إعلان PRIN 2022D. D. N. 104 بتاريخ 2 فبراير 2022
عنوان المشروع: 20227Y5NZ2 - إعادة تشكيل دور القياس في عصر 4.0: نحو نظام قياس سيبراني-فيزيائي لتطبيقات المراقبة المتقدمة
رمز CUP: D53D23001050006
الميزانية: € 84.960,00
مسؤول وحدة البحث في بوليتكنيك باري: نيكولا جاكوينتو
الباحث الرئيسي الوطني: Leopoldo Angrisani - جامعة روما «لا سابينزا»
وصف موجز للمشروع
يتناول المشروع تطور أنظمة القياس والمراقبة في مجال الأنظمة السيبرانية-الفيزيائية وتقنيات الصناعة 4.0. ويتمثل الهدف في تجاوز الدور التقليدي لأنظمة القياس بوصفها أدوات بسيطة لاقتناء البيانات، وتحويلها إلى مكونات نشطة قادرة على دمج القياس والنمذجة والمحاكاة والمعالجة المتقدمة.
يطوّر المشروع نموذج أنظمة القياس السيبرانية-الفيزيائية (CPMS). وتتعلق دراسة الحالة بأنظمة قياس موزعة تستند إلى تقنية قياس الانعكاس في المجال الزمني (TDR)، وتُطبَّق على كشف المياه والتغيرات في الخصائص العازلية للوسط الخاضع للمراقبة. وتسهم وحدة البحث في جامعة بوليتكنيك باري، على وجه الخصوص، في تطوير التوأم الرقمي لنظام القياس، من خلال نماذج قادرة على محاكاة سلوك أنظمة TDR الموزعة في ظروف واقعية وغير مثالية، ودعم عمليات عكس TDR والمحاكاة وتقييم عدم اليقين.
الغرض
تتعلق الأهداف الرئيسية لوحدة البحث في جامعة بوليتكنيك باري بما يلي
رمز CUP: D53D23001050006
الميزانية: € 84.960,00
مسؤول وحدة البحث في بوليتكنيك باري: نيكولا جاكوينتو
الباحث الرئيسي الوطني: Leopoldo Angrisani - جامعة روما «لا سابينزا»
وصف موجز للمشروع
يتناول المشروع تطور أنظمة القياس والمراقبة في مجال الأنظمة السيبرانية-الفيزيائية وتقنيات الصناعة 4.0. ويتمثل الهدف في تجاوز الدور التقليدي لأنظمة القياس بوصفها أدوات بسيطة لاقتناء البيانات، وتحويلها إلى مكونات نشطة قادرة على دمج القياس والنمذجة والمحاكاة والمعالجة المتقدمة.
يطوّر المشروع نموذج أنظمة القياس السيبرانية-الفيزيائية (CPMS). وتتعلق دراسة الحالة بأنظمة قياس موزعة تستند إلى تقنية قياس الانعكاس في المجال الزمني (TDR)، وتُطبَّق على كشف المياه والتغيرات في الخصائص العازلية للوسط الخاضع للمراقبة. وتسهم وحدة البحث في جامعة بوليتكنيك باري، على وجه الخصوص، في تطوير التوأم الرقمي لنظام القياس، من خلال نماذج قادرة على محاكاة سلوك أنظمة TDR الموزعة في ظروف واقعية وغير مثالية، ودعم عمليات عكس TDR والمحاكاة وتقييم عدم اليقين.
الغرض
تتعلق الأهداف الرئيسية لوحدة البحث في جامعة بوليتكنيك باري بما يلي:
إنشاء توائم رقمية لأنظمة TDR موزعة في ظروف واقعية؛
النمذجة الكهرومغناطيسية والحاسوبية لنظام القياس؛
تطوير تقنيات لعكس مخططات الانعكاس وتفسيرها آليًا؛
استخدام CPMS لمحاكاة نظام القياس وتقييم عدم اليقين؛
التطبيق على المراقبة الموزعة للمياه والرطوبة.
النتائج المتوقعة
يشمل المشروع التوائم الرقمية والنماذج الكهرومغناطيسية والحاسوبية وتقنيات عكس TDR وخوارزميات المعالجة الآلية لمخططات الانعكاس. كما يتضمن منهجيات للتقييم الكمي لعدم اليقين، والتحقق التجريبي في المختبر، ونتائج منهجية مفيدة للتطبيقات المستقبلية لأنظمة CPMS.
النتائج المحققة
يمكن تلخيص النتائج المحققة على النحو التالي:
تم تطوير توأم رقمي لنظام TDR يستند إلى مستشعر ثنائي السلك، لتقدير ملف رطوبة التربة كمّيًا. ويدمج النموذج العلاقة بين رطوبة التربة وثابت عزلها، والسلوك الكهرومغناطيسي المستعرض للمستشعر، والسلوك الطولي لخط الاستشعار.
تم تطوير منهجية لعكس قياسات TDR قائمة على نماذج الصندوق الرمادي، قادرة على إعادة إنتاج مخططات الانعكاس المقاسة في ظروف تشغيل غير مثالية، حتى في وجود إشارات غير منتظمة ومعرفة غير مكتملة بالمعلمات الكهرومغناطيسية للنظام.
استُخدم التوأم الرقمي لمحاكاة نظام القياس بصورة واقعية، وللتقييم الكمي لعدم اليقين من خلال محاكاة مونت كارلو التي تمثل تغيرات النظام الفيزيائي.
استُحدث إجراء لعكس قياسات TDR على مرحلتين لتحسين دقة تحديد موقع الماء على طول المستشعر الموزع، من خلال الجمع بين إعادة بناء مرنة للملف العازل وتقدير معلمي للمنطقة المتأثرة.
طُوّر نهج قائم على البيانات لعكس قياسات TDR يستند إلى شبكات عصبية من نوع المحوّل، لإعادة بناء ملفات السعة الموزعة تلقائيًا انطلاقًا من مخططات الانعكاس، من دون إجراءات تحسين تكرارية.
جرى التحقق من صحة المنهجيات المطوّرة من خلال عمليات محاكاة وحملات تجريبية مخبرية. وتؤكد النتائج فعالية النهج في تحديد موقع الماء، وتقدير الرطوبة، والتقييم المترولوجي لأنظمة TDR الموزعة.
النتائج المتوقعة
يشمل المشروع التوائم الرقمية والنماذج الكهرومغناطيسية والحاسوبية وتقنيات عكس TDR وخوارزميات المعالجة الآلية لمخططات الانعكاس. كما يتضمن منهجيات للتقييم الكمي لعدم اليقين، والتحقق التجريبي في المختبر، ونتائج منهجية مفيدة للتطبيقات المستقبلية لأنظمة CPMS.
النتائج المحققة
يمكن تلخيص النتائج المحققة على النحو التالي:
تم تطوير توأم رقمي لنظام TDR يستند إلى مستشعر ثنائي السلك، لتقدير ملف رطوبة التربة كمّيًا. ويدمج النموذج العلاقة بين رطوبة التربة وثابت عزلها، والسلوك الكهرومغناطيسي المستعرض للمستشعر، والسلوك الطولي لخط الاستشعار.
تم تطوير منهجية لعكس قياسات TDR قائمة على نماذج الصندوق الرمادي، قادرة على إعادة إنتاج مخططات الانعكاس المقاسة في ظروف تشغيل غير مثالية، حتى في وجود إشارات غير منتظمة ومعرفة غير مكتملة بالمعلمات الكهرومغناطيسية للنظام.
استُخدم التوأم الرقمي لمحاكاة نظام القياس بصورة واقعية، وللتقييم الكمي لعدم اليقين من خلال محاكاة مونت كارلو التي تمثل تغيرات النظام الفيزيائي.
استُحدث إجراء لعكس قياسات TDR على مرحلتين لتحسين دقة تحديد موقع الماء على طول المستشعر الموزع، من خلال الجمع بين إعادة بناء مرنة للملف العازل وتقدير معلمي للمنطقة المتأثرة.
طُوّر نهج قائم على البيانات لعكس قياسات TDR يستند إلى شبكات عصبية من نوع المحوّل، لإعادة بناء ملفات السعة الموزعة تلقائيًا انطلاقًا من مخططات الانعكاس، من دون إجراءات تحسين تكرارية.
جرى التحقق من صحة المنهجيات المطوّرة من خلال عمليات محاكاة وحملات تجريبية مخبرية. وتؤكد النتائج فعالية النهج في تحديد موقع الماء، وتقدير الرطوبة، والتقييم المترولوجي لأنظمة TDR الموزعة.
