Cyber-physical system
સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ (સી. પી. એસ.) અથવા ઇન્ટેલિજન્ટ સિસ્ટમ એ એક કમ્પ્યુટર સિસ્ટમ છે જેમાં કમ્પ્યુટર આધારિત અલ્ગોરિધમ્સ દ્વારા મિકેનિઝમનું નિયંત્રણ અથવા નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમોમાં, ભૌતિક અને સોફ્ટવેર ઘટકો ઊંડાણપૂર્વક એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે, જે વિવિધ અવકાશી અને અસ્થાયી ધોરણો પર કામ કરવા માટે સક્ષમ હોય છે, બહુવિધ અને વિશિષ્ટ વર્તણૂકીય પદ્ધતિઓ પ્રદર્શિત કરે છે અને સંદર્ભ સાથે બદલાતી રીતે એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. સી. પી. એસ. માં આંતરશાખાકીય અભિગમોનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં સાયબરનેટિક્સના સિદ્ધાંત, મેકાટ્રોનિક્સ, ડિઝાઇન અને પ્રક્રિયા વિજ્ઞાનનો સમાવેશ થાય છે. પ્રક્રિયા નિયંત્રણને ઘણીવાર એમ્બેડેડ સિસ્ટમ્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. એમ્બેડેડ સિસ્ટમોમાં, કોમ્પ્યુટેશનલ તત્વો પર વધુ ભાર મૂકવામાં આવે છે, અને કોમ્પ્યુટેશનલ અને ભૌતિક તત્વો વચ્ચેની તીવ્ર કડી પર ઓછો ભાર મૂકવામાં આવે છે. સી. પી. એસ. પણ ઈન્ટરનેટ ઓફ થિંગ્સ (આઈ. ઓ. ટી.) જેવું જ છે, જે સમાન મૂળભૂત માળખું ધરાવે છે; તેમ છતાં, સી. પી. એસ. ભૌતિક અને કોમ્પ્યુટેશનલ તત્વો વચ્ચે ઉચ્ચ સંયોજન અને સંકલન રજૂ કરે છે. સી. પી. એસ. ના ઉદાહરણોમાં સ્માર્ટ ગ્રીડ, સ્વાયત્ત ઓટોમોબાઇલ સિસ્ટમ્સ, તબીબી દેખરેખ, ઔદ્યોગિક નિયંત્રણ સિસ્ટમ્સ, રોબોટિક્સ સિસ્ટમ્સ, રિસાયક્લિંગ અને સ્વચાલિત પાયલોટ એવિઓનિક્સનો સમાવેશ થાય છે. એરોસ્પેસ, ઓટોમોટિવ, રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ, નાગરિક માળખાગત સુવિધાઓ, ઊર્જા, આરોગ્ય સંભાળ, ઉત્પાદન, પરિવહન, મનોરંજન અને ગ્રાહક ઉપકરણો જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં સાયબર-ભૌતિક પ્રણાલીઓના પૂર્વગામીઓ મળી શકે છે. વધુ પરંપરાગત એમ્બેડેડ સિસ્ટમોથી વિપરીત, સંપૂર્ણ સુવિધાયુક્ત સી. પી. એસ. સામાન્ય રીતે એકલ ઉપકરણોને બદલે ભૌતિક ઇનપુટ અને આઉટપુટ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા તત્વોના નેટવર્ક તરીકે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે. આ કલ્પના રોબોટિક્સ અને સેન્સર નેટવર્કની વિભાવનાઓ સાથે નજીકથી જોડાયેલી છે, જેમાં યોગ્ય કોમ્પ્યુટેશનલ ઇન્ટેલિજન્સની ઇન્ટેલિજન્સ મિકેનિઝમ્સ છે જે માર્ગ તરફ દોરી જાય છે. વિજ્ઞાન અને ઇજનેરીમાં ચાલી રહેલી પ્રગતિઓ બુદ્ધિશાળી પદ્ધતિઓના માધ્યમથી કોમ્પ્યુટેશનલ અને ભૌતિક તત્વો વચ્ચેની કડીમાં સુધારો કરે છે, અનુકૂલનક્ષમતા, સ્વાયત્તતા, કાર્યક્ષમતા, કાર્યક્ષમતા, વિશ્વસનીયતા, સલામતી અને સાયબર-ભૌતિક પ્રણાલીઓની ઉપયોગીતામાં વધારો કરે છે. આ અનેક દિશાઓમાં સાયબર-ભૌતિક પ્રણાલીઓની ક્ષમતાને વિસ્તૃત કરશે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ હસ્તક્ષેપ (દા. ત., અથડામણ ટાળવી); ચોકસાઇ (દા. ત., રોબોટિક સર્જરી અને નેનો-સ્તરનું ઉત્પાદન); જોખમી અથવા અપ્રાપ્ય વાતાવરણમાં કામગીરી (દા. ત., શોધ અને બચાવ, અગ્નિશામક અને ઊંડા સમુદ્રમાં સંશોધન); સંકલન (દા. ત., હવાઈ ટ્રાફિક નિયંત્રણ, યુદ્ધ લડાઈ); કાર્યક્ષમતા (દા. ત., શૂન્ય-ચોખ્ખી ઊર્જા ઇમારતો); અને માનવ ક્ષમતાઓમાં વધારો (દા. ત. આરોગ્ય સંભાળ દેખરેખ અને વિતરણમાં). મોબાઇલ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ મોબાઇલ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ, જેમાં અભ્યાસ હેઠળની ભૌતિક સિસ્ટમ અંતર્ગત ગતિશીલતા ધરાવે છે, તે સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સની અગ્રણી પેટા શ્રેણી છે. મોબાઇલ ભૌતિક પ્રણાલીઓના ઉદાહરણોમાં મોબાઇલ રોબોટિક્સ અને મનુષ્યો અથવા પ્રાણીઓ દ્વારા પરિવહન કરાયેલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સનો સમાવેશ થાય છે. સ્માર્ટફોનની લોકપ્રિયતામાં વધારાથી મોબાઇલ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સના ક્ષેત્રમાં રસ વધ્યો છે. સ્માર્ટફોન પ્લેટફોર્મ્સ સંખ્યાબંધ કારણોસર આદર્શ મોબાઇલ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમો બનાવે છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ નોંધપાત્ર કોમ્પ્યુટેશનલ સંસાધનો, જેમ કે પ્રક્રિયા કરવાની ક્ષમતા, સ્થાનિક સંગ્રહ બહુવિધ સંવેદનાત્મક ઇનપુટ/આઉટપુટ ઉપકરણો, જેમ કે ટચ સ્ક્રીન, કેમેરા, જીપીએસ ચિપ્સ, સ્પીકર્સ, માઇક્રોફોન, લાઇટ સેન્સર, નિકટતા સેન્સર બહુવિધ સંચાર પદ્ધતિઓ, જેમ કે વાઇફાઇ, 4 જી, ઇડીજીઇ, ઇન્ટરનેટ અથવા અન્ય ઉપકરણો સાથે ઉપકરણોને એકબીજા સાથે જોડવા માટે બ્લુટુથ ઉચ્ચ-સ્તરની પ્રોગ્રામિંગ ભાષાઓ કે જે મોબાઇલ સી. પી. એસ. નોડ સોફ્ટવેરના ઝડપી વિકાસને સક્ષમ કરે છે, જેમ કે જાવા, સી #, અથવા જાવાસ્ક્રિપ્ટ તૈયાર રીતે ઉપલબ્ધ એપ્લિકેશન વિતરણ પદ્ધતિઓ, જેમ કે ગૂગલ પ્લે સ્ટોર અને એપલ એપ સ્ટોર એન્ડ-યુઝર જાળવણી અને જાળવણી, જેમાં બેટરીને વારંવાર ફરીથી ચાર્જ કરવા સહિત વધુ સંસાધનોની જરૂર હોય તેવા કાર્યો માટે મોબાઇલ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમોના ઉદાહરણોમાં CO ઉત્સર્જનને ટ્રેક કરવા અને તેનું વિશ્લેષણ કરવા, ટ્રાફિક અકસ્માતો શોધવા, વીમા ટેલિમેટિક્સ અને પ્રથમ પ્રતિભાવ આપનારાઓને પરિસ્થિતિગત જાગૃતિ સેવાઓ પ્રદાન કરવા, ટ્રાફિકને માપવા અને હૃદયના દર્દીઓનું નિરીક્ષણ કરવા માટેની એપ્લિકેશનોનો સમાવેશ થાય છે. ઉદાહરણો સી. પી. એસ. ની સામાન્ય એપ્લિકેશનો સામાન્ય રીતે સેન્સર-આધારિત સંચાર-સક્ષમ સ્વાયત્ત પ્રણાલીઓ હેઠળ આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઘણા વાયરલેસ સેન્સર નેટવર્ક પર્યાવરણના કેટલાક પાસાનું નિરીક્ષણ કરે છે અને પ્રક્રિયા કરેલી માહિતીને કેન્દ્રીય નોડ પર રિલે કરે છે. અન્ય પ્રકારના સી. પી. એસ. માં સ્માર્ટ ગ્રીડ, ઓટોનોમસ ઓટોમોટિવ સિસ્ટમ્સ, મેડિકલ મોનિટરિંગ, પ્રોસેસ કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ, ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ રોબોટિક્સ, રિસાયક્લિંગ અને ઓટોમેટિક પાયલોટ એવિઓનિક્સનો સમાવેશ થાય છે. આવી પ્રણાલીનું વાસ્તવિક દુનિયાનું ઉદાહરણ એમ. આઈ. ટી. ખાતે ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ રોબોટ ગાર્ડન છે જેમાં રોબોટ્સની એક ટીમ ટામેટાના છોડના બગીચાનું સંચાલન કરે છે. આ સિસ્ટમ ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ સેન્સિંગ (દરેક પ્લાન્ટ તેની સ્થિતિનું નિરીક્ષણ કરતા સેન્સર નોડથી સજ્જ છે), નેવિગેશન, મેનીપ્યુલેશન અને વાયરલેસ નેટવર્કિંગને જોડે છે. સી. પી. એસ. ના નિયંત્રણ પ્રણાલીના પાસાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું કે જે નિર્ણાયક માળખાગત સુવિધાઓમાં ફેલાયેલું છે તે ઇડાહો નેશનલ લેબોરેટરી અને સ્થિતિસ્થાપક નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ પર સંશોધન કરતા સહયોગીઓના પ્રયાસોમાં મળી શકે છે. આ પ્રયાસ આગામી પેઢીની રચના માટે એક સર્વગ્રાહી અભિગમ અપનાવે છે, અને સાયબર સુરક્ષા, માનવ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને જટિલ પરસ્પર નિર્ભરતા જેવા સ્થિતિસ્થાપકતા પાસાઓને ધ્યાનમાં લે છે જે સારી રીતે માપવામાં આવતા નથી. બીજું ઉદાહરણ એમ. આઈ. ટી. નો ચાલુ કારટેલ પ્રોજેક્ટ છે જ્યાં ટેક્સીઓનો કાફલો બોસ્ટન વિસ્તારમાં વાસ્તવિક સમયની ટ્રાફિક માહિતી એકત્રિત કરીને કામ કરે છે. ઐતિહાસિક માહિતી સાથે, આ માહિતીનો ઉપયોગ પછી દિવસના આપેલ સમય માટે સૌથી ઝડપી માર્ગોની ગણતરી કરવા માટે થાય છે. સી. પી. એસ. નો ઉપયોગ વિદ્યુત ગ્રીડમાં અદ્યતન નિયંત્રણ કરવા માટે પણ થાય છે, ખાસ કરીને સ્માર્ટ ગ્રીડના સંદર્ભમાં વિતરિત નવીનીકરણીય generation.The ના એકીકરણને વધારવા માટે જ્યારે પવન ફાર્મનું ઉત્પાદન ખૂબ વધારે હોય ત્યારે ગ્રીડમાં વર્તમાન પ્રવાહને મર્યાદિત કરવા માટે વિશેષ ઉપચારાત્મક કાર્યવાહી યોજનાની જરૂર પડે છે. ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ સી. પી. એસ. એ આ પ્રકારના મુદ્દાઓ માટે ચાવીરૂપ ઉકેલ છે ઉદ્યોગ ક્ષેત્રમાં, ક્લાઉડ ટેકનોલોજી દ્વારા સશક્ત સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમોએ નવીન અભિગમો તરફ દોરી ગયા છે જેણે સ્નેઇડર ઇલેક્ટ્રિક, એસએપી, હનીવેલ, માઇક્રોસોફ્ટ વગેરે જેવા ભાગીદારો સાથે યુરોપિયન કમિશન આઇએમસી-એઇએસઓપી પ્રોજેક્ટ તરીકે ઉદ્યોગ 4 તરફનો માર્ગ મોકળો કર્યો છે. દર્શાવ્યું હતું. ડિઝાઇન એમ્બેડેડ અને સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સના વિકાસમાં એક પડકાર એ છે કે તેમાં સામેલ વિવિધ ઇજનેરી શાખાઓ, જેમ કે સોફ્ટવેર અને મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગ વચ્ચે ડિઝાઇન પ્રેક્ટિસમાં મોટો તફાવત છે. વધુમાં, આજે ડિઝાઇન પ્રેક્ટિસની દ્રષ્ટિએ કોઈ "ભાષા" નથી જે સી. પી. એસ. માં સામેલ તમામ શાખાઓમાં સામાન્ય છે. આજે, એવા બજારમાં જ્યાં ઝડપી નવીનતા આવશ્યક હોવાનું માનવામાં આવે છે, તમામ શાખાઓના ઇજનેરોએ સહયોગી રીતે સિસ્ટમ ડિઝાઇનનું અન્વેષણ કરવા, સોફ્ટવેર અને ભૌતિક ઘટકોને જવાબદારીઓ ફાળવવા અને તેમની વચ્ચેના વિનિમયનું વિશ્લેષણ કરવા માટે સક્ષમ બનવાની જરૂર છે. તાજેતરની પ્રગતિ દર્શાવે છે કે સહ-અનુકરણનો ઉપયોગ કરીને જોડણી શાખાઓ નવા સાધનો અથવા ડિઝાઇન પદ્ધતિઓ લાગુ કર્યા વિના શાખાઓને સહકાર આપવાની મંજૂરી આપશે. મોડલિસાર પ્રોજેક્ટના પરિણામો દર્શાવે છે કે કાર્યાત્મક મોક-અપ ઇન્ટરફેસના રૂપમાં સહ-અનુકરણ માટે નવા ધોરણની દરખાસ્ત કરીને આ અભિગમ વ્યવહારુ છે. મહત્વ યુએસ નેશનલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન (એનએસએફ) એ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમોને સંશોધનના મુખ્ય ક્ષેત્ર તરીકે ઓળખી કાઢ્યા છે. 2006ના અંતમાં શરૂ કરીને, એન. એસ. એફ. અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સની અન્ય ફેડરલ એજન્સીઓએ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ પર ઘણી વર્કશોપને પ્રાયોજિત કરી હતી. ડિજિટલ ટ્વીન ઇન્ડોર પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ ઇન્ડસ્ટ્રી 4 ઇન્ટેલિજન્ટ મેન્ટેનન્સ સિસ્ટમ ઈન્ટરનેટ ઓફ થિંગ્સ રિસ્પોન્સિવ કોમ્પ્યુટર-એડેડ ડિઝાઇન સિગ્નલ-ફ્લો ગ્રાફ સંદર્ભો એડવર્ડ એ. લી, સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ-શું કમ્પ્યુટિંગ ફાઉન્ડેશન્સ પૂરતા છે? પાઉલો તબુડા, સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સઃ પોઝિશન પેપર રાજેશ ગુપ્તા, પ્રોગ્રામિંગ મોડલ્સ એન્ડ મેથડ્સ ફોર સ્પેસિયો-ટેમ્પોરલ એક્શન્સ એન્ડ રિઝનિંગ ઇન સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ ઇ. એ. લી અને એસ. એ. સેશિયા, ઇન્ટ્રોડક્શન ટુ એમ્બેડેડ સિસ્ટમ્સ-એ સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ એપ્રોચ, http://LeeSeshia.org, 2011. અલ્તાવી આર., યુસેફ એ., સિક્યુરિટી ટ્રેડ-ઓફ્સ ઇન સાયબર ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સઃ એ કેસ સ્ટડી સર્વે ઓન ઇમ્પ્લાન્ટેબલ મેડિકલ ડિવાઇસીસ અહમદ I., સિક્યુરિટી એસ્પેક્ટ્સ ઓફ સાયબર ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ એક્સટર્નલ લિંક્સ સી. પી. એસ. વર્ચ્યુઅલ ઓર્ગેનાઇઝેશન સાયબર-ફિઝિકલ સિસ્ટમ્સ વીક કોન્ફરન્સ આ ક્ષેત્રમાં વર્તમાન સંશોધનને સમજાવે છે.