Основи проєктування кіберфізичних систем

Мета вивчення дисципліни: ознайомлення студентів із основними поняттями, складовими, технологіями та архітектурами побудови кіберфізичних систем (КФС) та вбудованих систем, а також надання їм знань і умінь використання та впровадження отриманих знань щодо проектування, моделювання та розроблення складних систем, зокрема, кіберфізичних; ознайомлення із основними складовими кіберфізичних систем.
Практичне значення та використання отриманих знань: знати основну термінологію, притаманну кіберфізичним системам; основу виникнення Industry 4.0; складові, архітектуру та технології функціонування кіберфізичних систем та вбудованих систем; поняття, джерела та методики аналізу BigData; поняття, моделі віртуальної та доповненої реальності; поняття кібербезпеки та забезпечення безпеки кіберфізичних систем; вміти коректно використовувати термінологію, яка притаманна кіберфізичним та вбудованим системам; моделювати кіберфізичні системи у програмному середовищі NI LabVIEW; створювати системи на базі плат сімейства Arduino; застосовувати програми для проектування кіберфізичних систем; керувати кіберфізичними та робототехнічними системами.

4 Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Історія розвитку та застосування кіберфізичних систем (КФС). Основні складові КФС. Класифікація компонентів КФС, їх види та принципи роботи».
Лекція 2. «Базові принципи, узагальнена структура та проблеми створення КФС. Методологія проектування КФС. Оцінка складності кіберфізичних систем».
Лекція 3. «Апаратно-програмна платформа для створення прикладних кіберфізичних систем. Інтелектуальні самоорганізовані системи».
Лекція 4. «Гібридні і гетерогенні моделі КФС. Валідація та верифікація в КФС».
Лекція 5. «Застосування КФС. Роботизація процесів».
Лекція 6. «Горизонтальна інтеграція процесів у КФС. Вертикальна інтеграція процесів у КФС».
Лекція 7. «Сенсорні бездротові системи і протоколи далекого зв’язку LPWAN. Протоколи бездротового зв'язку в Інтернеті речей. Архітектура і функціонування бездротових сенсорних мереж. Переваги і застосування бездротових сенсорних мереж».
Лекція 8. «Огляд відомих хмарних сервісів та їх характеристик. Моделі хмарного розміщення даних. Види хмарних сервісів. Класифікація моделей обслуговування в хмарних сервісах. Засоби розробки КФС на основі хмарних технологій. Передача та обробка даних у хмарному середовищі Arduino IoT.».
Лекція 9. «Технології КФС. Платформи і засоби накопичення, візуалізації і обробки даних в кіберфізичних системах. Завдання накопичення, обробки і візуалізації даних в кіберфізичних системах».
Лекція 10. «Поняття і джерела BigData. Методики аналізу BigData. Аналітичний інструментарій та візуалізація BigData. Проблема BigData в різних галузях».
Лекція 11. «Поняття і моделі доповненої (AR) і віртуальної реальності (VR). Загальна структура доповненої реальності і алгоритм роботи».
Лекція 12. «Галузі застосування доповненої і віртуальної реальності. Пристрої, що реалізують доповнену та віртуальну реальність».
Лекція 13. «Засоби криптографічного захисту інформації в кіберфізичних системах. Процесори криптографічного захисту інформації. Методи і засоби побудови пристроїв для формування цифрового підпису».
Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Налаштування середовища Arduino IDE».
Мета заняття: формування умінь та навиків практичної роботи в середовищі Arduino IDE.
Лабораторне заняття №2. «Використання інтерфейсу I2C, UART для з’єднання макетних модулів Arduino UNO та Arduino Nano, ESP-01 та їх програмування в середовищі Arduino IDE».
Мета заняття: ознайомлення із основними поняттями, складовими, технологіями та архітектурою кіберфізичних систем, а також надання знань для моделювання процесів, що реалізуються у кіберфізичних системах на виробництві.
Лабораторне заняття №3. «Реалізація роботи моделі світлофору на базі Arduino Uno».
Мета заняття: надання теоретичних та практичних знань щодо проектування, розроблення та моделювання прикладних кіберфізичних систем.
Лабораторне заняття №4. «Проектування підсистеми визначення рухомих об’єктів розумного будинку з використанням плати Arduino Nano».
Мета заняття: надання теоретичних та практичних знань щодо проектування, розроблення та моделювання прикладних кіберфізичних систем.
Лабораторне заняття №5. «Проектування підсистеми ідентифікації об’єктів доступу до приміщення з використанням плати Arduino UNO».
Мета заняття: надання теоретичних та практичних знань щодо проектування, розроблення та моделювання прикладних кіберфізичних систем.
Лабораторне заняття №6. «Проектування підсистеми клімат-контролю та вентиляції розумного будинку з використанням плати Arduino UNO».
Мета заняття: надання теоретичних та практичних знань щодо проектування, розроблення та моделювання прикладних кіберфізичних систем.
Лабораторне заняття №7. «Проектування підсистеми освітлення розумного будинку з використанням плати Arduino UNO».
Мета заняття: надання теоретичних та практичних знань щодо проектування, розроблення та моделювання прикладних кіберфізичних систем.
Лабораторне заняття №8. «Керування моделлю автомобіля засобами доповненої реальності».
Мета заняття: набуття здатності проектувати та розробляти пристрої з зворотнім зв’язком, у тому числі такі, що є частиною розумних систем
Лабораторне заняття №9. Вивчення системи автоматизації проектування Vivado. Розробка типових вузлів для КФС на ПЛІС.
Мета заняття: ознайомлення із основними складовими багаторівневих платформ кіберфізичних систем.

Для заочної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Базові принципи, узагальнена структура та проблеми створення КФС. Методологія проектування КФС. Оцінка складності кіберфізичних систем».
Лекція 2. «Технології КФС. Платформи і засоби накопичення, візуалізації і обробки даних в кіберфізичних системах. Завдання накопичення, обробки і візуалізації даних в кіберфізичних системах».
Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Використання інтерфейсу I2C, UART для з’єднання макетних модулів Arduino UNO та Arduino Nano, ESP-01 та їх програмування в середовищі Arduino IDE».
Мета заняття: ознайомлення із основними поняттями, складовими, технологіями та архітектурою кіберфізичних систем, а також надання знань для моделювання процесів, що реалізуються у кіберфізичних системах на виробництві.
Лабораторне заняття №2. «Проектування підсистеми ідентифікації об’єктів доступу до приміщення з використанням плати Arduino UNO».
Мета заняття: надання теоретичних та практичних знань щодо проектування, розроблення та моделювання прикладних кіберфізичних систем.
Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.