42УДК 33
Барабанова Алина Анатольевна Barabanova Alina Anatolyevna
Студент Student
Горемыкина Елена Алексеевна Goremykina Elena Alekseevna
Студент Student
Беккалиева Наталья Климентьевна Bekkalieva Natalia Klimentievna
Кандидат экономических наук, доцент Candidate of economic sciences, associate professor Поволжский институт управления имени П.А. Столыпина - филиал РАНХиГС Stolypin Volga region Institute of management - branch of Ranepa
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ КИБЕР-ФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В ОСНОВЕ ЦИФРОВОЙ ЭКОНОМИКИ
THE MAIN PROBLEMS OF THE DEVELOPMENT OF CYBER-PHYSICAL SYSTEMS AT THE HEART OF THE DIGITAL ECONOMY
Аннотация: В статье идет речь об основных проблемах развития кибер-физических систем в основе цифровой экономики. Автором были проанализированы различные понятия кибер-физических систем, а также предложено свое толкование данного понятия. Автор рассмотрел примеры практического применения кибер-физических систем в различных областях, сделал вывод о том, как развиты кибер-физические системы за рубежом и в нашей стране. Кроме того, автором были вычленены основные проблемы, которые могут возникнуть при создании полноценных кибер-физических систем.
Abstract: The article deals with the main problems of the development of cyber-physical systems at the heart of the digital economy. The author analyzed various concepts of cyber-physical systems, and also proposed his own interpretation of this concept. The author considered examples of the practical application of cyber-physical systems in various fields, made a conclusion about how cyber-physical systems are developed abroad and in our country. In addition, the author identified the main problems that may arise when creating full-fledged cyber-physical systems.
Ключевые слова. Кибер-физические системы, цифровая экономика, интернет вещей, интернет людей, интернет сервисов, кибербезопасность.
Key words: Cyber-physical systems, digital economy, internet of things, internet of people, internet services, cybersecurity.
В настоящее время общественные дискуссии по вопросам роста и развития экономики нашей страны значительно увеличились. В связи с этим возникает необходимость внедрить те или иные структурные преобразования, которые способны формировать импортонезависимое производство. Не вызывает сомнений, что все это будет способствовать существенному увеличению уровня не только конкурентноспособности, но также инновационной и стратегической активности и устойчивости.
Сегодня важной составляющей общественной жизни каждого человека, несомненно, является всемирная сеть Интернет. Однако, не стоит забывать о том, что мы живем не в киберпространсте, а в реальном мире. Примечательно, что кибер-физические, обладающие способностью объединить в себе две этих стороны, развиваются весьма быстро.
Важно обратить внимание на то, что кибер-физические системы (от англ. cyber-physical systems, или CPS) представляют собой достаточно комплексное понятие, т.к. находится на пересечении нескольких сфер одновременно. Именно поэтому в настоящее время не существует единого мнения по поводу того, что понимается под кибер-физическими системами.
Так, например, по мнению Эдварда Ли кибер-физические системы представляют собой «интеграцию информационных технологий с физическими процессами. Встроенные цифровые системы управления и сети контролируют и управляют физическими процессами обычно с помощью контуров обратной связи, когда физические процессы влияют на цифровые модели и наоборот» [5, с.38].
Отличной от мнения Эдварда Ли является точка зрения Броя и Гайсбергер, которые считали, что киберфизические системы - это «интернет-сервисы, встроенные системы, процессы логистики, координации и управления, которые
используют датчики для сбора и реагирования на физические данные и процессы с помощью исполнительных механизмов» [2, с. 70].
На наш взгляд, кибер-физические системы есть не что иное, как системы, которые обладают возможностью связывать физические объекты и процессы с инфотелекоммуникационной средой.
Термин «кибер-физические системы» был введен в 2006 г. Хелен Джилл -директор по встроенным и гибридным системам Национального научного фонда. Этим термином Джилл обозначала комплексы, в состав которых входит природные объекты, искусственные подсистемы и контроллеры [6]. Стоит отметить, что именно с системами подобного типа связана проблема модернизации производства и экономики.
Итак, суть кибер-физических систем находит отражение в том, что они интегрируют какие-либо процессы производства (к примеру, управления передачи и распределения электроэнергии), для которых необходима реализация непрерывного управления в режиме реального времени. Отсюда следует, что это является абсолютно новой редакцией определения встроенных систем.
Рассмотрим примеры практического применения киберфизических систем.
производствен ной среде:
кибер физическ
не системы могу ту лу чин пь пр оизводственн ые процессы, обеспечивая
обмен информацией
реального времени между пр омышл енным оборудованием, пр оизводственн ой цепочкой поставок, поставщиками, системами управления бизнесом и клиентами.
■здр а во охранении:
„в -
возобновляемой энергетике:
На транспорте:
кибер физические
системы используются для дистанционного мониторинга физических показателей пациентов в р еал ьном вр емени с целью уменьшения потребностей в госпитализации (например, пациентов с болезнью Альцгенмер а) или для улучшения
уходаза инвалидами и пожилыми людьми.
В сельском хозяйстве:
интеллект}' альн ые энергосети представляют собой кибер физически е системы, в которых датчики и
другие устройства обеспечивают мониторинг сети для целей контроля, повышения надежности и энер гоэффекшв
ности.
транспортные
средства и инфр астру гау р а
могут взаимодействоват ь между собой, обмениваясь в р еал ьном времени информацией о дорожном движении местоположении и проблемах, предотвращая транспортные инциденты и дор ожные пробки,
повышая безопасность и в конечном итоге экономя время и деньги
J
кибер физически е системы могут использоваться для создания
более современного и эффективного
сельского хозяйства. Они могут собирать
важную информацию о климате, почве идругие данные для более точного управления сельскохозяйств еннымн работами..
Рис. 1. Примеры практического применения киберфизических систем в различных областях
Исходя из этого, мы видим, что кибер-физические системы могут быть применены абсолютно в различных сферах: в транспорте, в производстве, в строительстве и т.д.
В настоящее время немецкая академия Acatech уже ведет речь о перспективах национальных кибер-физических платформ. Эти платформы складываются из следующих типов сетей [7]:
Рис. 2. Типы сетей, из которых складываются кибер-физические платформы
Каждый из этих типов чрезвычайно важен для нормального функционирования кибер-физических сетей.
Отметим, что в настоящее время развитие кибер-физических систем получило широкое распространение лишь за рубежом. В нашей стране рассматриваемый нами термин сегодня находится «на слуху», однако пока что еще ни один проект не был реализован. Но, естественно, это лишь вопрос времени. Кибер-физические системы обязательно будут реализовываться и в России. Впоследствии подобные системы станут единственно верным способом организации производства [4, с.7].
Исходя из этого, мы может сделать вывод о том, что в связи с внедрением кибер-физических систем в существующую экономико-технологическую парадигму, могут возникнуть какие-либо проблемы. Рассмотрим их.
Одной из наиболее важных проблем развития кибер-физических систем в основе цифровой экономики являются вопросы кибербезопасности, а также экономические проблемы в контексте возможного радикального изменения рынков труда и системные проблемы, в рамках которых мы объединяем широкий круг технических вопросов.
Большую часть проблем безопасности кибер-физические системы наследуют от уже упоминаемого нами Интернета вещей. К формированию отдельной области исследований приводит следующее [1, с. 143]:
Постепенное неизбежное проникновение устройств в критические
сегменты инфраструктур;
— количественный фактор (большое количество подключенных устройств порождает проблему масштабируемости);
— доминантность проприетарных протоколов (часто разработчики используют собственные проприетарные протоколы, однако использование стандартных протоколов на 1оТ-платформах значительно ускоряют внедрение и разработку новых систем и приложений Интернета вещей);
— обширное количество производителей устройств, а также разработчиков программно-аппаратной базы.
— доверие (надёжность, англ. Trust) - это основная проблема, поскольку IoT-среда характеризуется различными типами устройств, которые должны обрабатывать данные в соответствии с потребностями и правами пользователей.
Кроме этого, еще одной распространенной проблемной областью является экономическая. Не вызывает сомнений тот факт, что повсеместное внедрение кибер-физических систем будет способствовать радикальным изменениям, происходящим на рынке труда. Большая вероятность того, что профессии, так или иначе связанные с управлением транспортными средствами и различными объектами, в скором времени исчезнут. Причина этого кроется в переходе к автоматизированному управлению. Не вызывает сомнений тот факт, что автоматизированные системы сегодня все больше применяются в разнообразных
сферах деятельности. Высокую актуальность приобретает возможность внедрения автоматизированных систем управления для малых и больших производств.
Цифровизация российского производственного сектора к 2025 году сможет ежегодно увеличивать объем ВВП страны на сумму от 1,3 трлн до 4,1 трлн руб., считают в McKinsey Global Institute. Применение цифровых технологий повысит производительность предприятий на 45-55%, а также сократит сроки выхода продукта на рынок - их длина сегодня главный «бич» российского бизнеса - на 20-50%, прогнозируют аналитики McKinsey [4, с.8].
Рассматривая системные вопросы КФС, необходимо обратить внимание на проблемы, которые характерны для любого нового научно-технического направления [3, с.14]:
— задачи проектирования кибер-физических систем, которые обусловлены положительным экономическим эффектом для какой-либо области (например, в производственной сфере, в здравоохранении, в возобновляемой энергетике и т.д.)
— задачи развертывания инфраструктур кибер-физических систем на базе имеющихся систем предыдущих поколений;
— задачи проектирования отдельных программно-аппаратных элементов кибер-физических систем;
— задачи системной интеграции;
— задачи анализа и синтеза кибер-физических систем.
Стоит отметить, что еще одной важной проблемой развития кибер-физических систем является их формализация.
Примечательно, что исследователи в области системного анализа акцентируют свое внимание на самих кибер-физических системах. В связи с этим роли пользователя системы уделяется незначительное внимание.
Большая часть исследователей в своих трудах обращается к вопросу взаимодействия кибер-физических систем и человека-оператора. Так, А.Л.
Ронжин, О.О. Басов, Б.В. Соколов и др., обращаясь к проблемной части со стороны пользователя, предлагают различные модели киберфизического интеллектуального пространства (концептуальную и формальную) [6]. В качестве перспективного направления эти исследователи отмечают формирование перечня задач при «мультимодальном» (термин принадлежит авторам) обслуживании пользователей.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что кибер-физические системы - это весьма обширная тема. Поэтому новые технологии и новые продукты, предназначенные для решения актуальных социальных проблем, могут быть разработаны лишь усилиями различных компаний и организаций.
Область применения кибер-физических систем достаточно широка. Как уже было отмечено, это и промышленная, и военная, и транспортная и многие другие сферы. В связи с этим создание полноценных кибер-физических систем будет способствовать радикальным изменениям во всех сферах.
Библиографический список:
1. Асанов Р.К. Формирование концепции «цифровой экономики» в современной науке / Р.К. Асанов // Социально-экономические науки и гуманитарные исследования. - 2012. - № 15. - С. 143-148.
2. Асаул, А. Н. Четвертая индустриальная революция (Industrie 4.0) в транспортной и сопутствующих отраслях / А. Н. Асаул, И. Г. Малыгин, В. И. Комашинский // Проблемы управления рисками в техносфере. - 2016. - № 2(38).
- С. 70-78.
3. Бийчук А.Н. Цифровая трансформация бизнеса в современной экономике // Экономическая среда. - 2017. - № 2 (20). - С. 14-16.
4. Добрынин А. П. Цифровая экономика - различные пути к эффективному применению технологий (BIM, PLM, CAD, IOT, Smart City, BIG DATA и другие) / А.П. Добрынин //International Journal of Open Information Technologies. - 2016.
- Т. 4. - №. 1. - С. 4-11.
5. Черняк Л. Киберфизические системы на старте / Л.Черняк // Открытые системы. - 2014. - № 2. - С.38-43.
6. Куприяновский В.П. Кибер-физические системы как основа цифровой экономики / В.П. Куприяновский // International Journal of Open Information Technologies. - 2016. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/kiber-fizicheskie-sistemy-kak-osnova-tsifrovoy-ekonomiki (Дата обращения: 18.09.2020)
7. Цветков В.Я. Кибер физические системы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2017. - № 6-1. - С. 64-65. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11623 (дата обращения: 19.09.2020).
8. Colombo A., Bangemann T. Industrial Cloud-based Cyber-physical Systems: The IMC-AESOP Approach. Cham Springer International Publishing, 2014. - 245 p.
