Что такое киберфизические системы? Киберфизические системы (КФС) - это технологическая основа, позволяющая беспрепятственно соединить физический мир с виртуальным миром информационных технологий.
Краткое резюме
В эпоху цифровизации и четвертой промышленной революции, известной как индустрия 4.0, киберфизические системы (CPS) играют абсолютно центральную роль. Они являются технологической основой, позволяющей беспрепятственно соединять физический мир с виртуальным миром информационных технологий. Но что именно скрывается за этим термином и какой потенциал открывают эти сложные системы для будущего промышленности и не только?
CPS: определение
Киберфизические системы, часто сокращенно называемые CPS, - это интеллектуальные системы, сочетающие механические и электронные компоненты с современными информационными технологиями и программным обеспечением. Эти системы способны получать данные из физического мира, обрабатывать их в цифровом виде, анализировать и, основываясь на этой информации, управлять физическими процессами или влиять на них.
Это встраиваемые системы, которые собирают информацию с помощью датчиков и воздействуют на физический мир с помощью исполнительных механизмов. Способность к самоорганизации и адаптации к изменяющимся условиям делает передовые киберфизические системы решающим фактором в разработке сложных приложений в различных областях.
Соединение цифрового и физического миров
Интеграция киберфизических систем лежит в основе их работы. Они преодолевают традиционное разделение между цифровым и физическим миром, обеспечивая непрерывный поток информации и управления. Датчики регистрируют физические величины, такие как температура, давление или положение, и преобразуют их в цифровые данные. Эти данные передаются на централизованные или децентрализованные вычислительные устройства по беспроводным или проводным сетям.
Здесь информация обрабатывается и анализируется, часто с помощью искусственного интеллекта. Полученные знания затем используются для непосредственного вмешательства в физический процесс с помощью исполнительных механизмов (например, двигателей, клапанов).
CPS против CPS. IoT: в чем разница?
- Киберфизические системы (CPS): CPS выходят за рамки чисто сетевого взаимодействия и обмена данными. Они глубоко интегрируют физические процессы с цифровым уровнем управления. CPS не только объединены в сеть, но и способны автономно реагировать на собранные данные, активно контролировать и оптимизировать физические процессы.
- Интернет вещей (IoT): Чтобы собирать и обмениваться данными, IoT в основном фокусируется на объединении в сеть повседневных объектов и устройств. Цель - дать возможность "сетевым объектам" общаться друг с другом и предоставлять информацию. Умный дом, управляющий освещением и отоплением с помощью приложения, - типичный пример IoT.
Сферы применения
Области применения киберфизических систем разнообразны и варьируются от промышленного производства до повседневных инфраструктур.
CPS в индустрии 4.0 (умная фабрика)
В Индустрии 4.0 CPS являются основой "умной фабрики". Они позволяют полностью оцифровать и объединить в сеть производственные процессы. Машины, продукты и логистические системы взаимодействуют друг с другом, обмениваются информацией о состоянии и в значительной степени управляют собой.
- Интеллектуальные производственные линии: Машины, которые сами настраиваются и адаптируются к производству различных продуктов.
- Предиктивное обслуживание: Датчики следят за состоянием механических компонентов и сообщают о приближающихся отказах на ранней стадии.
- Автономные транспортные системы: Транспортные системы без водителя, которые перемещают материалы и изделия в пределах завода.
Интеллектуальные инфраструктуры (умные сети, умные дома)
CPS вносят значительный вклад в эффективность и безопасность критических инфраструктур:
- Интеллектуальные сети: CPS используют интеллектуальные сети для динамического контроля и оптимизации производства, распределения и потребления энергии, например, путем интеграции возобновляемых источников энергии.
- Умный дом: Хотя часто их относят к категории IoT, более сложные системы умного дома, которые, например, интеллектуально и адаптивно управляют системами отопления, вентиляции и безопасности, могут считаться CPS.
Автономные системы и мобильность
CPS незаменимы в области мобильности и робототехники:
- Автономные транспортные средства: Самоуправляемые легковые и грузовые автомобили, которые используют различные датчики для восприятия окружающей обстановки и принятия самостоятельных решений для безопасной навигации.
- Промышленные роботы: Роботы, которые не только выполняют запрограммированные задачи, но и могут реагировать на изменения в окружающей среде и соответствующим образом адаптировать свои движения.
Электронное здоровье
В сфере здравоохранения CPS позволяют использовать новые формы ухода за пациентами и мониторинга:
- Интеллектуальные медицинские устройства: Устройства, которые непрерывно отслеживают жизненные показатели пациентов и автоматически подают сигналы тревоги или вводят лекарства в случае отклонений.
- Телемедицина: Системы, позволяющие врачам удаленно наблюдать и лечить пациентов.
Возможности и потенциал Индустрии 4.0
- Эффективность и производительность : Автоматизация и оптимизация процессов повышают коэффициент использования ресурсов и объем производства.
- Гибкость : CPS позволяют быстро адаптироваться к изменениям рынка и требованиям клиентов благодаря динамически реконфигурируемым системам.
- Бизнес-модели : Подключенные продукты и услуги создают пространство для сервисов на основе данных и новых подходов.
- Решения : Данные в реальном времени обеспечивают точную основу для принятия решений.
- меньше вмешательства человека: автономные системы берут на себя выполнение опасных или повторяющихся задач.
- Надежность : Автоматический контроль, обнаружение и устранение неисправностей повышают надежность.
Заключение:
Киберфизические системы являются движущей силой трансформации нашей промышленности и общества. Они обеспечивают бесшовное соединение физических процессов с компьютерными сетями, создавая новое поколение интеллектуальных, сетевых и автономных систем, которые способны кардинально улучшить наш мир.
Свяжитесь с нашими экспертами
Дополнительные материалы
Что такое индустрия 4.0?
Индустрия 4.0 означает цифровую трансформацию промышленности. Узнайте, как IoT, искусственный интеллект и большие данные оптимизируют производство и повышают гибкость.
All Electric Society Factory
Фабрика All Electric Society Factory от Phoenix Contact может вырабатывать больше энергии, чем она потребляет, благодаря сложной сети постоянного тока. Загляните за кулисы и узнайте, как это работает.
Что такое Asset Administration Shell - оболочка управления активами?
Asset Administration Shell (оболочка управления активами, AAS) – это цифровое изображение
физического актива, она является неотъемлемой частью стандарта
индустрии 4.0.