Kiberfizikai rendszer

A kiberfizikai rendszer egy olyan  információtechnológiai koncepció, amely magában foglalja a számítási erőforrások integrálását bármilyen fizikai entitásba, beleértve a biológiai és az ember alkotta objektumokat is. A kiberfizikai rendszerekben a számítási komponens az egész fizikai rendszerben eloszlik, amely annak hordozója, és szinergikusan kapcsolódik annak alkotóelemeihez [1] .

Bevezetés

Egy ilyen rendszerben az érzékelők , berendezések és információs rendszerek a teljes értékláncon keresztül kapcsolódnak egymáshoz, egy üzemen vagy üzleten túl. Ezek a rendszerek szabványos internetes protokollok segítségével kommunikálnak egymással a változások előrejelzése, önbeállítása és az azokhoz való alkalmazkodás érdekében.

A kifejezés aktív használata a német kormány Work 4.0 ( angolul ) ipar számítógépesítésére irányuló projektjének részeként kezdődött [2] . A kiberfizikai rendszerek a negyedik ipari forradalomhoz tartoznak . Az első ipari forradalom a gőzgépnek köszönhetően ment végbe, drámai módon növelve a munka termelékenységét a 19. században, a másodikat a 20. század elején a tömegtermelés jellemezte, villamos energia felhasználásával. A harmadik forradalom köztesnek tekinthető, és az 1970-es évek eleje óta magába foglalja az ipari robotokat és az automatizálást, a negyedik ipari forradalom pedig egy teljesen digitális ipar kialakulását jelenti, amely az információs technológia és az ipar kölcsönös behatolásán alapul.

Technológiai trendek

Fel lehet sorolni a kiberfizikai rendszerek mögött meghúzódó legfontosabb technológiai trendeket. Elszigetelve már különböző területeken használatosak, de egyetlen egésszé integrálva megváltoztatják a termelők, beszállítók és vevők, valamint ember és gép között fennálló kapcsolatot [3] [4] .

• Big data analytics –  A különböző forrásokból származó adatok összegyűjtése és átfogó kiértékelése a valós idejű döntéshozatal standardjává válik.
• Mesterséges intelligencia  – tömeges felhasználás az alkalmazott automatizált rendszerek különböző területein , speciális mesterséges intelligenciával, amely átment a gépi tanuláson . Már ma is használják számítógépes látórendszerek létrehozásában , automatizált virtuális asszisztensekben , programozási folyamat automatizálásában , beszédfelismerésben , gépi fordítási rendszerekben egyik nyelvről a másikra, ügyfélszolgálatoknál és " forróvonalak " létrehozásában az ügyfelek számára. támogatás ( call centerek ) és más területeken.
• Autonóm robotok  – az ipari robotok már elég összetett feladatokat is el tudnak látni, de a számítógépes látórendszerek lehetővé teszik, hogy a robotok interakcióba lépjenek egymással és automatikusan korrigálják cselekedeteiket, az emberek pedig a közelükben lehetnek, befolyásolhatják őket, és ez biztonságos lesz. Hatékonyan alkalmazhatók a veszélyes iparágakban, a kiszámítható műveletek automatizálásában, a szállodaiparban és a turizmusban.
• Az autonóm járművek  és a pilóta nélküli légi járművek (UAV-k) az autonóm vezérlőrendszeren alapuló közlekedési típusok , amelyek különböző fokú autonómiával rendelkeznek: a távirányítástól a teljesen automatikusig. Az autonóm közlekedés fő célja az utasok vagy áruk mozgatása . Az UAV-k pedig felderítési feladatokat, helyszíni fényképezési és videós megfigyelési feladatokat, az infrastruktúra állapotának ellenőrzését, üzenetek és adatok továbbítását, áruszállítást képesek megoldani, és a precíziós mezőgazdaságban használatosak .
• Cloud Computing  – Mélyebb rendszerintegrációra lesz szükség, mind horizontálisan a szállítók és ügyfelek között, mind pedig függőlegesen a különböző funkciók és műveletek között. A felhőtechnológiák lehetővé teszik platformok létrehozását a földrajzilag elosztott partnerek közötti együttműködéshez és adatcseréhez.
• A kvantumszámítás – a kvantum-algoritmusokat  használó számítások lehetővé teszik a kvantumszámítógépen , egyes esetekben a gépi tanulás és a nagy adatelemzés ezerszeres gyorsítását , ami segít az összetett molekulák viselkedésének modellezésében új gyógyszerek és fejlett anyagok kifejlesztéséhez [5] ] , komplex logisztikai problémák megoldására, vagy egyéb optimális technológiai megoldások meghozatalában segít [6] .
• " Internet of things " - a szenzorok és érzékelők leolvasása általában egy központi folyamatvezérlő rendszerbe kerül, és a döntések már ezen a szinten születnek. A jövőben a beágyazott rendszerek által biztosított képességek lehetővé teszik az eszközök számára, hogy kommunikáljanak egymással, és decentralizálják a döntéshozatalt. Használhat például rádiófrekvenciás címkéket a félkész termékekhez – egy automata gyártósor a címkét olvasva eldönti (valós időben), hogy melyik műveletet alkalmazza egy adott félkész termékre. Emellett áruk és anyagok nyomon követésére, alkatrészellátás menedzselésére, a felhasználás hatékonyságának benchmarkolására és piaci adatok valós idejű megszerzésére is használják.
• Kiterjesztett valóság  – a technológia fejlesztésének kezdeti szakaszában van, de a jövőben lehetővé teszi a dolgozóknak, hogy felgyorsítsák a döntéshozatalt. Például egy dolgozó utasításokat kaphat arra vonatkozóan, hogyan javítsa ki vagy cserélje ki a gyártási rendszerben elromlott alkatrészt, miközben kibővített valóságú szemüvegen keresztül nézi azt. Használható oktatásban, virtuális kiállításokon, nyomtatásban és reklámozásban, valamint kiskereskedelemben is.
• A virtuális valóság és a metaverzum  - a technológia is fejlesztésének kezdeti szakaszában van, ami arra utal, hogy a jövőben az emberek és más objektumok (cégek, szolgáltatások stb.) közötti kapcsolatok és kommunikáció nagy része egy állandó virtuálisba kerül. olyan tér, amelyben az emberek interakcióba léphetnek egymással és digitális tárgyakkal avatarjaikon keresztül , a virtuális valóság technológiáinak segítségével . Használható mérnöki és építőipari, gyártási és termékfejlesztési, oktatási és képzési, valamint árusítási területeken is .
• Modellezés és szimuláció  – A mérnökök már a termék- vagy folyamattervezési fázisban alkalmazzák a 3D-s modellezést . A jövőben a big data technológiák lehetővé teszik a különféle szimulációk valós idejű használatát. Például a gyártási szakaszban az üzemeltető képes lesz virtuálisan szimulálni a fizikai folyamatot, figyelembe véve a rendelkezésre álló nyersanyagokat és az embereket, ezáltal csökkentve a berendezések beállítási idejét és javítva a minőséget.
• 3D nyomtatás  - A 3D nyomtatókat elsősorban prototípusok készítésére vagy egyedi alkatrészek készítésére használják, további 3D nyomtatók széles körben használhatók testreszabott termékek kis szériás gyártására, tervezési előnyei és a gyártás decentralizált jellege csökkenti a szállítási és raktározási költségeket. Az egészségügyben is alkalmazzák intelligens és egyedi gyógyászati ​​eszközök készítésénél, áruk individualizálásánál, távoli gyártásnál.
• A nyomtatott elektronika  olyan elektronikus áramkörök létrehozása nyomdatechnikával , amely lehetővé teszi speciális (vezető, félvezető, rezisztív stb.) festék felvitelét egy lapos hordozó felületére, és ezáltal aktív és passzív elemeket is képezhet rajta . mint összeköttetések az elektromos rajz szerint .
• A nanotechnológia  az alapvető és alkalmazott tudomány és technológia területe , amely adott atomi szerkezetű termékek fejlesztésének, előállításának és felhasználásának módszereivel foglalkozik az egyes atomok és molekulák ellenőrzött manipulálásával .
• A neurotechnológia  minden olyan technológia , amely alapvetően befolyásolja azt, hogy az emberek hogyan értik az agyat és a tudat különböző aspektusait , a mentális tevékenységet, a magasabb mentális funkciókat , beleértve azokat a technológiákat is, amelyek célja az agy működésének javítása és korrekciója.
• " Blockchain " - a kifejezés a " Bitcoin " rendszerben megvalósított, teljesen replikált elosztott adatbázis neveként jelent meg, ezért a blokkláncot gyakran azonosítják a különböző kriptovaluták tranzakcióinak főkönyvével . A blokklánc technológia azonban kiterjeszthető bármilyen összekapcsolt információs blokkra, és a blokklánc már most olyan területeken talál alkalmazást, mint: pénzügyi tranzakciók , vagyonbejegyzések és tulajdonjogok, intelligens szerződések , információk és származási hely nyomon követhetősége, felhasználó azonosítása , ill. egyéb kiberbiztonsági [7] .
• Információbiztonság  – sok vállalat használ szabadalmaztatott technológiákon alapuló menedzsment- és termelési rendszereket, vagy nem fér hozzá az internethez, de a partnerekkel való kapcsolatok bővülésével a nyílt szabványok és protokollok használata drámai mértékben növeli az információbiztonsági kockázatokat. Az ipari rendszerek védelméhez nemcsak jó minőségű és biztonságos kommunikációra lesz szükség, hanem fiókkezelési és hozzáférés-felügyeleti rendszerekre is (Identity and Access Management).

Befolyás

A kiberfizikai rendszerek egész iparágakat és országokat fednek le különböző sebességgel és különböző irányokban.

A széles termékcsaláddal rendelkező iparágak, mint például az autóipar, az élelmiszeripar, profitálnak a kiberfizikai rendszerek rugalmasságából és a termelékenység növekedéséből. A magas minőséget igénylő iparágak, mint például az elektronika és a gyógyszeripar, profitálnak a big data és az elemzések használatából, valamint a termékek minőségének és funkcionalitásának folyamatos javításából.

Azok a fejlett országok, ahol magas a szakképzett munkaerő költsége, kihasználhatják a szakképzett munkaerő iránti növekvő keresletet. A fejlődő országok informatikában és mechatronikában jártas fiatalokkal számos technológiai mérföldkövet ugorhatnak át, és teljesen új gyártási koncepciókat hozhatnak létre.

Általánosságban elmondható, hogy a minőségi áruk alacsonyabb áron történő beszerzésének rugalmasabb, gyorsabb és hatékonyabb módjai a gazdaság növekedéséhez, a szakképzettséget igénylő munkahelyekhez vezetnek, és végső soron megváltoztatják a vállalatok és a régiók versenyképességét.

Lásd még

• Mechatronika

Jegyzetek

1. ↑ R.G. Sanfelice. Kiberfizikai rendszerek elemzése és tervezése. Hibrid vezérlőrendszerek megközelítése // Kiberfizikai rendszerek: az elmélettől a gyakorlatig / D. Rawat, J. Rodrigues, I. Stojmenovic. - CRC Press, 2016. - ISBN 978-1-4822-6333-6 .
2. ↑ Európai Politikai Stratégiai Központ (2016). A munka jövője: készségek és rugalmasság a változások világában. EPSC Strategic Notes , 13. szám. Letöltve: 2018. május 3 .. Letöltve: 2020. március 31. Az eredetiből archiválva : 2020. február 8.. (határozatlan)
3. ↑ PricewaterhouseCoopers. Nyolc kulcsfontosságú technológia az üzleti élet számára  (orosz)  ? . PwC. Hozzáférés dátuma: 2019. november 15. Az eredetiből archiválva : 2019. november 15.  (határozatlan)
4. ↑ Klaus Schwab , Nicholas Davies. Technologies of the Fourth Industrial Revolution = Shaping The Fourth Industrial Revolution Archiválva 2022. február 11-én a Wayback Machine -nél . - Eksmo, 2018. - 320 p. - ISBN 978-5-04-095565-7 .
5. ↑ Egy kvantumszámítógép több tíz évről több tíz másodpercre gyorsította fel a félvezető anyagok összetételének kiválasztását . 3DNews . (2022. február 10.). Letöltve: 2022. február 10. Az eredetiből archiválva : 2022. február 10. (határozatlan)
6. ↑ A nagyvállalatok a kvantumszámítástechnikával foglalkoznak . ServerNews.ru (2022. január 9.). Letöltve: 2022. február 10. Az eredetiből archiválva : 2022. február 11. (határozatlan)
7. ↑ A világ a blokkláncon: ahol már alkalmazzák az új technológiát . Forbes . _ Letöltve: 2020. május 6. Az eredetiből archiválva : 2020. május 17. (határozatlan)

Irodalom

• Edward A. Lee, Cyber-Physical Systems – Megfelelőek-e a számítástechnikai alapok? Archiválva : 2017. október 20. a Wayback Machine -nál
• Paulo Tabuada, Cyber-Physical Systems: Position Paper
• Rajesh Gupta, Programozási modellek és módszerek tér-időbeli cselekvésekhez és érveléshez a kiberfizikai rendszerekben
• EA Lee és SA Seshia, Introduction to Embedded Systems – A Cyber-Physical Systems Approach , http://LeeSeshia.org, 2011. Archiválva : 2015. február 20. a Wayback Machine -nél
• Chekletsov V. V. Identification and Identity in the Cyber-Physical World, 2017 Archivált : 2018. szeptember 26. a Wayback Machine -nél

Szótárak és enciklopédiák	nagy kínai