Come progettare un sistema ciberfisico

I Sistemi ciberfisici(CPS) si riferiscono a qualsiasi rete di dispositivi fisici e digitali che interagiscono tra loro, condividono dati o eseguono un compito. I sistemi ciberfisici stanno cambiando il modo in cui le persone vivono e lavorano. Ma come si fa a progettarne uno? I Sistemi ciberfisici possono essere progettati da diverse prospettive: dagli utenti che devono approcciarsi a un sistema, dalla prospettiva tecnica di caratteristiche specifiche come sensori, attuatori, AI/ML e così via; oppure dal livello della struttura interna, dove si prendono in considerazione i diversi strati di un sistema. Questo articolo vi aiuterà a capire perché la progettazione di CPS è necessaria, a descrivere alcuni errori comuni nella progettazione e a delineare le migliori pratiche.

Perché progettare un sistema cyber-fisico?

I CPS stanno diventando sempre più importanti in molti settori, dalla sanità alle città intelligenti, in quanto hanno il potenziale di consentire efficienze e risparmi significativi nelle operazioni. In molti settori, l’uso di sensori intelligenti e di altri sistemi basati su computer è in crescita. L’integrazione dell’Internet delle cose (IoT) con i sistemi esistenti, come quelli di produzione, sanità, trasporti e assicurazioni, è sempre più considerata un modo per aumentare l’efficienza, fornire servizi aggiuntivi e semplificare le operazioni. Designando un’area come “città intelligente” o raccogliendo e analizzando automaticamente i dati, molte giurisdizioni sperano di migliorare la qualità della vita. Anche i processi industriali, le catene di fornitura e i servizi governativi possono essere resi più efficienti grazie all’uso di sistemi cyber-fisici.

Comprendere i requisiti degli utenti

I CPS sono progettati per servire gli utenti, per aiutarli ad accedere alle informazioni, a svolgere compiti o a risolvere problemi. In molti casi, gli utenti sono aziende che vogliono accedere a dati e risorse o raccogliere dati ed eseguire analisi. In altri casi, invece, gli utenti possono essere individui o organizzazioni che desiderano monitorare lo stato fisico dei dispositivi o ricevere notifiche quando si verificano determinate condizioni. È necessario iniziare a comprendere i requisiti specifici degli utenti. A tal fine, è possibile condurre una ricerca sugli utenti, come spiegato nella sezione successiva Sistemi ciberfisici.

Definire le specifiche tecniche

Questa è una fase cruciale, perché determina le specifiche tecniche del sistema. Se il sistema non è tecnicamente fattibile, l’azienda non potrà mai utilizzarlo. È necessario tenere in considerazione anche le specifiche del sistema nel suo complesso, come le prestazioni e l’affidabilità del sistema. La definizione delle specifiche tecniche deve partire dalla definizione dei requisiti del sistema. Una volta compresi i requisiti degli utenti, si può lavorare a ritroso e trovare i requisiti che renderanno il sistema tecnicamente fattibile.

Decidere la struttura interna e il livello di astrazione

I CPS sono spesso progettati a strati. Il livello superiore è collegato al mondo esterno e riceve i dati dai sensori, che falliscono se rilevano determinate condizioni. Il livello intermedio raccoglie ed elabora i dati, mentre il livello inferiore controlla gli attuatori. A seconda del sistema specifico che si sta progettando, si può decidere una struttura interna e un livello di astrazione specifici. Ad esempio, se si sta progettando un dispositivo medico, si potrebbe decidere di includere la maggior parte dei dettagli del dispositivo, come i sensori e gli attuatori. Se invece si sta progettando un sistema di smart city, si può decidere di includere lo schema generale della città e delle aziende.

Costruire un modello concettuale

Dopo aver definito le specifiche tecniche e la struttura interna del sistema, si può iniziare a costruire il modello concettuale. Si dovrebbe iniziare disegnando un diagramma di alto livello del sistema. Un modello concettuale è una rappresentazione logica di un sistema; non è una visualizzazione di come sarà nel mondo reale. Il diagramma deve mostrare tutti i componenti del sistema e le loro connessioni. È inoltre necessario indicare il flusso di dati tra i componenti. A seconda del sistema specifico che si sta progettando, si può indicare il flusso di dati tra i componenti o il flusso di dati tra gli utenti.

Verificare la completezza e l’accuratezza dei dati

Anche se avete definito la struttura interna e il livello di astrazione del sistema, non volete costruirlo e testarlo nel mondo reale. Sarebbe pericoloso e richiederebbe molto tempo. È possibile verificare l’accuratezza e la completezza dei dati solo attraverso i test. È possibile testare il flusso di dati tra i componenti Sistemi ciberfisici, il formato e l’accuratezza dei dati utilizzando dati simulati e strumenti di test. Dopo il test, si possono correggere i dati, se necessario.

Conclusione

Le CPS sono sempre più importanti in molti settori, tra cui l’assistenza sanitaria, le città intelligenti e la produzione. La progettazione e lo sviluppo di questi sistemi, tuttavia, sono impegnativi e le sfide aumentano per la necessità di colmare il divario tra l’informatica e il mondo fisico. I sistemi cyber-fisici stanno diventando sempre più importanti in molti settori, dall’assistenza sanitaria alle città intelligenti, in quanto hanno il potenziale per consentire efficienze e risparmi significativi nelle operazioni.

Come progettare un sistema ciberfisico

I sistemi ciberfisici possono essere progettati da diverse prospettive: dagli utenti che devono approcciarsi a un sistema; dalla prospettiva tecnica di caratteristiche specifiche come sensori, attuatori, AI/ML e così via; o dal livello di struttura interna, dove si considerano i diversi strati di un sistema. Questo articolo vi aiuterà a capire perché la progettazione di CPS è necessaria, a descrivere alcuni errori comuni di progettazione e a delineare le migliori pratiche.