Kyberfyzikální systémy
V souvislosti s nástupem Průmyslu 4.0 se často zmiňuje pojem „kyberfyzikální či kyberfyzické systémy“ případně také CPS (Cyber-Physical System).
Toto označení se poprvé objevuje před deseti lety v USA a označuje systém, který se skládá z fyzických entit řízených počítačovými algoritmy. CPS vyžaduje transdisciplinární přístup – spojuje v sobě teorii kybernetiky, mechatroniky, konstrukční a výrobní vědy.
Základem je tedy spolupráce samostatných řídicích (výpočetních) jednotek, které jsou schopny se autonomně rozhodovat, řídit svěřený technologický celek a zejména se stát samostatným a plnohodnotným členem komplexních výrobních celků.
Příklady takových systémů můžeme spatřovat například v řízení dopravy, autonomních automobilových systémech, smart gridech, senzorových sítích, letectví, koordinovaných skupinách robotů, vojenství, automatických výrobních linkách a skladech či systémech údržby.
Kyberfyzikální systémy se dále dělí na:
Multiagentní systémy – jedná se o systémy samostatně se chovajících agentů. Tyto agenty nemusí být nutně fyzické, může jít o pouze softwarový systém. Jsou-li agenty fyzické, jde již o CPS systém. Hezkým příkladem mohou být automatické dopravníky:
Výhody multiagentních systémů jsou velká flexibilita a odolnost proti poruchám, nevýhodami pak výpočetní a časová náročnost, nutnost jisté standardizace.
Holonické systémy: jsou multiagentní systémy, kde agenty tvoří části výrobního zařízení
osazené reaktivním řídicím prvkem a softwarovým agentem. Holonický agent je tak schopen činnosti plánovat, koordinovat a aktivně provádět. V holonických systémech může být agentem snímač, aktor, ale i celý stroj, výrobní linka nebo firma.
Návrh a zavádění kyberfyzikálních systémů lze provést na základě architektury 5C:
5. konfigurační úroveň (autonomní konfigurace k zajištění odolnosti, přizpůsobení změnám a samo-optimalizace vzhledem k rušení)
4. úroveň poznání (integrovaná simulace a syntéza, vzdálená vizualizace pro lidskou obsluhu, spolupráce při diagnostice a rozhodování)
3. kybernetická úroveň (obdobný model pro komponenty a celé stroje, „stroj času“ pro identifikace změn a události v paměti, shlukování dat kvůli shodám na poli získávání dat)
2. konverzní úroveň (smart analýza kondice strojů a vícerozměrné korelace dat, předvídání degradace entit a jejich výkonu)
1. úroveň připojení (plug & play, bezdrátová komunikace, senzorové sítě)
Kyberfyzikální systém a IoT
Jednotlivé fyzické entity zapojené do internetu věcí navzájem dokáží komunikovat, nemusí však mít nutně vlastní řídicí algoritmus. Internet věcí svou podstatou umožňuje realizovat kyberfyzikální systémy, samotný kyberfyzikální systém však může využívat i jakoukoli jinou síť.
Jistou podmnožinou CPS jsou vestavné (embedded) systémy, v nichž je výpočetní jednotka s řídicím algoritmem vestavěna do fyzické entity. Takový systém však nemusí být nutně součástí komunikační sítě. Typickým příkladem vestavných systémů mohou být současné domácí spotřebiče. Pokud jsou ovšem tyto spotřebiče spojené do inteligentní domácnosti, jedná se již o kyberfyzikální systém.
Data a stroje v bezpečí
Každá entita kyberfyzikálního systému bude generovat velké množství dat o provozu a také o svém vlastním stavu. Zde se uplatní naše znalosti a zkušenosti z oblasti Big Data, strojového učení a umělé inteligence.
Nedílnou součástí kyberfyzikálních systémů jsou aspekty kybernetické bezpečnosti. Je zapotřebí zajistit nejen bezpečí přenášených dat, ale také zařízení (CPS entit) samotných. S rostoucím počtem zařízení budou narůstat i útoky na ně prováděné.
Konkurenční boj mezi firmami se tak v blízké budoucnosti mnohdy nebude odehrávat pouze na poli obchodním. Cílenými hackerskými útoky na konkrétní stroje konkurenta se vyřadí jeho výroba na hodiny až dny, což velkým firmám může způsobit mnohamilionové ztráty.
– redakce –
Zdroje: automatizace.hw.cz, Wikipedia
