Systemy cyberfizyczne i łańcuch dostaw

Przemysł 4.0 wiąże się z takimi osiągnięciami jak systemy cyberfizyczne, które usprawniają komunikację obiektów fizycznych za pomocą Internetu.

Systemy cyberfizyczne – co to jest?

Systemy cyberfizyczne (ang. CPS) to mechanizmy zbudowane na podstawie doskonałej integracji komputerów i komponentów fizycznych kierowanych przez algorytmy. Mogą kopiować, automatyzować i sterować komponentami fizycznymi w środowisku cyfrowym, a także, jak podaje Narodowa Fundacja Nauki ze Stanów Zjednoczonych, integrują komputery, sterowanie i sieci w obiektach oraz infrastrukturach fizycznych poprzez połączenie ich z Internetem i między sobą.

Chociaż systemy cyberfizyczne bardzo przypominają internet rzeczy (IoT) lub przemysłowy internet rzeczy (IIoT), nie działają tak samo. Według specjalistów z Uniwersytetu Vanderbilt IoT to technologia umożliwiająca międzysystemowe połączenie wszelkiego typu urządzeń w celu monitorowania i wymiany danych. Z kolei systemy cyberfizyczne są ściśle powiązane z procesami fizycznymi. Stanowią podstawę IoT, która może zapewnić większą wydajność i zaawansowaną łączność urządzeń oraz usług w domenach przestrzeni cyberfizycznej.

Cechy systemów cyberfizycznych

Systemy cyberfizyczne i robotyka mogą być ze sobą powiązane, jako że tę technologię można zastosować w nanourządzeniach lub robotach przeznaczonych do produkcji precyzyjnych mechanizmów:

Działanie na podstawie danych. Systemy cyberfizyczne gromadzą informacje za pomocą czujników i urządzeń IoT.
Mobilne czujniki do gromadzenia danych. Najpierw niewielkie czujniki mobilne są wdrażane w obiektach fizycznych. Następnie, zgromadzone w różnych punktach sieci dane są łączone w celu stworzenia nowych informacji posiadających odpowiedni kontekst i wiedzę pochodzące ze wszystkich źródeł.
Trening modeli. Po zestawieniu danych w odpowiednim kontekście systemy cyberfizyczne można wykorzystać do trenowania modeli sztucznej inteligencji.
Projekty oparte na symulacjach. Projektowanie przebiega na podstawie kompleksowych symulacji, które w czasie rzeczywistym dostarczają informacji zwrotnych w zakresie ich cech fizycznych.
Autonomiczne działanie. Zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie systemów cyberfizycznych charakteryzują się inteligencją, precyzyjnością i możliwościami reagowania. Mogą one uwzględniać zachowanie systemów fizycznych bez sterowania ręcznego lub jakiejkolwiek interwencji człowieka.
Komunikacja w czasie rzeczywistym. Czujniki IoT oraz inne urządzenia sieciowe nieustannie gromadzą informacje i mogą analizować zdobyte doświadczenie. Dzięki temu mogą wdrażać ulepszenia, a także zwiększać swoją wydajność.
Zachowanie bezpieczeństwa i prywatności. Systemy cyberfizyczne mogą wykorzystywać mechanizmy maskujące tożsamość użytkowników i anonimizujące dane przed ich wykorzystaniem do modelowania i monitorowania dowolnych atrybutów ich fizycznego projektu.

Systemy cyberfizyczne obejmują oprogramowanie, sprzęt i komponenty do nawiązywania łączności

Tworzenie systemu cyberfizycznego

W przypadku systemów sterowanych za pomocą aplikacji informatycznych, czujniki stanowią punkt wejściowy dla algorytmów sztucznej inteligencji, które działają w chmurze. Wymienione poniżej elementy stanowią CPS i umożliwiają im działanie w przestrzeni cyberfizycznej:

Sprzęt. Czujniki i wszelkiego rodzaju systemy elektryczne, elektroniczne, hydrauliczne, mechaniczne, mechatroniczne i pneumatyczne.
Oprogramowanie. Algorytmy podejmujące inteligentne decyzje na podstawie zgromadzonych informacji.
Komponenty do nawiązywania łączności. Nawiązują połączenie z innymi systemami w celu wymiany przydatnych danych.

Przykłady systemów cyberfizycznych

Integracja działania komputerów, magazynowania danych i komunikacji ze sterowaniem obiektami w środowisku fizycznym umożliwia opracowanie nowych rozwiązań w następujących sytuacjach:

Sterowanie maszynami w celu zwiększenia ich wydajności.
Monitorowanie stanu i optymalizacja systemów za pomocą konserwacji predykcyjnej.
Współpraca i nauka robotów. Systemy cyberfizyczne i robotyka współistnieją, np. kiedy roboty AMR udostępniają między sobą mapy magazynów za pomocą systemu do zarządzania flotą.
Pojazdy przesyłające informacje do infrastruktury lub między sobą w celu wybrania optymalnej trasy czy prędkości.

Systemy cyberfizyczne są stosowane do sterowania urządzeniami i procesu nauki robotów

Systemy cyberfizyczne i internet rzeczy – różnice

Systemy cyberfizyczne charakteryzują się zapewnieniem kontroli zwrotnej w zakresie środowiska fizycznego dzięki przetwarzaniu informacji w czasie rzeczywistym. Od internetu rzeczy odróżnia je jednak znacznie więcej aspektów:

Systemy cyberfizyczne	Internet rzeczy
CPS nadzorują i sterują procesami fizycznymi	IoT służy do tworzenia sieci połączonych ze sobą urządzeń, które gromadzą dane i wymieniają się nimi
Są wdrożone fizycznie z sieciowymi komponentami cybernetycznymi	Dysponuje urządzeniami fizycznymi podłączonymi do czujników za pomocą internetu
Są bardziej złożone niż urządzenia IoT	Są zasadniczo proste
Systemy cyberfizyczne są przeznaczone do interakcji i kierowania procesami fizycznymi	Urządzenia IoT są przeznaczone do interakcji z centrami danych
CPS wymagają przeprowadzania analizy danych w czasie rzeczywistym, aby zapewnić prawidłowe działanie systemów	IoT generuje duże ilości informacji, które mogą być analizowane do poznania zachowania użytkowników, produktów oraz innych czynników
Przykładowe CPS to autonomiczne pojazdy, automatyczne systemy przemysłowe czy aparaty medyczne	Inteligentne termostaty, urządzenia monitorujące aktywność fizyczną, domowe systemy bezpieczeństwa mogą wykorzystywać Internet rzeczy

Obszary zastosowania systemów cyberfizycznych

Dzięki informacji zwrotnej systemy cyberfizyczne dysponują coraz większą ilością danych, dlatego wykorzystuje się je w wielu sektorach przemysłowych, a także w łańcuchach dostaw:

Inteligentne fabryki. Te miejsca pracy wykorzystują CPS do sterowania procesami produkcyjnymi i monitorowania zużycia energii. Systemy cyberfizyczne i robotyka tworzą tandem.
Medycyna wspomagana. Przykładem tego zastosowania są wspomagane narzędzia medyczne, wykorzystywane do przeprowadzania zabiegów chirurgicznych, a także protezy bioniczne.
Autonomiczne pojazdy, drony i automatyka domowa.

Usprawnij funkcjonowanie magazynu z Mecaluxem

Jeśli chcesz zoptymalizować działanie instalacji logistycznych Twojej firmy i uzyskać maksymalny zwrot z inwestycji, Mecalux może Ci w tym pomóc. Specjalizujemy się w automatyzacji i opracowaliśmy Easy WMS, system zarządzania magazynem, który skutecznie usprawnia realizację operacji. Oferujemy również Easy DOM, zaawansowany system zarządzania zamówieniami dla firm dysponujących wieloma centrami dystrybucji. Skontaktuj się z nami – doradzimy Ci w zakresie tego i wielu innych rozwiązań magazynowych.