Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Цветков В.Я. 1

---

1 ОАО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации

Сообщение анализирует специальный тип архитектуры, который выполняет функции поддержки для кибер-физических систем. Отмечена тенденция возрастания сложности систем и алгоритмов, которая порождает производные проблемы. Отмечены основные свойства кибер-физических систем. Эти свойства составляет: распределенная структура, интеллектуальность, интегрируемость, специальное программное обеспечение, кластерная обработка информации, модификация информационных потоков. Определены требования, которые выдвигают свойства кибер-физических систем. Данные требования должна реализовать архитектура 5с. Раскрывается содержание архитектуры 5С как пятиуровневой информационной конструкции. Анализируется содержание и функции уровней архитектуры 5С. Показано, что данная архитектура поддерживает сложную систему, которую называют «система систем». Показана связь между «системой систем» и проблемой «больших данных». Делается вывод о том, что архитектура 5C решает проблему «системы систем».

Статья в формате PDF

1592 KB

системный анализ

система систем

кибер-физическая система

архитектура системы

информационная конструкция

сложность

1. Tsvetkov V.Ya. Complexity Index // European Journal of Technology and Design, 2013, Vol.(1), № 1, p.64-69.

2. Цветков В.Я. Подсистема поддержки интеллектуального управления // Государственный советник. – 2014. – № 4. – С. 87-92.

3. Khaitan et al., «Design Techniques and Applications of Cyber Physical Systems: A Survey», IEEE Systems Journal, 2014.

4. URL: http://www.imscenter.net/cyber-physical-platform Дата доступа 12.04.2017.

5. Tsvetkov V. Ya. Information Constructions // European Journal of Technology and Design. – 2014, Vol (5), № 3. – p. 147-152.

6. E. A. Lee and S. A. Seshia, Introduction to Embedded Systems – A Cyber-Physical Systems Approach, LeeSeshia.org, 2011.

7. Цветков В.Я., Алпатов А.Н. Проблемы распределённых систем // Перспективы науки и образования. – 2014. – № 6. – С. 31-36.

8. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Cyber-physical_system. Дата доступа 5.05.2017.

9. Цветков В.Я. Ресурсность и интегративность сложной организационно технической системы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 5. (часть 4) – с. 676-676.

10. Кулагин В.П. Проблемы параллельных вычислений // Перспективы науки и образования. – 2016. – № 1. – С. 7-11.

11. D. Vanthienen, M. Klotzbucher, H. Bruyninckx, The 5C-based architectural Composition Pattern:lessons learned from re-developing the iTaSC framework for constraint-based robot programming // Journal of Software Engineering for Robotics. – 2014. – 5(1). – p. 17-35.

12. Lee, Jay; Bagheri, Behrad; Kao, Hung-An (January 2015). «A Cyber-Physical Systems architecture for Industry 4.0-based manufacturing systems». Manufacturing Letters. 3: 18–23. doi:10.1016/j.mfglet.2014.12.001.

13. Монахов С.В., Савиных В.П., Цветков В.Я. Методология анализа и проектирования сложных информационных систем. – М.: Просвещение, 2005. – 264 с.

14. McAfee A. et al. Big data // The management revolution. Harvard Bus Rev. – 2012. – V. 90. – № 10. – С. 61-67.

Существует общая тенденция возрастания сложности [1] систем, технологий и алгоритмов, которая порождает ряд производных проблем. В частности, создание сложных технических систем, информационных систем и интеллектуальных систем – требует специальной поддержки [2]. К числу таких сложных систем относятся кибер-физические системы [3] (cyber-physical system – CPS). Один из видов поддержки сложных систем представляет собой создание специальной архитектуры системы. Проектирование и развертывание кибер-физической производственной системы в настоящее время выполняют на основе архитектуры 5C [4]. Архитектура 5С в качестве основой технологической функции осуществляет поддержку кибер-физической системы. Концептуально архитектура 5С представляет собой информационную конструкцию [5], включающую: соединение, преобразование, кибер, познание и конфигурация (что на англ соответствует connection, conversion, cyber, cognition, configuration).

Прежде чем говорить об архитектуре необходимо отметить особенности кибер-физической системы, которые должна учитывать данная архитектура и помогать в их реализации. Кибер-физическая система является распределенной системой [6], что уже выдвигает требования к ней как к распределенной системе [7]. Технически кибер-физическая система [8] интегрирует сенсоры, исполнительные устройства и интеллектуальные узлы сети, что требует ее интегративности [9]. Кибер-физическая система требует разработки специальных методов вычислений внутри сети, аналогичные параллельным вычислениям [9], что требует разработки специальных алгоритмов [11] с учетом архитектуры системы.

Кибер-физическая система требует создания возможности реконфигурации информационных потоков на основе внутреннего анализа и управления. Кибер-физическая система требует создания собственных вычислительных ресурсов на основе относительно маломощных вычислительных ресурсов интеллектуальных узлов. Это в итоге требует создания подобия некой кластерной вычислительной системы внутри CPS. Все это помогает реализовать архитектура 5С. Архитектура представляет собой многослойную информационную конструкцию.

Информационная конструкция 5С представляет собой пятиуровневую пирамидальную модель. Нижний уровень задает «умное соединение». Следующий уровень образует конверсия данных. Средний уровень – кибер уровень Второй сверху уровень – уровень познания. Верхний уровень задает конфигурацию.

На нижнем уровне «умное соединение» устройства могут быть сконструированы для самоподключения и самоконтроля для его поведения. На следующем уровне «Конверсия» данные от устройств с автономным подключением и датчиков измеряют характеристики критических проблем с самосознанием, машины могут использовать самосознающую информацию для самоопределения своих потенциальных проблем. На уровне «Кибер (Cyber)» каждая машина создает свой «двойник», используя эти инструментальные функции, и далее характеризует шаблон здоровья машины, основанный на методологии «Time-Machine». Установленный «близнец» в киберпространстве может выполнять самоанализ для одноранговой производительности для дальнейшего синтеза. На уровне «Познание (Cjgnition)» результаты самооценки и самооценки будут представлены пользователям на основе «инфографического» значения, чтобы показать содержание и контекст потенциальных проблем. На уровне «Конфигурация» машина или производственная система могут быть переконфигурированы на основе критериев приоритета и риска для достижения отказоустойчивости [12].

Эту архитектуру рассматривают как «передовую практику» в разработке программного обеспечения для робототехники, поскольку она эволюционировала во время накопления опыта разработки программного обеспечения и была применена к десяткам и десяткам новых разработок программного обеспечения. Основой архитектуры служит ядро «распределенные системы управления (Embedded Control Systems)», которое в машиностроении служит основой проектирования высокоуровневыми проектами сложной «системы – систем» (system-of-systems). Обычно мир рассматривают как систему систем [13]. Но появился класс сложных систем, для которых компоненты состоят не из подсистем, а из систем. Это повышает сложность проектирования и разработки ПО для таких систем. Архитектура 5C решает задачи для сложных систем, которые называют системами систем. В теории обработки данных эта проблема имеет название проблемы больших данных [14]. В теории сложных систем она трансформируется в проблему «системы систем». Архитектура 5С является решением проблемы «система систем» и частично решением проблемы больших данных.

Библиографическая ссылка