சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டம்கள்: டிஜிட்டல் மற்றும் இயற்பியல் உலகங்களை இணைத்தல்

சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டம்கள் (CPS) என்பது கணினி, தொடர்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டை இயற்பியல் செயல்முறைகளுடன் ஒருங்கிணைக்கும் ஒரு மாற்றியமைக்கும் பொறியியல் துறையாகும். இந்த சிஸ்டம்கள் வெறும் உட்பொதிக்கப்பட்ட சிஸ்டம்கள் மட்டுமல்ல; அவை கணக்கீட்டு மற்றும் இயற்பியல் கூறுகளுக்கு இடையே இறுக்கமான ஒன்றிணைப்பையும் ஒருங்கிணைப்பையும் உள்ளடக்கியுள்ளன. ஒரு தானாக இயங்கும் கார், ஒரு ஸ்மார்ட் கிரிட் அல்லது ஒரு மேம்பட்ட ரோபாட்டிக்ஸ் சிஸ்டம் பற்றி சிந்தியுங்கள் - அனைத்தும் CPS-ன் சிறந்த எடுத்துக்காட்டுகளாகும்.

சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டம்களைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டத்தை எது வரையறுக்கிறது?

அவற்றின் மையத்தில், CPS என்பது கணக்கீட்டு அல்காரிதம்கள் மற்றும் இயற்பியல் கூறுகளின் தடையற்ற ஒருங்கிணைப்பிலிருந்து கட்டமைக்கப்பட்ட மற்றும் அவற்றைச் சார்ந்திருக்கும் பொறியியல் சிஸ்டம்கள் ஆகும். இந்த ஒருங்கிணைப்பு பொதுவாக சென்சார்கள், ஆக்சுவேட்டர்கள் மற்றும் தகவல்தொடர்பு நெட்வொர்க்குகள் மூலம் அடையப்படுகிறது, அவை இயற்பியல் செயல்முறைகளின் நிகழ்நேர கண்காணிப்பு, கட்டுப்பாடு மற்றும் மேம்படுத்தல் ஆகியவற்றை செயல்படுத்துகின்றன. ஒரு இயற்பியல் சாதனத்திற்குள் கணக்கீட்டில் முதன்மையாக கவனம் செலுத்தும் பாரம்பரிய உட்பொதிக்கப்பட்ட சிஸ்டம்களிலிருந்து வேறுபட்டு, CPS வடிவமைப்பு மற்றும் பகுப்பாய்வுக்கு மிகவும் முழுமையான, கணினி-அகலமான அணுகுமுறையை வலியுறுத்துகிறது. அவை மென்பொருள், வன்பொருள் மற்றும் அவை செயல்படும் சூழலுக்கு இடையிலான சிக்கலான தொடர்புகளை உள்ளடக்கியுள்ளன.

CPS-ன் முக்கிய பண்புகள்

• ஒருங்கிணைப்பு: ஆழமாக பின்னிப்பிணைந்த கணக்கீட்டு மற்றும் இயற்பியல் கூறுகள். மென்பொருள் ஒரு கூடுதலான அம்சம் மட்டுமல்ல; அது வன்பொருள் மற்றும் இயற்பியல் செயல்முறைகளுடன் உள்ளார்ந்ததாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது.
• நிகழ்நேர செயல்பாடு: CPS பெரும்பாலும் கடுமையான காலக்கெடு கட்டுப்பாடுகளின் கீழ் செயல்பட வேண்டும். நிலைத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பை உறுதி செய்ய, தரவு செயலாக்கப்பட்டு, குறிப்பிட்ட காலக்கெடுவுக்குள் செயல்கள் எடுக்கப்பட வேண்டும்.
• கருத்து சுழற்சிகள்: இயற்பியல் அளவுருக்களின் தொடர்ச்சியான கண்காணிப்பு மற்றும் பின்னூட்டத்தின் அடிப்படையில் தகவமைப்பு. சென்சார்கள் சிஸ்டத்திற்கு தரவை வழங்குகின்றன, பின்னர் அது அதன் நடத்தையை அதற்கேற்ப சரிசெய்கிறது.
• ஒரே நேரத்தில் நடத்தல்: பல கணக்கீட்டு பணிகள் மற்றும் இயற்பியல் செயல்முறைகள் ஒரே நேரத்தில் செயல்படுகின்றன. இந்த ஒரே நேரத்தில் நடப்பதை நிர்வகிப்பது கணினி செயல்திறன் மற்றும் நிலைத்தன்மைக்கு முக்கியமானது.
• வளக் கட்டுப்பாடுகள்: CPS பெரும்பாலும் மின்சாரம், நினைவகம் மற்றும் தகவல்தொடர்பு அலைவரிசை போன்ற வரையறுக்கப்பட்ட வளங்களுடன் செயல்படுகிறது. திறமையான வள மேலாண்மை ஒரு முக்கிய வடிவமைப்பு கருத்தாகும்.
• வலிமை மற்றும் நம்பகத்தன்மை: CPS தோல்விகளுக்கு வலிமையாகவும், சாத்தியமான கடுமையான சூழல்களில் நம்பகத்தன்மையுடனும் செயல்பட வேண்டும். பிழை தாங்கும் திறன் மற்றும் மறுஆய்வு பெரும்பாலும் வடிவமைப்பில் இணைக்கப்படுகின்றன.

ஒரு சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டத்தின் முக்கிய கூறுகள்

ஒரு வழக்கமான CPS கட்டமைப்பு ஒன்றாக வேலை செய்யும் பல முக்கிய கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது:

• சென்சார்கள்: வெப்பநிலை, அழுத்தம், வேகம் மற்றும் நிலை போன்ற இயற்பியல் அளவுருக்களை அளவிடும் சாதனங்கள். அவை இந்த இயற்பியல் அளவுகளை கணக்கீட்டு கூறுகளால் செயலாக்கக்கூடிய மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றுகின்றன. ஸ்மார்ட்போன்களில் உள்ள முடுக்கமானிகள், தானியங்கி பிரேக்கிங் சிஸ்டம்களில் உள்ள அழுத்த சென்சார்கள் மற்றும் HVAC சிஸ்டம்களில் உள்ள வெப்பநிலை சென்சார்கள் ஆகியவை எடுத்துக்காட்டுகள்.
• ஆக்சுவேட்டர்கள்: மின் சமிக்ஞைகளை இயற்பியல் செயல்களாக மாற்றும் சாதனங்கள், ஒரு ரோபோடிக் கையை நகர்த்துவது, ஒரு வால்வைச் சரிசெய்வது அல்லது ஒரு மோட்டாரைக் கட்டுப்படுத்துவது போன்றவை. ரோபோக்களில் உள்ள மின் மோட்டார்கள், இரசாயன ஆலைகளில் உள்ள வால்வுகள் மற்றும் வாகனங்களில் உள்ள பிரேக்குகள் ஆகியவை எடுத்துக்காட்டுகள்.
• தகவல்தொடர்பு நெட்வொர்க்குகள்: சென்சார்கள், ஆக்சுவேட்டர்கள் மற்றும் கணக்கீட்டு அலகுகளுக்கு இடையே தகவல்தொடர்பை செயல்படுத்துகின்றன. இந்த நெட்வொர்க்குகள் வயர்டு அல்லது வயர்லெஸ் ஆக இருக்கலாம் மற்றும் நம்பகமான, குறைந்த தாமத தகவல்தொடர்பை வழங்க வேண்டும். ஈத்தர்நெட், வைஃபை, ப்ளூடூத் மற்றும் செல்லுலார் நெட்வொர்க்குகள் ஆகியவை எடுத்துக்காட்டுகள்.
• கணக்கீட்டு அலகுகள்: சென்சார்களிலிருந்து தரவைச் செயலாக்குகின்றன, அல்காரிதம்களின் அடிப்படையில் முடிவுகளை எடுக்கின்றன மற்றும் ஆக்சுவேட்டர்களைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. இந்த அலகுகள் மைக்ரோகண்ட்ரோலர்கள் முதல் சக்திவாய்ந்த மல்டி-கோர் செயலிகள் வரை இருக்கலாம். கார்களில் உள்ள உட்பொதிக்கப்பட்ட செயலிகள், தொழில்துறை ஆட்டோமேஷனில் உள்ள பிஎல்சி (Programmable Logic Controllers) மற்றும் ஸ்மார்ட் கிரிட்களில் உள்ள கிளவுட் அடிப்படையிலான சர்வர்கள் ஆகியவை எடுத்துக்காட்டுகள்.
• மென்பொருள்: மென்பொருள் அல்காரிதம்கள் CPS-ன் மூளை ஆகும், இது சென்சார் தரவை ஒருங்கிணைக்கிறது, ஆக்சுவேட்டர்களைக் கட்டுப்படுத்துகிறது மற்றும் கணினி-நிலை செயல்பாடுகளை செயல்படுத்துகிறது. இதில் இயக்க முறைமைகள், கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதம்கள், தரவு செயலாக்க அல்காரிதம்கள் மற்றும் தகவல்தொடர்பு நெறிமுறைகள் அடங்கும்.

சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டம்களின் பயன்பாடுகள்

CPS பரந்த அளவிலான தொழில்கள் மற்றும் பயன்பாடுகளை மாற்றியமைக்கிறது, அவற்றுள்:

சுகாதாரம்

CPS மேம்பட்ட மருத்துவ சாதனங்கள், தொலைநிலை நோயாளி கண்காணிப்பு மற்றும் ரோபோடிக் அறுவை சிகிச்சைகள் மூலம் சுகாதாரத்தைப் புரட்சிகரமாக்குகிறது. எடுத்துக்காட்டுகள்:

• ஸ்மார்ட் இன்சுலின் பம்புகள்: இரத்த சர்க்கரை அளவுகளை தொடர்ந்து கண்காணித்து, உகந்த அளவுகளை பராமரிக்க தானாக இன்சுலினை வழங்குகின்றன.
• ரோபோடிக் அறுவை சிகிச்சை சிஸ்டம்கள்: அறுவை சிகிச்சையாளர்களுக்கு அதிக துல்லியம் மற்றும் கட்டுப்பாட்டுடன் சிக்கலான நடைமுறைகளைச் செய்ய உதவுகின்றன. டாவின்சி அறுவை சிகிச்சை சிஸ்டம் உலகளவில் பயன்படுத்தப்படும் நன்கு அறியப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு.
• தொலைநிலை நோயாளி கண்காணிப்பு: சுகாதார வழங்குநர்கள் நோயாளிகளை தொலைதூரத்தில் கண்காணிக்க அனுமதிக்கிறது, இது உடல்நலப் பிரச்சினைகளைக் கண்டறிதல் மற்றும் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட சிகிச்சையை ஆரம்பத்திலேயே கண்டறிய உதவுகிறது. இது குறிப்பாக வயதான நோயாளிகளுக்கு அல்லது நாள்பட்ட நோய்களால் பாதிக்கப்பட்டவர்களுக்கு பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

போக்குவரத்து

CPS தன்னாட்சி வாகனங்கள், மேம்பட்ட ஓட்டுநர்-உதவி சிஸ்டம்கள் (ADAS) மற்றும் அறிவார்ந்த போக்குவரத்து சிஸ்டம்களின் மையத்தில் உள்ளது. எடுத்துக்காட்டுகள்:

• தன்னாட்சி வாகனங்கள்: சுற்றுப்புறத்தை உணர்ந்து மனித தலையீடு இல்லாமல் செல்ல சென்சார்கள், கேமராக்கள் மற்றும் ரேடாரைப் பயன்படுத்துகின்றன. அமெரிக்காவில் உள்ள டெஸ்லா முதல் சீனாவில் உள்ள பைடு வரை உலகளவில் நிறுவனங்கள் தானாக ஓட்டும் தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்கி வருகின்றன.
• அடாப்டிவ் குரூஸ் கண்ட்ரோல்: முன்னால் உள்ள வாகனத்திலிருந்து பாதுகாப்பான தூரத்தை பராமரிக்க வாகனத்தின் வேகத்தை தானாகவே சரிசெய்கிறது.
• போக்குவரத்து மேலாண்மை சிஸ்டம்கள்: சென்சார்கள் மற்றும் கேமராக்களிலிருந்து நிகழ்நேர தரவைப் பயன்படுத்தி போக்குவரத்து ஓட்டத்தை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் நெரிசலைக் குறைக்கிறது.

உற்பத்தி

CPS நான்காவது தொழில்துறை புரட்சியை (இண்டஸ்ட்ரி 4.0) ஸ்மார்ட் தொழிற்சாலைகள், முன்னறிவிக்கும் பராமரிப்பு மற்றும் ரோபோடிக் ஆட்டோமேஷன் ஆகியவற்றை செயல்படுத்துவதன் மூலம் இயக்குகிறது. எடுத்துக்காட்டுகள்:

• ரோபோடிக் அசெம்பிளி லைன்கள்: அதிக துல்லியம் மற்றும் வேகத்துடன் சிக்கலான பணிகளைச் செய்யக்கூடிய ரோபோக்களைப் பயன்படுத்தும் தானியங்கி அசெம்பிளி லைன்கள். இது செயல்திறனை அதிகரிக்கிறது மற்றும் தொழிலாளர் செலவுகளைக் குறைக்கிறது.
• முன்னறிவிக்கும் பராமரிப்பு: உபகரணங்கள் செயலிழப்புகளைக் கணித்து, அவை ஏற்படுவதற்கு முன்பே பராமரிப்பை திட்டமிட சென்சார்கள் மற்றும் தரவு பகுப்பாய்வுகளைப் பயன்படுத்துகிறது. இது செயலிழப்பு நேரத்தை குறைக்கிறது மற்றும் உபகரணங்களின் ஆயுளை நீட்டிக்கிறது.
• ஸ்மார்ட் உற்பத்தி: உற்பத்தி செயல்முறைகளை மேம்படுத்த, தரத்தை மேம்படுத்த மற்றும் கழிவுகளைக் குறைக்க CPS-ஐப் பயன்படுத்துகிறது. இது உற்பத்தி செயல்முறையின் அனைத்து அம்சங்களிலிருந்தும் தரவைச் சேகரித்து பகுப்பாய்வு செய்வதை உள்ளடக்கியது.

ஆற்றல்

CPS ஸ்மார்ட் கிரிட்கள், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் ஆற்றல்-திறனுள்ள கட்டிடங்கள் மூலம் ஆற்றல் துறையை மாற்றியமைக்கிறது. எடுத்துக்காட்டுகள்:

• ஸ்மார்ட் கிரிட்கள்: மின்சார விநியோகத்தை மேம்படுத்தவும், கிரிட் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்தவும் சென்சார்கள், தகவல்தொடர்பு நெட்வொர்க்குகள் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதம்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இது புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களை ஒருங்கிணைக்க அனுமதிக்கிறது மற்றும் ஆற்றல் கழிவுகளைக் குறைக்கிறது.
• ஸ்மார்ட் கட்டிடங்கள்: ஆற்றல் நுகர்வை மேம்படுத்தவும், குடியிருப்பாளர்களின் வசதியை மேம்படுத்தவும் சென்சார்கள் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு சிஸ்டம்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இதில் தற்போதைய மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளின் அடிப்படையில் விளக்குகள், வெப்பமாக்கல், காற்றோட்டம் மற்றும் குளிரூட்டல் கட்டுப்பாடு ஆகியவை அடங்கும்.
• புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மேலாண்மை: சூரிய மற்றும் காற்று ஆற்றல் போன்ற புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களின் உற்பத்தி மற்றும் விநியோகத்தை நிர்வகிக்கவும் மேம்படுத்தவும் CPS பயன்படுத்தப்படுகிறது.

விவசாயம்

CPS விவசாய உற்பத்தித்திறனை மேம்படுத்தவும், நீர் நுகர்வைக் குறைக்கவும், பூச்சிக்கொல்லிகள் மற்றும் உரங்களின் பயன்பாட்டைக் குறைக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டுகள்:

• துல்லியமான விவசாயம்: நீர்ப்பாசனம், உரமிடுதல் மற்றும் பூச்சி கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றை மேம்படுத்த சென்சார்கள், ட்ரோன்கள் மற்றும் தரவு பகுப்பாய்வுகளைப் பயன்படுத்துகிறது. இது விவசாயிகள் வளங்களை எங்கு, எப்போது தேவைப்படுகிறதோ அங்கு மட்டுமே பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது.
• தானியங்கி நீர்ப்பாசன சிஸ்டம்கள்: மண் ஈரப்பதம் அளவுகளை கண்காணிக்க சென்சார்களைப் பயன்படுத்தி நீர்ப்பாசன அட்டவணைகளை தானாகவே சரிசெய்கின்றன.
• கால்நடை கண்காணிப்பு: கால்நடைகளின் ஆரோக்கியம் மற்றும் நடத்தையைக் கண்காணிக்க சென்சார்களைப் பயன்படுத்துகிறது, இது நோய்களை ஆரம்பத்திலேயே கண்டறிவதற்கும், விலங்கு நலனை மேம்படுத்துவதற்கும் உதவுகிறது.

CPS-ஐ வடிவமைத்தல் மற்றும் செயல்படுத்துவதில் உள்ள சவால்கள்

அவற்றின் ஏராளமான நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், CPS வடிவமைப்பு மற்றும் செயல்படுத்துவதில் குறிப்பிடத்தக்க சவால்களை முன்வைக்கிறது:

சிக்கலான தன்மை

CPS என்பது பல தொடர்புகொள்ளும் கூறுகள் மற்றும் துறைகளை உள்ளடக்கிய உள்ளார்ந்த சிக்கலான சிஸ்டம்கள் ஆகும். அத்தகைய சிஸ்டம்களை வடிவமைத்தல், பகுப்பாய்வு செய்தல் மற்றும் சரிபார்த்தல் கணினி அறிவியல், மின் பொறியியல், இயந்திர பொறியியல் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு கோட்பாடு உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகளில் நிபுணத்துவம் தேவை. வெவ்வேறு கூறுகளுக்கு இடையிலான தொடர்புகளை கணிக்கவும் நிர்வகிக்கவும் கடினமாக இருக்கும்.

நிகழ்நேர கட்டுப்பாடுகள்

பல CPS பயன்பாடுகளுக்கு நிகழ்நேர செயல்பாடு தேவைப்படுகிறது, அதாவது பணிகள் குறிப்பிட்ட காலக்கெடுவுக்குள் முடிக்கப்பட வேண்டும். குறிப்பாக நிச்சயமற்ற தன்மைகள் மற்றும் இடையூறுகள் இருக்கும்போது இந்த காலக்கெடுவை பூர்த்தி செய்வது சவாலாக இருக்கலாம். நிகழ்நேர இயக்க முறைமைகள் (RTOS) மற்றும் சிறப்பு வன்பொருள் பெரும்பாலும் இந்த சவால்களை சமாளிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

பாதுகாப்பு

CPS என்பது அவற்றின் செயல்பாடு மற்றும் பாதுகாப்பிற்கு தீங்கு விளைவிக்கும் சைபர் தாக்குதல்களுக்கு ஆளாகக்கூடியது. CPS-ஐ பாதுகாப்பது பாதுகாப்பான தகவல்தொடர்பு நெறிமுறைகள், அங்கீகார வழிமுறைகள் மற்றும் ஊடுருவல் கண்டறிதல் சிஸ்டம்கள் உள்ளிட்ட பல-அடுக்கு அணுகுமுறை தேவைப்படுகிறது. CPS-ன் இணைக்கப்பட்ட தன்மை தாக்குபவர்களுக்கு கவர்ச்சிகரமான இலக்குகளாக ஆக்குகிறது.

நம்பகத்தன்மை மற்றும் பிழை தாங்கும் திறன்

பாதுகாப்பான மற்றும் தொடர்ச்சியான செயல்பாட்டை உறுதிப்படுத்த CPS நம்பகமானதாகவும், பிழை தாங்கும் திறன் கொண்டதாகவும் இருக்க வேண்டும். பிழை தாங்கும் திறன் மறுஆய்வு, பிழை கண்டறிதல் மற்றும் திருத்தும் குறியீடுகள் மற்றும் பிழை தாங்கும் அல்காரிதம்கள் மூலம் அடையப்படலாம். நம்பகத்தன்மைக்காக வடிவமைத்தல் சாத்தியமான தோல்வி முறைகள் மற்றும் கணினி செயல்திறனில் அவற்றின் தாக்கத்தை கவனமாக கருத்தில் கொள்வதை உள்ளடக்கியது.

சரிபார்த்தல் மற்றும் செல்லுபடியாக்கம்

CPS-ஐ சரிபார்த்தல் மற்றும் செல்லுபடியாக்குதல் ஒரு சிக்கலான மற்றும் நேரத்தை எடுத்துக்கொள்ளும் செயல்முறையாகும். பாரம்பரிய சோதனை முறைகள் சாத்தியமான அனைத்து சூழ்நிலைகளையும் உள்ளடக்க போதுமானதாக இருக்காது. CPS தங்கள் விவரக்குறிப்புகளை பூர்த்தி செய்வதை உறுதிசெய்ய மாதிரி சோதனை மற்றும் தேற்றம் நிரூபணம் போன்ற முறையான சரிபார்ப்பு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தலாம். இருப்பினும், இந்த நுட்பங்கள் கணக்கீட்டு ரீதியாக விலை உயர்ந்தவையாகவும், சிறப்பு நிபுணத்துவம் தேவைப்படுபவையாகவும் இருக்கலாம்.

வளக் கட்டுப்பாடுகள்

பல CPS மின்சாரம், நினைவகம் மற்றும் தகவல்தொடர்பு அலைவரிசை போன்ற வரையறுக்கப்பட்ட வளங்களுடன் செயல்படுகிறது. திறமையான மற்றும் வள-விழிப்புணர்வு கொண்ட CPS-ஐ வடிவமைப்பது அவற்றின் பரவலான ஏற்றுக்கொள்ளலுக்கு முக்கியமானது. குறியீடு மேம்படுத்தல் மற்றும் ஆற்றல்-விழிப்புணர்வு திட்டமிடல் போன்ற மேம்படுத்தல் நுட்பங்கள் வள நுகர்வைக் குறைக்கப் பயன்படுத்தப்படலாம்.

CPS-ல் வன்பொருள்-மென்பொருள் ஒருங்கிணைப்பு

CPS-ன் வெற்றிகரமான செயல்பாட்டிற்கு வன்பொருள் மற்றும் மென்பொருளின் தடையற்ற ஒருங்கிணைப்பு அடிப்படையாகும். இந்த ஒருங்கிணைப்பு பல முக்கிய அம்சங்களை உள்ளடக்கியுள்ளது:

ஹார்ட்வேர் அப்ஸ்ட்ராக்ஷன் லேயர் (HAL)

HAL மென்பொருளுக்கும் அடிப்படை வன்பொருளுக்கும் இடையே ஒரு அப்ஸ்ட்ராக்ஷன் லேயரை வழங்குகிறது. இது மென்பொருளை குறிப்பிட்ட வன்பொருள் தளத்திலிருந்து சுயாதீனமாக உருவாக்க அனுமதிக்கிறது, மென்பொருளை வெவ்வேறு வன்பொருள் தளங்களுக்கு மாற்ற எளிதாக்குகிறது. HAL பொதுவாக சென்சார்கள், ஆக்சுவேட்டர்கள் மற்றும் தகவல்தொடர்பு இடைமுகங்களுக்கான இயக்கிகளைக் கொண்டுள்ளது.

நிகழ்நேர இயக்க முறைமைகள் (RTOS)

RTOS நிகழ்நேர பயன்பாடுகளுக்காக வடிவமைக்கப்பட்ட சிறப்பு இயக்க முறைமைகள் ஆகும். அவை நிர்ணயிக்கப்பட்ட திட்டமிடல், குறுக்கீடு கையாளுதல் மற்றும் வள மேலாண்மை திறன்களை வழங்குகின்றன. பணிகள் அவற்றின் காலக்கெடுவிற்குள் முடிக்கப்படுவதை உறுதி செய்வதற்கு RTOS அவசியம். FreeRTOS, VxWorks மற்றும் QNX ஆகியவை RTOS-க்கு எடுத்துக்காட்டுகள்.

தகவல்தொடர்பு நெறிமுறைகள்

தகவல்தொடர்பு நெறிமுறைகள் CPS-ன் வெவ்வேறு கூறுகளுக்கு இடையே தகவல்தொடர்பை செயல்படுத்துகின்றன. இந்த நெறிமுறைகள் நம்பகமானவையாகவும், திறமையாகவும், பாதுகாப்பானவையாகவும் இருக்க வேண்டும். CAN (Controller Area Network) தானியங்கி பயன்பாடுகளுக்கு, தொழில்துறை ஆட்டோமேஷனுக்கு Modbus, மற்றும் IoT பயன்பாடுகளுக்கு MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ஆகியவை தகவல்தொடர்பு நெறிமுறைகளுக்கு எடுத்துக்காட்டுகள்.

தரவு கையகப்படுத்துதல் மற்றும் செயலாக்கம்

CPS சென்சார்களிலிருந்து துல்லியமான மற்றும் சரியான நேரத்தில் தரவைச் சார்ந்துள்ளது. தரவு கையகப்படுத்துதல் மற்றும் செயலாக்க நுட்பங்கள் சென்சார்களிலிருந்து தரவைச் சேகரிக்கவும், இரைச்சலைக் குறைக்கவும், தரவை பயன்படுத்தக்கூடிய வடிவமாக மாற்றவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சென்சார் தரவுகளிலிருந்து தொடர்புடைய தகவலைப் பிரித்தெடுக்க சிக்னல் செயலாக்க அல்காரிதம்கள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதம்கள்

சென்சார் தரவு மற்றும் கணினி இலக்குகளின் அடிப்படையில் ஆக்சுவேட்டர்களின் நடத்தையைக் கட்டுப்படுத்த கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதம்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த அல்காரிதம்கள் எளிய PID (Proportional-Integral-Derivative) கட்டுப்பாட்டாளர்கள் முதல் மேம்பட்ட மாதிரி-அடிப்படையிலான கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதம்கள் வரை இருக்கலாம். கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதத்தின் தேர்வு கணினியின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் செயல்திறன் தேவைகளைப் பொறுத்தது.

உட்பொதிக்கப்பட்ட மென்பொருள் மேம்பாடு

உட்பொதிக்கப்பட்ட மென்பொருள் மேம்பாடு மைக்ரோகண்ட்ரோலர்கள் மற்றும் உட்பொதிக்கப்பட்ட செயலிகள் போன்ற உட்பொதிக்கப்பட்ட சிஸ்டம்களில் இயங்கும் மென்பொருளை எழுதுவதை உள்ளடக்கியது. இதற்கு வன்பொருள் கட்டமைப்பு, நிரலாக்க மொழிகள் (C மற்றும் C++ போன்றவை) மற்றும் மென்பொருள் மேம்பாட்டுக் கருவிகள் பற்றிய ஆழமான புரிதல் தேவை. வரையறுக்கப்பட்ட வளங்கள் மற்றும் நிகழ்நேர கட்டுப்பாடுகள் காரணமாக உட்பொதிக்கப்பட்ட மென்பொருளை பிழைதிருத்தம் செய்வது சவாலாக இருக்கும்.

சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டம்களில் எதிர்கால போக்குகள்

தொழில்நுட்பத்தில் முன்னேற்றங்கள் மற்றும் ஸ்மார்ட் மற்றும் இணைக்கப்பட்ட சிஸ்டம்களுக்கான தேவை அதிகரித்து வருவதால் CPS துறை வேகமாக வளர்ந்து வருகிறது. முக்கிய எதிர்கால போக்குகள் சில:

செயற்கை நுண்ணறிவு (AI) மற்றும் இயந்திர கற்றல் (ML)

AI மற்றும் ML ஆகியவை CPS-ல் அறிவார்ந்த முடிவெடுக்கும் திறன், தகவமைப்பு கட்டுப்பாடு மற்றும் முன்னறிவிக்கும் பராமரிப்பு ஆகியவற்றை செயல்படுத்துவதற்காக பெருகிய முறையில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. AI அல்காரிதம்கள் சென்சார் தரவை பகுப்பாய்வு செய்யவும், வடிவங்களைக் கண்டறியவும், எதிர்கால நிகழ்வுகளை கணிக்கவும் பயன்படுத்தப்படலாம். ML அல்காரிதம்கள் மாறிவரும் நிலைமைகளுக்கு ஏற்ப கட்டுப்பாடு சிஸ்டம்களை பயிற்றுவிக்கவும், செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் பயன்படுத்தப்படலாம்.

எட்ஜ் கம்ப்யூட்டிங்

எட்ஜ் கம்ப்யூட்டிங் தரவை மைய சேவையகத்திற்கு அனுப்புவதற்குப் பதிலாக, மூலத்திற்கு அருகில் தரவைச் செயலாக்குவதை உள்ளடக்கியது. இது தாமதத்தைக் குறைக்கிறது, பாதுகாப்பை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் நிகழ்நேர முடிவெடுப்பதை செயல்படுத்துகிறது. தானியங்கி வாகனங்கள் மற்றும் தொழில்துறை ஆட்டோமேஷன் போன்ற குறைந்த தாமதம் தேவைப்படும் CPS பயன்பாடுகளுக்கு எட்ஜ் கம்ப்யூட்டிங் குறிப்பாக முக்கியமானது.

5G மற்றும் வயர்லெஸ் தகவல்தொடர்பு

5G மற்றும் பிற மேம்பட்ட வயர்லெஸ் தகவல்தொடர்பு தொழில்நுட்பங்கள் CPS-க்கு வேகமான, மேலும் நம்பகமான மற்றும் பாதுகாப்பான தகவல்தொடர்புகளை செயல்படுத்துகின்றன. இது தானியங்கி வாகனங்கள் மற்றும் தொலைநிலை சுகாதார கண்காணிப்பு போன்ற அதிக அலைவரிசை மற்றும் குறைந்த தாமதம் தேவைப்படும் பயன்பாடுகளுக்கு குறிப்பாக முக்கியமானது.

டிஜிட்டல் ட்வின்ஸ்

டிஜிட்டல் ட்வின்ஸ் என்பது இயற்பியல் சிஸ்டம்களின் மெய்நிகர் பிரதிநிதித்துவங்கள் ஆகும். அவை இயற்பியல் சிஸ்டத்தின் நடத்தையை உருவகப்படுத்தவும், அதன் செயல்திறனைக் கணிக்கவும், அதன் வடிவமைப்பை மேம்படுத்தவும் பயன்படுத்தப்படலாம். உற்பத்தி, ஆற்றல் மற்றும் போக்குவரத்துத் துறைகளில் டிஜிட்டல் ட்வின்ஸ் பெருகிய முறையில் பிரபலமடைந்து வருகின்றன.

சைபர் பாதுகாப்பு

CPS மேலும் இணைக்கப்பட்டதாகவும் சைபர் தாக்குதல்களுக்கு ஆளாகக்கூடியதாகவும் இருப்பதால் சைபர் பாதுகாப்பு மேலும் முக்கியமாகிறது. CPS-ஐ சைபர் அச்சுறுத்தல்களிலிருந்து பாதுகாக்க புதிய பாதுகாப்பு தொழில்நுட்பங்கள் மற்றும் நெறிமுறைகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. இதில் ஊடுருவல் கண்டறிதல் சிஸ்டம்கள், அங்கீகார வழிமுறைகள் மற்றும் பாதுகாப்பான தகவல்தொடர்பு நெறிமுறைகள் ஆகியவை அடங்கும்.

மனித-மைய வடிவமைப்பு

CPS நமது வாழ்க்கையில் மேலும் ஒருங்கிணைக்கப்படுவதால், மனித தேவைகள் மற்றும் விருப்பங்களில் கவனம் செலுத்தி அவற்றை வடிவமைப்பது முக்கியம். மனித-மைய வடிவமைப்பு கோட்பாடுகள் CPS பயன்படுத்த எளிதானதாகவும், பாதுகாப்பானதாகவும், சமூகத்திற்கு நன்மை பயப்பதாகவும் இருப்பதை உறுதிசெய்யப் பயன்படுத்தப்படலாம். CPS-ன் நெறிமுறை தாக்கங்களைக் கருத்தில் கொள்வதும், அவை பொறுப்புடன் பயன்படுத்தப்படுவதை உறுதி செய்வதும் இதில் அடங்கும்.

முடிவுரை

சைபர்-பிசிகல் சிஸ்டம்கள் கணினி, தகவல்தொடர்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டை இயற்பியல் செயல்முறைகளுடன் தடையின்றி ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம் பல்வேறு தொழில்களைப் புரட்சிகரமாக்குகிறது. CPS-ஐ வடிவமைத்தல் மற்றும் செயல்படுத்துதல் பல சவால்களை முன்வைத்தாலும், அதன் நன்மைகள் அளப்பரியவை. தொழில்நுட்பம் தொடர்ந்து முன்னேறுவதால், CPS மேலும் பரவலாகவும் அதிநவீனமாகவும் மாறும், நாம் வாழும் மற்றும் வேலை செய்யும் விதத்தை மாற்றியமைக்கும். இந்த சக்திவாய்ந்த சிஸ்டம்களின் மேம்பாடு அல்லது பயன்பாட்டில் ஈடுபடும் எவருக்கும் வன்பொருள்-மென்பொருள் ஒருங்கிணைப்பின் கொள்கைகளைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியமாகும்.

AI, எட்ஜ் கம்ப்யூட்டிங், 5G மற்றும் டிஜிட்டல் ட்வின்ஸ்களின் ஒருங்கிணைப்பு CPS-ன் திறன்களை மேலும் மேம்படுத்தும், புதிய பயன்பாடுகளை செயல்படுத்துவதோடு, தொழில்கள் முழுவதும் புதுமைகளைத் தூண்டும். மேலும், சைபர் பாதுகாப்பு மற்றும் மனித-மைய வடிவமைப்பு ஆகியவற்றில் வலுவான கவனம் எதிர்காலத்தில் CPS-ன் பாதுகாப்பான, நம்பகமான மற்றும் பொறுப்பான வரிசைப்படுத்தலை உறுதி செய்ய அவசியமாக இருக்கும். CPS-ன் எதிர்காலம் பிரகாசமாக உள்ளது, காலநிலை மாற்றம் முதல் சுகாதாரம் மற்றும் போக்குவரத்து வரை உலகின் மிக அவசரமான சவால்களைத் தீர்க்கும் ஆற்றலுடன் உள்ளது.