CN105511430A - 一种面向社群化、个性化制造环境的cpss系统 - Google Patents

Abstract

一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，系统体系架构包括物理层、信息层和社交层。物理层由用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点组成。信息层包括互联网络、云数据库、云服务器和网络路由，实现三类节点在物理、信息、社交空间的互联，并对产生的实时数据进行云端存储与处理。社交层根据社交关系和属性相似度，采用改进的G-N复杂网络聚类算法将企业CPSS节点自组织聚类形成不同的在线社区。通过用户需求与企业CPSS节点能力属性的匹配，选择最优的在线社区和企业CPSS节点来完成产品全生命周期活动。用户通过移动智能终端、虚拟社交传感网络模块与企业CPSS节点协同交互，实时监控生产过程，完成个性化需求到现实产品的转化。

Description

一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统

技术领域

本发明属于制造系统与CPSS领域，特别涉及一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统。

背景技术

社群化制造环境下，用户需求越来越多样化、动态化和个性化，且用户逐渐参与到产品的设计、生产制造等过程中，并与制造企业组成社区，通过协作交互与实时交流，将个性化需求转化为现实产品。例如，用户通过众包设计社区将需求转化为产品设计方案，再借助于社会化的制造企业与服务资源生产零部件及产品。用户与设计资源、制造企业与服务资源组成了一个围绕个性化产品生产的社群。在此过程中，需要通过信息化手段实现用户与制造企业、服务资源在物理空间(Physicalspace)、信息空间(Cyberspace)和社交空间(Socialspace)的互联，并通过一系列系统功能实现社交与工业数据的采集与处理、信息的交互与共享、业务的协作与管控等。

信息物理融合系统(cyber-physicalsystems，CPS)为上述用户与企业之间、以及企业与企业之间的互联共享提供了解决方案。CPS将信息空间与物理空间紧密地互联在一起，通过自我感知、分布式处理和实时交互等来实现系统的协同工作。CPS系统广泛地应用于自主导航汽车、智能楼宇与智能家居、智能电网、生物医疗、智能制造等领域，国内外学术界和工业界已开展了诸多CPS系统的研究和应用。然而当前的CPS系统未考虑系统中人的社交与行为因素，人在CPS系统中承担着社交、监控与辅助处理等角色，尤其是在当前用户参与产品生产过程日益增加的背景下，企业需与不同的用户、供应商等参与主体进行交流来确定最终的产品生产方案。因此，需要将社交空间中的社交因素引入CPS系统，构建CPSS系统(cyber-physical-socialsystems)，将面向生产制造过程的物理空间、信息空间和社交空间互联，用以支持多种参与主体之间的自主、自治与协同交互。在社群化、个性化制造环境下，CPSS系统将为制造企业与服务资源的自组织集聚、用户参与生产制造过程、生产自治与协同、客户关系管理等提供支持。

发明内容

为了克服CPS系统的缺陷，并结合当前社群化、个性化制造趋势，本发明的目的在于提供一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，以实现用户通过CPSS系统与制造企业进行协同交互，来完成个性化产品的生产，解决动态、复杂制造环境下的用户需求实时多变、协同效率低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，所述CPSS系统的体系架构分为物理层、信息层和社交层，在安全管理、并发控制机制以及人机接口、数据接口的约束下实现CPSS系统的各项功能应用；

所述的CPSS系统的物理层包括三类CPSS节点：用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点，该层的主要功能应用包括：生产设备自组织配置与管理、生产数据采集与预处理、生产扰动感知与监控调度、基于社交数据处理的生产指令执行；

所述的用户CPSS节点包括：集成有GPS定位、音频/视频、虚拟社交传感模块、移动网络接入模块的移动智能终端以及用户本身；其中，所述GPS定位模块用于记录用户CPSS节点的位置信息，所述音频/视频模块用于记录用户需求的非结构化数据，所述虚拟社交传感模块用于识别和存储用户CPSS节点的实时社交数据，并与企业CPSS节点、生产设备CPSS节点中的虚拟社交传感模块进行数据交互，所述移动网络接入模块为GPRS、WIFI或MobileInternet模块，用于与CPSS系统互联，通过Web浏览器来发送和接收信息；

所述的企业CPSS节点是由生产设备CPSS节点通过Internet、Intranet、ZigBee、WIFI网络以及对应的数据接口互联而形成的上层节点，企业CPSS节点集成有虚拟社交传感模块，用于获取用户CPSS节点或其他企业CPSS节点的社交数据，并对社交数据进行处理，形成指导生产设备进行生产制造的指令集，围绕产品生产的多个企业CPSS节点相互协作、共享信息，完成用户个性化需求向现实产品的转化；

所述的企业生产设备CPSS节点由生产企业内的各类制造设备、运输设备以及集成在设备上的射频识别RFID、振动/温度传感器、嵌入式系统/PLC控制器、虚拟社交传感模块、操作人员组成；其中，所述RFID传感器用于识别产品或零部件是否在该设备上加工，即确定位置信息；所述振动/温度传感器用于监测加工环境、加工设备状态、运输环境数据；所述虚拟社交传感模块用于与企业CPSS节点、用户CPSS节点进行社交与数据交互；所述嵌入式系统/PLC控制器接入网络，用于对生产设备CPSS节点执行下达的指令，存储实时生产数据并将预处理的数据通过数据接口发送至企业CPSS节点。

所述用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点通过虚拟社交传感模块进行社交与数据交互；用户CPSS节点通过虚拟社交传感模块，在权限管理机制下访问企业CPSS节点，透明化地了解订单的实时生产状态，并与企业CPSS节点进行协同交互，参与到企业CPSS节点的生产制造过程中；企业CPSS节点将用户需求转化为可执行的生产指令，并通过虚拟社交传感模块与生产设备CPSS节点进行社交与数据交互，一方面下达可执行的生产指令，用于指导生产，另一方面感知实时的生产数据，用于生产管控。

所述的信息层包括Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、WIFI网络、云数据库、云服务器和网络路由，用于实现用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点的物理互联和信息互联，并对实时数据/信息/知识进行存储和处理；该层的主要功能应用是：节点接入控制与节点定位、存储预设的知识与规则库、实时数据的云存储与权限控制、实时数据的云计算与社会化计算；

所述的物理互联和信息互联的具体方法为：CPSS系统构建一个异治网络，企业生产设备CPSS节点、物料和产品组成物联网；用户CPSS节点与企业CPSS节点组成信息共享网和社交网；通过Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、WIFI、网络路由实现互联；

所述的实时数据/信息/知识存储和处理的具体方法为：用户CPSS节点和企业CPSS节点采集的社交数据，企业内生产设备CPSS节点采集的工业数据均存储于云数据库，通过基于MapReduce云计算和社会化计算方法实现数据的分布式计算与处理，生成与制造过程相关的信息和知识，并与云数据库中预设的知识与规则库进行匹配推理，匹配推理的结果以指令的形式，通过嵌入式系统/PLC控制器作用于生产设备，实现实时动态的生产过程控制；

所述的社交层提供用户CPSS节点和企业CPSS节点之间进行商务社交与协同共享的功能、需求分析与任务分解的功能、“需求-能力”本体匹配的功能、用户关系管理功能；所述的社交层从两个层次将企业CPSS节点自组织集聚形成不同类型的在线社区，社区内的企业CPSS节点通过社交工具和社交网络实现互联与自治管理；在社区构建的基础上，社交层用户选择不同社区内的企业CPSS节点，与其协同、交互、共享来完成个性化产品的生产任务。

所述的企业CPSS节点自组织集聚形成在线社区的方法，具体为：改进的G-N复杂网络聚类算法，实施过程如下：

层次一：根据企业CPSS节点之间的社交关系、业务范围、地理位置属性的相似度来划分社区；

该层次的企业CPSS节点之间的综合相似度的计算公式为：

S_ij＝α·S₁(i，j)+β·S₂(i，j)+γ·S₃(i，j)

其中，S_ij表示层次一中两个企业CPSS节点之间的综合相似度值；S₁(i，j)、S₂(i，j）、S₃(i，j)分别表示企业CPSS节点之间的社交关系相似度、业务范围相似度和地理位置相似度；α、β、γ表示上述三种相似度的权重值，α+β+γ＝1；企业CPSS节点之间社交关系相似度、业务范围相似度和地理位置相似度的计算公式为：

$S_2(i,j)=\frac{\mathrm{\θ}}{Dis(i,j)+\mathrm{\θ}}$

$S_3(i,j)=\frac{1}{D(i,j)}$

其中，Dis(i，j)为两企业CPSS节点在业务范围本体中的语义距离，θ为语义距离的权重值；D(i，j)为两个企业CPSS节点地理位置之间的距离；

层次二：根据企业生产设备CPSS节点的工艺能力、服务能力的相似度来划分社区；

该层次的企业之间相似度的计算公式为：

其中，S_ij′表示两个企业之间的综合相似度值；S₄(i，j)、S₅(i，j)表示企业生产设备CPSS节点的工艺能力相似度和生产设备的服务能力相似度；ρ、表示上述两种相似度的权重值，企业内生产设备CPSS节点的工艺能力相似度和服务能力相似度的计算公式为：

$S_4(i,j)=\frac{\mathrm{\μ}}{{\mathrm{Dis}}^{\′}(i,j)+\mathrm{\μ}}$

$S_5(i,j)=1/e^{\frac{\left|\max \_A_i-\max \_A_j\right|\·\left|\min \_C_i-{\mathrm{minC}}_j\right|}{\left|\max \_A_i+\max \_A_j\right|\·\left|\min \_C_i+{\mathrm{minC}}_j\right|}}$

其中，Dis′(i，j)表示两个企业的生产设备在工艺能力本体中的语义距离，μ为语义距离的权重值；max_A_i、max_A_j分别表示两个企业的生产设备CPSS节点的最大服务能力，min_C_i、min_C_j分别表示两个企业完成上述服务能力所消耗的最小成本。

基于上述两个层次的企业相似度计算值，所述改进的G-N复杂网络聚类算法步骤如下：

Step1：按以下公式计算两个社区之间的模块度M(初始状态为两个制造企业CPSS节点之间)，并生成一个系统树图；

$M=1/2m\underset{i\∈C_1,j\∈C_2,i\≠j}{\Σ}(S_{ij}-k_i{k}_j/2m)$

其中，m＝1/2∑_i，jS_ij表示CPSS系统中所有企业CPSS节点的综合相似度总和，k_i、k_j分别表示企业CPSS节点i、j与其他企业CPSS节点的综合相似度的总和；

Step2：按以下公式计算模块度EQ，在模块度EQ最大值处将Step1中生成的系统树图截开，形成最优的社区集聚划分。

$EQ=1/2m\underset{p}{\Σ}\underset{i\∈C_p,j\∈C_p}{\Σ}1/O_i{O}_j(S_{ij}-k_i{k}_j/2m)$

其中，O_i和O_j分别表示企业CPSS节点i和j所属的社区的个数。

根据改进的G-N复杂网络算法，将CPSS系统中的企业CPSS节点自组织集聚划分成不同类型的在线社区，根据划分结果，同一个企业CPSS节点可同时属于多个在线社区。

本发明的有益效果是：

本发明搭建了一个面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，实现了企业的社区化自组织聚类、用户与企业的协同交互、用户参与生产过程和实时生产控制。通过应用CPSS系统的功能，用户与来自不同社区的企业协作完成用户个性化需求到现实产品的转化。

附图说明

图1是一种CPSS系统的体系架构图。

图2是一种CPSS系统的配置与实现流程图。

图3是一种CPSS系统中生产设备CPSS节点的组成结构图。

图4是一种CPSS系统中三类CPSS节点之间的逻辑关系图。

图5是企业CPSS节点聚类划分时产生的系统树图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。此处所说明的附图是本申请的一部分，用来对本发明进行进一步解释，但并不构成对本发明的限定。

如图1所示的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，系统的体系架构包括物理层、信息层和社交层。所述CPSS系统的配置与实现流程如图2所示。其中，

1、物理层的配置：

物理层配置三类节点，包括：用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点。其中，用户CPSS节点配置为：具有GPS定位、音频/视频、虚拟社交传感模块、移动网络接入模块的移动智能终端和用户本身，用于实现用户的需求感知与发布、加入在线社区并参与管理、通过语音/视频和虚拟社交传感模块的协同交互来参与订单生产过程、实时订单信息查询与统计等；企业CPSS节点配置为：企业管理人员与各类生产设备CPSS节点通过网络互联而形成的上层节点，该节点集成有虚拟社交传感模块，用于获取用户CPSS节点和其他企业CPSS节点的社交数据，并对社交数据进行处理，形成指导生产设备进行生产制造的指令与事件集，实现动态生产能力的评估与发布、加入社区并参与管理以及制造数据处理、可视化看板、生产设备运行状态监控与管理、用户关系管理、生产指令下达等功能；生产设备CPSS节点在生产设备上配置有各类传感器、音频/视频模块、虚拟社交传感模块、嵌入式系统/PLC控制器，形成智能生产设备，如图3所示。关联的生产设备CPSS节点形成生产设备CPSS单元。所述生产设备CPSS节点和单元实现了产品或零部件的加工质量、加工环境、生产设备状态、运输进度、运输环境等数据的感知与预处理；

三类CPSS节点通过网络互联、协同交互、信息共享，实现了用户的个性化产品需求向现实产品的转化。三类CPSS节点之间通过虚拟社交传感模块进行社交与数据交互，其逻辑关系如图4所示。其中，所述用户CPSS节点通过音频/视频、GPS模块采集个性化需求数据，并通过虚拟社交传感模块与企业CPSS节点进行数据交互，企业CPSS节点接收后通过虚拟社交传感模块将个性化用户需求转化为生产指令，并下达至生产设备CPSS节点，驱动集成在生产设备CPSS节点上的各类传感器和执行器执行生产指令、采集实时数据。在生产过程中，生产设备CPSS节点将实时生产数据反馈给企业CPSS节点进行管理和决策控制。同时，用户CPSS节点可通过CPSS系统提供的数据接口，在权限管理机制下访问企业CPSS节点，透明化地了解订单的实时订单状态，如订单进度、加工质量、加工环境等。用户CPSS节点通过移动智能终端的音频/视频模块、虚拟社交传感模块与企业CPSS节点协同交互，参与到生产制造过程中。同时，围绕同一产品生产任务，不同企业CPSS节点之间也可以通过虚拟社交传感模块进行协同交互，共同完成产品的生产制造任务。

2、信息层的配置：

用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点/单元通过Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、WIFI网络形成物理、信息与社交互联，构成CPSS系统的异治互联网络。三类CPSS节点通过统一的接口标准和规范接入到CPSS系统。同时，CPSS系统配置相应的云数据库、云服务器、云端路由，用来存储实时社交数据和工业数据，并基于MapReduce云计算和社会化计算对数据进行分布式处理；

3、社交层的配置：

在CPSS系统配置的基础上，根据企业CPSS节点在两个层次上的属性相似度，采用改进的G-N复杂网络聚类算法将CPSS系统中的企业CPSS节点自组织聚类划分成不同类型的在线社区。企业CPSS节点通过系统提供的社交工具和社交网络进行广泛地商务社交与协同，并根据其自身属性可自主加入多个在线社区。社区成员共同管理社区，更新社区状态，并在统一的社区管理机制下进行信息共享和协同工作。企业CPSS节点的相似度计算和聚类算法的实现流程如下：

层次一：根据企业CPSS节点之间的社交关系、业务范围、地理位置属性的相似度来划分社区；

该层次的企业CPSS节点之间综合相似度的计算公式为：

S_ij＝α·S₁(i，j)+β·S₂(i，j)+γ·S₃(i，j)

其中，S_ij表示两个企业CPSS节点之间的综合相似度值；S₁(i，j)、S₂(i，j)、S₃(i，j)分别表示企业CPSS节点之间的社交关系相似度、业务范围相似度和地理位置相似度；α、β、γ表示上述三种相似度的权重值，α+β+γ＝1。企业CPSS节点之间社交关系相似度、业务范围相似度和地理位置相似度的计算公式为：

$S_2(i,j)=\frac{\mathrm{\θ}}{Dis(i,j)+\mathrm{\θ}}$

$S_3(i,j)=\frac{1}{D(i,j)}$

其中，Dis(i，j)为两企业CPSS节点在业务范围本体中的语义距离，θ为语义距离的权重值；D(i，j)为两个企业CPSS节点地理位置之间的距离。

层次二：根据企业生产设备CPSS节点的工艺能力、服务能力的相似度来划分社区；

该层次的企业之间相似度的计算公式为：

其中，S_ij′表示两个企业之间的综合相似度值；S₄(i，j)、S₅(i，j)表示企业生产设备CPSS节点的工艺能力相似度和生产设备的服务能力相似度；ρ、表示上述两种相似度的权重值，企业内生产设备CPSS节点的工艺能力相似度和服务能力相似度的计算公式为：

$S_4(i,j)=\frac{\mathrm{\μ}}{{\mathrm{Dis}}^{\′}(i,j)+\mathrm{\μ}}$

$S_5(i,j)=1/e^{\frac{\left|\max \_A_i-\max \_A_j\right|\·\left|\min \_C_i-{\mathrm{minC}}_j\right|}{\left|\max \_A_i+\max \_A_j\right|\·\left|\min \_C_i+{\mathrm{minC}}_j\right|}}$

其中，Dis′(i，j)表示两个企业的生产设备CPSS节点在工艺能力本体中的语义距离，μ为语义距离的权重值；max_A_i、max_A_j分别表示两个企业的生产设备CPSS节点的最大服务能力，min_C_i、min_C_j分别表示两个企业完成上述服务能力所消耗的最小成本。

基于上述两个层次的企业CPSS节点相似度计算值，采用改进的G-N复杂网络聚类算法对CPSS系统中的企业CPSS节点进行自组织集聚，所述改进的G-N复杂网络聚类算法步骤如下：

Step1：按以下公式计算两个社区之间的模块度M(初始状态为两个企业CPSS节点之间)，并生成一个系统树图，如图5所示。

$M=1/2m\underset{i\∈C_1,j\∈C_2,i\≠j}{\Σ}(S_{ij}-k_i{k}_j/2m)$

其中，m＝1/2∑_i，jS_ij表示CPSS系统中所有企业CPSS节点的综合相似度总和，k_i、k_j分别表示企业CPSS节点i、j与其他企业CPSS节点的综合相似度的总和；

Step2：按以下公式计算模块度EQ，在最大的模块度值处将step1中生成的系统树图截开，形成最优的社区集聚划分。

$EQ=1/2m\underset{p}{\Σ}\underset{i\∈C_p,j\∈C_p}{\Σ}1/O_i{O}_j(S_{ij}-k_i{k}_j/2m)$

其中，O_i和O_j分别表示企业CPSS节点i和j所属的社区的个数。

本发明所述的CPSS系统的实现流程为：

1、用户需求发布：

用户CPSS节点通过移动智能终端以文字、语音/视频的形式发布个性化产品生产任务至CPSS系统，不同类型在线社区内的企业申请已发布的各类生产任务，用户通过移动智能终端与各企业CPSS节点进行社交交互。在生产能力、交货期和成本约束下，利用CPSS系统提供的“需求-能力”本体语义匹配功能来为各个生产任务的选择承接企业CPSS节点；

2、生产执行与监控：

企业CPSS节点承接订单后，将生产任务分配到生产设备CPSS节点上进行生产。在订单生产过程中，生产设备CPSS节点上的各类传感器采集实时数据，并通过Internet、Intranet、ZigBee、WIFI网络将实时数据发送至企业CPSS节点，供企业管理人员进行透明化地生产监控。当发生生产扰动时，生产设备CPSS节点通过与其他节点进行协调与自我调整来消除生产扰动，并将处理的结果发送至企业CPSS节点，保证生产顺利进行。从企业的角度，企业CPSS节点接收生产设备发送的实时数据，利用CPSS系统提供的数据处理与分析功能，将实时数据转化为信息和知识，并存储于云端数据库。在此基础上，企业对生产设备进行智能管理、对突发生产事件进行及时处理。从用户的角度，用户CPSS节点通过移动智能终端向企业CPSS节点发送订单信息查询请求，在权限控制许可的情况下，通过虚拟社交传感模块和数据接口获取企业生产设备CPSS节点采集的实时生产数据。同时，用户可向企业CPSS节点发送交互请求信息，通过音频/视频流媒体直播与生产现场的设备、操作人员进行协同交互，实时监控产品的生产环境和参与到生产制造过程。例如，针对某工序的制造过程，用户CPSS节点与企业CPSS节点通过工业现场的视频流媒体直播来讨论确定加工工艺路径；

3、物流运输过程监控：

产品生产结束后，运输工具将GPS定位信息、车载传感器采集的运输环境信息发送给用户CPSS节点，供用户实时跟踪产品的运输过程。用户通过移动智能终端实时查看产品运输的物流进度、运输环境信息等。

以上所述的具体实施方式，仅是对本发明的技术方案和有益效果的详细说明。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以进行改进并在其他实施例中实施，但这些改进应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，所述CPSS系统的体系架构分为物理层、信息层和社交层，在安全管理、并发控制机制以及人机接口、数据接口的约束下实现CPSS系统的各项功能应用；

所述的CPSS系统的物理层包括三类CPSS节点：用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点，该层的主要功能应用包括：生产设备自组织配置与管理、生产数据采集与预处理、生产扰动感知与监控调度、基于社交数据处理的生产指令执行；

所述的信息层包括Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、WIFI网络、云数据库、云服务器和网络路由，用于实现用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点的物理互联和信息互联，并对实时数据/信息/知识进行存储和处理；该层的主要功能应用是：节点接入控制与节点定位、存储预设的知识与规则库、实时数据的云存储与权限控制、实时数据的云计算与社会化计算；

所述的社交层提供用户CPSS节点和企业CPSS节点之间进行商务社交与协同共享的功能、需求分析与任务分解的功能、“需求-能力”本体匹配的功能、用户关系管理功能；所述的社交层从两个层次将企业CPSS节点自组织集聚形成不同类型的在线社区，社区内的企业CPSS节点通过社交工具和社交网络实现互联与自治管理；在社区构建的基础上，社交层用户选择不同社区内的企业CPSS节点，与其协同、交互、共享来完成个性化产品的生产任务。

2.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述的用户CPSS节点包括：集成有GPS定位、音频/视频、虚拟社交传感模块、移动网络接入模块的移动智能终端以及用户本身；其中，所述GPS定位模块用于记录用户CPSS节点的位置信息，所述音频/视频模块用于记录用户需求的非结构化数据，所述虚拟社交传感模块用于识别和存储用户CPSS节点的实时社交数据，并与企业CPSS节点、生产设备CPSS节点中的虚拟社交传感模块进行数据交互，所述移动网络接入模块为GPRS、WIFI或MobileInternet模块，用于与CPSS系统互联，通过Web浏览器来发送和接收信息。

3.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述的企业CPSS节点是由生产设备CPSS节点通过Internet、Intranet、ZigBee、WIFI网络以及对应的数据接口互联而形成的上层节点，企业CPSS节点集成有虚拟社交传感模块，用于获取用户CPSS节点或其他企业CPSS节点的社交数据，并对社交数据进行处理，形成指导生产设备进行生产制造的指令集，围绕产品生产的多个企业CPSS节点相互协作、共享信息，完成用户个性化需求向现实产品的转化。

4.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述的企业生产设备CPSS节点由生产企业内的各类制造设备、运输设备以及集成在设备上的射频识别RFID、振动/温度传感器、嵌入式系统/PLC控制器、虚拟社交传感模块、操作人员组成；其中，所述RFID传感器用于识别产品或零部件是否在该设备上加工，即确定位置信息；所述振动/温度传感器用于监测加工环境、加工设备状态、运输环境数据；所述虚拟社交传感模块用于与企业CPSS节点、用户CPSS节点进行社交与数据交互；所述嵌入式系统/PLC控制器接入网络，用于对生产设备CPSS节点执行下达的指令，存储实时生产数据并将预处理的数据通过数据接口发送至企业CPSS节点。

5.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点通过虚拟社交传感模块进行社交与数据交互；用户CPSS节点通过虚拟社交传感模块，在权限管理机制下访问企业CPSS节点，透明化地了解订单的实时生产状态，并与企业CPSS节点进行协同交互，参与到企业CPSS节点的生产制造过程中；企业CPSS节点将用户需求转化为可执行的生产指令，并通过虚拟社交传感模块与生产设备CPSS节点进行社交与数据交互，一方面下达可执行的生产指令，用于指导生产，另一方面感知实时的生产数据，用于生产管控。

6.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述的物理互联和信息互联的具体方法为：CPSS系统构建一个异治网络，企业生产设备CPSS节点、物料和产品组成物联网；用户CPSS节点与企业CPSS节点组成信息共享网和社交网；通过Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、WIFI、网络路由实现互联。

7.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述的实时数据/信息/知识存储和处理的具体方法为：用户CPSS节点和企业CPSS节点采集的社交数据，企业内生产设备CPSS节点采集的工业数据均存储于云数据库，通过基于MapReduce云计算和社会化计算方法实现数据的分布式计算与处理，生成与制造过程相关的信息和知识，并与云数据库中预设的知识与规则库进行匹配推理，匹配推理的结果以指令的形式，通过嵌入式系统/PLC控制器作用于生产设备，实现实时动态的生产过程控制。

8.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述的企业CPSS节点自组织集聚形成在线社区的方法，具体为：改进的G-N复杂网络聚类算法，实施过程如下：

层次一：根据企业CPSS节点之间的社交关系、业务范围、地理位置属性的相似度来划分社区；

该层次的企业CPSS节点之间的综合相似度的计算公式为：

S_ij＝α·S₁(i，j)+β·S₂(i，j)+γ·S₃(i，j)

其中，S_ij表示层次一中两个企业CPSS节点之间的综合相似度值；

S₁(i，j)、S₂(i，j)、S₃(i，j)分别表示企业CPSS节点之间的社交关系相似度、业务范围相似度和地理位置相似度；α、β、γ表示上述三种相似度的权重值，α+β+γ＝1；企业CPSS节点之间社交关系相似度、业务范围相似度和地理位置相似度的计算公式为：

$S_2(i,j)=\frac{\mathrm{\θ}}{Dis(i,j)+\mathrm{\θ}}$

$S_3(i,j)=\frac{1}{D(i,j)}$

其中，Dis(i，j)为两企业CPSS节点在业务范围本体中的语义距离，θ为语义距离的权重值；D(i，j)为两个企业CPSS节点地理位置之间的距离；

层次二：根据企业生产设备CPSS节点的工艺能力、服务能力的相似度来划分社区；

该层次的企业之间相似度的计算公式为：

其中，S_ij′表示两个企业之间的综合相似度值；S₄(i，j)、S₅(i，j)表示企业生产设备CPSS节点的工艺能力相似度和生产设备的服务能力相似度；ρ、表示上述两种相似度的权重值，企业内生产设备CPSS节点的工艺能力相似度和服务能力相似度的计算公式为：

$S_4(i,j)=\frac{\mathrm{\μ}}{{\mathrm{Dis}}^{\′}(i,j)+\mathrm{\μ}}$

$S_5(i,j)=1/e^{\frac{|\max \_A_i-\max \_A_j|\·|\min \_C_i-min\_C_j|}{|\max \_A_i+\max \_A_j|\·|\min \_C_i+min\_C_j|}}$

其中，Dis′(i，j)表示两个企业的生产设备在工艺能力本体中的语义距离，μ为语义距离的权重值；max_A_i、max_A_j分别表示两个企业的生产设备CPSS节点的最大服务能力，min_C_i、min_C_j分别表示两个企业完成上述服务能力所消耗的最小成本。

9.根据权利要求8所述的一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，

所述改进的G-N复杂网络聚类算法步骤如下：

Step1：按以下公式计算两个社区之间的模块度M(初始状态为两个制造企业CPSS节点之间)，并生成一个系统树图；

$M=1/2m\underset{i\∈C_1,j\∈C_2,i\≠j}{\Σ}(S_{ij}-k_i{k}_j/2m)$

其中，m＝1/2Σ_i，jS_ij表示CPSS系统中所有企业CPSS节点的综合相似度总和，k_i、k_j分别表示企业CPSS节点i、j与其他企业CPSS节点的综合相似度的总和；

Step2：按以下公式计算模块度EQ，在模块度EQ最大值处将Step1中生成的系统树图截开，形成最优的社区集聚划分；

$EQ=1/2m\underset{p}{\Σ}\underset{i\∈C_p,j\∈C_p}{\Σ}1/O_i{O}_j(S_{ij}-k_i{k}_j/2m)$

其中，O_i和O_j分别表示企业CPSS节点i和j所属的社区的个数；

根据改进的G-N复杂网络算法，将CPSS系统中的企业CPSS节点自组织集聚划分成不同类型的在线社区，根据划分结果，同一个企业CPSS节点可同时属于多个在线社区。