Küberfüüsikalise Süsteemitehnika tekkelugu-intervjuu Merik Meristega

Õpingute vältel on pidevalt peast läbi käinud idee, kuidas selline eriala nagu Küberfüüsikaline Süsteemitehnika alguse sai. Alljärgnevast intervjuust meie õppetooli juhataja ja dotsent Merik Meristega saavad nii see kui ka mitmed teised küsimused vastuse.

Merik Meriste  Merik_Meriste

2015- Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Tartu Kolledž, Üldainete õppetool, Dotsent

2014–…    Tallinna Tehnikaülikool, Infotehnoloogia teaduskond, Automaatikainstituut, Proaktiivtehnoloogiate teaduslaboratoorium, Vanemteadur

Haridustee

1984    Tehnikateaduste kandidaat 1984, Eesti TA Küberneetika Instituudi erialanõukogu arvutite ja süsteemide tarkvara alal;

1979–1982    Tartu Ülikool, arvutiteaduse aspirantuur;

1968–1973    Tartu Ülikool, rakendusmatemaatik;

Teaduskraadid

Merik Meriste, doktorikraad, 1984, (juh) -, Abstraktsed atribuutgrammatikad ja nende kasutamine translaatorite koostamise süsteemides (v.k.), Eesti TA Küberneetika Instituudi.

Teaduspreemiad ja tunnustused

2015, Merik Meriste, ISESS’2015 Parima teadustöö preemia

 1.Millal kuulsite esimest korda mõistet küberfüüsikalised süsteemid/küberfüüsikaline süsteemitehnika?

Mõiste “küberfüüsikaline süsteem” tollast tõlgendust/käsitlust lugesin sept. 2007.a USA Presidendi Akadeemilise Nõukogu järjekordses aruandes “Leadership Under Challenge: Information Technology R&D in a Competitive World. (August 2007)”. Arvatavasti on see KFS seisukohalt üldse esimene sisukas ja IT arengutrendide konteksti seotud seletus, originaalis (lk.31):

“NIT systems connected with the physical world – also called embedded, engineered, or cyber-physical systems – are essential to the effective operation of U.S. defense and intelligence systems and critical infrastructures (e.g., air-traffic-control, power-grid, and water- supply systems). Cyber-physical systems are also at the core of human-scale structures such as vehicles and clinical and home health-care devices as well as large-scale civilian applications such as environmental monitoring, industrial process control, and ground transportation management. … 

Such systems can be difficult and costly to design, build, test, and maintain. They often involve the intricate integration of myriad networked software and hardware components, including multiple subsystems. In monitoring and controlling the functioning of complex, fast-acting physical systems (such as medical devices, weapons systems, manufacturing processes, and power-distribution facilities), they must operate reliably in real time under strict constraints on computing, memory, power, speed, weight, and cost.. “

Mu tollastes märkmetes on selle lõigu juures kommentaar : “cyber- physical system engineering – a challenge for system engineering?”.

Eestikeelne termin “küber-füüsikaline süsteem” sündis aruteludes akad. Leo Mõtusega sama 2007.a sügisel. Termini “küberfüüsikaline süsteemitehnika” (=cyber-physical system engineering) pakkusin 2012.a. kevadistes õppekavaaruteludes kolledžis, järgisin paraku siin terminoloogianormi engineering=süsteemitehnika. Suur oli kiusatus kasutada e.k. küber-füüsikaline inseneeria.

2. Millistes riikides on analoogne õppekava kasutusel?

Konkreetset analoogi ei oska siiani esile tuua. Tehnikaülikoolides ja rakenduskõrgkoolides, kus on toimivad süsteemitehnika või  arvutitehnika inseneriõppekavad, on reeglina viisil või teisel kaasatud tänaseks KFST seisukohal olulised ained. Erinevate nimede all, enamasti on need Automation Engineering, Computer Engineering, System Engineering, Applied System Engineering, System of System Engineering jne . Sisult sarnase (rakendus)õppekava võib tudeng enesele ise rõõmsasti koostada oma valikuid tehes enamuses tehnikaülikoolides, kui muidugi vastav ülikooli normid seda lubavad. Sisult on tegemist interdistsiplinaarse rakendusliku alaga.

3. Millal ja kuidas tuli idee alustada KFS-i õpetamist Eestis?

Algatamaks küberfüüsikaliste süsteemide õppekava kujunemist Eestis (pidasime lähemate kolleegidega TÜ-s ja TTÜ-s seda äärmiselt vajalikuks) tegin 2008.a. sügisel TÜ Füüsika Instituudi juhtidele ettepaneku kaaluda arvutitehnika õppekava samm-sammult kujundamist KFS õppekavaks. Paraku, alanud majanduskriisis jäid sellised arendusideed paratamatult kõrvale. Soodus “arenguaken” tekkis uuesti 2012.a. mitmete asjaolude kokkulangemisel Tartu kolledžis tänu kolledži juhtkonna tõsisele huvile ja tollase TTÜ rektoraadi toetusele.

4. Kuidas olete rahul hetkel kasutusel oleva õppekavaga, kas seda võiks tulevikus millegagi täiendada?

Õppekavaarendus on Eestis arenenud üsna normeerituks – ses mõttes on paljus üldainetega sätestatud esimesed paar õpiaastat. Oma praegusel kujul on KFST rakendusõppekava parim võimalik kompromiss võimaluste ja soovide vahel, algpunkt arenemisele. Väär oleks tahta n.ö. lõpuni valmis õppekava – ka oskused ja teadmine mida õpetada kujunevad ju päev-päevalt, vahel ka kiiremini kui suudame neid aduda. Ainus võimalik tee on õppekaval, selle eriala üliõpilastel ja õppejõududel koos kujuneda ja uueneda. Insenerioskused, mida vajavad (praeguse arusaamise järgi) KFS insenerid, erinevad traditsioonilistest insenerioskustest – koostada tuleb süsteeme mittetäieliku teadmise alusel –

me ei tea mida me ei tea.

5. Miks on Teie arvates KFS ühiskonnale vajalik?

Vajalik eelkõige seetõttu et KFS tekkimine ja kiire areng on tänaseks paratamatu. Inimese loodud tehissüsteemid põimuvad järjest enam tegeliku maailmaga ja muudavad seda omamoodi. Mitte sugugi  alati paremaks (mis mõttes, on omaette huvitav aruteluteema) ja kui paremaks siis kas inimesele või tehissüsteemile? Selline tehismaailma ja tegeliku maailma põimumine võib avada uued teadmiste allikad uute seiretehnoloogiate abiga ja samas tekitada uusi tundmatuid ohte ja riskiallikaid. Uus ja “äge” KFS võib samas kätkeda endas ohte mida me lihtsalt ei tea! Seega on paratamatult vajalik areneda tagamaks tekkivate KFS töökindlust inimeste huvides.

6. Milline KFS-i tuleviku perspektiiv Teile kõige rohkem huvi pakub?

KFS kui isekohanev keeruline süsteem – selle süsteemitehnika ja arvutusmudelid. Olen ses suunas töötanud ligi 25 aastat, tasapisi on mingis keskkonnas toimuvate arvutuste (pro arvutusagentide) aja- ja kohateadmisest ning suhtlemisoskustest jõudnud keeruliste simulatsioonimudeliteni. See on äärmiselt oluline – KFS käitumismustrite mõistmiseks ei ole sageli muud teed kui matkida (simuleerida) süsteemi käitumist mingites oludes. Kuidas koostada selliseid simulatsioone või simulatsioonikeskkondi on pikaks ajaks aktuaalne uurimisprobleem küberfüüsikalises süsteemitehnikas.

7. Kuidas võiks Teie arvates parandada erinevate riikide teadlaste koostööd KFS-i vallas?

Koostööinstrumendid on tänaseks rahvusvahelistes teadus- ja arendusprogrammide näol loodud nii USA-s kui ka EL-s, on mitmeid konverentsisarju, veebilehti jms. Koostöö edukus sõltub paljus ühistest käsitlusest. Noor interdistsiplinaarne teadmistevaldkond (termini sünnist on napilt 10 aastat, esimeste arendusprogrammide algusest 8 aastat) on paljus sarnane samaealise noorega – kes alles kujuneb, seisukohad kipuvad olema kategoorilised ja arutelud seepärast raskevõitu. Uut arusaamist vajavat teadmist tuleb kõrgtehnoloogiate näol juurde rohkem kui lugeda või jälgida jõuab. Sellise keerulise valdkonna areng tahab aega, väga proaktiivselt siin arengut suunata ei pruugi õnnestuda. Tuleb lihtsalt koos kasvada, tuginedes kogunevale praktilisele ja väärtustatud kogemusele.

8.Milline võiks olla selle eriala tulevik? (kas lõpetajad leiavad tööturul rakendust/kas võiks ka mujal Eesti ülikoolides õpetama hakata )?

Eriala tuleviku üle mõtlemiseks pakub loodetavasti ainet ülalpool p. 5. öeldu. Kahtlemata leiavad lõpetanud tööturul rakendust – mida aeg edasi seda enam on vaja oskajaid nutikates majades, tootmises jm ning KFST rakendusuuringutes. Teadushuvide kütkes lõpetanuid ootavad heameelega magistrantuuri mitmed TTÜ erialad. Täiendava mõtteaine tarvis sel teemal kirjutasin siia alla ka kogu jutu lõpetuse.

Lõpetuseks

Huvitav on tagasivaates täna lugeda milliseid eesmärke nähti 9 aastat tagasi ja mõelda tänaste seisude üle, (sama raport,lk 32):

“Among the goals of a program to improve development methods should be:

• Establishing a scientific basis, a codified knowledge base, and shared principles for designing, building, and operating NIT systems connected with the physical world

• Synthesizing knowledge from the physical sciences, mathematics, engineering, biological sciences, computer science, and other fields to model and simulate such systems in their full complexity and dynamics, including the interactions among potentially many dynamic systems and components in uncertain environments

• Developing a modern NIT systems technology framework to support the real-time computational control requirements of  complex, networked, engineered physical systems

• Establishing rigorous, systematic, scalable, and repeatable design, development, verification, and validation methods, particularly to integrate design and certification and thereby accelerate the approval process and reduce the cost of including new NIT-based capabilities in products for public use

• Building a variety of research testbeds that can be used to test, refine, validate, and approve system designs and development methods

• Developing, documenting, and disseminating research-based standards that are integrated throughout the R&D process to achieve best practices for designing systems cost-effectively to function dependably in their environment, with the necessary assurances of reliability, safety, security, and usability

 

Enamuses neis 2007 a. loetletud suundades on edenemine olnud napivõitu ja raskem kui tollal arvati. Üldtunnustatud lahendusi ei ole siiani pakkuda üheski loetletud töösuunas. Siin on ka vastus küsimusele küberfüüsikalise süsteemitehnika vajalikkusest – KFS loomiseks vajatakse lisaks tavapärastele insenerioskustele põhimõtteliselt uut laadi insenerioskusi. Milliseid? Loodan et tuleme seda edasises õppimises koos KFST õppejõududega avastama.