صنعت هوشمند, کسب و کار, مصاحبه و گزارش

انقلاب چهارم صنعتی

اینترنت اشیاء , سیستم های سایبر فیزیکی , سیستم های نهفته , سیستم های بی درنگ , IoT

انقلاب چهارم صنعتی
گزارشگر: محمد حسن موحدی

بخش اول

آقای دکتر مهدی کارگهی، دانش آموخته رشته مهندسی کامپیوتر- نرم افزار (۱۳۸۵)، دانشیار تمام وقت دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، و سرپرست آزمایشگاه سیستم‌های بی درنگ و نهفته اتکاپذیر دانشگاه تهران هستند که از بنیانگذاران انجمن علمی سامانه‌های سایبر-فیزیکی ایران (تأسیس ۱۳۹۸) بوده و در حال حاضر نیز نائب رئیس انجمن مذکور هستند.

صنعت هوشمند: لطفاً به عنوان مقدمه مختصری در خصوص «سامانه های سایبر فیزیکی (CPS)» و «اینترنت اشیاء (IoT)» و ارتباط این دو با هم توضیحاتی بفرمایید.

کارگهی: می شود مدعی شد بحث سامانه های سایبر فیزیکی به حدود سال 2009 بر می گردد که این اصطلاح در آمریکا و با هدف کنترل پدیده های فیزیکی (همانطور که از قسمت فیزیکی این اصطلاح برمی آید) به واسطه روش های نرم افزاری و در مقیاس خیلی بزرگ مطرح شد. در تعریف این اصطلاح به نوعی همگرایی سه رشته-ی مهندسی کامپیوتر، مهندسی کنترل و مهندسی مخابرات مورد تأکید قرار گرفت. البته رشته کنترل از قبل هم پدیده های فیزیکی را به واسطه یک سری روش هایی با پشتوانه مدل های ریاضی تحت کنترل قرار می‌داد.

ولی مقیاس کاربردهایی که با استفاده از روش های کنترلی مورد استفاده قرار می گرفت معمولاً کوچک بود، لیکن با توجه به مسائلی که الان ابعادشان بزرگ شده و به تدریج هم پیش‌بینی می شود توسعه بیشتری پیدا بکند با آن روش‌ها میسر نیست. لذا با بهره گیری از یک سری دانش های پایه ای در کنار رشته هایی مثل مخابرات که امکان مقیاس پذیر بودن راهکارها را فراهم می کند و رایانه که سرعت عمل و قابلیت اطمینان قابل توجهی به اتخاذ تصمیمات می‌دهد حوزه جدیدی تحت عنوان «سیستم های سایبر فیزیکی» تعریف شد.

پیشینه مربوط به این حوزه از علم از سیستم های نهفته نشأت می گیرد که به واسطه حسگرها محیط را حس می کنند، توسط سیستم های کوچک رایانه ای محاسباتی را انجام داده و در نهایت فرمان هایی را به محیط فیزیکی مربوطه اعمال می کنند. ولی سیستم های نهفته به تدریج با ویژگی های حساس به زمان یعنی بی‌درنگ بودن تکمیل شدند تا بتوان واکنش به موقع آن ها را روی پدیده فیزیکی مورد تأکید قرار داد.

شاید بتوان گفت سیستم های نهفته بی‌درنگ به نوعی هسته اصلی بحث سامانه های سایبر فیزیکی محسوب می شوند. با این تأکید که معمولاً سیستم های نهفته سیستم های مقیاس کوچک بودند، یعنی وقتی لفظ سیستم نهفته به کار می رفت مقیاس در حد یک رایانه خیلی کوچک و جمع و جور مطرح می شد.

در صورتی که وقتی ما کاربرد سیستم های سایبر فیزیکی را بررسی می کنیم مقیاس های بزرگ نظیر شبکه هوشمند برق یا شبکه هوشمند آب یا ترافیک هوشمند مورد تأکید قرار می گیرند و ما نیاز داریم که واقعاً تعداد بسیار زیادی سیستم نهفته بتوانند به صورت کاملاً هماهنگ با هم آن پدیده فیزیکی (یا بیولوژیکی یا حتی اقتصادی) را مدیریت و کنترل کند. از جنبه های دیگری که بجز بی‌درنگی قابل تأکید است می‌توان به هوشمندی اشاره کرد. برای پیش بینی این که در آینده چه اتفاقی خواهد افتاد نیاز است اطلاع کافی در دسترس باشد. بحث شبکه یا توزیع شده بودن در کنار بحث قابلیت انطباق هم از سایر جنبه‌های مورد تأکید در سیستم‌های سایبر-فیزیکی هستند.

این ها همه مواردی بود که بحث را برد به سمت یک دانش جدیدی که ابتدا از آمریکا شروع شد، با اصطلاحات مشابهی در اروپا پیگیری شد، به نوعی که به سرعت به یک اصطلاح فراگیر تبدیل شد. همان طوری که عرض کردم از سال 2009 بحث شروع شد، در سال های ۲۰۱۲ الی 2014 چندین کارگاه در اتحادیه اروپا برگزار شد. شاید یکی از مهم ترین جملات کلیدی که در این کارگاه ها مطرح شد این بود که ما چطور می توانیم نقشه راه بحث سامانه های سایبر فیزیکی را در اروپا به گونه ای تدوین کنیم که اتحادیه اروپا از آمریکا عقب نیفتد.

این مسأله به کشورهایی هم چون چین، هند، ژاپن و … نیز کشیده و به شدت فراگیر شد. تعداد زیادی انجمن علمی روی این موضوع به وجود آمد. مثلاً IEEE که یک کمیته فنی روی سامانه های سایبر فیزیکی به وجود آورد، از سال 2015 به صورت جدی فعال شد. تعدادی ژورنال تخصصی هم روی این موضوع به وجود آمد. از انتشارات خیلی مهم در حوزه کامپیوتر و برق مثلاً ACM و هم چنین IET هستند که هر کدام یک Transaction تحت عنوان “Cyber-Physical System” راه اندازی کردند.

به علاوه، خیلی از ژورنال هایی که قبلاً در حوزه های سیستم های بی درنگ و نهفته فعالیت می کردند، زمینه انتشارات خودشان را به سمت سیستم های سایبر فیزیکی سوق دادند و کلاً در پروژه های بلند مدت مثل «افق ۲۰۲۰» در اتحادیه اروپا یا خیلی از پروژه های از این دست در واقع CPS به عنوان یک واژه کلیدی مطرح شد.

معمولاً برای مخاطب های رشته مهندسی کنترل این سؤال پیش می آید که تفاوت این موضوع با رشته مهندسی کنترل چیست؟ شاید بتوانیم به عنوان مهمترین موارد به این اشاره کنیم که هدف این هست که ما بتوانیم با دنیای فیزیکی (که در این جا تعبیرش می تواند به انسان هم باشد لفظ انسان در چرخه) ارتباط برقرار کنیم. اقتصاد نیز می تواند با لفظ اقتصاد در چرخه به کار برده شود.

اساساً در هر پدیده محیطی یا محیط زیست در چرخه هدف این هست که خیلی فراتر از آن چیزی که در مهندسی کلاسیک کنترل به آن توجه می شود، در اختیار کامپیوترها قرار بگیرد. در این جا چون خیلی از این پدیده ها ممکن است پدیده های حساسی باشند، بحث هایی مثل این که چقدر می شود به آن اطمینان کرد که عمل کنترل به صورت صحیح اتفاق افتد (بحث قابلیت اطمینان)، یا این که چقدر می شود امیدوار بود عمل کنترل به موقع اتفاق افتد (بحث بی‌درنگی).

با توجه با مقیاس که پیشتر گفته شد و وجود شبکه، این ها مسائلی هستند که سبب بروز چالش می شد و کماکان هم چالش برانگیز به حساب می آیند. به همین دلیل هست که یک سری ژورنال و مجله و یا تعداد زیادی کنفرانس در این حوزه به وجود آمد. از جمله تعداد زیادی کنفرانس برگزار شده که روی هر کدام از این حوزه هایی که بیان شد به صورت پراکنده کار می کردند، ولی این ها نیز یک پارچه سازی شدند و الان رویدادهایی داریم تحت عنوان CPS Week که در واقع به لحاظ اهمیت موضوع در طول یک هفته چندین کنفرانس مهم در این حوزه ها کنار هم قرار می گیرند و یک رویداد بزرگتری را به وجود می آورند.

ادامه دارد

برای امتیاز به این نوشته کلیک کنید!
[کل: 0 میانگین: 0]

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *