CPS je síť mnoha různých technologií, které slouží k propojení skutečného světa s virtuálním světem. Z profesionálnějšího technického hlediska poukazují na sítě mechanických systémů, které jsou řízeny a monitorovány pomocí počítačového procesu.
Tyto různé technologie se používají k vnímání opatření a pojmenování procesů dle kontextu a poté z toho odvozují a implementují odpovídající přístup. To je prováděno napříč stroji prostřednictvím sítě.
Samozřejmě je třeba najít tu správnou technologii. Dobrou zprávou je, že byla vynalezena a již se používá! CPS jsou páteří Průmyslu 4.0, zejména proto, že jejich vývoj na prvním místě umožnil, aby bylo síťové výrobní prostředí vůbec teoreticky představitelné.
Nyní se nám však začnou věci lehce komplikovat. Technologie použité v rámci CPS skutečně vytvářejí systémy samy o sobě. Například „vestavěné systémy“, diskutované výše jako součást CPS, se „systémy“ nenazývají bezdůvodně. Na CPS lze tedy pohlížet spíše jako na „supersystém“ složený z menších subsystémů.
Následující příklad by měl situaci lépe vysvětlit:
Příklad
Systém systémů
Kancelářská budova má ve všech svých místnostech nainstalován samostatný systém požární ochrany. Každý z těchto systémů se skládá ze senzoru, který detekuje ohnisko požáru, alarmu, který zazní v případě požáru, a hasicího systému, který se nachází na stropě.
Předpokládejme, že v místnosti A začne hořet odpadkový koš – senzor to detekuje, zazní zvukový signál alarmu a hasicí systém začne stříkat vodu. Místnost B na dalším podlaží nicméně situaci ještě vůbec nezaznamenala.
Pokud by byl však systém v místnosti A propojen se systémem v místnosti B, senzor A může nahlásit senzoru B: “Hoříme!“ Senzor B se pak může okamžitě rozhodnout spustit poplach, aby byla tato místnost také evakuována, ale neaktivovat hasicí systém, protože v místnosti B (zatím) ´žádný oheň nevypukl. Kontextově závislé rozhodnutí bylo tedy automatizováno napříč systémem a prováděno v reálném čase.
Požadované technologie lze rozdělit do tří základních kategorií:
Ovládání
Komunikace
Výpočet
Následující diagram ukazuje, jak jsou tyto technologie vzájemně propojeny:
Takový model vám však moc dobře neposlouží, pokud nerozumíte jednotlivým složkám:
Fyzické prvky – mezi ovládáním a výpočtem
Jedná se především o vestavěné systémy, tj. subsystémy uvedené výše. Tvoří je:
Akční členy: Většinou se jedná o komponenty technologie pohonů – to nutně nemusí znamenat, že se něco pohybuje, ale že je alespoň s něčím hýbáno. Například robotické rameno, které dokáže otáčet součástkou, potřebuje motor, aby jím mohl pohnout. Je nezbytné, aby takový akční člen byl ovládán elektrickým signálem.
Senzory: Jedná se o protějšky akčních členů – „snímají“ své prostředí podle jeho fyzikálních nebo chemických vlastností (např. tlak, teplo, jas atd.) a reprezentují je pomocí měřené veličiny (např.: teplota obrobku = 10 stupňů Celsia). Tato měřená veličina může být dále zpracována jako elektrický signál.
Mikrokontrolér: Mozek vestavěného systému, nazývaný také jako „jednočipový počítač“. Mikrokontrolér totiž vykonává počítačové úkoly stejně jako počítač. Monitoruje, řídí a přenáší procesy automaticky v závislosti na jeho programování.
Všimněte si: ve skutečnosti kombinace fyzických prvků CPS není nic víc než robot! Senzory snímá své okolí, pohybuje se a chová se podle svých akčních členů a jedná přesně podle pokynů svého mikrokontroléru. Je důležité, aby mohl dynamicky reagovat na své okolí a aby akce a měření mohly být prováděny současně.
Kybernetické prvky – mezi ovládáním a komunikací
Kybernetické prvky slouží ve virtuálním světě k přenosu a zpracování dat. Zde se data stávají informacemi a informace se stávají znalostmi. K tomu je nutná jedna důležitá věc – správná síťová technologie!
Internet: S množstvím dat v reálném čase musí být k dispozici super rychlý internet. S přenosem dat však mohou pomoci i nové standardy mobilních telefonů jako je 5G.
Adresní prostor: Každý prvek potřebuje také svou vlastní internetovou adresu. Nové komplexnější internetové protokoly, jako je IPv6, které umožňují mnohem více různých internetových adres najednou, mohou zajistit, aby každý prvek měl svou vlastní jedinečnou a jednoznačnou adresu.
Cloud Computing: Aby bylo možné rychle zpracovat množství dat, potřebujete velký počítačový výkon – díky Cloud Computingu máte přístup k externím serverům, které přebírají výpočetní výkon a poskytují další úložný prostor pro databáze.
Data musí být získána, zpracována a uvedena do kontextu v reálném čase. Na základě těchto znalostí musí být poté učiněno rozhodnutí o tom, jak postupovat ve výrobním prostředí (pamatujte na příklad požárního poplachu), a to musí být předáno příslušným subsystémům. Ty pak rozhodnutí implementují a poté vše začne od znova.
Systémové prvky – mezi komunikací a výpočtem
V tomto případě se jedná o propojení a využití velkého systému, nicméně to je ještě stále spíše teorií. V tomto ohledu je velmi užitečná disciplína, která se nazývá tzv. „systémové inženýrství“. Zde jsou definovány požadavky na CPS a přijata vhodná opatření:
Požadavek: Co je potřeba udělat? Které stroje je potřeba nastavit do vzájemného vztahu, aby mohly spolupracovat (např. na výrobní lince)?
Systémová integrace: Která rozhraní potřebují jednotlivé systémy integrovat do většího? Jaký software je přitom použit?
Zajištěná kvality: Jak jsou analyzovány chyby? Jak jsou napravovány? Jaká je tolerance chyb jednoho systému ve srovnání s celým systémem?
Zapamatujte si
CPS generují data, informace a znalosti z fyzikálních procesů. Ty jsou zpracovávány v reálném čase, dynamicky řídí procesy a jsou propojeny přes síť.
To vyžaduje tři základní technologie: ovládání, výpočet a komunikaci.
Ty jsou splněny následujícími technologickými moduly a koncepty:
Fyzikální prvky: akční členy, senzory a mikrokontroléry
Kybernetické prvky: síťové technologie jako je internet
Systémové prvky: vymezení konceptu celého systému v souladu s požadavky „systémového inženýrství“
CPS nejsou ničím jiným než „supersystémy“ složenými z různých subsystémů s těmito technologickými stavebními prvky.
CPS je síť mnoha různých technologií, které slouží k propojení skutečného světa s virtuálním světem. Z profesionálnějšího technického hlediska poukazují na sítě mechanických systémů, které jsou řízeny a monitorovány pomocí počítačového procesu.
Tyto různé technologie se používají k vnímání opatření a pojmenování procesů dle kontextu a poté z toho odvozují a implementují odpovídající přístup. To je prováděno napříč stroji prostřednictvím sítě.
Samozřejmě je třeba najít tu správnou technologii. Dobrou zprávou je, že byla vynalezena a již se používá! CPS jsou páteří Průmyslu 4.0, zejména proto, že jejich vývoj na prvním místě umožnil, aby bylo síťové výrobní prostředí vůbec teoreticky představitelné.
Nyní se nám však začnou věci lehce komplikovat. Technologie použité v rámci CPS skutečně vytvářejí systémy samy o sobě. Například „vestavěné systémy“, diskutované výše jako součást CPS, se „systémy“ nenazývají bezdůvodně. Na CPS lze tedy pohlížet spíše jako na „supersystém“ složený z menších subsystémů.
Následující příklad by měl situaci lépe vysvětlit:
Příklad
Systém systémů
Kancelářská budova má ve všech svých místnostech nainstalován samostatný systém požární ochrany. Každý z těchto systémů se skládá ze senzoru, který detekuje ohnisko požáru, alarmu, který zazní v případě požáru, a hasicího systému, který se nachází na stropě.
Předpokládejme, že v místnosti A začne hořet odpadkový koš – senzor to detekuje, zazní zvukový signál alarmu a hasicí systém začne stříkat vodu. Místnost B na dalším podlaží nicméně situaci ještě vůbec nezaznamenala.
Pokud by byl však systém v místnosti A propojen se systémem v místnosti B, senzor A může nahlásit senzoru B: “Hoříme!“ Senzor B se pak může okamžitě rozhodnout spustit poplach, aby byla tato místnost také evakuována, ale neaktivovat hasicí systém, protože v místnosti B (zatím) ´žádný oheň nevypukl. Kontextově závislé rozhodnutí bylo tedy automatizováno napříč systémem a prováděno v reálném čase.
Požadované technologie lze rozdělit do tří základních kategorií:
Následující diagram ukazuje, jak jsou tyto technologie vzájemně propojeny:
Takový model vám však moc dobře neposlouží, pokud nerozumíte jednotlivým složkám:
Fyzické prvky – mezi ovládáním a výpočtem
Jedná se především o vestavěné systémy, tj. subsystémy uvedené výše. Tvoří je:
Všimněte si: ve skutečnosti kombinace fyzických prvků CPS není nic víc než robot! Senzory snímá své okolí, pohybuje se a chová se podle svých akčních členů a jedná přesně podle pokynů svého mikrokontroléru. Je důležité, aby mohl dynamicky reagovat na své okolí a aby akce a měření mohly být prováděny současně.
Kybernetické prvky – mezi ovládáním a komunikací
Kybernetické prvky slouží ve virtuálním světě k přenosu a zpracování dat. Zde se data stávají informacemi a informace se stávají znalostmi. K tomu je nutná jedna důležitá věc – správná síťová technologie!
Data musí být získána, zpracována a uvedena do kontextu v reálném čase. Na základě těchto znalostí musí být poté učiněno rozhodnutí o tom, jak postupovat ve výrobním prostředí (pamatujte na příklad požárního poplachu), a to musí být předáno příslušným subsystémům. Ty pak rozhodnutí implementují a poté vše začne od znova.
Systémové prvky – mezi komunikací a výpočtem
V tomto případě se jedná o propojení a využití velkého systému, nicméně to je ještě stále spíše teorií. V tomto ohledu je velmi užitečná disciplína, která se nazývá tzv. „systémové inženýrství“. Zde jsou definovány požadavky na CPS a přijata vhodná opatření:
Zapamatujte si
CPS generují data, informace a znalosti z fyzikálních procesů. Ty jsou zpracovávány v reálném čase, dynamicky řídí procesy a jsou propojeny přes síť.
To vyžaduje tři základní technologie: ovládání, výpočet a komunikaci.
Ty jsou splněny následujícími technologickými moduly a koncepty:
CPS nejsou ničím jiným než „supersystémy“ složenými z různých subsystémů s těmito technologickými stavebními prvky.
-
Add a note