Mis on küberfüüsikalised süsteemid?

Küberfüüsikalised süsteemid (KFS) on süsteemid, mis seovad läbi infotöötluse füüsilist maailma virtuaalse maailmaga.   Mitmekülgsed süsteemi osad panustavad sellesse, et luua grupina käitumist. Need osad võivad sisaldada tarkvara süsteeme, sidetehnoloogiat ning sensoreid/ajameid, mis suhtlevad reaalse maailmaga ning võivad tihti sisaldada sardsüsteemide tehnoloogiat. [1]

Üks küberfüüsikaline süsteem sisaldab tihti komponente mitmetelt tootjatelt või teenusepakkujatelt. Tänu sellele panustavad mitmed firmad KFS-i, kuid ei pruugi sellest ise teadlikud olla, sest nende tooteid ja teenuseid seotakse teiste tootjate omadega, et luua uusi KFS-e. Alternatiivselt, võivad erineva suunitlusega tootjad koos panustada uue KFS-i toote loomimisele. [1]

KFS sisaldab endas mitmeid väljakutseid, mida ei pruugi leida klassikalises äri-info süsteem või sardsüsteemides. Selleks et ehitada KFS-i on vaja mitmete erinevate inseneriteaduste spetsialistide koostööd,  kes seoksid omavahel nii tehnilise kui ka vastavate kasutusotstarvete valdkondi, nii et moodustuks uus süsteemiehituse teadusharu. [1]

Tüüpiline küberfüüsikaline süsteem võib:

  • Monitoorida ning kontrollida füüsilisi, organisatoorseid või ärilisi protsesse
  • Olla laiaulatuslik süsteem, mis hõlmab erinevaid (isegi vastuolulisi) eesmärke, mis ulatuvad erinevate kasutusotstarvete valdkondadesse.
  • Vajada erinevate tehniliste erialade ning kasutusotstarvete valdkondade integratsiooni
  • Peab pakkuma suurt kasutuskindlust
  • Sisaldada piisaval määral kasutaja kaasatust
  • Järjepidevalt monitoorida ning optimiseerida oma teostusvõimet
  • Pidevalt kohaneda ning areneda vastavalt keskkonna muutustele, reaalajas (re)konfigureerides,grupeerudes või or volitades.
  • Vajada hierarhilist otsustus süsteemi, mis on suure autonoomsusega nii lokaalsel, regionaalsel, riiklikul kui ka globaalsel skaalal.
  • Olla jaotatud ning seotud süsteemide süsteem. [1]

Kus saab KFS-e rakendada?

KFS-e saab kasutada mitmetes erinevates kontekstides ning rakendus alades. Mõned näited:

  • Parendada kodude ja kontorite tõhusust ning turvalisust, näiteks monitoorides ning kontrollides temperatuuri ja niiskustaset õhus.
  • Toetada üksi elavaid vanemaid inimesi, näiteks tuvastades erinevaid probleeme (haigused, õnnetused jne.) ning käivitada alarm, kasutades märkamatuid kantavaid sensoreid või koju paigaldatud andureid.
  • Jälgida ühistranspordis või teedevõrgustul olevates sõidukites reisijate turvalisust ning liikumist.
  • Optimiseerida põllumajanduses saagi toodangut ning vähendada putukatõrje/väetise kasutust. KFS võimaldab tuvastada, kuhu parajasti on emba-kumba vaja, ning toimetab selle ainult sinna kindlasse asukohta.
  • Aitab kasutusele võtta tarku, tõhusaid tootmissüsteeme ning tootmisliine.
  • Monitoorida kariloomade tervist ning heaolu, et ennetada haigusi või vigastusi.
  • Koguda keskkonnaandmeid, et hoiatada õigeaegselt näiteks metsatulekahju, maavärinate või vulkaanipursete eest.
  • Jälgida inimeste tervist ning kehaslist võimekust (nt haiglas patsiendid või sportlased) [1]

Kuidas on seotud KFS-id ja sardsüsteemid?

Sardsüsteem on iseseisev süsteem, mis hõlmab endas kontroll-loogika elemente ja reaalse maailma suhtlust. Erinevalt KFS-st on sardüsteem tüüpiliselt piiratud ühele seadmele. Samal ajal kui KFS võib hõlmata mitmeid süsteemi osi ning seadmeid. Sardsüsteemidel on tavaliselt piiratud ülesannete arv, mida täita. Kusjuures sardsüsteemi tarkvara ja riistvara elemendid on disainitud spetsiifiliset täitma neid ülesandeid, ning teevad seda enamasti väga piiratud vahenditega.  [1]

Siiski on sardsüsteemid väga olulised elemendid paljudele KFS-idele. KFS ise tegutseb palju suuremal skaalal ning hõlmab potentsiaalselt nii mitmeid sardsüsteeme ja seadmeid kui ka teisi süsteeme, mis võivad sisaldada ka inim- ja sotsiaal-tehnilisi süsteeme [1]

Mis on asjade internet?

KFS ja asjade internet (ingl. keeles IoT-Internet of Things) kattuvad mitmes tähtsas aspektis. Asjade internet on visioon tulevikust, kus miljonid seadmed on ühendatud internetti. See aga võimaldab neil kaudselt koguda informatsiooni päris maailma kohta ning jagada seda teiste süsteemide ja seadmetega. [1]

Asjade internetil ja KFS-il on mitmeid sarnaseid väljakutseid, kuid siiski on mõned erisused. Asjade internet paneb palju rõhku üheselt identifitseeritavatele internetti ühendatud seadmetele ja sardsüsteemidele. KFS paneb aga suurt rõhku  tehis ja füüsilise maailma suhtlele (näiteks kuidas suhtleb keeruline tarkvara süsteemi riistvaraga.) [1]

Mida kujutab endast nn. süsteemide süsteem?

Süsteemide süsteem on süsteem, mis koosneb sellistest komponentidest, mis suudavad ka iseseisvalt süsteemi moodustada. Süsteemis osad on nii juhtimiselt kui ka tegevuselt autonoomsed, füüsiliselt jaotatud, pidevalt arenevad ning panustavad koos, et luua arenevat ühtset käitumist, mida nad üksinda ei suuda pakkuda.  [1]

KFS-idel ja sardsüsteemidel on mitmeid ühiseid puutepunkte. Mitmed KFS-id koosnevad iseseisvatest osadest ning nagu ka sardüsteemid, on ka KFS-idel mitmeid väljakutseid, mis hõlmavad endast hakkamasaamist usladusväärse esiletuleku, arengu ning jaotusega. Kuigi KFS-e moodustavad süsteemi osad on tihti autonoomsed, ei ole see siiski  KFS-ile määrav iseloomujoon. Samamoodi ka sardsüsteemide puhul. Kuigi nad hõlmavad nii arvutuslikke elemente kui ka reaalse maailma mõju, ei ole see sardsüsteemi määrav omadus. [1]

http://www.cpse-labs.eu/cps.php [1]