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賽博物理系統工程建模與仿真 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：>
賽博物理系統工程建模與仿真 本書特色
新書推介——《賽博物理系統工程建模與仿真》 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工程（MBSE）方法論的自我創造過程。當我們有區別地看待基于模型、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、 系統工程所面對的廣義系統對象有了公共的工程范式。 其中，包括復雜自適應系統（CAS）、體系（系統之系統，SoS）、物聯網（IoT）、軟件密集型系統、網絡系統（NS）、實時嵌入式系統（RTES）等，將其共性特征歸納為賽博物理系統（CPS）：由通信、計算和控制主導物理行為的系統，并以此作為未來的智能系統的基礎架構，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特性的創造，這正是智能系統開發、或者系統智能開發的系統工程的解決方案。 2、 由模型連續性、追溯性構建的共生仿真環境，支持復雜體系和系統的持續演進。 跨越貫穿系統的概念、規范和運行三個層級，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、物理系統模型、指揮/控制/通信/計算的賽博模型以及真實系統動態數據等，構建虛實混合的共生演進環境，從而支持復雜體系和系統的概念化構思、場景化演進的開發和實現過程。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(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統一本體架構、自主系統協同仿真框架、自主系統架構、復雜系統強韌性測度以及社會系 統演進等,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開發方法研究的學者,以及系統架構師、系統工程師 等從業者閱讀;可作為系統工程大學教育中復雜系統設計分析的專業課程的教材,也可作為其他專業 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、機械工程的現場制造系統等。
賽博物理系統工程建模與仿真 內容簡介
本書面向賽博物理系統(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統一本體架構、自主系統協同仿真框架、自主系統架構、復雜系統強韌性測度以及社會系 統演進等,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開發方法研究的學者,以及系統架構師、系統工程師 等從業者閱讀;可作為系統工程大學教育中復雜系統設計分析的專業課程的教材,也可作為其他專業 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、機械工程的現場制造系統等。
賽博物理系統工程建模與仿真 目錄
**部分 簡 介
第1章 賽博物理系統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
智能賽博物理系統運行和設計中的挑戰 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 智能賽博物理系統的全景/ 26
2.4.1 工程系統分類/ 26
2.4.2 工程系統集成體的生命周期/28
2.5 系統運行中的挑戰/ 29
2.5.1 互聯運行/ 29
2.5.2 協同運行/ 31
2.6 系統設計和測試中的挑戰/ 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的演進 JanMazal,AgostinoG.Bruzzone,MicheleTuri,etal / 43
3.1 概 述…/43
3.2 北約的自主系統/ 44
3.2.1 北約 RTO/SAS 097:支持未來北約作戰的機器人計劃/ 45
3.2.2 MCDC:自主系統(2013—2014年)/46
3.2.3 北約 M&S優異中心(COE)在自主系統和賽博領域的努力 /48
3.3 自主系統的建模與仿真會議(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:未來的挑戰和機遇 /54
3.4.1 兩用技術是可靠和可持續的關鍵/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———支持非常復雜系統分析的系統思維方法 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 賽博物理系統層級化協同仿真的統一框架 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、賽博物理系統和物聯網/106
6.3 體系權衡分析的挑戰 /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境 /122
6.7 結 論 /124
參考文獻/ 126
第7章 管控物聯網生態系統復雜性和風險的系統實體結構建模 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的仿真模型連續性 RodrigoD.Castro,EzequielPeckerMarcosig,JuanI.Giribet / 155
8.1 概述與動機 / 155
8.1.1 賽博物理系統的控制 /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 機器人操作系統中間件 /162
8.3 應用 ROS的 DEVS(DoveR):基于模型連續性的方法論的實現 / 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 連續的機器人模型和離散的調節控制器 /169
8.4.2 硬件描述 /170
8.5 實驗性案例研究:以模型連續性為中心的方法論支持控制器的開發/ 171
8.6 實施 DoveR的挑戰 / 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 / 183
9.2.2 魯棒預測系統 / 183
9.2.3 專家決策系統 / 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 軟件在環仿真/ 211
10.4.3 硬件在環仿真/ 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 關注賽博物理系統的安全 ZachFurness/227
11.1 賽博物理系統/ 227
11.1.1 賽博物理系統的定義/227
11.1.2 相關系統/ 227
11.2 面臨的安全挑戰/ 228
11.2.1 運輸:車輛安全 / 228
11.2.2 健康IT:醫療設備安全 /229
11.2.3 能源系統:智能電網 /230
11.3 CPS安全 M&S的挑戰和機遇/231
11.3.1 將 M&S應用于系統安全工程和強韌性/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 賽博物理系統強韌性———框架、測度、復雜性、挑戰和未來方向 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造物 E.DanteSuarez,LorenDemerath /265
13.1 概 述/265
13.2 賽博物理系統的涌現性/ 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 發展方向
第六部分 第14章 賽博物理系統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/292
14.2.1 公共的形式化方法/292
14.2.2 復雜的環境/293
14.2.3 復雜的工具集/294
14.2.4 多視角挑戰/ 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———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,并在系統和工業工程以及管理和信息系統領域獲得兩個輔修學位;與他人合作發表100多篇文獻, 包括書籍章節、期刊論文和會議論文,其中有3本書涉及復雜系統、體系(系統之系統)、 復雜自適應系統、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;發表了250多篇同行評審的期刊論文、書籍章節和會議論文,并編輯了10部有關M&S以及系統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研究院系統架構首席，國際系統工程委員會（INCOSE）認證系統工程師（CSEP）。曾任中國航空工業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，航空工業集團公司系統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的創新開發和管理，大力推進基于模型的系統工程，組織建立全球認可的系統工程培訓和認證體系，目前培訓人員超過1500人，300多人獲得國際系統工程師認證。曾主持兩化深度融合創新體驗中心建設和運營，建立國內領先的系統工程技術服務團隊。曾出版譯著《基于模型的系統工程有效方法》。作為主要創造人之一參加的大型航空企業基于數字系統工程的正向創新型研發體系建設項目，獲2018年全國企業管理現代化創新成果一等獎。
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