- บทความ : ดร.กุลชาติ มีทรัพย์หลาก
นักวิจัยศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.)
เรียบเรียงและภาพประกอบ : ศศิวิภา หาสุข
ระบบไซเบอร์-กายภาพ หรือ Cyber-Physical Systems (CPS) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อนโยบายการพัฒนาอุตสาหกรรมและงานวิจัยในประเทศชั้นนำต่างๆ เช่น ประเทศเยอรมันหรือสหรัฐอเมริกา จนในบางครั้งภาพแสดงวิวัฒนาการของการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 หรือ Industry 4.0 สามารถอธิบายด้วยคำสั้นๆ ว่า คือยุคของระบบไซเบอร์-กายภาพ หรือพูดอีกนัยหนึ่งว่า ถ้าระบบทั้งหลายในโลกนี้สามารถออกแบบและทำงานได้ตามแนวคิดของ CPS แล้ว ผลกระทบจากการบูรณาการของการสื่อสาร การประมวลผล และการควบคุมสิ่งต่างๆจะมีมูลค่ามหาศาล
CPS นั้นถูกนิยามขึ้นในประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นแห่งแรกในแวดวงการวิจัย และได้รับความนิยมแพร่หลายในปัจจุบันเนื่องจากเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องทั้งหลายเช่น Internet of Things (IoT), ระบบฝังตัว (Embedded Systems), ระบบควบคุม (Control Systems), การประมวลผลด้วยเครือข่ายคลาวด์ (Cloud Computing) และ การวิเคราะห์ขั้นสูง (Data Analytics) มีความก้าวหน้าและพร้อมใช้มากขึ้น ซึ่งเป็นแรงขับเคลื่อนให้เรานำข้อมูลจากสรรพสิ่งมาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้อย่างคุ้มค่าที่สุดในยุคของ Industry 4.0
เป็นการผนวก “สองโลก” เข้าด้วยกัน
ระบบไซเบอร์-กายภาพ คือระบบทางวิศวกรรมที่บูรณาการโลกกายภาพ (Physical World) กับโลกไซเบอร์ (Cyber World) เข้าด้วยกัน โลกกายภาพประกอบด้วยสิ่งต่างๆ เช่น อุปกรณ์ เครื่องจักร มนุษย์ ระบบต่างๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ รวมถึงสภาพแวดล้อม ส่วนโลกไซเบอร์หรือโลกดิจิตัลนั้นเป็นโลกแห่งการประมวลผลและการควบคุม การผนวกสองโลกเข้าด้วยกันเริ่มจากการเชื่อมต่อของสิ่งต่างๆ ในโลกกายภาพแบบเป็นเครือข่าย ซึ่งเทคโนโลยี Internet of Things (IoT) ก็เป็นตัวช่วยหนึ่งที่ทำให้เกิดการเชื่อมต่อ (Connectivity) การสื่อสาร (Communication) และการนำข้อมูลจากอุปกรณ์ เครื่องจักร หรือสภาวะแวดล้อมต่างๆในโลกกายภาพส่งต่อไปให้โลกของไซเบอร์ช่วยประมวลผล (Computing) วิเคราะห์คำนวณ หรือตัดสินใจ เพื่อส่งข้อมูลย้อนกลับมาควบคุม (Feedback Control) โลกกายภาพอีกทีอย่างเป็นอัตโนมัติ
การหลอมรวมของสองโลกนี้ทำให้สิ่งต่างๆ ในระบบสามารถเชื่อมต่อทำงานร่วมกันได้ สามารถตรวจสอบและควบคุมเพื่อเปลี่ยนแปลงสภาวะต่างๆ ของระบบได้ตามความเหมาะสม แต่สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ด้วยจากการนำศาสตร์แขนงต่างๆมาบูรณาการร่วมกัน ประกอบไปด้วยวิทยาการคอมพิวเตอร์ คณิตศาสตร์ และวิศวกรรมศาสตร์สาขาต่างๆ เช่น วิศวกรรมไฟฟ้า (อิเล็กทรอนิกส์,คอมพิวเตอร์,ระบบควบคุม) วิศวกรรมเครื่องกล วิศกรรมอุตสาหการ วิศวกรรมการผลิต เป็นต้น ระบบไซเบอร์-กายภาพจึงเป็นภาพที่ใหญ่กว่า Internet of Things (IoT) เนื่องจากเป็นการบูรณาการการสื่อสาร การประมวลผล และการควบคุม เข้ากันเป็นระบบที่ชาญฉลาดนั่นเอง
การออกแบบและพัฒนา CPS
แนวทางการออกแบบและพัฒนาระบบไซเบอร์-กายภาพเป็นการออกแบบทางวิศวกรรมที่เริ่มจากชั้นของกายภาพที่มีการตรวจสอบวัดค่า (Monitoring) หรือรับรู้ (Sensing) สถานะ หรือ State ต่างๆ ของระบบรวมทั้งตัวแปรอื่นๆ จากสิ่งแวดล้อมซึ่งอาจจะเปลี่ยนแปลงได้ตามกาลเวลา เพื่อให้ชั้นของไซเบอร์สามารถวิเคราะห์และตัดสินใจควบคุมระบบให้เป็นไปตามเป้าหมายหรือใกล้เคียงกับเป้าหมายให้มากที่สุด การออกแบบและพัฒนาระบบไซเบอร์-กายภาพมีความท้าทายในหลายมิติ เช่น ความแตกต่างในโลกกายภาพซึ่งเป็นสิ่งของจริงที่อยู่ภายใต้กฎของฟิสิกส์ซึ่งแตกต่างจากสิ่งของเสมือน เช่น โปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพื่อประมวลผลในโลกของไซเบอร์ ซึ่งต้องมารับรู้ข้อมูลจากโลกกายภาพเพื่อนำไปวิเคราะห์คำนวณ
พื้นฐานสำคัญในการยกระดับเทคโนโลยี
CPS เป็นระบบที่จำเป็นสำหรับ Applications และ Services ที่หลากหลาย เช่น ในภาคอุตสาหกรรม การเกษตร การจราจร การแพทย์ พลังงาน เป็นต้น สำหรับตัวอย่างในภาคการผลิตในยุคของ Industry 4.0 นั้น เครื่องจักรจะมีอุปกรณ์เซนเซอร์และอุปกรณ์ควบคุมที่สามารถส่งข้อมูลทุกอย่างในโลกกายภาพเพื่อให้โลกไซเบอร์ได้บริหารจัดการระบบ ช่วยตัดสินใจ หรือควบคุมได้ดีที่สุด ส่งผลให้กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพมากขึ้น เร็วขึ้น สามารถลดต้นทุนหรือของเสียที่เกิดจากการผลิต เพิ่มคุณภาพโดยลดความผิดพลาด และป้องกันความเสียหายหรือยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์เครื่องจักร
ดังนั้นการพัฒนาระบบต่างๆ ตามกรอบแนวคิดของระบบไซเบอร์-กายภาพจึงเป็นพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการยกระดับเทคโนโลยีของประเทศ
Center for Cyber-Physical Systems
ในปี 2562-2565 เนคเทค-สวทช. ได้ตั้งเป้าหมายการส่งเสริม CPS (Cyber-Physical Systems) อย่างจริงจัง เป็นเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ในยุคปัจจุบันที่ภาคอุตสาหกรรมต้องจับตามองเพราะ CPS เป็นการใช้ Sensors จับข้อมูลผ่านเครือข่าย ไปยัง AI ซึ่งเป็นสมองคำนวณแล้วส่งกลับผ่าน Systems ไปควบคุม ทั้งนี้เนคเทค-สวทช. มีความเชี่ยวชาญทั้ง 3 ด้านอย่างชัดเจน เรามีทีมวิจัยต้นน้ำ ทั้งด้าน Sensor, System และ AI-Big data ดังนั้นในยุคไทยแลนด์ 4.0 เครื่องจักรทั้งสามส่วนนี้จะเป็นกำลังสำคัญอย่างยิ่งในทุกภาคส่วน เช่น Smart City, Smart Agriculture, Smart Manufacturing เป็นต้น และในปลายปี 2562 เนคเทค-สวทช. จะมีศูนย์บริการใหม่ ชื่อว่า “Center for Cyber-Physical Systems” ซึ่งจะเป็นแหล่งความรู้ แหล่งทดสอบ และแหล่งผลิตบุคลากรด้าน CPS ตอบโจทย์ประเทศ
- ผู้สนใจสามารถเข้าร่วมกลุ่ม CPS-Smart Factory ได้ที่