Обобщенные теоретические модели киберфизических систем

Цель исследования. Целью данной статьи является попытка унифицировать существующие видения киберфизических систем, ввести формальные модели киберфизических систем, рассмотреть сходства и отличия этого понятия со смежными информационно-технологическими концепциями.

Методы. В работе рассмотрены существующие видения киберфизических систем, их взаимосвязь со смежными информационно-технологическими концепциями, в частности, с «Интернетом вещей». Для решения поставленной задачи декомпозиции видений данных систем были использованы средства системного анализа и аппарат теории множеств.

Результаты. В работе описаны высокоуровневая и теоретико-множественная модели киберфизических систем. Высокоуровневая модель системы описывает взаимосвязь между пользователями, преобразователями, логическим и физическим уровнями. Центральное место в киберфизических системах занимают преобразователи, которые предназначены для взаимодействия между логическими и физическими компонентами и представляют собой датчики и исполнительные механизмы. Множественная модель киберфизических систем учитывает возможность обмена энергией и информацией между компонентами. Кроме того, в работе предложена обобщенная динамическая модель функционирования киберфизической системы, отражающая процессы изменения состояния ее компонентов под воздействием влияния внешней среды и внутренних факторов.

Заключение. Предложенная теоретико-множественная модель представляет собой основу для разработки и описания поведения киберфизических систем. Данная модель описывает взаимосвязь компонентов киберфизических систем и показывает влияние одного из параметра на все функциональные компоненты, с которыми данный параметр ассоциирован. Таким образом, для «интеллектуализации» окружения необходимо разработать ряд технических требований, учитывающий специфику функциональных компонент и роль пользователей, что позволит реализовать информационно-управляющие сервисы на основе данных об окружающей среде, поведении пользователя, его интересах и предпочтениях. 

1. Lee E.A., Seshia S.A. Introduction to embedded systems: A cyber-physical systems approach. Londоn: MIT Press, 2016.

2. Park K.-J., Zheng R., Liu X. Cyber-physical Systems: Milestones and Research Challenges // Editorial Computer Communications. 2012. № 36(1). P. 1-7. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2012.09.006

3. Khaitan S.K., McCalley J.D. Design techniques and applications of cyberphysical systems: A survey // IEEE Systems Journal. 2014. № 9(2). P. 350-365. https://doi.org/10.1109/JSYST.2014.2322503

4. Lu Y. Industry 4.0: A survey on technologies, applications and open research issues // Journal of Industrial Information Integration. 2017. № 6. P. 1-10. https://doi.org/10.1016/j.jii.2017.04.005

5. Cyber-physical systems and Internet of Things / C. Greer, M. Burns, D. Wollman, E. Griffor // NST Special Publication. 1900. № 202. P.52. https:// doi.org/10.6028/NIST.SP.1900-202

6. Ma H. Internet of Things: Objectives and Scientific Challenges // Journal of Computer Science and Technology. 2011. № 26(6). P. 919-924. https://doi.org/10.1007/s11390-011-1189-5.

7. Minerva R., Biru A., Rotondi D. Towards a definition of the Internet of Things (IoT) // IEEE Internet Initiative. 2015. №1. P. 1-86. https://iot.ieee.org/images/files/pdf/IEEE_IoT_Towards_Definition_Internet_of_Things_Issue1_14MAY15.pdf

8. PICASSO Opportunity Report. Towards Enhanced EU-US ICT Pre-Competitive Collaboration. PICASSO Project; 2017 [процитировано 5 ноября 2019]. URL: http://www.picasso-project.eu/wp-content/uploads/2017/03/PICASSO-OpportunityReport_March-2017_revMar19.pdf)

9. Yeboah-ofori A., Abdulai J., Katsriku F. Cybercrime and Risks for Cyber Physical Systems: A Review. Preprints 2018. 2018. https://doi.org/10.20944/preprints201804.0066.v1

10. Ibarra-Esquer J.E., González-Navarro F.F., Flores-Rios B.L., Burtseva L., AstorgaVargas M.A. Tracking the evolution of the internet of things concept across different application domains // Sensors. 2017. №17(6). P. 1379. http://www.doi.org/10.3390/s17061379

11. Ватаманюк И.В., Савельев А.И. Мобильная робототехническая платформа как компонент киберфизического интеллектуального пространства // Экстремальная робототехника. 2017. №1. C. 37-42.

12. Vatamaniuk I.V., Malov D.A., Levonevskii D.K. Modeling the QoE Estimation for Services of the Cyberphysical Intelligent Space // Proceedings of the 2018 IEEE Northwest Russia Conference on Mathematical Methods in Engineering and Technology (MMET NW). 2018. P. 436-439.

13. Левоневский Д.К., Ватаманюк И.В., Малов Д.А. Обеспечение доступности сервисов корпоративного интеллектуального пространства посредством управления потоком входных данных // Программная иженерия. 2019. № 10(1). C. 20-29. http://www.doi.org/10.17587/prin.10.20-29

14. Иконникова А.В., Петрова И.А., Потрясаев С.А., Соколов Б.В. Динамическая модель комплексного планирования модернизации и функционирования информационной системы // Изв. высш. учебн. заведений: Приборостроение. 2008. № 11. C. 62-69.

15. Соловьева И.В., Соколов Б.В. Алгоритм коррекции планов работы корпоративной информационной системы на основе метода позиционной оптимизации // Труды СПИИРАН. 2012. №1(20). C. 153-164. https://doi.org/10.15622/sp.20.8

16. U.S. Access Board (2010) Draft Information and Communication Technology (ICT) Standards and Guidelines (U.S. Access Board, Washington, DC); 2010 [процитировано 5 ноября 2019]. URL: https://www.accessboard.gov/attachments/article/560/draft-rule2010.pdf

17. Pallás-Areny R., Webster J. Sensors and Signal Conditioning. 2nd Edition. New York: John Wiley & Sons, 2012.

18. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука, 2006. 410 с.

19. Dolgui A., Ivanov D., Sethi S. P., Sokolov B. Scheduling in production, supply chain and Industry 4.0 systems by optimal control: fundamentals, state-of-the-art and applications // International Journal of Production Research. 2019. №57(2). P. 411-432. https://doi.org/10.1080/00207543.2018.1442948

20. Микони С.В., Соколов Б.В. Юсупов Р.М. Квалиметрия моделей и полимодельных комплексов. М.: РАН, 2018. https://doi.org/10.31857/S9785907036321000001