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近年来,随着互联网产业的蓬勃发展,特别是在云计算、大数据和物联网技术的推动下,人们的生活方式和生产制造方式日新月异,新一轮的工业革命呼之欲出。信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)、智能制造等概念的提出,让世界各国对工业发展看到了新的思路,纷纷制定相关政策和计划,投入大量的人力和物力进行探索研究,以期寻求突破在未来的工业制造中占得先机。本文分析了工业大数据和CPS的特点,详细阐述了 CPS的构成,在前人对CPS体系结构研究的基础上,提出了基于面向服务(Service-Oriented Architecture,SOA)的三层结构的面向工业大数据信息物理融合系统体系结构(Industrial Big-Data Oriented Cyber-Physical System,IBDO-CPS)。第三章中,设计实现了面向工业大数据的信息物理融合系统的感控层。首先对传统的CPS节点结构进行分析,然后针对于当前工业现场环境现状提出感控层框架,设计并实现了各个模块。最后通过实验进行了验证。本文第四章设计并实现面向工业大数据的信息物理融合系统的第二层,即通讯层。首先设计了通讯层的框架。之后根据其功能分类分别给出了数据解析模块、本地SD卡存储模块、蜂窝网络实时数据传输模块和远程代码更新模块四大模块的实现方法以及进行相关实验测试。应用层负责主要的业务逻辑的实现,提供人机交互界面。在第五章中以液化天然气接收站项目作为应用层的业务逻辑,在工业环境中测试布置了整套系统。本文主要的工作和创新有:(1)信息物理融合系统在工业大数据方面应用的实践,拓展了 CPS在智能制造领域的研究,完成将理论研究成果转变为经济效益的过程。(2)为企业提供SaaS服务,企业只需要注重其业务逻辑的实现,而不用考虑底层软件和硬件的开发,节省了大量的人力和资金。(3)使用 PCU(Perception Control Unit)+RTU(Remote Terminal Unit)的方式代替传统的 PLC(Programmable Logic Controller)+ DTU(Data Transfer Unit)的方式,既缩减了系统的体积,又降低了设备的成本。(4)由于该系统具有普适性,其可靠性和安全性将在大量的工业制造环境中得到验证,能够有效的降低事故发生的概率。