Sistemas Ciber-Físicos y su Evolución

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Questions and Answers

¿Qué define a un sistema ciber-físico (CPS)?

Sistemas que requieren intervención humana continua.

La integración de sistemas físicos y cibernéticos. (correct)

Un sistema únicamente basado en hardware.

La automatización de procesos sin interacciones físicas.

¿Cuál de las siguientes características NO se asocia con los sistemas ciber-físicos?

Hiperconectividad.

Industria y productos inteligentes.

Producción 100% manual. (correct)

Big data.

¿Qué aplicación actual corresponde a sistemas ciber-físicos?

Producción artesanal de muebles.

Control de tráfico. (correct)

Clases de matemáticas en línea.

Cálculo de números primos.

¿Cómo se representan los sistemas ciber-físicos en el ciclo de expectativas de Gartner?

Como una tecnología emergente desde 2018. Signup and view all the answers

¿Qué es un gemelo digital en el contexto de sistemas ciber-físicos?

Una representación virtual de un objeto o sistema físico. Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los CPS es correcta?

Los CPS permiten la predicción de fallas en sistemas físicos. Signup and view all the answers

En qué etapa clasificó Gartner los sistemas ciber-físicos para el año 2020?

En el pico de expectativas desmedidas. Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes es una característica importante de los sistemas ciber-físicos?

Integración de datos en tiempo real. Signup and view all the answers

¿Qué describe principalmente un modelo de un sistema físico?

Ciertos aspectos y propiedades del sistema Signup and view all the answers

¿Cuál es una característica de la dinámica de un sistema?

Representa cómo cambia un sistema en el tiempo Signup and view all the answers

¿Qué se entiende por un sistema ciber-físico (CPS)?

Un sistema que conecta computación y redes con subsistemas físicos Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera sobre los modelos de sistemas?

Los modelos imitan las propiedades del sistema Signup and view all the answers

¿Qué papel desempeñan los sensores y actuadores en un sistema embebido?

Actúan en la dinámica general del sistema Signup and view all the answers

¿Cuáles son las principales arquitecturas que se exploran en el diseño de memoria de un sistema ciber-físico?

Modelos de memoria en lenguajes de programación Signup and view all the answers

¿Qué aspecto aborda la interfaz en un sistema embebido?

La conexión entre hardware y software Signup and view all the answers

¿Cuál es la característica clave de un modelo que puede considerarse una abstracción?

Omiten algunos detalles específicos Signup and view all the answers

Cuál de las siguientes afirmaciones describe una contradicción en los CPS?

Alta conectividad vs seguridad y privacidad Signup and view all the answers

Qué componente NO es parte de la planta física de un CPS?

Sensores Signup and view all the answers

En el contexto de los CPS, ¿qué se entiende por 'modelado'?

Obtener una comprensión más profunda a través de la imitación Signup and view all the answers

Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los HCPS es correcta?

Incorporan aprendizaje mejorado por IA y son liderados por humanos Signup and view all the answers

Cuál de los siguientes conceptos se relaciona mejor con la cibernética?

Conjunción de control y comunicación en sistemas Signup and view all the answers

Qué aspecto es fundamental en la estructuración de un CPS?

Interacción efectiva entre componentes físicos y computacionales Signup and view all the answers

Cuál de las siguientes características describe mejor a los 'CPS embebidos'?

Funciones dedicadas dentro de un dispositivo mayor Signup and view all the answers

Qué es un 'CPSS'?

Un sistema que integra la sociedad en sus operaciones Signup and view all the answers

Qué se implica por 'escalable' en el contexto de los CPS?

Ajustar el sistema para manejar incrementos en la carga de trabajo Signup and view all the answers

¿Cuál es la unidad de medida de la energía eléctrica?

Joule (J) Signup and view all the answers

¿Qué representa la Ley de conservación de la carga?

La carga se puede transferir, pero su suma no cambia. Signup and view all the answers

Cuando la resistencia en un circuito es igual a cero, ¿qué ocurre?

Se genera un cortocircuito. Signup and view all the answers

¿Cuál es la relación entre potencia, tensión y corriente eléctrica?

Potencia = Tensión x Corriente Signup and view all the answers

¿Cómo se mide la resistencia eléctrica?

En Ohmios (Ω) Signup and view all the answers

Si un circuito tiene tensión alterna, ¿cuáles son ejemplos comunes de su uso?

Red eléctrica hogareña y generador eléctrico. Signup and view all the answers

La fórmula de la energía, E = P x t, indica que la energía es el producto de:

Potencia y tiempo. Signup and view all the answers

¿Qué caracteriza a la corriente continua?

Permanece constante en el tiempo. Signup and view all the answers

¿Qué establece la Ley de corrientes de Kirchhoff?

La suma de las corrientes que entran es igual a las que salen. Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes afirmaciones corresponde al efecto Joule?

Parte de la energía cinética en un conductor se convierte en calor. Signup and view all the answers

¿Qué tipo de elemento es una resistencia dentro de un circuito eléctrico?

Elemento pasivo. Signup and view all the answers

¿Cuál es la diferencia clave entre una fuente ideal y una fuente real?

Las fuentes ideales no tienen resistencia asociada. Signup and view all the answers

En un circuito en serie, ¿cómo se suman las resistencias?

Rt = R1 + R2 + R3 Signup and view all the answers

¿Cuál es la característica de un circuito paralelo?

Cada elemento recibe la misma tensión de la fuente. Signup and view all the answers

¿Qué función tiene una fuente de alimentación?

Convertir corriente alterna en corriente continua. Signup and view all the answers

¿Cuál es la ecuación correcta para calcular la potencia disipada en un resistor utilizando la corriente eléctrica?

p = i^2 * R Signup and view all the answers

Study Notes

Sistemas Ciber-Físicos (CPS)

Los CPS son la integración de sistemas físicos con sistemas de comunicación, computación y control.
El desafío de los CPS es lograr la intersección entre lo físico y lo cibernético.
Los CPS se caracterizan por la evolución de la industria desde la generación de vapor hasta la industria y productos inteligentes, con hiperconectividad, big data e Internet de las cosas.
Áreas de aplicación de los CPS: medicinal, sensores, industria, transporte, espacios inteligentes, dispositivos y sistemas médicos, control de tráfico, sistemas de automoción avanzado, control de procesos, conservación de energía, robótica, estructuras inteligentes, sistema de distribución y comunicación.

Evolución de los CPS

El Hype Cycle for Manufacturing Operations Strategy de Gartner representa la madurez, adopción y aplicación comercial de la tecnología de fabricación.
De acuerdo con el Hype Cycle, los CPS se consideran una tecnología emergente en 2018, una tecnología en crecimiento en 2019 y se encuentran en el pico de expectativas sobredimensionadas en 2020.

Ejemplos de CPS

La mejora en la cirugía con enfoques de gemelos digitales y sistemas que permiten cirugías sin detener el corazón.
Los gemelos digitales son representaciones virtuales de objetos, sistemas o procesos físicos que se utilizan para simular, monitorear y analizar su comportamiento en tiempo real.
Los CPS y las contradicciones que representan: adaptable vs. repetible, alta conectividad vs. seguridad y privacidad, alto desempeño vs. bajo consumo energético, abierto vs. propietario, regulaciones vs. posibilidad técnica, escalable vs. confiable y predecible

El factor humano y los CPS

HPS: El sistema productivo está formado por humanos y máquinas.
CPS: El sistema productivo está formado por información y máquinas.
CPSS: Se incorpora la sociedad a la ecuación.
HCPS: CPS liderado por el ser humano.

Estructura de un CPS

Partes principales: planta física, plataformas computacionales, estructura de red y ley de control.

La ley de control

Termino acuñado por Norbert Wiener, matemático, tuvo impacto en el desarrollo de la teoría de los sistemas de control.
La cibernética se define como la conjunción del control (retroalimentación de circuito cerrado) y la comunicación.
La cibernética es la unión de procesos físicos, computación y comunicación.

Modelado, diseño y análisis de CPS

Crear un sistema embebido requiere un proceso iterativo de modelado, diseño y análisis.
El modelado busca una comprensión profunda de un sistema a través de la imitación.
El diseño es la creación estructurada de artefactos.
El análisis es el proceso de obtener una comprensión profunda de un sistema a través de la disección.
Modelado:
- Dinámicas discretas: continuas, discretas.
- El modelo de un sistema físico describe ciertos aspectos del sistema para dar una idea de sus propiedades.
- El modelo imita las propiedades del sistema y proporciona una visión del mismo.
Diseño:
- Sistemas embebidos, su papel dentro de un CPS.
- Sensores y actuadores: su papel en la dinámica general del sistema.
- Procesadores embebidos: arquitecturas de procesadores.
- Memoria: arquitecturas de memoria, incluyendo modelos de memoria en lenguajes de programación, tecnologías físicas de memoria y la jerarquía de memoria.
- Interfaz: interfaz entre el software y el mundo físico, discutiendo los mecanismos de entrada/salida en aplicaciones de software.

Electricidad

Estudio de las aplicaciones prácticas de la electricidad.
Se ocupa de la conversión de energía:
- Generación
- Transmisión
- Distribución
- Utilización
Unidades:
- Corriente eléctrica: ampere (A)
- Fuerza: newton (N)
- Energía (incluyendo calor): Joule (J)
- Potencia: Watt (W)
Carga: propiedad eléctrica de las partículas atómicas, medida en coulomb [C].
Ley de conservación de la carga: la carga no puede ser creada ni destruida, solo transferida.
Corriente: movimiento de la carga, medida en Amperes [A].
Tipos de corriente: continua y alterna.
Tensión/voltaje: trabajo necesario para mover los electrones de un punto a otro, medida en volt [V].
Potencia: potencia absorbida/suministrada es el producto de la tensión por la corriente.
Energía: capacidad para realizar trabajo, medida en joule [J].
Resistencia: oposición que ofrece un material al paso de la corriente.
Elementos de circuitos: Un elemento es el bloque constitutivo básico de un circuito.
Tipos de elementos: activos y pasivos.
Fuentes de tensión y corriente reales: Ideales y Reales.
Circuito serie: las cargas están conectadas de manera que la corriente solo tiene un camino a seguir.
Circuito paralelo: cada elemento pasivo está conectado directamente a la fuente.
Fuentes de alimentación: dispositivo que convierte la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC) para alimentar dispositivos electrónicos.

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Explora los Sistemas Ciber-Físicos (CPS) y su integración con tecnología física y cibernética. Aprende sobre sus aplicaciones en diversas industrias y cómo han evolucionado desde la generación de vapor hasta los sistemas inteligentes actuales. Además, conocerás el análisis del Hype Cycle for Manufacturing Operations de Gartner sobre la adopción de estas tecnologías.