Preface

The field of cyber physical systems (CPS) has been rapidly evolving over the past few years, driven by advancements in computing, networking, and data analytics. As the world becomes more digitized and interconnected, CPS are playing an increasingly critical role in shaping the way we interact with technology and the world around us. The rise of the Internet of Things (IoT) and big data has brought about new opportunities and challenges in CPS design and development.

In complex systems, where interactions and interdependencies among components are intricate and diverse, data is even more crucial as it provides a basis for understanding system behavior, optimizing performance, and managing risk. As we move towards the data era, the need for CPS that can respond to the large amounts of data being generated becomes increasingly paramount. In this vein, I have written a comprehensive guide aimed at providing researchers, practitioners, and students with a thorough understanding of the principles, design, and implementation of data-driven CPS. In essence, this book should be a valuable resource for those interested in the applicability of CPS in various domains, including healthcare, transportation, energy, and manufacturing. The ideas and knowledge presented herein will enable readers to gain the necessary skills needed to design and develop effective data-driven CPS that can process and analyze large volumes of information quickly and efficiently.

The book takes a data-driven approach to CPS system design, covering vital techniques such as data acquisition, analysis, and modeling, AI and machine learning, network and distributed computing, and cybersecurity. The content is structured to cater to readers who are interested in developing a deep understanding of the state-of-the-art technologies and methodologies used in the development of data-driven CPS systems. It combines theoretical concepts with practical examples that highlight the potential of data-driven CPS in solving real-world problems.

Chapter 1 provides an introduction to CPS, their importance, and the challenges associated with their design and implementation. Chapter 2 discusses the basics of data-driven CPS. Chapter 3 covers the data collection, including data acquisition and evaluation for CPS. Chapter 4 talks about data storage and management. Chapter 5 delves into data integration and fusion for the CPS.  Chapter 6 explores machine learning and AI techniques and their applications in modeling and simulation in CPS applications. Chapter 7 discusses fault detection and predictive maintenance with real-world case studies from various industries, highlighting the practical applications of CPS. Chapter 8 presents cybersecurity and protection issues in CPS. Finally, Chapter 9 concludes the book by summarizing the key points covered in the previous chapters and offering some final thoughts on the future of data-driven CPS.

As the field of cyber physical systems continues to evolve, data-driven approaches have become increasingly important in developing intelligent and responsive systems. With this book, I aim to provide a comprehensive resource for anyone interested in exploring the principles, design, and implementation of data-driven CPS. Whether you are a researcher, practitioner, or student, this book offers essential knowledge and techniques that will enable you to design effective CPS capable of processing and analyzing large volumes of data in real-time.

Throughout the writing process, I have strived to present the material in a clear, accessible manner, aided by examples and illustrations that elucidate key concepts and techniques. My hope is that readers will find this book useful not only as a technical reference but also as a source of inspiration for future research and development in the field.

I would like to extend my heartfelt appreciation to my colleagues, friends, and family who have supported and encouraged me throughout the writing process. Additionally, I would like to express my deepest gratitude to the reviewers who provided invaluable feedback and suggestions that helped to improve the quality and clarity of this book. Finally, I hope that this book will be a valuable resource for anyone interested in exploring the exciting world of data-driven cyber physical systems and the immense possibilities that they offer.

Fangyu Li

Beijing, November 2023