Перспективы развития киберфизических производственных систем

Долгое время киберфизические системы существовали только в виде философских концепций в книгах зарубежных писателей-фантастов. Попробуем разобраться, насколько современное производство приблизилось к инновационному будущему и что нужно для активного внедрения киберфизических систем на предприятиях в России и мире.

От философских концепций к эре киберфизических систем

К 2000-м гг. накопилась «критическая масса» технических специалистов и ученых, желающих зафиксировать и четко сформулировать теорию киберфизических систем. В это же время в погоне за увеличением оборота производители техники начали наводнять рынок большим количеством «умных» устройств: от смартфонов, очков, часов до сложных сенсорных систем, роботов и станков (рис. 1). Разработчики программного обеспечения приступили к выпуску значительного числа платформ и программ, позволяющих подключаться ко всем этим «умным» устройствам и соединять их между собой. Таким образом, наступил момент, когда накопленные теоретические изыскания стало возможным реализовать на практике. Эра киберфизических систем началась в нашей повседневной жизни, но технологию можно активно развивать и в сфере производства.

Рис. 1. Современное роботизированное производство

Что такое киберфизические системы

Желающих формализовать концепцию киберфизических систем было много, а потому сегодня существует немало определений того, что же представляют собой данные системы. Самое общее классическое определение гласит: киберфизическая система — это совместно разработанные взаимодействующие сети физических и вычислительных компонентов (рис. 2). Вычислительная часть киберфизических систем позволяет собирать и анализировать информацию, а также управлять физическими процессами — обычно с циклами обратной связи, где физические процессы влияют на вычисления, и наоборот. Мы будем говорить об отдельном подклассе киберфизических систем — киберфизических производственных системах (КФПС), которые можно использовать на промышленных объектах.

Рис. 2. Составляющие киберфизических систем

Помощники в решении производственных задач

Классическое определение киберфизических производственных систем — человеческий труд, «умные» машины и транспорт, интегрированные в едином цифровом пространстве посредством сетей, «умных» устройств, сенсорных систем, аналитических платформ и облачных вычислений. Ключевыми отличиями КФПС от традиционных производственных систем являются децентрализация, высокая устойчивость, абсолютная гибкость и способность к непрерывной и бесконечной самооптимизации. Обязательный признак КФПС — наличие в их составе автономных «умных» устройств, машин и умного транспорта, распределенной системы интеллектуальных сенсоров, соединенных между собой с платформами облачных вычислений и аналитики. В новой производственной реальности киберфизические системы будут помогать человеку справляться со все возрастающей сложностью стоящих перед ним производственных задач.

Примеры использования

С 2005 г. в Европе киберфизические производственные системы развиваются в рамках стратегии Industry 4.0. К настоящему моменту наши зарубежные коллеги уже сумели сформировать несколько технологических платформ, на которых в том числе разрабатывают стандарты и примеры практических реализаций КФПС.

По мнению автора, одной из самых продвинутых в плане развития платформ стала немецкая SmartFactory KL [1]. Это некоммерческая организация, объединившая в одну технологическую инициативу усилия более 50 компаний-партнеров, которые создали принципиальную архитектуру и действующие демонстраторы киберфизической производственной системы. Что это дает? С помощью масштабируемого демонстратора SkalA можно производить кастомизированные товары личного пользования — пока небольшие по размеру (например, визитницы), но в полном соответствии с новыми принципами кастомизации. Платформа не зависит от какого-либо производителя и предлагает небольшим и средним предприятиям поддержку во внедрении киберфизических производственных систем на основе созданных платформой стандартов. Согласно информации, представленной на Platform 4.0, сегодня в Германии осуществлено 185 проектов Industry 4.0 различной степени сложности и комплексности на разных по размеру предприятиях и в разных отраслях. Некоторые из них с определенными допущениями можно считать примерами КФПС, реализованными в промышленности. С учетом общего высокого уровня промышленного развития Германии такая цифра представляется не очень большой, а если принять во внимание, что немецкое правительство уже больше 10 лет вкладывает ресурсы в развитие данного направления, то цифра в 185 проектов скорее мала.

Барьеры в развитии киберфизических производственных систем

Что же мешает активному внедрению КФПС? Во-первых, на рынке не так много компаний, способных предложить промышленности подобные инновационные решения. Во-вторых, существует естественное недоверие к таким системам как к новому продукту. В-третьих, и это самое главное, — компании, считающие экономические эффекты и ROI от внедрения киберфизических систем, исходят из существующих рыночных и экономических реалий. А они таковы: эффект от внедрения инновационных технологий КФПС кажется производителям неочевидным.

Но изменение рыночных условий происходит скачкообразно, поэтому компании, продолжающие использовать только традиционные производственные методы и системы, в скором времени не смогут отвечать на резко меняющиеся запросы клиентов и повышение конкуренции за ресурсы всех видов. В условиях тренда кастомизации такие производители рискуют прекратить свое существование.

Какие успехи у технологии в России

При подготовке этой статьи нам не удалось найти ссылок ни на один реализованный в нашей стране проект. Да, термин периодически слышно на форумах и конференциях, но пока о технологии говорят лишь с позиции «к чему нужно стремиться». Хотя есть и хорошие новости — технология как концепция упоминается в Федеральной целевой программе «Цифровая экономика». В большинстве случаев под КФПС сейчас понимают традиционные робототехнические системы и роботизированные производственные линии (рис. 3). Такие системы решают весьма сложные технологические задачи и, как правило, оснащены набором интеллектуальных функций, но все же это классические системы старого централизованного типа, ограниченные рамками заданной человеком логики и не способные адекватно реагировать на события и принимать решения без участия человека.

Рис. 3. Киберфизические системы упомянуты в Федеральной целевой программе «Цифровая экономика»

На вопрос о перспективах развития киберфизических систем в России каждый читатель может ответить по-своему — оптимистично или нет. Несомненно, появление киберфизических производственных систем в России — вопрос времени. Пусть с отставанием, но они начнут внедряться и на предприятиях в нашей стране. В условиях кастомизации производств такие системы станут единственно верным способом организации производства, и мы будем вынуждены искать компании, которые смогут предложить подобные решения.

Возможность занять пока не сформированный рынок

Текущая мировая конъюнктура и нерешительность западных компаний массово стремиться к развитию киберфизических производственных систем дает шанс нашим предприятиям, особенно технологическим и инжиниринговым, стать флагманами только формирующегося рынка технологий КФПС. Последние инициативы нашего государства, например Федеральная целевая программа «Цифровая экономика», предоставляют компаниям, обладающим технологическими и инженерными технологиями, хороший шанс для интенсивного опережающего развития в этом сегменте в России и даже больше того — на мировом рынке, поскольку продукт будет массово востребован среди производителей уже в ближайшие пять лет.

Информационная безопасность киберфизических систем

Программа магистратуры направлена на подготовку специалистов, способных решать широкий класс задач в области обеспечения безопасности киберфизических систем, компьютерных систем и сетей. Выпускники программы будут способны внедрять передовые технологии в области кибербезопасности и участвовать в создании новых технологий.

Программа реализуется в сотрудничестве с ведущими российскими компаниями–разработчиками средств защиты в киберфизических системах: InfoWatch, ИнфоТеКС, Аладдин Р.Д., УЦСБ, Zecurion и некоторыми другими.

• Паспорт программы
• Будущая профессия
• Траектории поступления
• Подготовка
• Иностранным абитуриентам
• Перевод на програму

• Доска объявлений
• Рейтинги
• Выбор траектории обучения
• Практическая подготовка
• Итоговая аттестация
• Дополнительные иностранные языки
• Первокурсникам

• Главная:

• Учебные курсы
• Преподаватели
• Число студентов и вакантные места
• Документы образовательной программы
• Расписание

Академический руководитель

• Администрация
• Студсовет

Выразительная кнопка для срочных сообщений

Нашли опечатку ?
Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и отправьте нам уведомление. Спасибо за участие!
Сервис предназначен только для отправки сообщений об орфографических и пунктуационных ошибках.

Очная форма обучения

20 бюджетных мест

2 государственные стипендии Правительства РФ для иностранцев

5 платных мест для иностранцев

Обучение ведётся полностью на русском языке

Что я буду изучать

Базовая программа направления содержит курсы «Защита компьютерных сетей и систем», «Разработка защищенных программных систем», «Криптографические протоколы» и «Технологии противодействия компьютерным атакам».

Широкий спектр курсов по выбору позволяет охватить такие направления, как машинное обучение, интеллектуальный анализ данных, высокоуровневое программирование, системное программирование, анализ безопасности кода, методы и средства обработки больших данных.

Для абитуриентов, не знакомых с предметной областью кибербезопасности, предусмотрен цикл вводных занятий в рамках ключевого семинара «Семинар наставника».

Преимущества программы

• Программа построена с учетом state-of-the-art в области кибербезопасности – она включает дисциплины, охватывающие самые передовые технологии и средства обеспечения безопасности киберфизических систем.

• Сильный преподавательский состав, включающий представителей трех сфер: университетских преподавателей, научных сотрудников из институтов РАН и практиков из организаций реального сектора экономики.

• В рамках проектной деятельности студенты взаимодействуют с ведущими российскими компаниями–разработчиками научно-технических решений в области обеспечения информационной безопасности и кибербезопасности. На данный момент у МИЭМ НИУ ВШЭ сложились устойчивые партнерские отношения с компаниями Сбер, Ростелеком-Солар, InfoWatch, ИнфоТеКС, Аладдин Р.Д.

Во время обучения

Большое внимание уделяется индивидуальной практической работе, заключающейся в выполнении выбранного студентом проекта под руководством преподавателя кафедры или представителя компании из реального сектора экономики. Проект может быть как из области фундаментальных, так и прикладных исследований. Выполнение проекта предполагает индивидуальную работу студента и еженедельные личные встречи с руководителем. В конце каждого семестра проходит защита работы перед студентами, сотрудниками кафедры и представителями ИБ- и IT-компаний.

Между первым и вторым годом обучения магистратуры студенты проходят летнюю практику. Студенты могут проходить практики и стажировки у партнеров-работодателей.

Перспективы после обучения

Область профессиональной деятельности выпускников включает сферы науки, техники и технологии, охватывающие совокупность проблем, связанных с обеспечением информационной безопасности киберфизических систем.

Работодателями программы являются:

• Компании, занимающиеся разработкой и производством средств защиты информации: InfoWatch, ИнфоТеКС, Лаборатория Касперского и др.

• Компании, развивающие направления Интернета вещей и промышленного Интернета вещей.

• Крупные кредитно-финансовые организации: Центробанк, Сбербанк, Газпромбанк, ВТБ.

• Крупные государственные компании, такие как Ростелеком, Россети и др.

Что нужно знать для поступления

Данная программа нацелена на выпускников бакалавриата, закончивших обучение по профильным программистским и физико-математическим направлениям подготовки, желающим освоить или углубить свои знания в области информационной безопасности, кибербезопасности и специализированного программирования.

Поступить на программу можно по результатам конкурса портфолио, учитывающего опыт научно-исследовательской и практической деятельности, а также личные достижения абитуриента (олимпиады, конкурсы научных работ, сертификаты компаний, именные стипендии). Подробная информация и правила приема опубликованы на сайте приемной комиссии НИУ ВШЭ и в Траектории поступления.

Диссертация (Обеспечение информационной безопасности киберфизических систем на основе принципа гомеостаза)

Подберём лучшего эксперта, который поможет на всех этапах от выбора темы до защиты диссертации магистра, кандидата или доктора наук!

Описание файла

Файл “Диссертация” внутри архива находится в папке “Обеспечение информационной безопасности киберфизических систем на основе принципа гомеостаза”. PDF-файл из архива “Обеспечение информационной безопасности киберфизических систем на основе принципа гомеостаза”, который расположен в категории ” “. Всё это находится в предмете “технические науки” из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве СПбПУ Петра Великого. Не смотря на прямую связь этого архива с СПбПУ Петра Великого, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего образования”Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого”На правах рукописиПавленко Евгений ЮрьевичОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИКИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПАГОМЕОСТАЗАСпециальность 05.13.19 – Методы и системы защиты информации,информационная безопасностьДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,профессор, профессор РАНЗегжда Дмитрий ПетровичСанкт-Петербург — 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ . 51 АНАЛИЗИНФОРМАЦИОННОЙБЕЗОПАСНОСТИКИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ . 141.1Примеры современных киберфизических систем . 151.2Особенности киберфизических систем и статистика кибератак на этисистемы. 191.3Проблемы обеспечения безопасности киберфизических систем . 231.3.1Проблема создания метода выявления нарушений информационнойбезопасности, направленных на изменение параметров ее функционирования . 261.3.2Проблема выявления современного ВПО, функционирующего на узлахсистемы управления КФС . 271.3.3Проблема создания подхода к обеспечению динамической защиты КФСпутем автоматического поддержания устойчивости функционирования в условияхкомпьютерных атак . 321.3.4Проблемареализациидинамическойзащитысиспользованиемвозможностей современных сетевых технологий . 341.4Анализ подходов к обеспечению ИБ КФС в условиях компьютерных атак351.4.1Исследования, посвященные выявлению нарушений ИБ КФС . 371.4.2Исследования,посвященныевыявлениюсовременногоВПО,направленного на нарушение ИБ системы управления КФС. 401.4.3Исследования, посвященные обеспечению динамической защиты КФС .. 461.4.4Исследования,посвященныереализациидинамическойзащитысиспользованием возможностей современных сетевых технологий . 511.5Предлагаемый подход к обеспечению информационной безопасностикиберфизических систем . 531.6Выводы . 562 МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ НАРУШЕНИЙ ИБ КФС И ВЫЯВЛЕНИЯСОВРЕМЕННОГО ВПО . 5832.1Метод выявления нарушений ИБ КФС, направленных на изменениепараметров ее функционирования, основанный на контроле самоподобия . 592.1.1Возможные подходы к оценке самоподобия параметров функционированиясистемы. 592.1.2Предлагаемый метод выявления нарушений ИБ КФС . 642.2Метод выявления современного ВПО, функционирующего на узлахсистемы управления КФС . 732.2.1Графовая модель функционирования программного обеспечения . 742.2.2Анализ работы ПО в современных системах . 762.2.3Предлагаемый метод выявления ВПО . 842.3Выводы . 893 ПОДХОД К ОБЕСПЕЧЕНИЮ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ КФСПУТЕМАВТОМАТИЧЕСКОГОПОДДЕРЖАНИЯУСТОЙЧИВОСТИФУНКЦИОНИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ КОМПЬЮТЕРНЫХ АТАК НАОСНОВЕ ПРИНЦИПА ГОМЕОСТАЗА . 923.1МодельпереконфигурированияпараметровиструктурыКФСсиспользованием принципа гомеостаза . 963.2Метод оценки устойчивости КФС к деструктивным воздействиям . 1003.2.1Возможные подходы к оценке устойчивости КФС к деструктивнымвоздействиям. 1023.2.2Метод оценки устойчивости КФС к деструктивным воздействиям . 1073.3Сценарии переконфигурирования, обеспечивающие удержание КФС вустойчивом состоянии и возвращение в него . 1103.4Условия достижимости устойчивости КФС в условиях деструктивныхвоздействий . 1123.5Выводы . 1144 СРЕДАРЕАЛИЗАЦИИМЕТОДОЛОГИИОБЕСПЕЧЕНИЯИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ11644.1Требования к среде реализации предложенной методологии обеспеченияинформационной безопасности киберфизических систем . 1174.2Выборсредыреализации предложеннойметодологииобеспеченияинформационной безопасности киберфизических систем . 1184.3Метод приоритизации сетевых потоков данных в ПКС . 1304.4Выводы . 1365 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕМЕТОДОЛОГИИИССЛЕДОВАНИЯОБЕСПЕЧЕНИЯРЕАЛИЗАЦИИИНФОРМАЦИОННОЙБЕЗОПАСНОСТИ КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ . 1385.1Архитектура гомеостатической системы обеспечения информационнойбезопасности киберфизических систем . 1385.2Экспериментальный макет киберфизической системы . 1405.3Экспериментальные исследования разработанных методов и подходов,направленных на обеспечение ИБ КФС . 1435.3.1Экспериментальные исследования метода обнаружения нарушений ИБКФС 1435.3.2Экспериментальные исследования метода выявления ВПО, основанного наоценке различия графов последовательности действий ПО . 1475.3.3Экспериментальные исследования метода приоритизации сетевых потоковданных в ПКС . 1525.3.4Экспериментальные исследования подхода к обеспечению динамическойзащиты КФС . 1585.4Выводы . 159ЗАКЛЮЧЕНИЕ . 163СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ . 165ПРИЛОЖЕНИЕ А . 179ПРИЛОЖЕНИЕ Б . 180ПРИЛОЖЕНИЕ В . 181ПРИЛОЖЕНИЕ Г . 1825ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Цифровизация жизнеобразующихотраслей деятельности и развитие беспроводных, сенсорных и облачныхтехнологий, а также сетей с динамической топологией привели к появлениюкиберфизических систем (КФС), автономно от человека реализующих физическиепроцессы посредством обмена данными друг с другом. КФС представляют собойзамкнутую систему, реализующую некоторую целевую функцию (например,функциюавтоматическойочисткиводы,реализуемойвнескольковзаимосвязанных этапов). Наличие целевой функции системы говорит опериодичности протекаемых в ней процессов – как в совокупности, так и поотдельности.Успешная реализация деструктивных воздействий, направленных нанарушение информационной безопасности (ИБ), на КФС, тесно интегрированныес различными отраслями деятельности, способна привести не только кфинансовому ущербу, но также к техногенным и экологическим катастрофам. Приэтом, число атак на промышленные объекты инфраструктуры, как показываетстатистика, неуклонно растет, что, в совокупности с критичностью нарушениякорректности функционирования КФС, демонстрирует актуальность темыисследования.Применительно к КФС, понятие ИБ трансформируется, сочетая страдиционными понятиями целостности, конфиденциальности и доступностинеобходимость поддержания корректного функционирования системы в условияхдеструктивных воздействий. Поскольку прямой перенос понятий ИБ в видеконфиденциальности, доступности и целостности в КФС невозможен в силу того,что, в отличие от информационных процессов, физические процессы необратимыи для них невозможно реализовать такой же уровень контроля и управления,предлагаетсянайтирешениедеструктивным воздействиям.задачиобеспеченияустойчивостиКФС к6Современные научные подходы и популярные практические решения вобласти обеспечения ИБ КФС не предлагают способы решения некоторых научнотехнических задач. К таким задачам относятся:−разработка метода выявления нарушений ИБ КФС, направленных наизменение параметров ее функционирования;−созданиеметодовобнаружениявредоносногопрограммногообеспечения (ВПО), функционирующего на узлах системы управления КФС;−разработка подхода к обеспечению динамической защиты КФС путемавтоматического поддержания устойчивости функционирования в условияхкомпьютерных атак;−реализация динамической защиты с использованием возможностейсовременных сетевых технологий.Вместе с тем, современные угрозы безопасности требуют решенияописанных выше задач. Таким образом, предлагаемая в работе методология,заключающаяся в выявлении нарушений ИБ, направленных на изменениепараметров ее функционирования, и выявлении работы ВПО, функционирующегона узлах системы управления КФС, оценке устойчивости КФС к деструктивнымвоздействиям и переконфигурировании, обеспечивающем удержание КФС вустойчивом состоянии и возвращение в него на основе принципа гомеостаза,является востребованной и актуальной.Степень разработанности темы исследования. Известно значительноечисло работ, посвященных обеспечению ИБ сложных промышленных систем иКФС, в которых проанализированы аспекты обнаружения проблем ИБ и подходык сохранению устойчивости и корректности функционирования таких систем. Кним относятся работы П.Д. Зегжды, И.Б. Саенко, И.В. Котенко, С.В.

При подготовке материала использовались источники:

https://www.hse.ru/ma/cyber/
https://studizba.com/files/show/pdf/45386-1-dissertaciya.html