Sistem ciber-fizic

Un sistem ciber-fizic este un  concept de tehnologie a informației care implică integrarea resurselor de calcul în entități fizice de orice fel, inclusiv în obiecte biologice și artificiale. În sistemele ciber-fizice, componenta computațională este distribuită în întregul sistem fizic, care este purtătorul său, și este legată sinergic cu elementele sale constitutive [1] .

Introducere

Într-un astfel de sistem , senzorii , echipamentele și sistemele de informații sunt conectate de-a lungul întregului lanț valoric, extinzându-se dincolo de o singură fabrică sau afacere. Aceste sisteme comunică între ele folosind protocoale standard de internet pentru a prezice, a se autoajusta și a se adapta la schimbări.

Utilizarea activă a termenului a început ca parte a proiectului Work 4.0 al guvernului german ( în engleză ) pentru informatizarea industriei [2] . Sistemele ciberfizice aparțin celei de-a patra revoluții industriale . Prima revoluție industrială a avut loc datorită mașinii cu abur, crescând dramatic productivitatea muncii în secolul al XIX-lea, a doua a fost marcată de producția de masă la începutul secolului al XX-lea prin utilizarea energiei electrice. A treia revoluție poate fi considerată intermediară și include roboții industriali și automatizarea încă de la începutul anilor 1970, respectiv, a patra revoluție industrială înseamnă apariția unei industrii complet digitale bazate pe pătrunderea reciprocă a tehnologiei informației și a industriei.

Tendințe tehnologice

Este posibil să enumerați tendințele tehnologice cheie care stau la baza sistemelor ciberfizice. Izolat, ele sunt deja utilizate în diverse domenii, dar atunci când sunt integrate într-un singur întreg, schimbă relația existentă între producători, furnizori și cumpărători, precum și între om și mașină [3] [4] .

• Analiza datelor mari -  Colectarea și evaluarea cuprinzătoare a datelor din diferite surse va deveni standardul pentru luarea deciziilor în timp real.
• Inteligența artificială  - utilizare în masă în diverse domenii ale sistemelor automatizate aplicate cu inteligență artificială specializată care a trecut de învățarea automată . Deja astăzi este folosit în crearea de sisteme de viziune computerizată , în asistenții virtuali automatizați , în automatizarea procesului de programare , în recunoașterea vorbirii , în sistemele de traducere automată dintr-o limbă în alta, în serviciile pentru clienți și în crearea de „ linii fierbinți ” pentru clienți. suport ( call center ) și alte domenii.
• Roboți autonomi  - roboții industriali pot îndeplini deja sarcini destul de complexe, dar sistemele de viziune computerizată vor permite roboților să interacționeze între ei și să-și corecteze automat acțiunile, iar oamenii pot fi în apropierea lor, îi pot influența și acest lucru va fi în siguranță. Ele pot fi utilizate eficient în industriile periculoase , în automatizarea operațiunilor previzibile, în afacerile hoteliere și în turism.
• Vehiculele autonome  și vehiculele aeriene fără pilot (UAV) sunt un tip de transport bazat pe un sistem de control autonom, cu diferite grade de autonomie: de la controlat de la distanță la complet automat. Scopul principal al transportului autonom este deplasarea pasagerilor sau a mărfurilor . Iar UAV-urile pot rezolva sarcini de recunoaștere, sarcini de fotografiere și supraveghere video la sol, verificarea stării infrastructurii, transmiterea de mesaje și date, livrarea de mărfuri și sunt utilizate în agricultura de precizie .
• Cloud Computing  – Va fi necesară o integrare mai profundă a sistemului, atât pe orizontală între furnizori și clienți, cât și pe verticală în diferite funcții și operațiuni. Tehnologiile cloud permit crearea de platforme de colaborare și schimb de date între partenerii distribuiti geografic.
• Calcularea cuantică  - calculele folosind algoritmi cuantici permit pe un computer cuantic , în unele cazuri, o accelerare de o mie de ori a învățării automate și a analizei datelor mari , ceea ce ajută la modelarea comportamentului moleculelor complexe pentru dezvoltarea de noi medicamente și materiale avansate [5] ] , rezolvă probleme logistice complexe sau ajută la luarea altor soluții tehnologice optime [6] .
• „ Internetul lucrurilor ” - citirile senzorilor și senzorilor se încadrează de obicei într-un sistem centralizat de control al procesului, iar deciziile sunt luate deja la acest nivel. În viitor, capacitățile oferite de sistemele încorporate vor permite dispozitivelor să comunice între ele și să descentralizeze luarea deciziilor. De exemplu, puteți utiliza etichete de frecvență radio pentru produse semifabricate - o linie de producție automată, citind eticheta, va decide (în timp real) ce operație să se aplice unui anumit semifabricat. De asemenea, este folosit pentru urmărirea mărfurilor și materialelor, gestionarea aprovizionării cu piese de schimb, evaluarea eficienței utilizării și obținerea de date de piață în timp real.
• Realitate augmentată  – tehnologia se află în stadiul inițial de dezvoltare, dar în viitor va permite lucrătorilor să accelereze luarea deciziilor. De exemplu, un lucrător poate primi instrucțiuni despre cum să repare sau să înlocuiască o piesă ruptă într-un sistem de producție în timp ce o privește prin ochelari de realitate augmentată. Poate fi folosit și în educație, expoziții virtuale, tipărire și publicitate și retail.
• Realitatea Virtuală și Metaversul  - tehnologia se află și ea în fazele inițiale ale dezvoltării sale, sugerând că în viitor, majoritatea contactelor și comunicării dintre oameni și alte obiecte (companii, servicii etc.) vor fi mutate într-un virtual permanent. spațiu în care oamenii pot interacționa între ei și cu obiecte digitale prin intermediul avatarurilor lor , folosind tehnologii de realitate virtuală . Poate fi folosit și în inginerie și construcții, producție și dezvoltare de produse, educație și formare și comercializare .
• Modelare și simulare  - Inginerii folosesc deja modelarea 3D în faza de proiectare a produsului sau a procesului. În viitor, tehnologiile de date mari vor permite utilizarea diferitelor simulări în timp real. De exemplu, în etapa de producție, operatorul va putea simula virtual procesul fizic, ținând cont de materiile prime disponibile și oamenii, reducând astfel timpul de instalare a echipamentului și îmbunătățind calitatea.
• Imprimare 3D  - Imprimantele 3D sunt utilizate în principal pentru prototipare sau componente individuale, în continuare imprimantele 3D pot fi utilizate pe scară largă pentru producția de produse personalizate în loturi mici, avantajele sale de design și natura descentralizată a producției vor reduce costurile de transport și de inventar. De asemenea, este utilizat în asistența medicală în crearea de dispozitive medicale inteligente și individuale, în individualizarea mărfurilor și în producția de la distanță.
• Electronica imprimată  este crearea de circuite electronice folosind echipamente de imprimare , care vă permite să aplicați cerneală specială (conductivă, semiconductoare, rezistivă etc.) pe suprafața unui substrat plat și, astfel, să formați elemente active și pasive pe acesta , precum și ca interconexiuni conform schemei electrice .
• Nanotehnologia este un domeniu al științei și tehnologiei  fundamentale și aplicate care se ocupă cu metode pentru dezvoltarea, producerea și utilizarea produselor cu o structură atomică dată prin manipularea controlată a atomilor și moleculelor individuale .
• Neurotehnologiile  sunt orice tehnologii care au un impact fundamental asupra modului în care oamenii înțeleg creierul și asupra diferitelor aspecte ale conștiinței , activității mentale, funcțiilor mentale superioare , inclusiv tehnologii care sunt concepute pentru a îmbunătăți și corecta funcțiile creierului.
• „ Blockchain ” - termenul a apărut ca numele unei baze de date distribuite complet replicate implementate în sistemul „ Bitcoin ”, motiv pentru care blockchain-ul este adesea identificat cu registrul tranzacțiilor în diferite criptomonede . Cu toate acestea, tehnologia blockchain poate fi extinsă la orice bloc de informații interconectate, iar acum blockchain-ul găsește deja aplicații în domenii precum: tranzacții financiare , înregistrări de active și drepturi de proprietate, contracte inteligente , trasabilitatea informațiilor și locul de origine, identificarea utilizatorului și crearea altor tehnologii de securitate cibernetică [7] .
• Securitatea informației  – multe companii folosesc sisteme de management și producție bazate pe tehnologii proprietare sau nu au acces la Internet, dar pe măsură ce relațiile cu partenerii se extind, utilizarea standardelor și protocoalelor deschise crește riscurile de securitate a informațiilor în mod dramatic. Protejarea sistemelor industriale va necesita nu numai comunicații de înaltă calitate și securizate, ci și sisteme de gestionare a conturilor și de control al accesului (Gestionarea identității și accesului).

Influență

Sistemele ciberfizice acoperă industrii și țări întregi cu viteze diferite și în direcții diferite.

Industriile cu o gamă largă de produse, cum ar fi auto, alimente, beneficiază de flexibilitatea sistemelor ciber-fizice și de creșterea productivității. Industriile care necesită o calitate înaltă, cum ar fi electronicele și produsele farmaceutice, beneficiază de utilizarea datelor mari și a analizelor, de îmbunătățirea continuă a calității și funcționalității produselor.

Țările dezvoltate cu un cost ridicat al forței de muncă calificate pot profita de cererea în creștere pentru muncitori calificați. Țările în curs de dezvoltare, cu tineri calificați în IT și mecatronică , pot depăși câteva etape tehnologice și pot crea concepte de producție complet noi.

În general, modalități mai flexibile, mai rapide și mai eficiente de a obține bunuri de calitate la prețuri reduse duc la creșterea economiei, locuri de muncă calificate și, în cele din urmă, schimbă competitivitatea companiilor și a regiunilor.

Vezi și

• Mecatronică

Note

1. ↑ R.G. Sanfelice. Analiza și proiectarea sistemelor ciber-fizice. O abordare a sistemelor de control hibride // Sisteme ciber-fizice: de la teorie la practică / D. Rawat, J. Rodrigues, I. Stojmenovic. - CRC Press, 2016. - ISBN 978-1-4822-6333-6 .
2. ↑ Centrul European de Strategie Politică (2016). Viitorul muncii: abilități și rezistență pentru o lume a schimbării. EPSC Strategic Notes , Issue 13. Recuperat la 3 mai 2018. . Preluat la 31 martie 2020. Arhivat din original la 8 februarie 2020. (nedefinit)
3. ↑ PricewaterhouseCoopers. Opt tehnologii cheie pentru afaceri  (rusă)  ? . PwC. Data accesului: 15 noiembrie 2019. Arhivat din original pe 15 noiembrie 2019.  (nedefinit)
4. ↑ Klaus Schwab , Nicholas Davies. Tehnologii ale celei de-a patra revoluții industriale = Shaping The Fourth Industrial Revolution Arhivat 11 februarie 2022 la Wayback Machine . - Eksmo, 2018. - 320 p. - ISBN 978-5-04-095565-7 .
5. ↑ Un computer cuantic a accelerat selecția compoziției materialelor semiconductoare de la zeci de ani la zeci de secunde . 3DNews . (10 februarie 2022). Consultat la 10 februarie 2022. Arhivat din original pe 10 februarie 2022. (nedefinit)
6. ↑ Companiile mari se uită la calculul cuantic . ServerNews.ru (9 ianuarie 2022). Preluat la 10 februarie 2022. Arhivat din original la 11 februarie 2022. (nedefinit)
7. ↑ Lumea pe blockchain: unde noua tehnologie este deja aplicată . Forbes _ _ Preluat la 6 mai 2020. Arhivat din original la 17 mai 2020. (nedefinit)

Literatură

• Edward A. Lee, Cyber-Physical Systems - Sunt bazele de calcul adecvate? Arhivat pe 20 octombrie 2017 la Wayback Machine
• Paulo Tabuada, Cyber-Physical Systems: Position Paper
• Rajesh Gupta, Modele și metode de programare pentru acțiuni și raționament spațio-temporal în sistemele ciberfizice
• EA Lee și SA Seshia, Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach , http://LeeSeshia.org, 2011. Arhivat la 20 februarie 2015 la Wayback Machine
• Chekletsov V. V. Identificare și identitate în lumea ciber-fizică, 2017 Arhivat 26 septembrie 2018 la Wayback Machine

Dicționare și enciclopedii	mare chinezesc