Анализ и принятие решений по эксплуатационной надежности киберфизических систем

Дмитрий [Dmitriy] Сергеевич [S.] Обычайко [Obychaiko]; Владимир [Vladimir] Анатольевич [A.] Шихин [Shikhin]

doi:10.24160/1993-6982-2023-3-154-162

Дмитрий [Dmitriy] Сергеевич [S.] Обычайко [Obychaiko]
Владимир [Vladimir] Анатольевич [A.] Шихин [Shikhin]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2023-3-154-162

Ключевые слова: жизненный цикл, киберфизическая система, эксплуатационная надежность, принятие решений, схема графика состояний

Аннотация

Предмет изучения в настоящей работе — анализ эксплуатационной надежности и процесса восстановления киберфизических систем (КФС). Предлагаемый подход основан на разделении жизненного цикла КФС на временные отрезки с привязкой к предаварийному, аварийному, восстановленному и прогнозируемому состояниям. Восстановление работоспособности КФС выполняется в отношении чрезвычайно критичного и критически важного оборудования. В процесс анализа введены графики состояний кибернетических компонент и физических компонент. Разработанные дифференциальные уравнения связывают вероятность возврата в рабочее состояние с интенсивностью отказов и различными типами восстановлений. Решение соответствующих обыкновенных дифференциальных уравнений позволяет получить ясную графическую интерпретацию во временной области и демонстрирует изменения вероятности перехода компонентов системы из одного состояния в другое по временным срезам жизненного цикла КФС. Разработанная схема принятия решения о восстановлении или замене соответствующего компонента позволяет сделать разумный выбор варианта действий, направленных на восстановление работоспособности многокомпонентной системы. Разработан и протестирован алгоритм реализации метода на численном примере.

Сведения об авторах

Дмитрий [Dmitriy] Сергеевич [S.] Обычайко [Obychaiko]

аспирант кафедры управления и интеллектуальных технологий НИУ «МЭИ», e-mail: d.obychaiko@aamautomatic.ru

Владимир [Vladimir] Анатольевич [A.] Шихин [Shikhin]

кандидат технических наук, доцент кафедры управления и интеллектуальных технологий НИУ «МЭИ», e-mail: ShikhinVA@mpei.ru

Литература

1. Fei Hu e. a. Robust Cyber-physical Systems: Concept, Models, and Implementation // Future Generation Computer Systems. 2016. V. 56. Pp. 449—475.
2. Antsaklis P. Goals and Сhallenges in Сyber-physical System Research Editorial of the Editor in Chitf // IEEE Trans. Automatic Control. 2014. V. 59(12). Pp. 2117—2119.
3. Jay Lee, Bagheri B., Hung-An Kao. Cyber-physical Systems Architecture for Industry 4.0 — Based Manufacturing Systems // Manufacturing Lett. 2015. V. 3. Pp. 18—23.
4. Jiafu Wan, Hehua Yan, Hui Suo, Fang Li. Advances in Cyber-physical Systems Research // KSII Trans. Internet and Information Syst. 2011. V. 5(11). Pp. 1891—1908.
5. Шубин Р.А. Надежность технических систем и техногенный риск. Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «TГTУ». 2012.
6. Хайкин С. Нейронные сети. М.: Вильямс, 2006.
7. Yilin Mo, Sinopoli B. On the Performance Degradation of Cyber-physical Systems Under Stealthy Integrity Attacks // IEEE Trans. Automatic Control. 2016. V. 61(9). Pp. 2618—2624.
8. Mitchell R., Ing-Ray Chen. Effect of Intrusion Detection and Response on Reliability of Cyber physical Systems // IEEE Trans. Reliability. 2013. V. 62(1). Pp. 199—210.
9. Черкесов Г. Методы и модели оценки живучести сложных систем. М.: Изд-во Знание, 1987.
10. Lei H., Sigh C., Sprintson A. Reliability Modeling and Analysis of IEC 61850 Based Substation Protection Systems // IEEE Trans. Smart Grid. 2014. V. 5. No. 5. Pp. 2194—2202.
11. Шкляр В.Н. Надежность систем управления. Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2011.
12. Шихин В.А., Косинский М.Ю., Седлецкий Г.С. Методологические проблемы надежностного анализа в электросетевом комплексе в перспективе применения интеллектуальных моделей // Промышленная энергетика. 2015. № 5. С. 23—30.
---
Для цитирования: Обычайко Д.С., Шихин В.А. Анализ и принятие решений по эксплуатационной надежности киберфизических систем // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 154—162. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-154-162
#
1. Fei Hu e. a. Robust Cyber-physical Systems: Concept, Models, and Implementation. Future Generation Computer Systems. 2016;56:449—475.
2. Antsaklis P. Goals and Сhallenges in Сyber-physical System Research Editorial of the Editor in Chitf. IEEE Trans. Automatic Control. 2014;59(12):2117—2119.
3. Jay Lee, Bagheri B., Hung-An Kao. Cyber-physical Systems Architecture for Industry 4.0 — Based Manufacturing Systems. Manufacturing Lett. 2015;3:18—23.
4. Jiafu Wan, Hehua Yan, Hui Suo, Fang Li. Advances in Cyber-physical Systems Research. KSII Trans. Internet and Information Syst. 2011;5(11):1891—1908.
5. Shubin R.A. Nadezhnost' Tekhnicheskikh Sistem i Tekhnogennyy Risk. Tambov: Izd-vo FGBOU VPO «TGTU». 2012. (in Russian).
6. Khaykin S. Neyronnye Seti. M.: Vil'yams, 2006. (in Russian).
7. Yilin Mo, Sinopoli B. On the Performance Degradation of Cyber-physical Systems Under Stealthy Integrity Attacks. IEEE Trans. Automatic Control. 2016;61(9):2618—2624.
8. Mitchell R., Ing-Ray Chen. Effect of Intrusion Detection and Response on Reliability of Cyber physical Systems. IEEE Trans. Reliability. 2013;62(1):199—210.
9. Cherkesov G. Metody i Modeli Otsenki Zhivuchesti Slozhnykh Sistem. M.: Izd-vo Znanie, 1987. (in Russian).
10. Lei H., Sigh C., Sprintson A. Reliability Modeling and Analysis of IEC 61850 Based Substation Protection Systems. IEEE Trans. Smart Grid. 2014;5;5:2194—2202.
11. Shklyar V.N. Nadezhnost' Sistem Upravleniya. Tomsk: Izd-vo Tomskogo Politekhn. Un-ta, 2011. (in Russian).
12. Shikhin V.A., Kosinskiy M.Yu., Sedletskiy G.S. Metodologicheskie Problemy Nadezhnostnogo Analiza v Elektrosetevom Komplekse v Perspektive Primeneniya Intellektual'nykh Modeley. Promyshlennaya Energetika. 2015;5:23—30. (in Russian).
---
For citation: Obychaiko D.S., Shikhin V.A. Analysis of and Decision-Making on the Operational Reliability of Cyber-Physical Systems. Bulletin of MPEI. 2023;3:154—162. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-154-162