Пролить свет на «кибер-физические системы»


9

В наши дни часто слышат о кибер-физических системах . Читая по этому вопросу, однако, очень неясно, как эти системы отличаются от распределенных и / или встроенных систем. Примеры из самой Википедии только делают их похожими на традиционные распределенные системы. Например:

Реальным примером такой системы является Сад распределенных роботов в Массачусетском технологическом институте, в котором команда роботов ухаживает за садом томатов. Эта система сочетает в себе распределенное зондирование (каждый завод оснащен сенсорным узлом, отслеживающим его состояние), навигацию, манипуляции и беспроводные сети.

Очевидно, что любая распределенная система состоит из датчиков, исполнительных механизмов (которые могут легко включать навигацию) и сетей.

У меня вопрос, как именно киберфизические системы отличаются от традиционных распределенных систем? Это просто причудливое имя, или с ним что-то значительно отличается?

Ответы:


5

Читая некоторые статьи, ссылки на которые есть в статье в Википедии, я с уважением не соглашусь с @Theran . Различие кажется вполне обоснованным, хотя Википедия плохо справляется с этой задачей.

Термин « встроенные системы» (ES) существует с 60-х годов и, возможно, может относиться ко всему, от самолета до Furby. Я думаю, что термин кибер-физические системы (CPS) был придуман, чтобы отличить его от того, что традиционно считается встроенными системами, а именно с замкнутыми, не сетевыми «блоками», которые работают в очень четко определенной и ограниченной области с ограниченная способность влиять на физические системы. CPS, с другой стороны, воплощают идею мыслить глобально, действовать локально (мои извинения Патрику Геддесу ), то есть они обычно представляют собой сильно сетевые системы, которые вызывают изменения в локальной физической системе в зависимости от состояния и действий других сущности в более широкой сети.

Хотя многие роботизированные приложения соответствуют этому определению и поэтому могут быть названы кибер-физическими системами, многие - нет. Я полагаю, что честь, оказанная роботизированному саду MIT, заключается в том, что роботы являются частью более широкой децентрализованной системы (PDF). Именно растения, оснащенные датчиками, решают, когда запрашивать полив или другие услуги у роботов, а именно роботы затем решают между ними, кто из них выполнит этот запрос. Кроме того, не все CPS считаются «роботизированными», например, интеллектуальная энергосистема.

Кибернетика , как отметил @Theran, занимается изучением систем управления и поэтому станет основной частью изучения CPS, но также имеет более широкий спектр применения, например, в таких областях, как математика, экономика и социология.

В этом отчете по киберфизическим системам (PDF), написанном Эдвардом Ли из Калифорнийского университета в Беркли, ясно, что CPS - это следующий шаг в эволюции встроенных систем со многими из тех же ограничений (возможности реального времени, надежность), а также несколько дополнительных те (надежность, адаптивность, интеллект, взаимосвязанность). Таким образом, область CPS, в частности, связана с разработкой совершенно новых подходов к аппаратной и программной архитектуре. Например:

Но я полагаю, что для полной реализации своего потенциала системы CPS потребуют принципиально новых технологий [...]. Один из подходов, который во многом является восходящим, заключается в модификации компьютерных архитектур для обеспечения точной синхронизации [...]. Подходы сверху - это нисходящие решения, в центре которых лежит концепция модельно-ориентированного проектирования [...]. В этом подходе «программы» заменяются «моделями», которые представляют интересующее поведение системы. Программное обеспечение синтезировано из моделей.

Мысли Ли отражены в этой колонке встраиваемых вычислений (PDF) Уэйна Вулфа из Технологического института Джорджии.

В конце концов, у нас были компьютеры, прикрепленные к вещам в течение долгого времени. Почему, спросите вы, нам нужен новый термин, чтобы описать то, что мы делали годами? [...] У нас есть удивительно небольшое количество теории, чтобы рассказать нам, как проектировать компьютерные системы управления. Теория киберфизических систем пытается исправить этот недостаток. [...] Киберфизические системы активно взаимодействуют с реальным миром в реальном времени и расходуют реальную энергию. Это требует нового понимания вычислений как физического акта - большого изменения для вычислений.

Я рекомендую прочитать обе статьи, чтобы лучше понять, чем CPS отличается от «простых» встроенных систем. Cyberphysicalsystems.org имеет концептуальную карту CPS на своей домашней странице, которая хорошо иллюстрирует многие аспекты, связанные с разработкой CPS.

Что касается происхождения термина, ни один из найденных мною источников никому не приписывал. Многие документы определили это без указания авторства, хотя явно не были первыми, кто их использовал. Термин впервые появился в литературе в 2006 году, но к тому времени Национальный научный фонд США уже организовал семинар по киберфизическим системам , предполагая, что этот термин уже используется к тому времени.


3

Это просто причудливое (и неловкое) имя. Также известен как робототехника, кибернетика, встроенные системы, системы управления и так далее. Я предполагаю, что есть некоторая неудовлетворенность или значениями или спецификой этих других связанных категорий:

  • Робототехника - заставляет людей думать о роверах и промышленном погрузочно-разгрузочном оборудовании.
  • Встроенные системы - слишком неопределенные, не обязательно имеют физическое взаимодействие с миром за пределами кнопок и дисплеев.
  • Системы управления - в основном используется для обозначения детерминированных и нераспределенных контуров управления. Больше Z-преобразования, меньше AI.
  • Кибернетика - вероятно, самая близкая по смыслу, но со временем кибер-х стал означать вещи, которые являются чисто виртуальными (киберпространство, кибербезопасность и т. Д.) Вместо первоначального значения системы управления. Таким образом, необходимо прибегнуть к несколько избыточному «физическому», чтобы напомнить людям, что это касается атомов, а не только кусочков.

Вы также случайно не знаете историю этого слова? Как / Где это было изобретено?
Шахбаз

Впервые я услышал это слово в UIUC около 4 лет назад. Я понятия не имею, где это впервые появилось. Когда я посетил, была лаборатория киберфизических систем.
Джош Вандер Хук

Кибернетика означала управление сложными системами. Теперь это означает «киберпанк-иш мясо + машинные имплантаты».
Джош Вандер Хук
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.