Киберфизическая система

Киберфизическая система (англ. cyber-physical system) — такая система, в которой в физический объект интегрирован вычислительный компонент, существенно влияющий на поведение и/или иные свойства этой системы. Другими словами, отличие киберфизического объекта от просто физического состоит в том, что изменения его состояния невозможно предсказать, опираясь исключительно на общую физическую модель поведения подобного объекта.

Наглядное объяснение

В качестве примера различия между физической и киберфизической системой можно привести различия между камнем и программно управляемым летающим дроном.

• Кинутый камень летит по траектории, форма и протяжённость которой определяется его весом и силой, с которой его кинули. Дополнительными факторами, которые на влияют на траекторию, можно считать сопротивление атмосферы и влияние ветра. Эту траекторию, зная исходные данные, можно рассчитать с очень хорошей точностью. Камень является физической системой.
• Если мы просто швырнём полностью выключенный дрон, то его дальнейшее движение будет предопределено теми же самыми законами физики, что и для камня, и, сделав необходимые поправки на его форму, которая влияет на аэродинамическое сопротивление, траекторию полёта дрона можно будет рассчитать практически по тем же формулам, что и для камня. Дрон в этом случае также остаётся физической системой.
• Предположим, мы включим на дроне его двигатель, запитав его, например, от установленной на дроне аккумуляторной батареи. Траектория движения дрона по-прежнему будет доступна для анализа с использованием стандартных для этого типа устройств средств математики и физики. Нам придётся учитывать его наклон при запуске, тяговую мощность двигателей, ёмкость аккумулятора и ряд иных параметров, которые используют в своих расчётах авиамоделисты и авиаконструкторы. Точность предсказания траектории уменьшится, но её по-прежнему можно будет выразить на языке формул. Дрон-авиамодель - по-прежнему - физическая система.
• Как только мы подключаем органы управления такого дрона к бортовому контроллеру, включающему в себя процессор, память и записанную в эту память полётную программу - физическая предсказуемость движения устройства практически теряется. Под воздействием программы дрон может развернуться на 90 или 180 градусов, ускориться, замедлиться, уйти в штопор или взмыть вверх свечкой. Физические ограничения продолжают действовать только в качестве граничных условий. Без знания содержания запущенной программы, аналитическими средствами физики и математики предсказать его движение невозможно. Программно управляемый дрон стал киберфизической системой.

Применение понятия

Понятие киберфизических систем было введено после их массового появления в сфере промышленности, транспорта и в иных видах человеческой деятельности. Прикладное значение этого понятия вытекало, прежде всего из осознания инженерами того факта, что поведение разрабатываемых ими устройств в определённых, но крайне важных аспектах перестало поддаваться классическим методам расчётов.