放性研究思路和探索方向,從而激發(fā)讀者對 M&S的研究興趣,并將 其應用于CPS工程的技術與管理流程中,使本書成為基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)中應用先進 M&S 技術和方法的一站式參考,從而為工程領域提供領先的設計和評估能力發(fā)揮重要的作用。 本書適合從事復雜組織體系和先進工程系統(tǒng)開發(fā)方法研究的學者,以及系統(tǒng)架構師、系統(tǒng)工程師 等從業(yè)者閱讀;可作為系統(tǒng)工程大學教育中復雜系統(tǒng)設計分析的專業(yè)課程的教材,也可作為其他專業(yè) 課程擴展領域的參考書,如針對計算機科學的人工智能和賽博安全、電子工程和控制工程的嵌入式實 時系統(tǒng)、機械工程的現場制造系統(tǒng)等。
賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真 目錄
**部分 簡 介
第1章 賽博物理系統(tǒng)工程中建模與仿真應用的復雜性 SaurabhMittal,AndreasTolk / 3
1.1 概 述 /3
1.2 CPS多模態(tài)的本質特征 / 4
1.3 為什么 CPS工程如此復雜 / 5
1.4 CPS工程的 M&S技術 / 8
1.5 智能性、適應性和自主性方面 /10
1.5.1 智能性/ 10
1.5.2 自主性/13
1.5.3 適應性/ 14
1.6 總 結/15
致 謝 /17
參考文獻 / 17
智能賽博物理系統(tǒng)運行和設計中的挑戰(zhàn) SebastianCastro,PieterJ.Mosterman,AkshayH.Rajhans,etal/ 22
2.1 概 述/22
2.2 聯網的自動駕駛汽車/23
2.3 人類的體能和認知能力的演變/24
2.3.1 能量效率和身體操控/25
2.3.2 認 知/ 25
2.3.3 語言與交流/25
2.3.4 從自然到技術/ 25
2.4 智能賽博物理系統(tǒng)的全景/ 26
2.4.1 工程系統(tǒng)分類/ 26
2.4.2 工程系統(tǒng)集成體的生命周期/28
2.5 系統(tǒng)運行中的挑戰(zhàn)/ 29
2.5.1 互聯運行/ 29
2.5.2 協同運行/ 31
2.6 系統(tǒng)設計和測試中的挑戰(zhàn)/ 32
2.6.1 設 計/ 32
2.6.2 測 試/ 33
2.7 結 論/34
參考文獻 / 35
北約應用建模和仿真支持自主系統(tǒng)的演進 JanMazal,AgostinoG.Bruzzone,MicheleTuri,etal / 43
3.1 概 述…/43
3.2 北約的自主系統(tǒng)/ 44
3.2.1 北約 RTO/SAS 097:支持未來北約作戰(zhàn)的機器人計劃/ 45
3.2.2 MCDC:自主系統(tǒng)(2013—2014年)/46
3.2.3 北約 M&S優(yōu)異中心(COE)在自主系統(tǒng)和賽博領域的努力 /48
3.3 自主系統(tǒng)的建模與仿真會議(MESAS)/49
3.3.1 2014年 MESAS / 50
3.3.2 2015年 MESAS / 51
3.3.3 2016年 MESAS / 52
3.3.4 2017年 MESAS / 53
3.4 自主系統(tǒng):未來的挑戰(zhàn)和機遇 /54
3.4.1 兩用技術是可靠和可持續(xù)的關鍵/55
3.4.2 新方案中的兩用功能/56
3.4.3 應急管理中的自主系統(tǒng)支持北約實現新的能力/57
3.5 結 論/59
參考文獻 / 59
第二部分 支持CPS工程的建模技術
第4章 多視角建模和整體仿真———支持非常復雜系統(tǒng)分析的系統(tǒng)思維方法 MamadouK.Traoré / 67
4.1 概 述/67
4.2 相關研究工作/ 70
4.3 MPM&HS的概念基礎 / 72
4.4 多視角建模/ 73
4.4.1 復雜系統(tǒng)的通用本體/74
4.4.2 層面層級/ 75
4.4.3 尺度層級/ 75
4.4.4 模型層級/ 76
4.5 整體仿真/77
4.6 MPM&HS流程 / 77
4.7 應 用/78
4.8 討 論/81
4.8.1 多視角模型的整體集成背后的語義是什么/82
4.8.2 如何驗證整體集成/ 82
4.9 結 論/83
參考文獻 / 83
第5章 賽博物理系統(tǒng)層級化協同仿真的統(tǒng)一框架 FernandoJ.Barros /= 89
5.1 概 述/89
5.2 相關工作/91
5.3 HyFlow 形式化方法 / 91
5.3.1 基本的 HyFlow 模型 /92
5.3.2 案例:脈沖積分器 / 92
5.3.3 HyFlow 網絡模型 / 94
5.4 數值積分/95
5.4.1 指數積分器/ 96
5.4.2 幾何積分器/97
5.4.3 模型的可組合性/98
5.5 流形隨機 Petri網 /99
5.6 結 論 /102
參考文獻/ 102
第6章 基于模型的體系工程權衡分析 AleksandraMarkina Khusid,RyanB.Jacobs,JudithDahmann /106
6.1 概 述 /106
6.2 體系、賽博物理系統(tǒng)和物聯網/106
6.3 體系權衡分析的挑戰(zhàn) /108
6.4 基于模型的架構作為體系權衡分析的框架 /111
6.5 建立體系目標和評估準則 /116
6.6 評估可選的方案 / 117
6.6.1 支持體系權衡空間分析的輕量級分析工具 / 118
6.6.2 支持體系權衡空間分析的集成工程環(huán)境 /122
6.7 結 論 /124
參考文獻/ 126
第7章 管控物聯網生態(tài)系統(tǒng)復雜性和風險的系統(tǒng)實體結構建模 SaurabhMittal,SheilaA.Cane,CharlesSchmidt,etal / 130
7.1 概 述 /130
7.2 IoT 的定義以及以設備為中心的世界觀 /132
7.3 系統(tǒng)實體結構(SES)模型 /134
7.4 IoT 模型 /138
7.5 案例研究:Mirai攻擊 / 140
7.5.1 說 明 / 140
7.5.2 使用IoT 的SES模型對 Mirai用例建模 /140
7.6 IoT 的風險 / 146
7.6.1 IoT 技術后果 / 146
7.6.2 綜合風險評估框架 /146
7.7 結 論 /147
參考文獻/ 149
第三部分 基于仿真的CPS工程
第8章 支持 CPS嵌入式控制器高效開發(fā)的仿真模型連續(xù)性 RodrigoD.Castro,EzequielPeckerMarcosig,JuanI.Giribet / 155
8.1 概述與動機 / 155
8.1.1 賽博物理系統(tǒng)的控制 /156
8.1.2 DEVS作為建模和仿真的形式化方法 /158
8.1.3 仿真模型連續(xù)性的方法 /159
8.2 相關技術背景 / 160
8.2.1 DEVS框架 / 161
8.2.2 PowerDEVS仿真器 /162
8.2.3 機器人操作系統(tǒng)中間件 /162
8.3 應用 ROS的 DEVS(DoveR):基于模型連續(xù)性的方法論的實現 / 163
8.3.1 PowerDEVS引擎與 ROS中間件之間的通信 / 165
8.3.2 RaspberryPi的嵌入式仿真 /168
8.4 機器人實驗平臺:硬件和模型/168
8.4.1 連續(xù)的機器人模型和離散的調節(jié)控制器 /169
8.4.2 硬件描述 /170
8.5 實驗性案例研究:以模型連續(xù)性為中心的方法論支持控制器的開發(fā)/ 171
8.6 實施 DoveR的挑戰(zhàn) / 174
8.7 結 論 /175
參考文獻/ 176
第9章 預測慢性病癥狀事件的 CPS設計方法論 KevinHenares,JosuéPag,JoséL.Ayala,etal /179
9.1 概 述 /179
9.1.1 移動云計算與健康中的預測建模 /179
9.1.2 IoT 的能源效率 / 180
9.1.3 偏頭痛疾病 / 181
9.1.4 CPS設計中的建模與仿真 /182
9.2 一般的架構 / 182
9.2.1 數據采集系統(tǒng) / 183
9.2.2 魯棒預測系統(tǒng) / 183
9.2.3 專家決策系統(tǒng) / 187
9.3 軟件模型和物理實現 / 187
9.3.1 軟件模型 / 189
9.3.2 物理實現 / 191
9.4 能量消耗和可擴展性問題 …/194
9.4.1 能量消耗 / 194
9.4.2 可擴展性問題 195
9.5 結 論 /197
參考文獻/ 198
第10章 面向自主應用基于模型的工程 RahulBhadani,MattBunting,JonathanSprinkle /200
10.1 概 述/200
10.2 背 景/200
10.2.1 驗證與確認/201
10.2.2 基于模型的系統(tǒng)方法:關聯到 CPS /202
10.2.3 基于模型的 V&V /203
10.2.4 面向自主的應用/ 204
10.3 基于模型的工程方法/204
10.3.1 基于模型的工程的工作流/206
10.3.2 特定領域建模環(huán)境/207
10.4 基于模型的工程中的建模與仿真/208
10.4.1 基于模型的工程中的計算建模/209
10.4.2 軟件在環(huán)仿真/ 211
10.4.3 硬件在環(huán)仿真/ 212
10.5 用例:控制車輛 CPS的速度 /212
10.6 用例:CPS設計的特定領域建模語言 /215
10.7 結 論/216
參考文獻/ 217
第四部分 賽博元素
第11章 關注賽博物理系統(tǒng)的安全 ZachFurness/227
11.1 賽博物理系統(tǒng)/ 227
11.1.1 賽博物理系統(tǒng)的定義/227
11.1.2 相關系統(tǒng)/ 227
11.2 面臨的安全挑戰(zhàn)/ 228
11.2.1 運輸:車輛安全 / 228
11.2.2 健康IT:醫(yī)療設備安全 /229
11.2.3 能源系統(tǒng):智能電網 /230
11.3 CPS安全 M&S的挑戰(zhàn)和機遇/231
11.3.1 將 M&S應用于系統(tǒng)安全工程和強韌性/231
11.3.2 CPS安全的數字孿生概念 /232
11.3.3 將 M&S應用于 CPS風險評估 /232
11.3.4 CPS賽博靶場 / 232
參考文獻/ 233
第12章 賽博物理系統(tǒng)強韌性———框架、測度、復雜性、挑戰(zhàn)和未來方向 MdArifulHaque,SachinShetty,BheshajKrishnappa / 236
12.1 概 述/236
12.2 賽博強韌性:相關研究工作簡介 /236
12.3 賽博物理系統(tǒng)的強韌性/ 237
12.3.1 強韌 CPS的特征 /239
12.3.2 強韌性測度的要求/239
12.4 強韌性測度和框架/ 239
12.4.1 CPS賽博威脅態(tài)勢 /240
12.4.2 CPS強韌性測度 /241
12.4.3 CPS的賽博強韌性框架 /243
12.5 定性的 CPS強韌性測度 /246
12.6 CPS強韌性的定量建模 /248
12.6.1 關鍵賽博資產的建模/248
12.6.2 跳板攻擊的建模/ 249
12.6.3 風險和強韌性的建模與估計/249
12.6.4 攻擊場景的建模與設計/252
12.6.5 基礎物理過程和設計約束的建模/253
12.7 CPS強韌性測度的仿真平臺 /254
12.7.1 定性仿真平臺/254
12.7.2 定量仿真平臺/255
12.7.3 驗證和確認計劃/ 256
12.7.4 仿真平臺的用例/ 256
12.8 復雜性、挑戰(zhàn)和未來方向 …/258
12.9 結 論/260
參考文獻/ 261
第13章 社會結構中的賽博創(chuàng)造物 E.DanteSuarez,LorenDemerath /265
13.1 概 述/265
13.2 賽博物理系統(tǒng)的涌現性/ 267
13.3 分布式代理:描述多層次結構和機構的語言 /269
13.4 社會適應性:對于人類適應并操控環(huán)境的自然延伸 / 274
13.5 復雜性與社會性:CPS與社會科學的適配點 /275
13.6 CPS結構:應用到人類方面 /277
13.7 結 論/284
參考文獻/ 285
第五部分 發(fā)展方向
第六部分 第14章 賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真應用復雜性的研究主題 AndreasTolk,SaurabhMittal /291
14.1 概 述/291
14.2 在本書中識別的研究挑戰(zhàn)/292
14.2.1 公共的形式化方法/292
14.2.2 復雜的環(huán)境/293
14.2.3 復雜的工具集/294
14.2.4 多視角挑戰(zhàn)/ 296
14.2.5 復雜項目中支持更好溝通的 M&S方法/297
14.2.6 賽博物理系統(tǒng)強韌性/298
14.2.7 支持人-機團隊 / 299
14.3 討 論/300
參考文獻/ 300
結束語 賽博物理系統(tǒng)———用建模和仿真均衡人們的熱情和謹慎 KrisRosfjord /305
參考文獻/ 306
附 錄 詞匯表…/307
展開全部
賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真 作者簡介
主編簡介 SaurabhMittal是 MITER公司(位于俄亥俄州費爾博恩)仿真、實驗和博弈部門的首席科學家,國際建模與仿真學會(SCS)(位于加利福尼亞州圣地亞哥)副主席、董事會 成員;擁有亞利桑那大學圖森分校電子和計算機工程博士學位和碩士學位,并在系統(tǒng)和工業(yè)工程以及管理和信息系統(tǒng)領域獲得兩個輔修學位;與他人合作發(fā)表100多篇文獻, 包括書籍章節(jié)、期刊論文和會議論文,其中有3本書涉及復雜系統(tǒng)、體系(系統(tǒng)之系統(tǒng))、 復雜自適應系統(tǒng)、涌現行為、建模和仿真(M&S)以及跨多學科的基于M&S的系統(tǒng)工程;曾在許多國際會議計劃/技術委員會任職,是著名學術期刊的推薦人,并在SCS Transactions、《防務 M&S》雜志和《復雜組織體架構(EA)知識體》的編輯委員會任職; 曾獲美國亞利桑那大學的“卓越領導獎”、美國國防部z高的民間合同方獎———金鷹獎,以及SCS的“杰出服務和專業(yè)貢獻獎”。 AndreasTolk是 MITER公司(位于弗吉尼亞州漢普頓)的高級管理人員,是弗吉尼亞州諾福克市 OldDominion大學的兼職教授;擁有德國聯邦武裝大學計算機科學博士學位和理學碩士學位;研究興趣包括計算和認識論的基礎、M&S的約束以及計算科學中構成基于模型的解決方案的數學基礎;發(fā)表了250多篇同行評審的期刊論文、書籍章節(jié)和會議論文,并編輯了10部有關M&S以及系統(tǒng)工程主題的教科書和綱要;是建模與仿真學會的會員、IEEE和計算機協會的高級會員。 譯者簡介 高星海，研究員，北京航空航天大學無人系統(tǒng)研究院系統(tǒng)架構首席，國際系統(tǒng)工程委員會（INCOSE）認證系統(tǒng)工程師（CSEP）。曾任中國航空工業(yè)集團公司信息技術中心常務副主任，金航數碼科技有限責任公司總工程師，航空工業(yè)集團公司系統(tǒng)工程推進辦公室副主任等。多年來，面向高端裝備領域復雜系統(tǒng)的創(chuàng)新開發(fā)和管理，大力推進基于模型的系統(tǒng)工程，組織建立全球認可的系統(tǒng)工程培訓和認證體系，目前培訓人員超過1500人，300多人獲得國際系統(tǒng)工程師認證。曾主持兩化深度融合創(chuàng)新體驗中心建設和運營，建立國內領先的系統(tǒng)工程技術服務團隊。曾出版譯著《基于模型的系統(tǒng)工程有效方法》。作為主要創(chuàng)造人之一參加的大型航空企業(yè)基于數字系統(tǒng)工程的正向創(chuàng)新型研發(fā)體系建設項目，獲2018年全國企業(yè)管理現代化創(chuàng)新成果一等獎。
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