Киберфизическая система

Материал из wikixw
Перейти к навигации Перейти к поиску

Киберфизическая система (CPS)-это механизм, который контролируется или контролируется компьютерными алгоритмами, тесно интегрированными с интернетом и его пользователями. В киберфизических системах физические и программные компоненты тесно переплетены , каждый из них работает в различных пространственных и временных масштабах, демонстрируя множественные и различные поведенческие модальности и взаимодействуя друг с другом множеством способов, которые меняются в зависимости от контекста. примеры CPS включают умную сетку , автономные автомобильные системы, медицинский контроль , системы управления производственным процессом , системы робототехники и авионику автоматического пилота.

Роспотребнадзор включает трансдисциплинарные подходы, слияние теории кибернетики , мехатроники, проектирования и науки о процессах. управление процессом часто называют встроенными системами . В встроенных системах акцент делается больше на вычислительных элементах и меньше на интенсивной связи между вычислительными и физическими элементами. CPS также похож на Интернет вещей (IoT), разделяя ту же базовую архитектуру; тем не менее, CPS представляет собой более высокую комбинацию и координацию между физическими и вычислительными элементами.

Предшественники киберфизических систем могут быть найдены в таких разнообразных областях , как аэрокосмическая , автомобильная промышленность , химические процессы, гражданская инфраструктура, энергетика , здравоохранение , производство , транспорт , развлечения и бытовая техника .

Обзор[править]

В отличие от более традиционных встраиваемых систем , полноценный CPS обычно проектируется как сеть взаимодействующих элементов с физическим входом и выходом, а не как автономные устройства.[7] понятие тесно связано с понятиями робототехники и сенсорных сетей с механизмами интеллекта, соответствующими вычислительному интеллекту, ведущим путь. Текущие достижения в науке и технике улучшают связь между вычислительными и физическими элементами посредством интеллектуальных механизмов, увеличивая приспособляемость, автономию, эффективность, функциональность, надежность, безопасность и удобство использования киберфизических систем. Это расширит потенциал киберфизических систем в нескольких направлениях, включая: вмешательство (например, предотвращение столкновений); точность (например, роботизированная хирургия работы в опасных или недоступных средах (например, поисково-спасательные работы, пожаротушение и глубоководные исследования ); координация (например, управление воздушным движением , боевые действия); эффективность (например, здания с нулевой чистой энергией ); и расширение возможностей человека (например, в мониторинге и доставке медицинских услуг).

Мобильные киберфизические системы[править]

Мобильные киберфизические системы, в которых изучаемая физическая система обладает врожденной мобильностью, являются важной подкатегорией киберфизических систем. Примеры мобильных физических систем включают мобильную робототехнику и электронику, транспортируемую людьми или животными. Рост популярности смартфонов повысил интерес к области мобильных киберфизических систем. Платформы смартфонов создают идеальные мобильные киберфизические системы по ряду причин, в том числе:

  • Значительные вычислительные ресурсы, такие как возможности обработки, локальное хранилище
  • Несколько сенсорных устройств ввода / вывода, таких как сенсорные экраны, камеры, GPS чипы, динамики, микрофон, датчики света, датчики приближения
  • Множественные механизмы связи , как WiFi , 4G , край, Bluetooth для соединять приборы к или Интернету, или к другим приборам
  • Языки программирования высокого уровня, которые позволяют быстро разрабатывать программное обеспечение мобильных узлов CPS, такие как Java, [10] Objective C, JavaScript, ECMAScript или C#
  • Легкодоступные механизмы распространения приложений, такие как Google Play Store и Apple App Store
  • Обслуживание и обслуживание конечного пользователя, включая частую перезарядку батареи

Для задач, которые требуют больше ресурсов, чем доступно локально, один общий механизм для быстрой реализации мобильных узлов киберфизической системы на базе смартфонов использует сетевое подключение для связи мобильной системы с сервером или облачной средой, что позволяет выполнять сложные задачи обработки, которые невозможны при ограничении локальных ресурсов. примеры мобильных киберфизических систем включают приложения для отслеживания и анализа выбросов CO2, обнаружения дорожно-транспортных происшествий, страховой телематики и предоставления услуг ситуационной осведомленности первым респондентам, измерьте движение, и контролируйте сердечных пациентов.

Примеры[править]

Общие применения CPS типично падают под датчик-основанными связ-позволенными автономными системами. Например, многие беспроводные сенсорные сети отслеживают некоторые аспекты окружающей среды и передают обработанную информацию на центральный узел. Другие типы CPS включают умную сетку, автономные автомобильные системы, медицинский контроль, системы управления технологическим процессом, распределенную робототехнику и авионику автоматического пилота.

Реальный пример такой системы-распределенный сад роботов в Массачусетском технологическом институте, в котором команда роботов ухаживает за садом растений томатов. Эта система совмещает распределенный воспринимать (каждый завод оборудован с узлом датчика контролируя свое состояние), навигацию, манипуляцию и беспроводную сеть .

Акцент на аспектах системы управления ХП, которые пронизывают критическую инфраструктуру, можно найти в усилиях Национальной лаборатории Айдахо и сотрудников, исследующих устойчивые системы управления . Это усилие принимает целостный подход к дизайну следующего поколения и рассматривает аспекты устойчивости, которые не хорошо определены количественно, такие как кибербезопасность, человеческое взаимодействие и сложные взаимозависимости.

Другим примером является продолжающийся проект картеля MIT, где парк такси работает, собирая информацию о движении в реальном времени в районе Бостона. Вместе с историческими данными эта информация используется для расчета самых быстрых маршрутов в заданное время суток.

В области промышленности Кибер-физические системы, уполномоченные облачными технологиями, привели к новым подходам , которые проложили путь к Индустрии 4.0 в качестве проекта Европейской комиссии IMC-AESOP с такими партнерами , как Schneider Electric , SAP, Honeywell, Microsoft и т. д. продемонстрированный.

Киберфизические модели для будущего производства-с мотивацией киберфизической системы был разработан подход "сопряженной модели".[25] связанная модель-цифровой близнец реальной машины, которая работает в облачной платформе и имитирует состояние здоровья с интегрированным знанием как из аналитических алгоритмов, управляемых данными, так и из других доступных физических знаний. Соединенная модель сперва строит цифровое изображение от предыдущего этапа конструкции. Системная информация и физические знания регистрируются во время проектирования продукта, на основе которого имитационная модель строится в качестве эталона для будущего анализа. Исходные параметры могут быть статистически обобщены и настроены с использованием данных тестирования или производственного процесса с использованием оценки параметров. Имитационную модель можно рассматривать как зеркальное отображение реальной машины, которая способна непрерывно записывать и отслеживать состояние машины на более позднем этапе использования. Наконец, благодаря вездесущему подключению, предлагаемому технологией облачных вычислений, сопряженная модель также обеспечивает лучшую доступность состояния машины для руководителей заводов в случаях, когда физический доступ к фактическому оборудованию или машинным данным ограничен. Эти функции прокладывают путь к внедрению кибер-производства .

Дизайн[править]

Пирамидка

Одной из проблем при разработке встраиваемых и киберфизических систем являются большие различия в практике проектирования между различными инженерными дисциплинами, такими как программное обеспечение и машиностроение. Кроме того, на сегодняшний день нет "языка" с точки зрения практики проектирования, который является общим для всех вовлеченных дисциплин в CPS. Сегодня на рынке, где предполагается, что необходимы быстрые инновации, инженеры из всех дисциплин должны иметь возможность совместно исследовать проекты систем, распределяя обязанности по программному обеспечению и физическим элементам и анализируя компромиссы между ними. Последние достижения показывают, что объединение дисциплин с помощью совместного моделирования позволит дисциплинам сотрудничать без применения новых инструментов или методов проектирования. результаты проекта MODELISAR показывают, что этот подход является жизнеспособным, предлагая новый стандарт для совместного моделирования в виде функционального макетного интерфейса .

Проектирование и развертывание киберфизической производственной системы может быть выполнено на основе архитектуры 5C (соединение, преобразование, кибер, познание и конфигурация). В уровне" соединения", приборы можно конструировать к собственн-соединению и собственн-воспринимать для своего поведения. На уровне "преобразования" данные от самосвязанных устройств и датчиков измеряют особенности критических проблем с самосознательными возможностями, машины могут использовать самосознательную информацию, чтобы самопрогнозировать ее потенциальные проблемы. На" кибер "уровне, каждая машина создает свой собственный "близнец" путем использование этих инструментированных характеристик и более далее характеризует здоровье машины шаблон, основанный на методологии" Машина времени". Установленный "близнец" в киберпространстве может выполнять самосопоставление для одноранговой производительности для дальнейшего синтеза. На уровне" познания "результаты самооценки и самооценки будут представлены пользователям на основе" инфографического " значения, чтобы показать содержание и контекст потенциальных проблем. На уровне" конфигурации " машина или производственная система может быть реконфигурирована на основе критериев приоритета и риска для достижения устойчивой производительности.

Оригинальная идея двойной модели пришла из , в которой физическая операция была соединена с виртуальной операцией посредством интеллектуального рассуждающего агента. Подробная версия этой концепции представлена в .

Важность[править]

Национальный научный фонд США (NSF) определил киберфизические системы в качестве ключевой области исследований. начиная с конца 2006 года, НФС и другие федеральные агентства Соединенных Штатов спонсировали несколько семинаров по киберфизическим системам.

См. также[править]

Читать[править]

/ieeexplore.ieee.org/document/8442009

Пруф[править]

.journals.elsevier.com/procedia-cirp/most-cited-articles

Источник — https://wikixw.ru/index.php?title=Киберфизическая_система&oldid=4801