CC BY
52ется обучение управленцев системному мышлению, чему они активно сопротивляются.
• В итоге складывается убеждение, что самой эффективной рычажной точкой для внедрения системного мышления в менталитет народа является модернизация всей системы образования - от начального до высшего и пожизненного, сместив акценты обучения с аналитического подхода на синтетический, системный.
• Изложены некоторые попытки осуществления этого в реальной практике образования.
Список литературы
1. Хокинг С., Млодинов Л. Высший замысел. СПб.: ТИД Амфора, 2013.
2. Богданов А.А. Тектология (всеобщая организационная наука).Книги 1 и 2, М.: Экономика, 1989.
3. Берталанфи Л. Общая теория систем - критический обзор // Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969, с. 21 - 82.
4. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. М.: Наука, 1983.
5. Винер Н. Кибернетика и общество. М.: ИЛ, 1958.
6. Акофф Р.Л., Гринберг Д.. «Преобразование образования», Томск: Изд-во ТГУ, 2009.
7. Floris Koot. Global Shift in Education. Homepage Revolution. Jun 17, 2016.
8. Atwater J.B., Kannan V., Stephens A.A. Teaching Systems Thinking. In2: In Thinking Network, February 2, 2005.
9. См. в Интернете «Школьное образование в Финляндии».
10. Тарасенко Ф.П. Прикладной системный анализ. М.: Изд-во КноРус, 2017.
УДК 681.51
doi:10.18720/SPBPU/2/id20-108
Шкодырев Вячеслав Петрович,
д-р техн. наук, профессор, директор высшей школы киберфизических систем и управления
КИБЕРФИЗИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КАК ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ИНТЕГРАЦИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
Санкт-Петербург, Россия, shkodyrev@mail.ru
Аннотация. В докладе развивается концепция киберфизических систем, основанная на принципах синергетической интеграции перспективных прорывных информационно-коммуникационных технологий, реализуемых в форме единой
технологической платформы с механизмами интеллектуализации, многоуровневой сетевой организации и самоорганизации развивающихся сетевых структур. Ключевым в представленной концепции является принцип синергии как способ организации взаимодействия информационно-измерительных, информационно-коммуникационных и информационно-управляющих ресурсов в одну метасистему, обеспечивающую согласованное и целенаправленное их взаимодействие, расширяющую функциональные возможности и повышающую эффективность метасистемы.
Ключевые слова: киберфизическая система, информационно-коммуникационные технологии, технологическая платформа, многоуровневая сетевая структура, метасистема, система управления.
Viacheslav P. Shkodyrev,
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Higher School of Cyber-Physical Systems and Control
CYBER-PHYSICAL SYSTEMS AS A TECHNOLOGICAL PLATFORM FOR SYNERGETIC INTEGRATION OF PROMISING BREAKTHROUGH TECHNOLOGIES
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Saint Petersburg, Russia, shkodyrev@mail.ru
Abstract. The paper develops the concept of cyber-physical systems based on the principles of synergetic integration of promising breakthrough information and communication technologies implemented in the form of a single technological platform with mechanisms for intellectualization, multi-level network organization and self-organization of developing network structures. The key aspect of the presented concept is the principle of synergy as a way to organize the interaction of information-measuring, information-communication, and information-management resources in one meta-system, which provides a coordinated and targeted interaction, expanding the functionality and increasing the efficiency of this meta-system.
Keywords: cyber-physical system, information and communication technologies, technology platform, multi-level network structure, meta-system, control system.
Введение
Стремительный научно-технический прогресс активно проникает в нашу жизнь, проявляется в появлении новых высокотехнологичных продуктов и изделий, методов их использования и внедрения в повседневный быт и производственную деятельность. Часто подобные системы и технологии приводят к формированию новых понятий и парадигм, затрагивающих не только научную и производственную сферу, но и более широкие области существования человека в современном мире. Одно из таких понятий - парадигма формирования киберфизических систем как
новой технологической платформы для создания универсальной информационно-управляющей среды, ориентированной на решение широкого класса научных и прикладных производственных задач [9, 13 - 14].
Появление и активное использование термина «киберфизические системы» (КФС, англ. Cyber-Physical Systems, CPS) связывают с работами, представленными в 2006 году семинаре "NSF Workshop On Cyber-Physical Systems (NSF CPS Workshop)", организованном подразделением National Science Foundations, и в частности, c работой директора отделения National Science Foundations Хелены Джил (англ. Helen Gill), анонсированной как "NSF Perspective and status on Cyber-Physical Systems" [13].
В последующие годы развитие данного класса систем выделилось в отдельное активно развивающееся научное направление [4 - 8, 11]. Так в научных школах США и большинства ведущих европейских стран теория и вопросы применения КФС является важным элементом национальной программы развития, неотъемлемой компонентой программы, известной как четвертая промышленная революция (Industry 4.0). В последующем, начиная с 2016 года и по настоящие 2020-е годы, в мире было издано большое количество монографий, проведен ряд международных научно-практических конференций, подготовлены тематические выпуски журналов по вопросам, связанным с киберфизическими системами [5,8,12].
1. Перспективы развития киберфизических систем
К настоящему времени, в большинстве существующих работ парадигма КФС трактуется как новое поколение систем, интегрирующих вычислительные и физические возможности технических систем, в результате чего в сети возникают радикально новые ситуации, требующие развития отдельной теории. Среди отдельных и наиболее интересных направлений исследований теории КФС выделяются вопросы «глубокой интеграции» (англ. deeply integrated) и тесного взаимодействия вычислительной и физической компоненты [5, 9, 14]. Киберфизиче-ские системы включают глубоко интегрированные, тесно связанные вычислительные и физические компоненты. Эти системы, охватывающие несколько областей науки и техники, являются чрезвычайно сложными и создают несколько фундаментальных проблем.
Другой важный акцент в современной теории КФС делается на формировании их сетевой инфраструктуры, что позволяет реализовы-вать возможности создания гетерогенной среды со встроенными виртуальными машинами (англ. Embedded Virtual Machines, EVM), программную абстракцию, в которой задачи контроллера с их свойствами управления и синхронизации поддерживаются через границы физических уз-
лов [11, 16]. Значительное внимание уделяется также прикладным возможностям КФС, позволяющим эффективно связывать объекты физического мира - производственные системы, транспортные средства, объекты энергетики, - с киберфизическим миром через вычислительные, информационно-коммуникационные сети, формируя единую информационно-управляющею среду [7 - 8, 10].
Появилось большое число работ, дающих различные трактовки и определения КФС. Однако неизменным в многочисленных определениях остается понятие КФС как системы, способной взаимодействовать с физическим миром и расширять его возможности с помощью вычислений, связи и управления, что является ключевым фактором для будущих технологических решений.
2. Концепция развития теории киберфизических систем
Автором доклада теория киберфизических систем (КФС) рассматривается как новая перспективная информационно-технологическая парадигма, объединяющая различные ключевые тренды в области сквозных информационно-коммуникационных и информационно-управляющих технологий, что позволяет подобным системам активно взаимодействовать с окружающим физическим миром, включая человека, посредством различных возможностей [15].
В основу предлагаемой концепции развития теории КФС заложены: 1) общие положения эволюционной кибернетики как науки о принципах и подходах к исследованию сложных развивающихся систем управления; 2) идея использования интеллекта как регулятора деятельности в развивающихся самоорганизующихся структурах, что открывает новые перспективы в создании моделей управления искусственными объектами в иерархии взаимодействующих систем [1]. Ключевым положением подхода является «глубокая» системная - синергетиче-ская, - интеграция базовых механизмов построения КФС на принципах интеллектуализации, сетевого взаимодействия и когнитивной самоорганизации на основе знаний в единое целое. Интеграция становится ключевым фактором эффективного развития широких функциональных, информационно-телекоммуникационных, вычислительных и физических возможностей подобных систем [2, 15]. Такие системы, охватывающие несколько областей науки и техники, являются чрезвычайно важными и создают предпосылки для решения многих важных инженерных проблем.
Заключение
Дальнейшим развитием прикладных аспектов использования представленной концепции КФС является ее реализация в форме технологи-
ческой платформы, интегрирующей перечисленные модели и механизмы для обеспечения эффективного решения комплекса задач промышленной автоматизации, автоматизированного контроля и управление иерархией распределенных производств и технологических комплексов реального времени с элементами адаптации, самоорганизации и развития. Общепринятое понятие «технологической платформы» (ТП) определяет ее как группу технологий, используемых в качестве основы формирования открытой предметно-ориентированной инфраструктуры информационно-коммуникационной, информационно-аналитический и информационно-измерительной среды управления, обеспечивающей требуемые функциональные возможности получения объективной оперативной измерительной информации, на основе оптимально формируемой стратегии и логики управления, оперативного анализа данных, выбранных инструментов — методов и средств их обработки и анализа [3]. Развитием подхода может стать формирование интегрированной технологической платформы, как основы формирования открытой предметно-ориентированной программно-коммуникационной инфраструктуры с функциями информационно-измерительной, информационно-коммуникационной и информационно-управляющей среды, обеспечивающей широкие функциональные возможности получения объективной оперативной измерительной информации, на основе оптимально формируемой стратегии и логики управления, оперативного анализа данных, выбранных инструментов — методов и средств их обработки и анализа.
Такая инфраструктура позволяет интегрировать множество входящих в нее гетерогенных компонент или подсистем в единое информационно-управляющее пространство данных и формализованных баз знаний, ориентированных на различные классы задач предметной области, поддерживает взаимодействие между этими подсистемами и внешними информационными ресурсами и сервисами, необходимыми для выполнения выделенного класса задач. Это открывает более широкие возможности в достижении качественно нового уровня функциональности за счет реализации таких базовых принципов системного синергетического подхода.
Список литературы:
1. Редько В.Г. Эволюционная кибернетика. М.: Наука, 2001.
2. Турчин В.Ф. Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции. М., Наука, 1993.
3. Chung-Wei Lin, Sangiovanni-Vincentelli Alberto. Security-Aware Design for Cy-ber-Physical Systems, A Platform-Based Approach, Springer International Publishing AG 2017.
4. Control of Cyber-Physical Systems. Danielle C. Tarraf. (Ed.), Series titles " Lecture Notes in Control and Information Sciences", Springer International Publishing Switzerland, 2013.
5. Cyber-Physical Systems and Control. D.G. Arseniev, L. Overmeyer, H. Kälviäinen, B. Katalinic (Eds.) Series: Lecture Notes in Networks and Systems, Springer, 2020.
6. Dietmar P.F., Möller, Guide to Computing Fundamentals in Cyber- Physical Systems. Concepts, Design Methods, and Applications # Springer International Publishing Switzerland 2016.
7. Danda B. Rawat, Chandra Bajracharya . Vehicular cyber-physical systems, Adaptive Connectivity and Security. Springer International Publishing, Switzerland, 2017.
8. Industrial Cyber-Physics Systems. Special Issue. // Proceedings of the IEEE, Vol. 104, Num. 5, May 2016.
9. Lee E., Cyber-Physical Systems: Design Challenges. University of California, Berkeley Technical Report No. UCB/EECS-2008-8. Retrieved 2008-06-07, 2008.
10. Lee J., Bagheri B., Kao H.A., Recent Advances and Trends of Cyber Physical Systems and Big Data Analytics in Industrial Informatics // Int. Conf. on Industrial Informatics "INDIN-2014.
11. Mangharam R., Pajic M. Distributed Control for Cyber-Physical Systems // Journal of the Indian Institute of Science, Special Issue on Cyber-Physical Systems, Vol.93, No.3. Pp. 353--388. September 2013.
12. Machine Learning for Cyber Physical Systems. Selected papers from the International Conference ML4CPS 2015 Beyerer, J. (et al.) (Eds.), 2017.
13. NSF Workshop On Cyber-Physical Systems. Retrieved 2008-06-09.
14. NSF Cyber-Physical Systems Summit". Retrieved 2008-08-01.
15. Shkodyrev V.P. Technical systems control: from mechatronics to cyber-physical systems // In series titles "Studies in Systems, Decision and Control", vol.49, Smart Electromechanical Systems., Springer International Publishing Switzerland, 2016.
16. Biffl Stefan, Ruder Arndt L., Gerhard Detlef (Eds.). Multi-disciplinary engineering for cyber-physical production systems. Data Models and Software Solutions for Handling Complex Engineering Projects, Springer International Publishing, AG, 2017.
УДК 008
doi:10.18720/SPBPU/2/id20-109
Малинецкий Георгий Геннадьевич,
д-р физ.-мат. наук, профессор, Зав. отделом ИПМ им. М.В. Келдыша РАН
КРИЗИС «ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ» РОССИЙСКОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН,
Москва, Россия, GMalin @ Keldysh.ru
Аннотация. Тридцать лет реформ среднего и высшего образования России показали ошибочность взятого курса. Этот курс был направлен на подготовку работников для одного из «сырьевых доноров» современного мира и пассивного некомпетентного населения. Одними из недавних новшеств являются «цифровая экономика», «внедрение искусственного интеллекта» и «цифровая трансформация» российского
