I CPS sono una rete di molte tecnologie diverse che servono a connettere il mondo reale con il mondo virtuale. In termini tecnici più professionali, ciò si riferisce a una rete di sistemi meccanici che sono controllati e monitorati da un processo informatico.
Le varie tecnologie vengono utilizzate per percepire la misura e denominare i processi dipendenti dal contesto – e per ricavare e attuare l’approccio appropriato da questi. Questo viene fatto su più macchine attraverso una rete.
Naturalmente, deve essere trovata la tecnologia giusta: la cosa buona è che è già stata inventata ed è in uso! I CPS sono la spina dorsale dell’Industria 4.0, soprattutto perché i loro sviluppi hanno reso teoricamente concepibile un ambiente di produzione in rete.
Ora le cose stanno diventando un po ‘complicate: le tecnologie in uso formano effettivamente i sistemi stessi. I “sistemi incorporati” discussi sopra come parte del CPS, ad esempio, non sono più chiamati icosì per un motivo – i CPS possono essere visti come una sorta di “sovra-sistema” di sottosistemi più piccoli.
L’esempio seguente dovrebbe spiegarlo meglio:
Esempio
Un Sistema di sistemi
Un edificio per uffici ha installato un sistema separato per la protezione antincendio in ciascuna delle sue stanze. Ognuno di questi sistemi è costituito da un sensore che rileva un incendio, un allarme che suona in caso di incendio e un sistema di estinzione dell’incendio sul soffitto.
Supponiamo che il contenitore della polvere inizi a bruciare nella stanza A – il sensore lo rileva, suona l’allarme e il sistema di estinzione incendi inizia a spruzzare acqua. La stanza B al piano successivo, tuttavia, non lo nota ancora.
Ma se i sistemi nella stanza A e nella stanza B sono ora collegati tra loro, il sensore A può segnalare al sensore B: “Siamo in fiamme!” Il sensore B può ora prontamente decidere di attivare l’allarme in modo che anche questa stanza venga evacuata, ma non di attivare il sistema di estinzione dell’incendio, poiché non vi è ancora alcun incendio nella stanza B.
Pertanto, una decisione dipendente dal contesto è stata automatizzata in tutto il sistema ed eseguita in tempo reale.
Le tecnologie necessarie possono essere classificate in 3 categorie principali:
Controllo
Comunicazione
Calcolo
Il diagramma seguente mostra come sono collegati:
Naturalmente, un tale modello è di scarsa utilità se non si comprendono le singole componenti:
Elementi fisici – tra controllo ed elaborazione
Questi sono essenzialmente i sistemi embedded, cioè i sottosistemi, menzionati sopra. Questi consistono in:
Attuatori: si tratta principalmente di componenti della tecnologia di azionamento: ciò non significa necessariamente che qualcosa si sta muovendo, ma che almeno qualcosa viene spostato. Ad esempio, un braccio robotico che gira una componente necessita di un motore per muoverla. È essenziale che un tale attuatore possa essere controllato da un segnale elettrico.
Sensori: sono le controparti degli attuatori: “rilevano” il loro ambiente in base alle proprietà fisiche o chimiche (ad es. Pressione, calore, luminosità, ecc.) e li rappresentano tramite una variabile misurata (ad es .: temperatura del pezzo di lavoro = 10 gradi Celsius). Questa variabile misurata può essere ulteriormente elaborata come segnale elettrico.
Microcontrollore: il cervello di un sistema incorporato – chiamato anche “chip” – il microcontrollore esegue attività di elaborazione come un computer. Monitora, controlla e trasferisce i processi automaticamente, a seconda della sua programmazione.
Ecco: in realtà, la combinazione di elementi fisici non è altro che un robot! Rileva il suo ambiente con i suoi sensori, si muove e agisce di conseguenza con i suoi attuatori e agisce esattamente come dettato dal suo microcontrollore. È importante che possa reagire dinamicamente al suo ambiente e che azioni e misurazioni possano essere eseguite simultaneamente.
Elementi informatici – tra controllo e comunicazione
Gli elementi informatici servono il mondo virtuale del trasferimento e dell’elaborazione dei dati. Qui, i dati diventano informazioni e le informazioni diventano conoscenza. Una cosa soprattutto è necessaria per questo – una tecnologia di rete adeguata!
Internet: Con tali quantità di dati in tempo reale, deve essere disponibile una rete Internet a banda larga superveloce. Ma i nuovi standard di telefonia mobile come il 5G possono anche aiutare con il trasferimento dei dati.
Spazio dell’indirizzo: Ogni elemento ha anche bisogno del proprio indirizzo Internet. Nuovi protocolli Internet più completi come IPv6, che consentono molti indirizzi Internet più diversi, possono garantire che ogni elemento abbia un proprio indirizzo univoco e non ambiguo.
Cloud-Computing: Per elaborare rapidamente la quantità di dati, è necessaria molta potenza del computer: è possibile accedere a server esterni, che assumono il potere di elaborazione e forniscono spazio di archiviazione aggiuntivo per i database.
I dati devono arrivare, essere calcolati e inseriti nel contesto in tempo reale. Sulla base di queste conoscenze, ora è necessario prendere una decisione su come procedere nell’ambiente di produzione (ricordare l’esempio dell’allarme antincendio) e questo deve essere inoltrato ai sottosistemi appropriati. Questi poi implementano – e poi tutto ricomincia da capo.
Elementi sistemici – tra comunicazione e trattamento
Dopotutto, si tratta della connessione e dell’applicazione di un grande sistema – che è piuttosto teorico. A questo proposito è utile la disciplina della cosiddetta “ingegneria dei sistemi”. È qui che vengono definiti i requisiti per il CPS e vengono prese le misure appropriate:
Richiesta: cosa si deve fare? Quali macchine devono essere installate l’una all’altra in modo che possano lavorare insieme (ad es. In una linea di produzione).
Integrazione di sistema: quali interfacce sono necessarie per integrare i singoli sistemi in quello più grande? Quale software viene utilizzato?
Garanzia di qualità: come vengono analizzati gli errori? Come vengono riparati? Qual è la tolleranza agli errori di un singolo sottosistema rispetto all’intero sistema?
Ricorda
CPS genera dati, informazioni e conoscenze dai processi fisici. Questi vengono elaborati in tempo reale, controllano dinamicamente i processi e sono collegati tramite una rete.
Ciò richiede tre tecnologie di base: controllo, calcolo e comunicazione.
Questi sono soddisfatti dai seguenti moduli e concetti tecnologici:
Elementi fisici: attuatori, sensori e microcontrollori
Elementi informatici: tecnologie di rete come Internet
Elementi sistemici: una concettualizzazione dell’intero sistema in conformità con i requisiti di “ingegneria dei sistemi”
I CPS non sono altro che sovrasistemi sottosistemi diversi che presentano i suddetti elementi tecnologici
I CPS sono una rete di molte tecnologie diverse che servono a connettere il mondo reale con il mondo virtuale. In termini tecnici più professionali, ciò si riferisce a una rete di sistemi meccanici che sono controllati e monitorati da un processo informatico.
Le varie tecnologie vengono utilizzate per percepire la misura e denominare i processi dipendenti dal contesto – e per ricavare e attuare l’approccio appropriato da questi. Questo viene fatto su più macchine attraverso una rete.
Naturalmente, deve essere trovata la tecnologia giusta: la cosa buona è che è già stata inventata ed è in uso! I CPS sono la spina dorsale dell’Industria 4.0, soprattutto perché i loro sviluppi hanno reso teoricamente concepibile un ambiente di produzione in rete.
Ora le cose stanno diventando un po ‘complicate: le tecnologie in uso formano effettivamente i sistemi stessi. I “sistemi incorporati” discussi sopra come parte del CPS, ad esempio, non sono più chiamati icosì per un motivo – i CPS possono essere visti come una sorta di “sovra-sistema” di sottosistemi più piccoli.
L’esempio seguente dovrebbe spiegarlo meglio:
Esempio
Un Sistema di sistemi
Un edificio per uffici ha installato un sistema separato per la protezione antincendio in ciascuna delle sue stanze. Ognuno di questi sistemi è costituito da un sensore che rileva un incendio, un allarme che suona in caso di incendio e un sistema di estinzione dell’incendio sul soffitto.
Supponiamo che il contenitore della polvere inizi a bruciare nella stanza A – il sensore lo rileva, suona l’allarme e il sistema di estinzione incendi inizia a spruzzare acqua. La stanza B al piano successivo, tuttavia, non lo nota ancora.
Ma se i sistemi nella stanza A e nella stanza B sono ora collegati tra loro, il sensore A può segnalare al sensore B: “Siamo in fiamme!” Il sensore B può ora prontamente decidere di attivare l’allarme in modo che anche questa stanza venga evacuata, ma non di attivare il sistema di estinzione dell’incendio, poiché non vi è ancora alcun incendio nella stanza B.
Pertanto, una decisione dipendente dal contesto è stata automatizzata in tutto il sistema ed eseguita in tempo reale.
Le tecnologie necessarie possono essere classificate in 3 categorie principali:
Il diagramma seguente mostra come sono collegati:
Naturalmente, un tale modello è di scarsa utilità se non si comprendono le singole componenti:
Elementi fisici – tra controllo ed elaborazione
Questi sono essenzialmente i sistemi embedded, cioè i sottosistemi, menzionati sopra. Questi consistono in:
Ecco: in realtà, la combinazione di elementi fisici non è altro che un robot! Rileva il suo ambiente con i suoi sensori, si muove e agisce di conseguenza con i suoi attuatori e agisce esattamente come dettato dal suo microcontrollore. È importante che possa reagire dinamicamente al suo ambiente e che azioni e misurazioni possano essere eseguite simultaneamente.
Elementi informatici – tra controllo e comunicazione
Gli elementi informatici servono il mondo virtuale del trasferimento e dell’elaborazione dei dati. Qui, i dati diventano informazioni e le informazioni diventano conoscenza. Una cosa soprattutto è necessaria per questo – una tecnologia di rete adeguata!
I dati devono arrivare, essere calcolati e inseriti nel contesto in tempo reale. Sulla base di queste conoscenze, ora è necessario prendere una decisione su come procedere nell’ambiente di produzione (ricordare l’esempio dell’allarme antincendio) e questo deve essere inoltrato ai sottosistemi appropriati. Questi poi implementano – e poi tutto ricomincia da capo.
Elementi sistemici – tra comunicazione e trattamento
Dopotutto, si tratta della connessione e dell’applicazione di un grande sistema – che è piuttosto teorico. A questo proposito è utile la disciplina della cosiddetta “ingegneria dei sistemi”. È qui che vengono definiti i requisiti per il CPS e vengono prese le misure appropriate:
Ricorda
CPS genera dati, informazioni e conoscenze dai processi fisici. Questi vengono elaborati in tempo reale, controllano dinamicamente i processi e sono collegati tramite una rete.
Ciò richiede tre tecnologie di base: controllo, calcolo e comunicazione.
Questi sono soddisfatti dai seguenti moduli e concetti tecnologici:
I CPS non sono altro che sovrasistemi sottosistemi diversi che presentano i suddetti elementi tecnologici
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