信息物理融合系统（Cyber-PhysicalSystems,CPS）是一种计算、通信、控制与物理过程深度融合的复杂工程系统，通过计算资源与物理世界的有机集成，实现了嵌入式计算、网络通信、分布式控制等计算过程与物理过程的综合。由于体系结构复杂，涉及学科种类和技术门类繁多，CPS研究面临着基础分歧、协同分析与设计、系统验证等诸多方面的挑战，其中CPS建模与仿真技术是CPS研究的基础技术之一。基于方程的建模语言Modelica具有面向对象、非因果建模、连续离散混合和多领域统一等特性，适用于复杂系统建模。本文以Modelica为研究载体，对CPS统一建模与高效仿真技术进行了深入研究。基于方程的CPS系统模型规模大，求解时间长，为了进行高效率仿真，需要运用规划分解技术降低模型耦合度。对于CPS中的多维物理系统模型而言，经典的规划分解方法面临状态空间膨胀问题。本文提出了基于类型约束的加权二部图的形式化描述方法，通过加权二部图描述混合向量空间物理系统模型的方程系统结构约束，同时改进了相应的图论基础算法，设计了面向混合向量空间物理系统的仿真规划策略，将混合向量空间方程系统分解为小规模的序列化的方程子集，解决了状态空间膨胀问题，提高了仿真效率。时间定义和同步并发是CPS系统建模与仿真中两个根本性问题，Modelica难以准确描述连续时间和离散时间，连续离散混合系统模型仿真时也存在状态事件检测过多导致的效率问题。本文通过借鉴同步系统中的时钟机制，对Modelica语义进行了扩展，通过时钟与时间语义的融合实现CPS信息系统与物理系统的统一表达；通过时钟推演方法来确定信息系统与物理系统模型之间的边界，通过规划分解的方法确定了两类系统之间的同步约束，基于数据流同步原则和全局仿真时钟实现了CPS系统统一仿真，通过状态事件与时钟事件的分离处理提升了仿真效率。由于CPS的结构与时空复杂性，需要通过建立大规模、高分辨率的系统模型来获取更为准确的系统行为，充分利用计算资源提升系统仿真效率是一种实际需求，而构建面向并行计算的系统仿真模型是艰难繁复的工作。本文结合建模语言的非因果特性，通过规划分解获得仿真计算的数据依赖关系，构建了基于方程粒度的任务图，设计了相应的并行调度算法和仿真程序生成策略，从而实现了基于方程的系统仿真自动并行化技术，能够避免设计人员人为构建并行仿真模型的繁复工作。本文研究为CPS系统建模与仿真技术研究开辟了一条新道路，同时也为构建CPS系统建模仿真平台提供了理论基础，为进一步深入开展CPS系统研究提供了有力的技术支撑，这将有助于发掘CPS的巨大经济潜力和社会影响力，进而为我国工业化与信息化两化融合的可持续发展注入新的科技推动力。