Cyber-fysiske system

En cyber-fysisk system er et system af samarbejde beregningsmæssige elementer styrer fysiske enheder. I dag kan en forløber generation af cyber-fysiske systemer findes i så forskellige områder som rumfart, bilindustrien, kemiske processer, civil infrastruktur, energi, sundhed, produktion, transport, underholdning og forbrugerelektronik apparater. Denne generation er ofte omtalt som indlejrede systemer. I indlejrede systemer vægt tendens til at være mere på de beregningsmæssige elementer, og mindre på en intens forbindelse mellem de beregningsmæssige og fysiske elementer.

Oversigt

I modsætning til mere traditionelle indlejrede systemer, er et fuldgyldigt CPS typisk designet som et netværk af interagerende elementer med fysisk input og output i stedet for som standalone enheder. Begrebet er tæt forbundet med begreberne robotter og sensornetværk. Løbende fremskridt inden for videnskab og teknik vil forbedre forbindelsen mellem beregningsmæssige og fysiske elementer, dramatisk øger tilpasningsevne, uafhængighed, effektivitet, funktionalitet, pålidelighed, sikkerhed, og anvendeligheden af ​​cyber-fysiske systemer. Dette vil øge potentialet for cyber-fysiske systemer i flere dimensioner, herunder: intervention; præcision; drift i farlige eller utilgængelige miljøer; koordinering; effektivitet; og forøgelse af menneskelige evner.

Den amerikanske National Science Foundation har identificeret cyber-fysiske systemer som et centralt forskningsområde. Starter i slutningen af ​​2006, NSF og andre amerikanske føderale agenturer sponsoreret flere workshops om cyber-fysiske systemer.

Mobile cyber-fysiske systemer

Mobil cyber fysiske systemer, hvor det fysiske pågældende system har iboende mobilitet, er en fremtrædende underkategori af cyber-fysiske systemer. Eksempler på mobile fysiske systemer omfatter mobile robotter og elektronik, der transporteres af mennesker eller dyr. Den stigende popularitet af smartphones har øget interesse for området for mobile cyber-fysiske systemer. Smartphone-platforme gøre ideelle mobile cyber-fysiske systemer til en række årsager, herunder:

  • Betydelige it-ressourcer, såsom forarbejdning kapacitet, lokal lagring
  • Flere sensoriske input / output-enheder, såsom touch-skærme, kameraer, GPS-chips, højttalere, mikrofon, lyssensorer, følere
  • Flere kommunikations mekanismer, såsom WiFi, 3G, EDGE, Bluetooth til sammenkobling enheder til enten internettet eller til andre enheder
  • Højt niveau programmeringssprog, der muliggør hurtig udvikling af mobil CPS node software, såsom Java, Objective C eller C #
  • Let-tilgængelige ansøgning distributions- mekanismer, såsom Android Market og Apple App Store
  • Slutbrugeren vedligeholdelse og renholdelse, herunder hyppig re-opladning af batteriet

For opgaver, der kræver flere ressourcer, end der lokalt tilgængelige, en fælles mekanisme for hurtig gennemførelse af smartphone-baserede mobile cyber-fysiske systemer noder udnytter netværksforbindelse at forbinde mobile system med enten en server eller en sky miljø, der gør det muligt komplekse behandling opgaver, er umulige under lokale ressourcer. Eksempler på mobile cyber-fysiske systemer omfatter applikationer til at spore og analysere CO2-udledningen, opdage trafikulykker og yde situationsfornemmelse tjenester til første respondenter, måle trafik og overvåge hjertepatienter.

Eksempler

Almindelige anvendelser af CPS typisk falder ind under sensor-baserede kommunikation-aktiverede autonome systemer. For eksempel, mange netværk trådløse sensor overvåger nogle aspekter af miljøet og viderebringe de behandlede oplysninger til en central knude. Andre typer af CPS omfatter smart grid, autonome automotive systemer, medicinsk overvågning, proces kontrolsystemer, distribuerede robotteknologi, og automatiske pilot flyelektronik.

En virkelige verden eksempel på et sådant system er Distributed Robot Have på MIT, hvor et team af robotter tendens en have på tomatplanter. Dette system kombinerer distribueret sansning, navigation, manipulation og trådløst netværk.

Der findes en fokus på styresystemet aspekter af CPS, der gennemsyrer kritisk infrastruktur i indsatsen fra Idaho National Laboratory og samarbejdspartnere forsker elastiske kontrolsystemer. Denne indsats tager en holistisk tilgang til næste generation designs, og mener de modstandsdygtighed aspekter, der ikke er godt kvantificerede, såsom cyber-sikkerhed, menneskelig interaktion og komplekse indbyrdes afhængighed.

Et andet eksempel er MIT løbende kartel projekt, hvor en flåde af taxier indsamler tidstro trafikinformation i Boston-området. Sammen med historiske data, er denne information derefter bruges til at beregne hurtigste ruter for en given tid af dagen.

I industrien domæne Cyber-fysiske systemer bemyndiget af Cloud-teknologier føre til nye tilgange, der baner vejen til industri 4.0 som Europa-Kommissionen IMC-AESOP projekt med partnere som Schneider Electric, SAP, Honeywell, Microsoft etc. demonstreret.

Cyber-fysiske modeller for fremtidens produktion med motivationen en cyber-fysisk system, en "koblede-modellen" tilgang blev udviklet. Den koblede model er en digital tvilling af den virkelige maskine, der opererer i cloud-platform og simulerer helbredstilstand med en integreret viden fra både data drevet analytiske algoritmer samt andre tilgængelige fysisk viden. Den koblede model først konstruerer et digitalt billede fra det tidlige projekteringsfasen. System information og fysisk viden er logget under produktdesign, baseret på hvilken en simuleringsmodel er bygget som en reference for fremtidig analyse. Indledende parametre kan statistisk generaliserede og de kan indstilles ved hjælp af data fra undersøgelser eller fremstillingsprocessen hjælp parameterestimeringen. Simuleringsmodellen kan betragtes som et spejlbillede af den reelle maskine, som er i stand til kontinuerligt at registrere og spore maskinens tilstand under den senere udnyttelse fase. Endelig med allestedsnærværende tilslutningsmuligheder tilbydes af cloud computing-teknologi, den koblede model giver også bedre adgang til maskinens betingelse for fabrikkens ledere i tilfælde, hvor fysisk adgang til faktiske udstyr eller maskine data er begrænset.

Design

En udfordring i udviklingen af ​​indlejrede og cyber-fysiske systemer er kløften mellem de forskellige involverede discipliner, ligesom software og mekanik. I et marked, hvor hurtig innovation er afgørende, ingeniører fra alle discipliner skal være i stand til at udforske systemet designs fællesskab, tildele ansvar til software og fysiske elementer, og analysere afvejninger mellem dem. Nylige fremskridt viser, at kobling discipliner ved hjælp co-simulering, vil gøre det muligt discipliner til at samarbejde uden at håndhæve nye værktøjer eller designmetoder. Resultater fra MODELISAR projektet viser, at denne tilgang er levedygtig ved at foreslå en ny standard for co-simulering i form af den funktionelle Mock-up Interface.

Design og implementere en Cyber ​​Fysisk Produktionssystemer kan være baseret på en 5C arkitektur. Se venligst. I "Connection" niveau niveau, kan enheder være designet til at selv-connect og selv-sensing for sin opførsel. I niveauet "konvertering", er data fra selvstændige tilsluttede enheder og sensorer måler funktionerne i kritiske spørgsmål med selvbevidste kapaciteter, kan maskinerne bruge selvbevidst oplysninger til selv at forudsige de potentielle problemer. I niveauet "Cyber", er hver maskine skaber sin egen "tvilling" ved hjælp af disse instrumenterede funktioner og yderligere at karakterisere maskinen sundhed mønster baseret på en "Time-Machine" metode. Den etablerede "tvilling" i cyberspace kan udføre selvstændige sammenligne til peer-to-peer-ydeevne til videre syntese. I "Kognition" niveau, vil resultaterne af selvevaluering og selvevaluering blive præsenteret for brugere baseret på et "infografik", hvilket betyder at vise indhold og sammenhæng med de potentielle problemer. I niveauet "Konfiguration", kan maskinen eller produktionssystem omkonfigureres baseret på de prioriterede og risikokriterier for at opnå robust ydeevne.

  0   0

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha