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面向先进制造的社会信息物理生产系统智能安全与前沿计算

2021-08-03

随着“德国工业4.0”和“中国制造2025”总体布局和目标,大型成套装备、节能环保装备、交通装备、农机及工程机械、轴承和基础件等装备行业智能化改造,实现装备制造业由生产传统装备向生产智能装备、由提供单一设备向提供成套设备、由流水线批量生产向个性化生产便捷化服务转变。随着信息物理系统(Cyber-physicalsystem,CPS)融合深度和融合广度的不断增加,信息物理生产系统(Cyber-physicalproductionsystem,CPPS)呈现出显著的社会化趋势,社会信息物理生产系统(Socialcyber-physicalproductionsystem,SCPPS)成为新型工业系统和传统产业数字化转型的研究焦点和亟待解决的卡脖子难题。近年来,我国先进制造业场景下的工业物联网(Industrial IoT,IIoT)平台得到迅猛发展,学术界和工业界也最新提出了新兴的社会物联网(Social IoT,SIoT)概念,比传统物联网更多关注各类应用场景下人的社会性、交互性和主动性等基本特性,洞察人与人、人与物(设备)、物(设备)与物(设备)之间的互联和交互。因此,IIoT和SIoT必将走向深度融合,实现工业物联网场景下的人—机—物等主体要素基础元数据的全面感知和计算。

随着人在计算系统和工业物联网中的作用越发重要,工业物联网的信息安全漏洞被攻击,可能引起工业安全相关系统或设备的功能失效。工业物联网终端的主要安全隐患主要包含硬件设备攻击、对操作系统的攻击、对业务应用的攻击和网络攻击等。社会情境物联网(SIoT)对人的行为和交互产生了巨大影响,很多复杂问题需要集成考虑人的因素。当前,如何更加系统全面、准确地构建以人和设备物品为中心的工业物联网社会情境安全框架,并进一步探究的环境、行为、目标,以及他们所隐藏的意图(意愿)等情境信息,以及基于这些信息实现工业物联网通信链接选择方法、路径优化理论和群体用户的多维情感计算理论,成为社会网络安全领域学术界和工业界共同面临的重要挑战。

在全球先进制造业领域,工业物联网平台是智能制造的基础及核心,它的研究与应用能够帮助制造企业提升智能制造水平,大力推进制造业数字化、网络化、智能化发展,助力“中国制造2025”国家战略的落地,为“中国智造”提供智能支持。此外,在智能加工制造与工业过程控制、健康医疗设备与辅助生活、智能交通控制与安全、能源储备、环境监控、航空电子、防御系统、新型基础设施建设等领域,均有着广泛的应用前景。在工业物联网应用场景下,以人—机—物交互为中心的社会情境分析中的潜在意愿、意图和目标,能够更加智能、高效、安全、可靠地实现工业物联网服务,研究SIoT情境智能安全和前沿计算,将具有极其重要的应用基础理论研究意义,对探索以人为中心的信息-物理-社会融合系统安全和计算理论,也具有重要的科学理论意义;对国家和区域经济先进制造高质量发展中所亟需的智能化平台建设,解决人和工业基础核心软硬件智能交互过程中的关键技术和“卡脖子”难题,推动国家“中国制造2025”高质量发展,具有广阔的应用前景和使用价值。

社会情境分析赋能数字社会人、机、物融合.jpg

本研究主要技术突破与创新包括:

    (1)创造性提出了在面向先进制造的社会信息物理生产系统场景下,以人和工业设备(工业传感器)主动交互为中心的社会情境安全框架和计算方法,建立社会工业物联网群体用户协同工作的意图预测和目标识别模型,实现工业物联网和社会物联网的有机深度融合;

    (2)通过融合社会工业物联网和社会情境安全理论,提出基于社会情境安全的通信链接选择方法和路径优化理论的可计算方法,实现链接选择过程中的高效性和鲁棒性。 

    (3)建立社会信息物理生产系统安全服务的情境化需求分析方法,建立个性化、智能化服务类需求的社会工业物联网情境安全模型,为进一步实现安全服务(功能)优化和服务进化,提供必要的理论基础。

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