信息物理融合系统（Cyber-physical System,CPS）是一种集计算、通信、控制于一体的高级嵌入式系统,是推动工业4.0发展的核心技术之一,目前已被广泛应用于智能制造领域。然而,工业CPS的结构流程十分复杂,如何对其结构流程、性能与能耗进行有效建模与分析,从而实现流程优化以及性能提升,一直是重要的技术挑战。现有的CPS模型中可与工业CPS的结构流程进行直观比较的较少,并且多数模型建模过程繁琐且可重用性较差。此外,大多研究忽略了工业CPS运行中的不确定性,使得模型准确性不足。针对上述问题,本文提出了面向方面灰色广义随机Petri网AGGSPN与面向方面灰色能耗Petri网AGECPN,分别对工业CPS的性能与能耗进行分析。本文的创新点和主要工作如下:1.针对目前CPS模型存在的模型复杂、可重用性较差且描述能力较弱的问题,本文将面向方面技术与Petri网结合,通过方面分解的方式,将工业CPS建模为一个基本网和若干个方面网,分别表示其核心生产流程与某些步骤的具体细节或者额外处理,然后引入了颜色集的概念,直观地描述工业CPS的结构流程。随后,为模型中的变迁附上时间与能耗属性,分别构建了AGGSPN和AGECPN模型。最后为了便于对工业CPS进行完整、准确地分析,提出了同时适用于AGGSPN和AGECPN的编织算法用来正确编织模型中的基本网与方面网。2.针对工业CPS运行中存在的不确定性问题,在AGGSPN和AGECPN模型中引入了灰色系统理论中的区间灰数,分别量化模型中变迁的时间与能耗属性。在此基础上,提出了基于AGGSPN马尔科夫链的性能分析方法,该方法构建了与模型同构的马尔科夫链,并根据其转移概率矩阵求解相应的稳态概率,以此分析工业CPS的性能指标;针对工业CPS的能耗指标,提出了基于AGECPN关键变迁组合的能耗路径搜索算法ECPS-KTC,该算法通过分解能耗路径,将变迁划分为不同组合,在确保能耗分析正确性的同时,提高了能耗分析的效率。3.将上述模型与分析方法应用于一个真实的工业CPS—杭州西奥电梯有限公司（XIOLIFT）的智能板材加固产线中,分别分析其性能与能耗。并通过分析结果与实际生产情况的对比,验证了所提出模型与分析方法的有效性与准确性。在此基础上,通过调整生产参数进行了一系列模拟实验,为该实例工业CPS的流程改进与能效节约提供了方向。