Киберфизические системы

Киберфизическая система (Cyber-Physical System, CPS или КФС) – это система, основанная на интеграции вычислений с физическими процессами. Встраиваемые компьютеры совместно с сетями осуществляют мониторинг и контроль за физическими процессами путем передачи данных через узлы системы, где физические процессы воздействуют на вычисления и наоборот.

КФС – это системы, состоящие из различных природных объектов, искусственных подсистем и управляющих контроллеров, позволяющих представить такое образование как единое целое. КФС – это концепция взаимодействия датчиков, оборудования и информационных систем между собой для прогнозирования, самонастройки и адаптации к изменениям во время производственного процесса.

По мнению авторов: Сложность стоящих сегодня задач приводит к мысли о том, что речь не идет о создании автоматизированных систем, более крупных, чем существующие, где компьютеры интегрированы или встроены в те или иные физические устройства или системы. Речь о гармоничном сосуществовании двух типов моделей.

С одной стороны – это традиционные инженерные модели (механические, строительные, электрические, биологические, химические, экономические и другие), а с другой – модели компьютерные. Предшественниками КФС можно считать встроенные системы реального времени, распределенные вычислительные системы, автоматизированные системы управления техническими процессами и объектами, беспроводные сенсорные сети.

В КФС используют междисциплинарные подходы, в КФС объединяются кибернетика, мехнотроника, теория и практика управления конкретными процессами. От привычных встроенных систем КФС отличается более развитыми связями между вычислительными и физическими элементами, поэтому используется архитектура, аналогичная интернету вещей (IoT).

Поэтому с технической точки зрения КФС имеют много общего со структурами типа грид, реализуемыми посредством интернета вещей (IoT), Индустрии 4.0, промышленного интернета вещей (IIoT), межмашинного взаимодействия (Machine-to-Machine, M2M), туманного и облачного компьютинга (fog и cloud computing). Но этими техническими средствами ни в коем случае нельзя ограничивать представление КФС. Для этих сложных систем требуются новые кибернетические подходы к моделированию, поскольку именно модели являются центральным моментом в науке и инженерии».

Также в работе представлена концептуальная модель киберфизической системы (рис. 1) состоящей из пяти уровней: физического, сетевого, хранилища данных, обработки и аналитики, уровня приложений.

Несмотря на невероятный потенциал, существующие КФС не совершенны и в будущем предстоит решить еще множество задач по устранению в них проблем, таких как разнородность данных, надежность, конфиденциальность, безопасность и др.