EVOLUŢIA SISTEMELOR MECATRONICE DE LA SISTEME MULTIAGENT SPRE SISTEME CYBER FIZICE,

Liliana DACHE

EVOLUŢIA SISTEMELOR MECATRONICE DE LA SISTEME MULTIAGENT SPRE SISTEME CYBER FIZICE

Liliana DACHE

DEVELOPMENT OF MECHATRONIC SYSTEMS OF MULTIAGENT SYSTEMS FOR CYBER PHYSICAL SYSTEMS

This paper brings into question one of the major concerns at the global level, to effectively harness the exciting advancements in science and information technology, communication and leadership. The integration of computers into the physical processes involved in the emergence of large, complex systems, interconnected objects that come with processing capabilities and communication and can improve quality of life. These are the cyber physical systems. Keywords: mecatronic system, intelligence, cyber physical system interaction Cuvinte cheie: sistem mecatronic, inteligenţă, interacţiune, sistem cyber fizic 1. Introducere

Ştiinţa şi tehnologia au jucat de-a lungul timpului un rol esenţial în evoluţia speciei umane, atât prin asigurarea condiţiilor existenţiale, cât şi prin dezvoltarea capabilităţilor intelectuale şi civilizaţiei umane. Generarea, transmiterea şi stocarea informaţiei în timp cât mai redus şi la nivel cât mai complex au dus la stabilirea unei noi societăţi,

465

societatea informaţională. Tehnologia societăţii informaţionale a reprezentat poarta spre cercetarea ştiinţifică, spre cunoaştere, a permis utilizând resurse imateriale, saltul abrupt spre societatea bazată pe cunoaştere. Cercetarea ştiinţifică trebuie să îmbogăţească cunoaşterea şi să ofere o bază pentru dezvoltarea tehnologică. Saltul spectaculos pe care ştiinţa şi tehnologia l-au cunoscut odată cu definirea mecatronicii a avut un impact major asupra civilizaţiei, şi în general asupra evoluţiei omenirii [1].

2. Trăsături caracteristice sistemelor mecatronice Sistemele mecatronice sunt ansambluri care integrează elemente simple sau complexe ce îndeplinesc diferite funcţii, acţionând în baza unor reguli impuse. Principala lor sarcină este funcţionarea mecanică, deci producerea de lucru mecanic util, iar esenţa lor este posibilitatea de a reacţiona inteligent, printr-un sistem de senzori, la stimuli exteriori care acţionează asupra maşinii luând deciziile corespunzătoare pentru fiecare situaţie. Sistemele mecatronice s-au evidenţiat prin următoarele caracteristici [3]: • Inteligenţă, reprezentând capabilitatea maşinii de a comunica cu

mediul şi de a lua decizii şi care, raportată la funcţiile de control ale sistemului mecatronic se caracterizată printr-o comportare adaptivă, bazată pe percepţie, raţionament, autoînvăţare, diagnosticarea erorilor şi reconfigurarea sistemului, etc.

• Flexibilitate, adică posiblitatea de a modifica fără dificultăţi majore construcţia sistemului, utilajului pe etape de proiectare, producţie sau exploatare, de exemplu prin folosirea construcţiei modulare. Aceasta caracterizează uşurinţa cu care sistemul poate fi adaptat, sau se poate adapta singur, la un nou mediu, pe parcursul ciclului său de funcţionare implicând schimbarea adecvată a programelor de control (software) şi nu a structurii sale mecanice sau electrice (hardware).

• Integrare, putându-se realiza o integrare spaţială prin întrepătrunderea constructivă a subsistemelor mecanice, electronice şi de comandă, respectiv, integrare funcţională, asigurată prin software.

• Posibilitatea de a fi conduse de la distanţă, ceea ce impune cunoaşterea şi utilizarea unor interfeţe complexe de comunicare.

• Evoluţie permanentă, datorită dinamicii cerinţelor pieţei şi a posibilităţilor tehnologice de execuţie.

466

3. Sisteme mecatronice reprezentative Ca urmare a evoluţiei stiinţei şi tehnologiei calculatoarelor, automaticii şi comunicaţiilor, reţelele globale, împreună cu arhitecturile înglobate în interacţiune cu procesele fizice au impus în ultimii ani o evoluţie rapidă a sistemelor mecatronice. Sistemele mecatronice automate au devenit capabile să manevreze materiale şi energie, comunicând cu mediul înconjurător având capacitatea de auto-reglare, care le permite să reacţioneze la schimbări previzibile ale mediului într-un mod programat anterior. Sistemele mecatronice inteligente sunt capabile să realizeze un scop impus în condiţii de incertitudine. Spre deosebire de sistemele automate, care sunt programate pentru a se comporta într-un mod dorit şi sunt, în consecinţă, previzibile, sistemele inteligente pot atinge un scop specificat într-un mod imprevizibil. Ele sunt înzestrate cu un înalt nivel de flexibilitate, fiind capabile să răspundă la schimbări frecvente ale mediului, fără a fi necesară o reprogramare a lor. Această diferenţă calitativă în comportament este determinată de separarea bazei de cunoştinţe (knowledge base) de motorul de rezolvare a problemei (inference engine), concept de bază în inteligenţa artificială. Exemple de astfel de sisteme sunt maşinile-unelte inteligente, roboţii inteligenţi, vehicule cu ghidare autonomă, avioane fără pilot, rachete auto-ghidate, compresoare inteligente cu geometrie variabilă. O nouă şi interesantă grupă este cea a unor reţele de sisteme inteligente, interconectate mutual, sau reţele mecatronice inteligente (multiagent). Aceste reţele sunt capabile să decidă asupra comportamentului lor prin negocieri între unităţile componente

autonome (nodurile reţelei). Fig.1 Schema de

conectare a componentelor

platformei multiagent

Fiecare

componentă este un sistem meca-tronic inteligent.

Semnificativă

467

este pentru acest fel de reţele capacitatea fiecărei unităţi de a-şi îmbunătăţi performanţele prin auto-organizare (modificarea relaţiilor dintre unităţile componente, în scopul îmbunătăţirii performanţelor globale ale sistemului). Cele mai evoluate reţele sunt supuse unui continuu proces de evoluţie prin deconectarea şi eliminarea unităţilor mai puţin utile şi conectarea unor noi unităţi cu efecte benefice pentru scopurile urmărite de reţea. Flotile de avioane fără pilot, colonii de maşini agricole inteligente, sisteme de fabricaţie inteligente, echipe de roboţi militari, de salvare sau de jocuri sportive, sunt exemple semnificative pentru astfel de reţele. 4. Apariţia Cyber Physical Systems (CPS) Printre cele mai reprezentative şi dinamice domenii ale ştiinţei şi tehnologiei în ultimii 60 de ani, se remarcă ştiinţa şi tehnologia calculatoarelor, automatica şi comunicaţiile. Aceste domenii, prin contribuţiile fundamentale şi realizările tehnologice fără precedent, au contribuit esenţial la regândirea sistemelor de fabricaţie, la optimizarea sistemelor de transport, la optimizarea proceselor de producţie şi nu în ultimul rând, la creşterea calităţii vieţii. Strategia Europa 2020 are ca principală prioritate ”dezvoltarea unei economii bazată pe cunoaştere şi inovare –creştere inteligentă”. Astfel, spre deosebire de sistemele convenţionale, care păstrează identitatea fiecăreia dintre componente, în cadrul CPS se realizează un proces de înglobare a acestora, asigurând noi capabilităţi ca siguranţa superioară în funcţionare, costuri mai reduse, eficienţă sporită şi capacitate de interconectare în cadrul unor structuri complexe. CPS, ca sisteme cu un potenţial inovativ ridicat, au aplicabilitate în toate domeniile activităţii umane, de la automobile autonome la sisteme integrate de transport, clădiri, oraşe, întreprinderi şi sisteme de transport inteligente, reţele inteligente, telemedicină şi asistare medicală, în sectorul de afaceri, în economia ecosistemelor etc. Acestea sunt colaborative, adaptabile şi caracterizate de interoperabilitate pe toate nivelurile de abstractizare (tehnic, arhitectural şi funcţional) [2]. Din punct de vedere al aplicabilităţii, CPS pot reprezenta o nouă platformă pentru a colecta, gestiona, analiza şi vizualiza informaţiile colectate din lumea reală.

468

Fig. 2 Traseul informaţiei între lumea reală şi lumea virtuală [4]

Se evidenţiază omniprezenţa internetului care pe baza ”cunoştinţelor” obţinute din lumea reală poate prefigura informaţii mult mai pertinente şi valoroase în desfăşurarea activităţilor. Sporind interacţiunea umană cu sistemele cyber fizice complexe devine posibilă comunicarea la distanţă şi transmiterea mişcării prin manipulatoare robotizate.

Fig. 3 Comunicarea/acţionarea la distanţă prin intermediul spaţiului virtual [5]

În următorii ani evoluţia actuatorilor şi realizarea unui cadru optim de comunicare wireless va permite încorporarea în spaţiul virtual a unor cantităţi mari de informaţie ceea ce va determina o nouă viziune în domeniul tehnologiei.

469

5. Concluzii Noul concept CPS pătrunde rapid şi sigur în toate sectoarele socio-economice, având un impact major asupra calităţii vieţii. Provocările pentru ştiinţă şi tehnologie, coroborate cu efectul major asupra evoluţiei tuturor sectoarelor industriale, impun o atenţie deosebită atât din partea creatorilor de CPS, dar şi din partea beneficiarilor. Se prefigurează o nouă societate în care partea virtuală şi cea reală colaborează intens, iar agenţii inteligenţi, împreună cu operatorii umani se constituie într-o lume puternic integrată în realitate. Se impune o pregătire avansată pentru această nouă societate, în care inteligenţa ambientală impune un nivel ridicat de cunoaştere şi reală capacitate de adaptare.

BIBLIOGRAFIE [1] Dumitrache, I., Noua viziune asupra ingineriei, În: Univers Ingineresc, nr.16/2012. [2] Dumitrache, I., Cyber-Physical-Systems - Factor determinant în economia bazată pe inovare şi cunoştinţe, RRIA, Nr.4/2013. [3] Mătieş, V., Platforme mecatronice pentru educaţie şi cercetare, Editura Todesco, Cluj-Napoca, 2009. [4] * * * http://www.nict.go.jp/en/univ-com/isp/research-cpcc.html [5] * * * https://nuforge.coe.neu.edu/gf/project/hlcps/

Drd.Ing.Liliana DACHE

profesor, Colegiul Tehnic ,,Ion D. Lăzărescu” Cugir membru AGIR

e-mail: lilidache02@yahoo.com

470