Cyber-fysisk system

Et cyber-fysisk system er et  informationsteknologisk koncept, der indebærer integration af computerressourcer i fysiske enheder af enhver art, herunder biologiske og menneskeskabte objekter. I cyberfysiske systemer er den beregningsmæssige komponent fordelt i hele det fysiske system, som er dets bærer, og er synergistisk forbundet med dets bestanddele [1] .

Introduktion

I et sådant system er sensorer , udstyr og informationssystemer forbundet gennem hele værdikæden, der strækker sig ud over et enkelt anlæg eller virksomhed. Disse systemer kommunikerer med hinanden ved hjælp af standard internetprotokoller til at forudsige, selvjustere og tilpasse sig ændringer.

Aktiv brug af udtrykket begyndte som en del af den tyske regerings Work 4.0 -projekt ( engelsk ) for computerisering af industrien [2] . Cyber-fysiske systemer hører til den fjerde industrielle revolution . Den første industrielle revolution fandt sted takket være dampmaskinen, der dramatisk øgede arbejdsproduktiviteten i det 19. århundrede, den anden var præget af masseproduktion i begyndelsen af ​​det 20. århundrede gennem brug af elektricitet. Den tredje revolution kan betragtes som mellemliggende og omfatter industrirobotter og automatisering siden henholdsvis begyndelsen af ​​1970'erne, den fjerde industrielle revolution betyder fremkomsten af ​​en fuldt digital industri baseret på gensidig gennemtrængning af informationsteknologi og industri.

Teknologitendenser

Det er muligt at liste de vigtigste teknologiske tendenser bag cyberfysiske systemer. Isoleret set bruges de allerede inden for forskellige områder, men når de integreres i en enkelt helhed, ændrer de det eksisterende forhold mellem producenter, leverandører og købere, samt mellem menneske og maskine [3] [4] .

• Big data-analyse -  Indsamling og omfattende evaluering af data fra forskellige kilder bliver standarden for beslutningstagning i realtid.
• Kunstig intelligens  - massebrug inden for forskellige områder af anvendte automatiserede systemer med specialiseret kunstig intelligens, der har bestået maskinlæring . Allerede i dag bruges det i skabelsen af ​​computervisionssystemer , i automatiserede virtuelle assistenter , i automatisering af programmeringsprocessen , i talegenkendelse , i maskinoversættelsessystemer fra et sprog til et andet, i kundeservice og i oprettelse af " hotlines " for kunden support ( callcentre ) og andre områder.
• Autonome robotter  - industrielle robotter kan allerede udføre ret komplekse opgaver, men computervisionssystemer vil tillade robotter at interagere med hinanden og automatisk korrigere deres handlinger, og folk kan være i nærheden af ​​dem, påvirke dem, og det vil være sikkert. De kan effektivt bruges i farlige industrier, i automatisering af forudsigelige operationer, i hotelbranchen og turisme.
• Autonome køretøjer  og ubemandede luftfartøjer (UAV'er) er en type transport baseret på et autonomt kontrolsystem, med varierende grad af autonomi: fra fjernstyret til fuldautomatisk. Hovedformålet med autonom transport er at flytte passagerer eller gods . Og UAV'er kan løse rekognosceringsopgaver, opgaver med fotografering og videoovervågning på jorden, kontrollere infrastrukturens tilstand, videresende beskeder og data, levere varer og bruges i præcisionslandbrug .
• Cloud Computing  – Dybere systemintegration vil være påkrævet, både horisontalt mellem leverandører og kunder og vertikalt på tværs af forskellige funktioner og operationer. Cloud-teknologier gør det muligt at skabe platforme til samarbejde og dataudveksling mellem geografisk distribuerede partnere.
• Kvanteberegning  - beregninger ved hjælp af kvantealgoritmer tillader på en kvantecomputer i nogle tilfælde en tusind gange acceleration af maskinlæring og big data- analyse , som hjælper med at modellere komplekse molekylers adfærd til udvikling af nye lægemidler og avancerede materialer [5 ] , løse komplekse logistiske problemer eller hjælper med at tage andre optimale teknologiske løsninger [6] .
• " Tingenes internet " - aflæsningerne af sensorer og sensorer falder normalt ind i et centraliseret proceskontrolsystem, og beslutninger træffes allerede på dette niveau. Fremover vil de muligheder, som indlejrede systemer giver, give enheder mulighed for at kommunikere med hinanden og decentralisere beslutningstagning. For eksempel kan du bruge radiofrekvens-tags til halvfabrikata - en automatiseret produktionslinje, der læser tagget, bestemmer (i realtid), hvilken operation der skal anvendes på et bestemt halvfabrikat. Det bruges også til at spore varer og materialer, styre leveringen af ​​reservedele, benchmarke effektiviteten af ​​brugen og indhente markedsdata i realtid.
• Augmented reality  – teknologien er i den indledende fase af sin udvikling, men i fremtiden vil den give arbejdere mulighed for at fremskynde beslutningstagningen. For eksempel kan en arbejder modtage instruktioner om, hvordan man reparerer eller udskifter en ødelagt del i et produktionssystem, mens han ser på det gennem augmented reality-briller. Det kan også bruges i undervisning, virtuelle udstillinger, print og reklamer og detailhandel.
• Virtual Reality and the Metaverse  - teknologien er også i de indledende faser af sin udvikling, hvilket tyder på, at de fleste kontakter og kommunikation mellem mennesker og andre objekter (virksomheder, tjenester osv.) i fremtiden vil blive flyttet til en permanent virtuel rum, hvor mennesker kan interagere med hinanden og med digitale objekter gennem deres avatarer ved hjælp af virtual reality- teknologier . Det kan også bruges i teknik og konstruktion, fremstilling og produktudvikling, uddannelse og træning og merchandising .
• Modellering og simulering  - Ingeniører bruger allerede 3D-modellering i produkt- eller procesdesignfasen. I fremtiden vil big data-teknologier tillade brugen af ​​forskellige simuleringer i realtid. For eksempel vil operatøren på produktionsstadiet være i stand til virtuelt at simulere den fysiske proces, idet der tages hensyn til de tilgængelige råmaterialer og mennesker, og derved reducere opsætningstiden for udstyr og forbedre kvaliteten.
• 3D-printning  - 3D-printere bruges hovedsageligt til prototyping eller individuelle komponenter, yderligere 3D-printere kan bruges i vid udstrækning til små batchproduktioner af tilpassede produkter, dens designfordele og decentraliserede produktion vil reducere transport- og lageromkostninger. Det bruges også i sundhedsvæsenet til at skabe intelligent og individuelt medicinsk udstyr, til individualisering af varer og i fjernproduktion.
• Trykt elektronik  er skabelsen af ​​elektroniske kredsløb ved hjælp af printudstyr , som giver dig mulighed for at påføre speciel blæk (ledende, halvleder, resistiv osv.) på overfladen af ​​et fladt substrat og dermed også danne aktive og passive elementer på det . som sammenkoblinger i henhold til det elektriske diagram .
• Nanoteknologi  er et felt af grundlæggende og anvendt videnskab og teknologi , der beskæftiger sig med metoder til udvikling, produktion og brug af produkter med en given atomstruktur gennem kontrolleret manipulation af individuelle atomer og molekyler .
• Neuroteknologier  er enhver teknologi , der har en grundlæggende indflydelse på, hvordan mennesker forstår hjernen og forskellige aspekter af bevidsthed , mental aktivitet, højere mentale funktioner , herunder også teknologier, der er designet til at forbedre og korrigere hjernefunktioner.
• " Blockchain " - udtrykket optrådte som navnet på en fuldt replikeret distribueret database implementeret i " Bitcoin "-systemet, hvorfor blockchain ofte identificeres med hovedbogen over transaktioner i forskellige kryptovalutaer . Blockchain-teknologi kan dog udvides til at omfatte alle sammenkoblede informationsblokke, og nu finder blockchain allerede applikationer inden for områder som: finansielle transaktioner , aktivregistreringer og ejendomsrettigheder, smarte kontrakter , sporbarhed af information og oprindelsessted, brugeridentifikation og skabelsen af ​​andre cybersikkerhedsteknologier [7] .
• Informationssikkerhed  - mange virksomheder bruger ledelses- og produktionssystemer baseret på proprietære teknologier eller har ikke adgang til internettet, men i takt med at relationerne til partnere udvides, øger brugen af ​​åbne standarder og protokoller informationssikkerhedsrisiciene dramatisk. Beskyttelse af industrielle systemer kræver ikke kun højkvalitets og sikker kommunikation, men også systemer til styring af konti og adgangskontrol (Identity and Access Management).

Indflydelse

Cyberfysiske systemer dækker hele industrier og lande med forskellige hastigheder og i forskellige retninger.

Industrier med en bred produktlinje, såsom bilindustrien, fødevarer, nyder godt af fleksibiliteten i cyberfysiske systemer og produktivitetsvækst. Industrier, der kræver høj kvalitet, såsom elektronik og farmaceutiske produkter, nyder godt af brugen af ​​big data og analyser, løbende forbedring af produktkvalitet og funktionalitet.

Udviklede lande med høje omkostninger til kvalificeret arbejdskraft kan drage fordel af den stigende efterspørgsel efter kvalificeret arbejdskraft. Udviklingslande, med unge mennesker uddannet inden for IT og mekatronik , kan springe adskillige teknologiske milepæle og skabe helt nye produktionskoncepter.

Generelt fører mere fleksible, hurtigere og mere effektive måder til at opnå kvalitetsvarer til reducerede priser til vækst i økonomien, kvalificerede job og i sidste ende ændre virksomhedernes og regionernes konkurrenceevne.

Se også

• Mekatronik

Noter

1. ↑ R.G. Sanfelice. Analyse og design af cyber-fysiske systemer. A Hybrid Control Systems Approach // Cyber-fysiske systemer: Fra teori til praksis / D. Rawat, J. Rodrigues, I. Stojmenovic. - CRC Press, 2016. - ISBN 978-1-4822-6333-6 .
2. ↑ European Political Strategy Center (2016). Arbejdets fremtid: færdigheder og robusthed for en verden af ​​forandring. EPSC Strategic Notes , Issue 13. Hentet 3. maj 2018. . Hentet 31. marts 2020. Arkiveret fra originalen 8. februar 2020. (ubestemt)
3. ↑ PricewaterhouseCoopers. Otte nøgleteknologier til erhvervslivet  (russisk)  ? . PwC. Dato for adgang: 15. november 2019. Arkiveret fra originalen 15. november 2019.  (ubestemt)
4. ↑ Klaus Schwab , Nicholas Davies. Teknologier fra den fjerde industrielle revolution = forme den fjerde industrielle revolution Arkiveret 11. februar 2022 på Wayback Machine . - Eksmo, 2018. - 320 s. - ISBN 978-5-04-095565-7 .
5. ↑ En kvantecomputer har fremskyndet udvælgelsen af ​​sammensætningen af ​​halvledermaterialer fra snesevis af år til titusinder af sekunder . 3D Nyheder . (10. februar 2022). Hentet 10. februar 2022. Arkiveret fra originalen 10. februar 2022. (ubestemt)
6. ↑ Store virksomheder kigger efter kvantecomputere . ServerNews.ru (9. januar 2022). Hentet 10. februar 2022. Arkiveret fra originalen 11. februar 2022. (ubestemt)
7. ↑ Verden på blockchain: hvor den nye teknologi allerede er anvendt . Forbes . _ Hentet 6. maj 2020. Arkiveret fra originalen 17. maj 2020. (ubestemt)

Litteratur

• Edward A. Lee, Cyber-Physical Systems - Er Computing Foundations tilstrækkelige? Arkiveret 20. oktober 2017 på Wayback Machine
• Paulo Tabuada, Cyber-fysiske systemer: Positionspapir
• Rajesh Gupta, programmeringsmodeller og metoder til rumlig-temporelle handlinger og ræsonnement i cyber-fysiske systemer
• EA Lee og SA Seshia, Introduktion til Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach , http://LeeSeshia.org, 2011. Arkiveret 20. februar 2015 på Wayback Machine
• Chekletsov V. V. Identifikation og identitet i den cyber-fysiske verden, 2017 Arkiveret 26. september 2018 på Wayback Machine

Ordbøger og encyklopædier	stor kinesisk