Logo UAB
2022/2023

Sistemes Ciberfísics

Codi: 104544 Crèdits: 6
Titulació Tipus Curs Semestre
2503743 Gestió de Ciutats Intel·ligents i Sostenibles OB 3 1

Professor/a de contacte

Nom:
Lluís Ribas Xirgo
Correu electrònic:
lluis.ribas@uab.cat

Utilització d'idiomes a l'assignatura

Llengua vehicular majoritària:
català (cat)
Grup íntegre en anglès:
No
Grup íntegre en català:
No
Grup íntegre en espanyol:
No

Altres indicacions sobre les llengües

El material és en anglès

Prerequisits

Per a la plena comprensió dels continguts de l’assignatura convé tenir una habilitat bàsica en la programació i un bon coneixement de com s’executen els programes en els computadors. Per a això, s’ha d’haver cursat Informàtica, Programació d’aplicacions a Internet i Digitalització i microcontroladors.

Objectius

Aquesta assignatura és la primera de la matèria de Sistemes ciberfísics, en la qual es tracta les ciutats com a autèntics sistemes ciberfísics en els que es combina el programari amb la ciutat. En aquest sentit, les dades que es capturen dels entorns urbans es transmeten i processen per a la presa de decisions que, finalment, acaba en accions de control que afecten els mateixos entorns urbans..

En aquest context, a l’assignatura de Sistemes ciberfísics es tracta que l’alumnat assoleixi els objectius següents:

  • Conèixer com es tanca en llaç de control en els sistemes ciberfísics urbans.
  • Tenir nocions dels requeriments habituals dels sistemes ciberfísics, inclosos els de temps real.
  • Comprendre els aspectes de seguretat, fiabilitat i robustesa dels sistemes.
  • Conèixer la metodologia del desenvolupament del programari dels sistemes ciberfísics.
  • Entendre els diversos models de càlcul dels sistemes.
  • Tenir habilitat pràctica amb el disseny i manipulació dels models de càlcul orientats a estats.
  • Saber estimar costos d'implementació a partir dels models de càlcul dels sistemes.
  • Tenir els rudiments de programació per a la implementació del programari de control en els sistemes ciberfísics.

Competències

  • Avaluar de manera crítica el treball realitzat i demostrar esperit de superació.
  • Desenvolupar plataformes de gestió, integració de serveis als ciutadans i a la governança aplicant tecnologies i sistemes de sensorització, adquisició, processament i comunicació de dades.
  • Que els estudiants puguin transmetre informació, idees, problemes i solucions a un públic tant especialitzat com no especialitzat.
  • Que els estudiants sàpiguen aplicar els coneixements propis a la seva feina o vocació d'una manera professional i tinguin les competències que se solen demostrar per mitjà de l'elaboració i la defensa d'arguments i la resolució de problemes dins de la seva àrea d'estudi.

Resultats d'aprenentatge

  1. Analitzar el comportament dels sistemes ciberfísics mitjançant simulació i mesura de dades reals.
  2. Avaluar de manera crítica el treball realitzat i demostrar esperit de superació.
  3. Descriure els principis bàsics de comportament dels sistemes ciberfísics.
  4. Dissenyar sistemes ciberfísics per a la gestió de les ciutats intel·ligents.
  5. Interpretar els mecanismes de supervisió i control dels sistemes ciberfísics.
  6. Que els estudiants puguin transmetre informació, idees, problemes i solucions a un públic tant especialitzat com no especialitzat.
  7. Que els estudiants sàpiguen aplicar els coneixements propis a la seva feina o vocació d'una manera professional i tinguin les competències que se solen demostrar per mitjà de l'elaboració i la defensa d'arguments i la resolució de problemes dins de la seva àrea d'estudi.
  8. Relacionar els elements que intervenen en el model d'una ciutat intel·ligent amb els dels sistemes ciberfísics, comprenent els problemes derivats de la gestió de la informació.

Continguts

  • Introducció als sistemes ciberfísics
  • Garanties en els sistemes ciberfísics
  • Modelatge de sistemes físics: sistemes continus i híbrids
  • Modelatge de sistemes computacionals i control
  • Arquitectura de sistemes ciberfísics
  • Sistemes multi-agent

Metodologia

La docència s’estructura a partir de les activitats presencials següents:

  • Classes de teoria: Són sessions d’exposició de continguts, amb una primera part que es dedica a la divulgació dels coneixements necessaris per a l’anàlisi i el disseny dels sistemes ciberfísics i a explicar casos que situïn en context el coneixement i les habilitats que s’adquireixen a l’assignatura. La segona part es dedicarà a plantejar els problemes que es tractaran en els seminaris corresponents.
  • Seminaris de problemes: Discussió de petits casos d’estudi que serveixin per consolidar els coneixements teòrics quant a l’anàlisi i el disseny dels sistemes ciberfísics.
  • Pràctiques en laboratori: Sessions de treball en grup, tot seguint un guió i supervisades per un professor o una professora. A cada sessió es tractarà sobre un aspecte concret quant a la implementació dels sistemes ciberfísics.

Hi ha una part molt important de treball en equip fora de l’aula, tant pel que fa als problemes proposats a classe com per a la realització de les pràctiques. En aquest sentit, cada membre de cada equip haurà d’assumir diferents rols per a cada treball que se li encarregui a l’equip. Això també suposa haver de treballar de forma organitzada i saber treballar de forma autònoma quan convingui.

Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, perquè l'alumnat empleni les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.

Activitats formatives

Títol Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Tipus: Dirigides      
Assistència i participació en classes de teoria 22 0,88 3, 5, 8
Propostes i discussions de solucions de problemes 12 0,48 1, 2, 4, 6, 7
Pràctiques de laboratori: Desenvolupament d'un projecte d'assignatura 12 0,48 1, 2, 4, 6, 7
Tipus: Supervisades      
Seguiment del treball del projecte de laboratori 6 0,24 2, 6, 7
Tutorització: Resolució de problemes addicionals 6 0,24 1, 2, 4, 6, 7
Tipus: Autònomes      
Desenvolupament de projecte de laboratori i elaboració d'informes 12 0,48 1, 2, 4, 6, 7
Estudi 26 1,04 3, 5, 8
Resolució de problemes i elaboració d'informes 24 0,96 2, 4, 7

Avaluació

a) Procés i activitats d’avaluació programades

L’avaluació és contínua amb activitats específiques (exàmens i treballs) al llarg del curs. Aquestes activitats d’avaluació generen un seguit de notes que determinen la nota final.

El càlcul de la nota final, n, segueix l’expressió següent:

n = màx( x·50% + c·25% + p·25%,  x·75% + p·25% )

on x és la nota de l’examen, c, la de l’avaluació continuada, i p, la del projecte.

La nota final serà, com a màxim, un 4,5 si x o p <5. En altres paraules, s’ha d’aprovar l’examen i el projecte per separat.

Cal tenir present que, si la nota de l’avaluació continuada no millora la nota final, no es té en compte per al seu càlcul. Per això, la nota final és la màxima entre la nota final amb i sense avaluació continuada.

La nota de l’examen (x) és la nota de l’examen final, que es podrà recuperar en un segon examen.

La nota de l’avaluació continuada (c) s’obté d’una mitjana ponderada de les proves d’avaluació continuada que es facin al llarg del curs. Se’n preveuen tres.

La nota del projecte (p) s’obtindrà de la mitjana ponderada de tots els lliuraments de seguiment i del lliurament i defensa final. Per a 6 sessions de laboratori s’hauran de lliurar 5 informes de seguiment, que pesaran un 10% cadascun, i 1 lliurament final, amb defensa del projecte (50%).

b) Programació de les activitats d’avaluació

Les dates de les proves d'avaluació continuada de teoria, problemes i pràctiques es publicaran al campus virtual (CV) i poden estar subjectes a possibles canvis de programació per motius d’adaptació a possibles incidències: sempre se n’informarà prèviament a través del CV ja que s’entén que és el mecanisme habitual d'intercanvi d’informació entre professorat i estudiants fora de l’aula.

c) Procés de recuperació

Els lliuraments fora de termini, sempre que hi hagi previ avís, seran acceptats i penalitzats amb una nota més baixa. En cap cas s’admetran lliuraments fora de termini sense avís previ o justificació de força major. Es podrà obrir un segon termini de lliurament pels informes que rebin una avaluació negativa. Els treballs no lliurats rebran una nota de 0 i no tindran opció a una segona avaluació.

D’acord amb la coordinació del Grau i la direcció de l’Escola d’Enginyeria les activitats següents no es podran recuperar a l’examen final:

- Projecte, 25% de la qualificació final

L’avaluació continuada es pot recuperar amb l’examen final.

L’examen final es pot recuperar amb un segon examen.

d) Procediment de revisió de les qualificacions

Les revisions es podran fer en qualsevol moment després de la publicació de les notes i abans del termini de revisió de l’examen final.

Si, com a resultat d’una revisió, s’acorda el canvi d’una nota, la nova nota no es podrà modificar en una revisió posterior.

Un cop passat el termini de revisió de l’examen final, només es farà la revisió de la l’examen de recuperació.

e) Qualificacions

La qualificació de “no avaluable” només s’atorgarà a les persones que no facin cap activitat avaluable. La participació en una activitat avaluable implica que la resta d’activitats que no es facin computin com a 0 en el càlcul de la nota final.

Les matrícules d’honor es concediran als qui obtinguin una nota superior o igual a 9,0 a cada part, fins al 5% dels matriculats segons ordre descendent de nota final. A criteri del professorat, també se’n podran concedir en d’altres casos, sempre que no s’excedeixi del 5% i la nota final sigui igual o superior a 9,0.

f) Irregularitats, còpia i plagi

Les còpies fan referència a les evidències de que el treball o l’examen s’ha fet en part o totalment sense contribució intel·lectual de l’autor. En aquesta definició s’hi inclouen també les temptatives provades de còpia en exàmens i lliuraments de treballs i les violacions de les normes que n’asseguren l’autoria intel·lectual. Els plagis fan referència als treballs i textos d’altres autors que es fan passar com a propis. Són un delicte contra la propietat intel·lectual. Per evitar incórrer en plagi, citeu les fonts que feu servir a l’hora d’escriure l’informe d’un treball.

D’acord amb la normativa de la UAB, tant còpies com plagis o qualsevol intent d’alterar el resultat de l’avaluació, pròpia o aliena –deixant copiar, per exemple, impliquen una nota final de la part corresponent (examen, avaluació continuada o projecte) de 0, a efectes de calcular un valor quantitatiu de la nota, i suspendre l’assignatura, sense que això limiti el dret a emprendre accions en contra dels qui hi hagin participat, tant en l’àmbit acadèmic com en el penal.

g) Avaluació d’alumnes que repeteixen

No hi ha cap tractament diferenciat per a alumnes que repeteixin l’assignatura, però poden aprofitar material propi del curs anterior sempre que ho indiquin així als informes corresponents.

Activitats d'avaluació

Títol Pes Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Examen de recuperació 50 2 0,08 3, 4, 5, 7, 8
Examen final 50 2 0,08 3, 4, 5, 7, 8
Informe final i defensa del projecte 12,5 10 0,4 1, 2, 4, 6, 7
Informes de seguiment (5) 12,5 10 0,4 1, 2, 4, 6, 7
Proves d'avaluació continuada (3) 25 6 0,24 3, 4, 5, 7, 8

Bibliografia

Edward A. Lee and Sanjit A. Seshia. (2017) Introduction to Embedded Systems, A Cyber-Physical Systems Approach, Second Edition, MIT Press.
Un curs semblant però amb més contingut teòric. Veure també: https://ptolemy.berkeley.edu/  

Ll. Ribas Xirgo. (2014). How to code finite state machines (FSMs) in C. A systematic approach. TR01.102791 Embedded Systems. Universitat Autònoma de Barcelona. [https://www.researchgate.net/publication/273636602_How_to_code_finite_state_machines_FSMs_in_C_A_systematic_approach]
S’hi explica un mètode de programació de màquines d’estat en C similar al que es veu a l’assignatura.

Ll. Ribas Xirgo. (2011). “Estructura bàsica d’un computador”, Capítol 5 de Montse Peiron Guàrdia, Lluís Ribas i Xirgo, Fermín Sánchez Carracedo i A. Josep Velasco González: Fonaments de computadors. Material docent de la UOC. OpenCourseWare de la UOC. [http://openaccess.uoc.edu/webapps/o2/handle/10609/12901]
Tracta del model de màquines d’estat, de les màquines algorísmiques i de les arquitectures bàsiques dels sistemes digitals, coincident amb els temes corresponents de l’assignatura.

M. J. Pont. (2005). Embedded C. Pearson Education Ltd.: Essex, England.
Tracta de com programar sistemes encastats, tema que coincideix amb el que es tracta a la part de problemes i pràctica de l’assignatura. Per tant, és un material complementari molt interessant.

Brian Bailey, Grant Martin and Andrew Piziali. (2007). ESL Design and Verification. A Prescription for Electronic System-Level Methodology. Elsevier.
Fa un repàs a tot el procés de síntesi de sistemes encastats i posa en context el material de l’assignatura. Per tant, és un bon material complementari.

Tim Wilmshurst. (2010). Designing Embedded Systems with PIC Microcontrollers. Principles and Applications (Second Edition). Elsevier.
Informació complementària a la de l’assignatura, que presenta un possible sistema encastat per al control d’un robot.

Programari

CoppeliaSim, EDU Version, Coppelia Robotics [https://www.coppeliarobotics.com/]

ZeroBrane Studio, ZeroBrane [https://studio.zerobrane.com/]

Draw.io, diagrams.net [https://app.diagrams.net/]