Kyber-fyzikální systém

Kybernetický fyzický systém je koncept informační  technologie, který předpokládá integraci výpočetních zdrojů do fyzických entit jakéhokoli druhu, včetně biologických a umělých objektů. V kyberneticko-fyzikálních systémech je výpočetní složka distribuována po celém fyzickém systému, který je jeho nositelem, a je synergicky propojena s jeho základními prvky [1] .

Úvod

V takovém systému jsou senzory , zařízení a informační systémy propojeny v celém hodnotovém řetězci, který přesahuje jediný závod nebo podnik. Tyto systémy spolu komunikují pomocí standardních internetových protokolů k předvídání, samonastavování a přizpůsobování se změnám.

Aktivní používání termínu začalo jako součást německého vládního projektu Práce 4.0 ( anglicky ) pro počítačovou automatizaci průmyslu [2] . Kybernetické fyzikální systémy patří do čtvrté průmyslové revoluce . První průmyslová revoluce proběhla díky parnímu stroji, dramaticky zvyšujícímu produktivitu práce v 19. století, druhá byla poznamenána masovou výrobou na počátku 20. století s využitím elektřiny. Třetí revoluci lze považovat za střední a zahrnuje průmyslové roboty a automatizaci od počátku 70. let, respektive čtvrtá průmyslová revoluce znamená vznik plně digitálního průmyslu založeného na vzájemném pronikání informačních technologií a průmyslu.

Technologické trendy

Je možné vyjmenovat klíčové technologické trendy, které jsou základem kyberneticko-fyzikálních systémů. Izolovaně se již používají v různých oborech, ale když se začlení do jediného celku, změní stávající vztah mezi výrobci, dodavateli a nákupčími i mezi člověkem a strojem [3] [4] .

• Analytika velkých dat –  Shromažďování a komplexní vyhodnocování dat z různých zdrojů se stane standardem pro rozhodování v reálném čase.
• Umělá inteligence  - masové využití v různých oblastech aplikovaných automatizovaných systémů se specializovanou umělou inteligencí, která prošla strojovým učením . Již dnes se používá při vytváření systémů počítačového vidění , v automatizovaných virtuálních asistentech , při automatizaci procesu programování , při rozpoznávání řeči , v systémech strojového překladu z jednoho jazyka do druhého, v zákaznických službách a při vytváření „ horkých linek “ pro zákazníka . podpora ( call centra ) a další oblasti.
• Autonomní roboti  – průmysloví roboti již dokážou vykonávat poměrně složité úkoly, ale systémy počítačového vidění umožní robotům vzájemnou interakci a automatické korigování jejich akcí a lidé mohou být v jejich blízkosti, ovlivňovat je, a to bude bezpečné. Lze je efektivně využít v nebezpečných odvětvích, při automatizaci předvídatelných operací, v hotelnictví a cestovním ruchu.
• Autonomní vozidla  a bezpilotní letadla (UAV) jsou typem dopravy založeném na autonomním řídicím systému s různou mírou autonomie: od dálkově ovládaných až po plně automatické. Hlavním účelem autonomní dopravy je přesun cestujících nebo zboží . A UAV mohou řešit průzkumné úkoly, úkoly fotografování a video sledování na zemi, kontrolu stavu infrastruktury, předávání zpráv a dat, doručování zboží a používají se v přesném zemědělství .
• Cloud Computing  – Bude vyžadována hlubší integrace systému, a to jak horizontálně mezi prodejci a zákazníky, tak vertikálně napříč různými funkcemi a operacemi. Cloudové technologie umožňují vytvářet platformy pro spolupráci a výměnu dat mezi geograficky distribuovanými partnery.
• Kvantové výpočty  – výpočty využívající kvantové algoritmy umožňují na kvantovém počítači v některých případech tisícinásobné zrychlení strojového učení a analýzy velkých dat , což pomáhá modelovat chování složitých molekul pro vývoj nových léků a pokročilých materiálů [5 ] , řeší složité logistické problémy nebo pomáhá přijímat jiná optimální technologická řešení [6] .
• „ Internet věcí “ – odečty senzorů a senzorů obvykle spadají do centralizovaného systému řízení procesu a rozhodnutí se přijímají již na této úrovni. Schopnosti poskytované vestavěnými systémy do budoucna umožní zařízením komunikovat mezi sebou a decentralizovat rozhodování. Využít můžete například radiofrekvenční štítky pro polotovary – automatizovaná výrobní linka, která štítek načte, rozhodne (v reálném čase), jakou operaci u konkrétního polotovaru použít. Používá se také pro sledování zboží a materiálů, řízení dodávek náhradních dílů, srovnávání efektivity využití a získávání tržních dat v reálném čase.
• Rozšířená realita  – technologie je v počáteční fázi svého vývoje, ale v budoucnu umožní pracovníkům urychlit rozhodování. Pracovník může například obdržet pokyny, jak opravit nebo vyměnit rozbitý díl ve výrobním systému, zatímco se na něj dívá prostřednictvím brýlí pro rozšířenou realitu. Může být také použit ve vzdělávání, virtuálních výstavách, tisku a reklamě a maloobchodu.
• Virtuální realita a Metaverse  - technologie je také v počátečních fázích svého vývoje, což naznačuje, že v budoucnu bude většina kontaktů a komunikace mezi lidmi a dalšími objekty (firmy, služby atd.) přesunuta do trvalé virtuální prostor, ve kterém mohou lidé interagovat mezi sebou a s digitálními objekty prostřednictvím svých avatarů pomocí technologií virtuální reality . Může být také použit ve strojírenství a stavebnictví, výrobě a vývoji produktů, vzdělávání a školení a merchandisingu .
• Modelování a simulace  – Inženýři již používají 3D modelování ve fázi návrhu produktu nebo procesu. Big data technologie v budoucnu umožní využití různých simulací v reálném čase. Například ve fázi výroby bude operátor schopen virtuálně simulovat fyzický proces s přihlédnutím k dostupným surovinám a lidem, čímž zkrátí dobu nastavování zařízení a zlepší kvalitu.
• 3D tisk  - 3D tiskárny se používají především pro prototypování nebo jednotlivé komponenty, dále 3D tiskárna může být široce používána pro malosériovou výrobu zakázkových produktů, její konstrukční výhody a decentralizovaný charakter výroby sníží náklady na dopravu a zásoby. Používá se také ve zdravotnictví při tvorbě inteligentních a individuálních zdravotnických přístrojů, při individualizaci zboží, ve výrobě na dálku.
• Tištěná elektronika  je vytváření elektronických obvodů pomocí tiskového zařízení , které umožňuje nanášet speciální inkoust (vodivý, polovodičový, odporový atd.) na povrch plochého substrátu a tím na něm vytvářet aktivní i pasivní prvky . jako propojení podle elektrického schématu .
• Nanotechnologie  je obor základní a aplikované vědy a techniky , který se zabývá metodami vývoje, výroby a použití produktů s danou atomovou strukturou prostřednictvím řízené manipulace s jednotlivými atomy a molekulami .
• Neurotechnologie  jsou jakékoli technologie , které mají zásadní vliv na to, jak lidé chápou mozek a různé aspekty vědomí , mentální činnost, vyšší mentální funkce , včetně technologií, které jsou určeny ke zlepšení a nápravě mozkových funkcí.
• „ Blockchain “ – termín se objevil jako název plně replikované distribuované databáze implementované v systému „ bitcoin “, proto je blockchain často ztotožňován s účetní knihou transakcí v různých kryptoměnách . Technologie blockchain však může být rozšířena na jakékoli propojené informační bloky a nyní již blockchain nachází uplatnění v takových oblastech, jako jsou: finanční transakce , registrace aktiv a vlastnická práva, chytré smlouvy , sledovatelnost informací a místa původu, identifikace uživatele a vytváření dalších technologií kybernetické bezpečnosti [7] .
• Informační bezpečnost  – mnoho společností používá řídicí a produkční systémy založené na proprietárních technologiích nebo nemají přístup k internetu, ale jak se vztahy s partnery rozšiřují, používání otevřených standardů a protokolů dramaticky zvyšuje rizika informační bezpečnosti. Ochrana průmyslových systémů bude vyžadovat nejen kvalitní a zabezpečenou komunikaci, ale také systémy pro správu účtů a řízení přístupu (Identity and Access Management).

Vliv

Kybernetické fyzické systémy pokrývají celá průmyslová odvětví a země různou rychlostí a různými směry.

Odvětví se širokou produktovou řadou, jako je automobilový průmysl, potravinářství, těží z flexibility kyberneticko-fyzikálních systémů a růstu produktivity. Odvětví, která vyžadují vysokou kvalitu, jako je elektronika a farmacie, těží z používání velkých dat a analýz, neustálého zlepšování kvality a funkčnosti produktů.

Vyspělé země s vysokou cenou kvalifikované pracovní síly mohou využít rostoucí poptávky po kvalifikovaných pracovnících. Rozvojové země s mladými lidmi zběhlými v IT a mechatronice mohou skočit několik technologických milníků a vytvořit zcela nové výrobní koncepty.

Obecně platí, že flexibilnější, rychlejší a efektivnější způsoby, jak získat kvalitní zboží za snížené ceny, vedou k růstu ekonomiky, kvalifikovaným pracovním místům a v konečném důsledku ke změně konkurenceschopnosti firem a regionů.

Viz také

• Mechatronika

Poznámky

1. ↑ R.G. Sanfelice. Analýza a návrh kyberneticko-fyzikálních systémů. Přístup k hybridním řídicím systémům // Kyber-fyzikální systémy: Od teorie k praxi / D. Rawat, J. Rodrigues, I. Stojmenovic. - CRC Press, 2016. - ISBN 978-1-4822-6333-6 .
2. ↑ Evropské centrum pro politickou strategii (2016). Budoucnost práce: Dovednosti a odolnost pro svět změn. Strategické poznámky EPSC , vydání 13. Staženo 3. května 2018. . Získáno 31. března 2020. Archivováno z originálu dne 8. února 2020. (neurčitý)
3. ↑ PricewaterhouseCoopers. Osm klíčových technologií pro podnikání  (ruština)  ? . PwC. Datum přístupu: 15. listopadu 2019. Archivováno z originálu 15. listopadu 2019.  (neurčitý)
4. ↑ Klaus Schwab , Nicholas Davies. Technologie čtvrté průmyslové revoluce = tvarování čtvrté průmyslové revoluce Archivováno 11. února 2022 na Wayback Machine . - Eksmo, 2018. - 320 s. - ISBN 978-5-04-095565-7 .
5. ↑ Kvantový počítač urychlil výběr složení polovodičových materiálů z desítek let na desítky sekund . 3D News . (10. února 2022). Získáno 10. února 2022. Archivováno z originálu 10. února 2022. (neurčitý)
6. ↑ Velké společnosti pokukují po kvantových počítačích . ServerNews.ru (9. ledna 2022). Získáno 10. února 2022. Archivováno z originálu dne 11. února 2022. (neurčitý)
7. ↑ Svět na blockchainu: kde je nová technologie již aplikována . Forbes._ _ _ Staženo 6. května 2020. Archivováno z originálu dne 17. května 2020. (neurčitý)

Literatura

• Edward A. Lee, Cyber-Pysical Systems – Jsou počítačové základy adekvátní? Archivováno 20. října 2017 na Wayback Machine
• Paulo Tabuada, Cyber-Physical Systems: Position Paper
• Rajesh Gupta, Programovací modely a metody pro časoprostorové akce a uvažování v kybernetických fyzikálních systémech
• EA Lee a SA Seshia, Introduction to Embedded Systems – A Cyber-Physical Systems Approach , http://LeeSeshia.org, 2011. Archivováno 20. února 2015 na Wayback Machine
• Chekletsov V. V. Identification and Identity in the Cyber-Physical World, 2017 Archivováno 26. září 2018 na Wayback Machine

Slovníky a encyklopedie	velká čínština