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SISTEMI CYBERFISICI

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Cos’é un CPS?

Parlando di un sistema cyberfisico (o CPS per l’acronimo inglese di cyber-physical system coniato nel 2006 dalla Dott.ssa Gill) ci si riferisce ad una nuova generazione di sistemi che uniscono una componente cyber, ossia legata a competenze computazionali e comunicative, ad una componente fisica legata alla capacità di controllo.

Queste due realtà sono così integrate da poter cooperare sia a livello progettuale che operativo rispetto alla realtà che le circonda.

A cosa serve un sistema cyberfisico?

Un sistema cyberfisico, quindi, è un insieme costituito da elementi in grado di elaborare dati, e aventi allo stesso tempo capacità comunicative e di controllo, il tutto in grado di adattarsi in tempo reale al dinamismo della realtà a cui è assegnato.

L’utilizzo di sistemi CPS nella vita quotidiana permetterebbe così di aumentare la possibilità di espandere le capacità del mondo fisico attraverso le “tre C” (calcolo, comunicazione e controllo) che solo un delicato sistema cyberfisico può contenere.

È per tal motivo che studi e progettazioni si stanno concentrando alacremente sulla produzione di CPS sempre più diversificati e con competenze specifiche, poiché è parso subito chiaro che questa branca riveste un fattore chiave per lo sviluppo tecnologico odierno e futuro.

Al fine di dare vita ad un CPS devono collaborare tra loro sia l’ingegneria elettronica, che il comparto tecnologico che determinate competenze matematiche.

Se si è arrivati alla creazione dei CPS odierni, è perché nel passato ognuna delle tre branche ha sviluppato importanti e decisive conoscenze. Per quanto concerne il Controllo, si sono sviluppati metodi di dominio del tempo e della frequenza, capacità di analisi dello stato, identificazione del sistema, filtraggi, previsioni, ottimizzazioni e controlli a diversi livelli.

Per quanto riguarda la Computazione/Calcolo, i ricercatori informatici hanno compiuto importanti progressi nei nuovi linguaggi di programmazione, nelle capacità di calcolo in tempo reale, nelle metodologie di visualizzazione, nella creazione di sistemi embedded, nel perfezionare i software di sistema.

Si sono inoltre concentrati sul come migliorare l’affidabilità e la sicurezza informatica, considerando gli errori di tolleranza e implementando gli strumenti di verifica.

Il CPS allo stato attuale

Andando ad osservare la pratica industriale attuale, molti sistemi di progettazione sono creati staccando tra loro la progettazione del sistema di controllo dalle operazioni di implementazione hardware/software.

Dopo che il sistema è stato progettato e verificato mediante una simulazione a più livelli, sono stati utilizzati procedimenti di ottimizzazione studiati ad hoc per affrontare l’eventuale insorgenza di disturbi casuali.

É però vero che tutta questa successiva integrazione di vari sottosistemi, pur mantenendo il sistema funzionale e operativo, è lunga e costosa.

Portiamo ad esempio il settore automobilistico.

In questo campo un sistema di controllo del veicolo si basa sull’analisi di componenti prodotti da diversi fornitori con il proprio software e hardware. Una sfida importante per i produttori di apparecchiature originali che forniscono elementi ad una determinata linea di montaggio è di contenere i costi sviluppando componenti che possono essere integrati in numerosi veicoli.

La crescente precisione dei componenti e l’uso di tecnologie più complesse per sensori, attuatori, interscambi wireless e processori multicore rappresentano un’importante sfida per la creazione di sistemi cyberfisici per veicoli di nuova generazione.

Inutile rimarcare che le nuove introduzioni e il relativo costo dei sistemi di controllo sono i principali fattori che pesano sulla redditività aziendale nella produzione automobilistica.

Come aumentare la quantità di CPS in circolazione?

I progressi nella ricerca in questo settore devono pertanto essere accelerati attraverso l’identificazione delle esigenze specifiche, cogliendole come sfide per svilupparne opportunità.
Si deve incoraggiare la ricerca collaborativa tra il mondo accademico e i diversi settori industriali.

L’obiettivo è sviluppare nuovi metodi scientifici e metodi ingegneristici per costruire sistemi cyberfisici ad alta confidenza in cui i progetti informatici e fisici siano compatibili, sinergici ed integrati a tutti i livelli.

Gli investimenti industriali che sono stati fino ad ora riversati nella ricerca sulla tecnologia cyberfisica sono stati sì importanti ed impegnati, ma si sono concentrati su tecnologie di nicchia, e pertanto con utilizzo più limitato, a breve termine e con tempi di ammortamento più rapidi.

La notizia positiva è che sempre più governi e determinati settori industriali stanno investendo in tecnologie a lungo termine e con banchi di prova innovativi.

Le grandi sfide legate ai sistemi cyberfisici si stanno articolando in molti settori industriali.

Sarà solo questione di tempo e capitali affinché i CPS diventino parte integrante della nostra vita quotidiana.