Παρουσίαση/Προβολή

Περιεχόμενο μαθήματος

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να επεκτείνει τις γνώσεις που απέκτησαν οι φοιτητές στο
μάθημα ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ ΤΩΝ ΠΡΑΓΜΑΤΩΝ και να εισάγει προχωρημένα θέματα που αφορούν στη
σχεδίαση ενός ολοκληρωμένου (από άκρο σε άκρο) κυβερνοφυσικού συστήματος.
Πιο συγκεκριμένα οι φοιτητές θα διδαχθούν τις σύγχρονες τεχνικές σχεδίασης κυβερνοφυσικών
συστημάτων και τις προκλήσεις αυτών. Θα εισαχθούν στις τεχνολογίες ρομποτικής και
υπολογιστικής όρασης, όπου εφαρμόζονται και αλληλοεπιδρούν με κυβερνοφυσικά συστήματα.
Επίσης, θα παρουσιαστούν αναλυτικά τα βασικά στοιχεία και βασικές αρχιτεκτονικές των
κυβερνοφυσικών συστημάτων.
Λέξεις Κλειδιά: Ρομποτικά Συστήματα, Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων, Υποδομές Υπολογιστικού
Νέφους, Δικτυακά ενσωματωμένα συστήματα

Μαθησιακοί στόχοι

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:
Σε επίπεδο Γνώσεων:
1. Να κατανοήσουν τις σύγχρονες τεχνικές σχεδίασης κυβερνοφυσικών συστημάτων και τις
προκλήσεις αυτών.
2. Να κατανοήσουν τη ρομποτική τεχνολογία καθώς και την υπολογιστική όραση σε συνδυασμό με
τα κυβερνοφυσικά συστήματα.
3. Να κατανοήσουν τα βασικά στοιχεία ενός κυβερνοφυσικού συστήματος.
Σε επίπεδο Δεξιοτήτων:
1. Εξοικείωση στην ανάπτυξη και σχεδίαση κυβερνοφυσικών συστημάτων.
2. Εξοικείωση με εφαρμογές ρομποτικής και υπολογιστικής όρασης.
Σε επίπεδο Ικανοτήτων:
1. Να εφαρμόζουν τις κατάλληλες τεχνικές σχεδίασης κατά το σχεδιασμό ενός κυβερνοφυσικού
συστήματος.
2. Να επιλέγουν τα κατάλληλα δομικά στοιχεία κατά το σχεδιασμό ενός κυβερνοφυσικού
συστήματος, ανάλογα με το πεδίο εφαρμογής.
3. Να επιλύσουν πρακτικά προβλήματα που ανακύπτουν κατά το σχεδιασμό κυβερνοφυσικών
συστημάτων.
4. Να εξομοιώνουν εφαρμογές ρομποτικής καθώς και υπολογιστικής όρασης, μέσω των
εξομοιωτικών προγραμμάτων.

Περιεχόμενο μαθήματος

Τι είναι ένα κυβερνοφυσικό σύστημα; Η διαφορά του με το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (ΙοΤ). Βασικά
χαρακτηριστικά ενός κυβερνοφυσικού συστήματος. Κατανόηση των προκλήσεων, δυσκολιών και οι
περιορισμοί τέτοιων συστημάτων. Κατανόηση των βασικών αρχών σχεδίασης, ανάπτυξης,
υλοποίησης και συντήρησης των στοιχείων ενός κυβερνοφυσικού συστήματος. Παρουσίαση των
δομικών στοιχείων και των πρωτοκόλλων επικοινωνίας ενός κυβερνοφυσικού συστήματος. Εισαγωγή
στα ρομποτικά συστήματα και οι αλληλεπίδραση τους με άλλα συστήματα εντός του κυβερνοφυσικού
συστήματος. Βιομηχανικά κυβερνοφυσικά συστήματα και ο ρόλος τους στην 4η βιομηχανική
επανάσταση (industry 4.0).
Οι διαλέξεις της θεωρίας καλύπτουν τις ακόλουθες θεματικές ενότητες:

1. Εισαγωγή στα κυβερνοφυσικά συστήματα Βασικοί ορισμοί, χαρακτηριστικά και εφαρμογές των
κυβερνοφυσικών συστημάτων. Βασικές αρχές σχεδίασης. Προκλήσεις στην σχεδίαση
κυβερνοφυσικών συστημάτων.
2. Εισαγωγή στα Ρομποτικά Συστήματα (1) Εισαγωγή στην έννοια της ρομποτικής τεχνολογίας.
Κατηγορίες και είδη ρομποτικών διατάξεων. Αισθητήρια συστήματα και ενεργοποιητές στην
ρομποτική. Συστήματα επεξεργασίας ρομποτικών διατάξεων.
3. Εισαγωγή στα Ρομποτικά Συστήματα (2) Λειτουργικά συστήματα για χρήση στη Ρομποτική.
Λειτουργικά συστήματα ανοιχτού κώδικα, ROS. Αναπαράσταση και αντίληψη χώρου., Αποφυγή
εμποδίων. Εξομοιωτές ρομποτικών διατάξεων καθώς και σεναρίων χρήσης, Gazebo.
4. Ευφυής υπολογιστική όραση στα Κυβερνοφυσικά Συστήματα (1) Εισαγωγή στην υπολογιστική
όραση, Χρωματικοί χώροι, Βιβλιοθήκες ανοιχτού λογισμικού, όπως OpenCV.
5. Ευφυής υπολογιστική όραση στα Κυβερνοφυσικά Συστήματα (2) Ανίχνευση και κατανόηση
χαρακτηριστικών αντικειμένων. Εφαρμογές της υπολογιστικής όρασης.
6. Από άκρο σε άκρο υποδομές και υπηρεσίες (1) Αρχιτεκτονικές κυβερνοφυσικών συστημάτων.
Βασικά στοιχεία στις υποδομές κυβερνοφυσικών συστημάτων. Τεχνικές ομογενοποίησης πάνω
από ετερογενή δομικά στοιχεία.
7. Από άκρο σε άκρο υποδομές και υπηρεσίες (2) Προχωρημένα θέματα πυλών και υποδομών
νέφους. Πρωτόκολλα επικοινωνίας χαμηλής κατανάλωσης.
8. Ειδικά Θέματα Κυβερνοφυσικών συστημάτων Ασφάλεια στα κυβερνοφυσικά συστήματα.
Χρονικοί περιορισμοί των κυβερνοφυσικών συστημάτων. Εντοπισμός θέσης. Ομογενοποίηση των
πρωτοκόλλων επικοινωνίας.
9. Εφαρμογές Κυβερνοφυσικών Συστημάτων Εφαρμογές των κυβερνοφυσικών σε διάφορους
τομείς (healthcare, smart homes, smart cities, precision farming, industry 4.0 κλπ.). Προκλήσεις
(σχεδίασης, υλοποίησης, ασφάλειας κλπ.) ανάλογα με τον τομέα εφαρμογής.
10. Κυβερνοφυσικά συστήματα και το βιομηχανικό δίκτυο των πραγμάτων Ένα πλαίσιο ανάλυσης
Πως οι τεχνολογίες του δικτύου των πραγμάτων εφαρμόζονται στην βιομηχανική παραγωγή. Μια
δομή που δημιουργεί την έξυπνη βιομηχανική επιχείρηση. Μια αρχιτεκτονική όπου ευφυή
δικτυωμένα αντικείμενα, κυβερνοφυσικά assets, τεχνολογίες πληροφορίας και υπολογιστικές
πλατφόρμες cloud/edge επιτρέπουν σε πραγματικό χρόνο, έξυπνη και αυτόνομη πρόσβαση,
συλλογή, ανάλυση, επικοινωνίες για ανταλλαγή δεδομένων διεργασιών και πληροφοριών που
αφορούν παραγόμενα προϊόντα και προσφερόμενες υπηρεσίες εντός του βιομηχανικού
περιβάλλοντος με σκοπό για τη βελτιστοποίηση της συνολικής αξίας παραγωγής.
11. Ανάλυση & Κατηγοριοποίηση των iIoT συσκευών Οι iIoT συσκευές μπορούν να
κατηγοριοποιηθούν σε έξι ομάδες σύμφωνα με: Τον τομέα της βιομηχανικής επιχείρησης, την
θέση της συσκευής, την διασυνδεσιμότητα, τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες της συσκευής,
την τεχνολογία της συσκευής και τον τύπο του χρήστη της συσκευής. Ελλείψεις και επιπλέον
έρευνα που απαιτείται αναλύεται επαρκώς. Ένα τυπικό PLC χρησιμοποιείται ως συσκευή –
παράδειγμα. Αυτό το πλαίσιο ανάλυσης μπορεί να είναι χρήσιμο στην κατηγοριοποίηση και
χαρακτηρισμό των iIoT συσκευών όταν μελετώνται αρχιτεκτονικές συστημάτων iIoT και
αναλύεται η τρωτότητα και οι κίνδυνοι ασφάλειας.
12. Αρχές και περιεχόμενο της 4ης βιομηχανικής επανάστασης Η 4η βιομηχανική επανάσταση ή
Industry 4.0 διευκολύνει το όραμα του έξυπνου εργοστασίου. Μια αρθρωτή δομή όπου
κυβερνοφυσικά συστήματα παρακολουθούν φυσικές διεργασίες, δημιουργούν ένα εικονικό
αντίγραφο του φυσικού κόσμου και παίρνουν αποφάσεις αυτοδύναμα – αποκεντρωμένα. Μέσω
του IoT κυβερνοφυσικά συστήματα επικοινωνούν και συνεργάζονται έως διαλειτουργούν μεταξύ
των και με τους ανθρώπους σε πραγματικό χρόνο. Μέσω του διαδικτύου των υπηρεσιών,
ενδογενείς και ετερογενείς υπηρεσίες προσφέρονται και καταναλώνονται από τους
συμμετέχοντες σε όλη την παραγωγική αλυσίδα αξίας. Οι βασικές αρχές του Industry 4.0 είναι η
διαλειτουργικότητα, η εικονικοποίηση, η αποκέντρωση, οι λειτουργικές δυνατότητες
πραγματικού χρόνου, η έμφαση στην υπηρεσία και η αρθρωτή δομή και αρχιτεκτονική.
13. Ενεργοποιώντας τις δυνατότητες του Industry 4.0 στις παραδοσιακές βιομηχανίες και ο
αντίκτυπος του Industry 4.0 στην ελληνική βιομηχανία. Η φιλοσοφία του Industry 4.0
ενεργοποιείται από τεχνολογίες που ολοκληρώνουν και ενσωματώνουν τον ψηφιακό και τον
πραγματικό-φυσικό κόσμο. Αυτές είναι το διαδίκτυο των πραγμάτων, η κινητικότητα (mobile
solutions), το υπολογιστικό νέφος, τα κυβερνοφυσικά συστηματα, η δυνατότητα ανάλυσης
μεγάλου όγκου δεδομένων, η επιχειρηματική ευφυΐα και οι προηγμένες τεχνολογίες
βιομηχανικής παραγωγής (πχ. ρομποτική, τρισδιάστατη εκτύπωση, αποσύζευξη παραδοσιακών
γραμμών παραγωγής που επιτρέπουν παράλληλες ροές παραγωγής). 1η περίπτωση. Πως το
Industry 4.0 αλλάζει την παραδοσιακή βιομηχανία τσιμέντου. 2η περίπτωση. Πως το Industry 4.0
θα αναβαθμίσει το Made in Greece brand στην ελληνική βιομηχανία τροφίμων & ποτών