Техніка моделювання Кіберфізичних систем за допомогою Коалгебри
DOI:
https://doi.org/10.26565/2304-6201-2023-58-05Ключові слова:
Кіберфізичні системи, Коалгребра, Моделювання динамічних систем, Теорія категорій, Фінальна коалгебраАнотація
Актуальність. На сьогодні ми можемо спостерігати стрімкий темп розвитку інформаційних технологій, впровадження результатів якого є широкий процент автоматизації виробничих процесів. У більшості випадків цю мету можна досягти за допомогою впровадження Кіберфізичних систем у виробничі процеси. Основною особливістю таких інформаційних систем є інтеграція різноманітних сенсорів та маніпуляторів (фізичної складової системи) у обчислювальну систему, що виконує операційно-контролюючу функцію (кібернетична складова системи). Такі системи потребують високого рівня надійності роботи, що у свою чергу вимагає від їх проектувальників уважно ставитися до аналізу специфікації поведінки подібних систем за метою виявлення критичних станів її роботи.
Мета. У роботі досліджується можливість використання формальних моделей опису роботи системи за допомогою Коалгебри. Такий підхід дасть можливість більш ефективно уникати помилок аналізу поведінки Кіберфізичної системи на стадії її проектування. У цьому досліджені буде показано методику моделювання розповсюджених типів динамічних систем за допомогою Коалгебр.
Методи дослідження. Основні типи динамічних систем у ході цього дослідження будуть абстраговані до моделі на основі Коалгбери.
Результати. Було розроблено підходи до моделювання найпоширеніших типів динамічних систем, а саме, Детермінованої системи, Системи з переходами та Рандомної системи. Моделі будувались з використанням теорії категорій та Коалгебри, що забезпечує необхідний високий рівень абстракції. Такий підхід забезпечує можливість працювати не з однією конкретною системою, що була ціллю до аналізу а з цілим класом подібних систем.
Висновки. Результати дослідження показали основні методи до створення моделей основних моделей динамічних систем з використанням Коалгебри. Результати цього дослідження можуть бути корисними для розв'язання задачі моделювання динамічних систем, як основа для подальших досліджень.
Посилання
Y. Liu, Y. Peng, B. Wang, S. Yao and Z. Liu, "Review on cyber-physical systems," in IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, vol. 4, no. 1, pp. 27-40, Jan. 2017, doi: 10.1109/JAS.2017.7510349. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7815549
Rasim Alguliyev, Yadigar Imamverdiyev, Lyudmila Sukhostat, Cyber-physical systems and their security issues, Computers in Industry, Volume 100, Pages 212-223, 2018, https://doi.org/10.1016/j.compind.2018.04.017. https://sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0166361517304244
Hasuo, I. Metamathematics for Systems Design. New Gener. Comput. 35, 271–305 (2017). https://doi.org/10.1007/s00354-017-0023-1. https://link.springer.com/article/10.1007/s00354-017-0023-1
Georgios Bakirtzis, Cody H. Fleming, and Christina Vasilakopoulou. 2021. Categorical Semantics of Cyber-Physical Systems Theory. ACM Trans. Cyber-Phys. Syst. 5, 3, Article 32 (July 2021), 32 pages. https://doi.org/10.1145/3461669. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3461669
Benjamin Lion, Farhad Arbab, Carolyn Talcott, A formal framework for distributed cyber-physical systems, Journal of Logical and Algebraic Methods in Programming, Volume 128, 2022, 100795, https://doi.org/10.1016/j.jlamp.2022.100795. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352220822000487