随着工业技术的发展,不断增长的复杂产品需求使得工业生产面临越来越多的挑战。以网络进行互联的信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)成为了“工业4.0”的核心内容。作为一种典型的分布式架构,CPS采用分布式智能制造设备替代传统集中式的工业生产系统,以实现更加智能化和灵活化的生产模式。在CPS多设备单元模式下,对系统的方案设计有了更高要求。解决多设备单元通信时高并发问题,协调控制多设备单元以及保证设备单元控制程序的可靠性,这将直接决定CPS能否稳定、高效地运行。本文重点研究了基于运动控制的信息物理融合系统,并在方案设计的基础上,建立系统模型进行可信分析,研究内容主要包括以下几个方面:(1)结合CPS的特点和典型的三层架构体系,提出了在信息层、网络层和物理层的具体设计方案。利用分层的任务决策机制和多智能体系统(Multi-agent System,MAS),划分信息域和物理域,降低系统领域间的耦合。(2)针对协调控制CPS多设备单元问题,从三个方面进行优化,分别是提高信息层消息处理能力的消息处理机制,减少设备单元与信息层交互的控制机制以及优化任务分配效率的改进合同网机制。(3)为了验证方案的可行性,进行可信分析。利用时间自动机分别对信息层的协调控制程序和设备单元的运动控制程序建立形式化模型,进行模型验证。最后,本文利用实验室开发的可定制化生产灌装饮料的流水线设备,验证了信息层方案的可行性。同时,对流水线设备中的灌装功能建立了主控-被控自动机模型,利用验证工具UPPAAL对该自动机模型进行了验证。通过实验对比、分析,基于本文设计的方案可以有效地完成多设备单元的协调控制,主控-被控自动机模型也可以准确地反映出设备单元的运行和交互情况,确保了设备单元程序运行的可靠。