Онтология проектирования ситуационных цифровых двойников для моделирования структурной безопасности индустриально-природных комплексов
Автор: Фридман А.Я.
Журнал: Онтология проектирования @ontology-of-designing
Рубрика: Прикладные онтологии проектирования
Статья в выпуске: 1 (51) т.14, 2024 года.
Бесплатный доступ
Предложена онтология проектирования специализированных цифровых двойников компонентов пространственно-распределённых индустриально-природных комплексов (ИПК) на основе ранее разработанных автором теории и интеллектуализированной системы ситуационного моделирования. Онтология позволяет исследовать взаимодействие нестационарных ИПК в нормальных режимах функционирования и при возникновении нештатных или чрезвычайных ситуаций. Отличительная особенность разработки состоит в возможности превентивной аналитики безопасности интеграции ИПК в существующие инфраструктуры и обеспечивает количественную оценку эффективности предполагаемых мер предупреждения отказов компонентов ИПК, включая раннее обнаружение зависимых (сложных, каскадных) отказов. С целью повышения гибкости моделирования создаваемых ИПК представлена концепция структурной безопасности, обобщающая способы учёта различных аспектов безопасности. Актуальность поставленной задачи определяется ростом количества и энерговооруженности ИПК в современном мире, усложнением их взаимодействий и увеличением возможности наиболее опасных зависимых отказов, а также ростом объёмов доступных для анализа данных в результате быстрого развития Интернета вещей. Новизна предлагаемого подхода заключается в комплексном применении экспертных знаний на всех этапах моделирования в причинно-следственной парадигме с целью синтеза предпочтительных вариантов структур ИПК.
Индустриально-природный комплекс, ситуационный анализ, структурная безопасность, онтология проектирования, ситуационный цифровой двойник
Короткий адрес: https://sciup.org/170203862
IDR: 170203862 | УДК: 519.876.5 | DOI: 10.18287/2223-9537-2024-14-1-29-41
Ontology for designing situational digital twins of industrial-natural complexes for modeling their structural safety
The article proposes an ontology of designing specialized digital twins of spatially distributed components of industrial-natural complexes (INC) based on the theory and intellectualized situational modeling system previously developed by the author. The ontology makes it possible to study the interaction of non-stationary INCs in normal operating modes and in the event of abnormal or emergency situations. The distinguishing feature of the accomplished development lies in the possibility of the preventive security analytics for the INC integration into existing infrastructures and provides a quantitative assessment of the effectiveness of proposed measures to prevent failures of INC components, including early detection of dependent (complex, cascading) failures. In order to increase the flexibility of modeling newly created INCs, the concept of structural security is presented, which generalizes ways to take into account various known aspects of security. The relevance of this task is determined by the growth in the number and power supply of INCs in the modern world, the complication of their interactions and the corresponding increase in the possibility of the most dangerous dependent failures, as well as the growth in the volume of data available for analysis as a result of the rapid development of the Internet of Things. The novelty of the proposed approach lies in the comprehensive application of expert knowledge at all stages of modeling in a cause-and-effect paradigm in order to synthesize preferred options for implementing INC structures.
Список литературы Онтология проектирования ситуационных цифровых двойников для моделирования структурной безопасности индустриально-природных комплексов
- Боргест Н.М. Онтология проектирования: генезис и развитие // Двадцать первая Национальная конф. по искусственному интеллекту с международным участием, КИИ-2023 (16-20 октября 2023 г., Смоленск, Россия). Труды конференции. В 2-х томах. Т.1. Смоленск: Принт-Экспресс, 2023. С.6-13.
- ПопковЮ.С. Теория макросистем: Равновесные модели. Изд. 2-е. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. 320 с.
- Кашникова А.П., Беляева М.Б. Метод Монте-Карло в задачах моделирования процессов и систем // Modern Science. 2021. № 1-2. С.358-362.
- Котов В.Е. Сети Петри. М.: Наука, 1984. 160 с.
- 68-ФЗ от 21.12.1994. О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (ред. от 11.06.2021).
- Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973.
- Fridman A. Situational Modeling: Definitions, Awareness, Simulation. USA: Nova Science Publishers, Inc., 2023. 331 p. DOI: 10.52305/XIKU5849.
- 116-ФЗ от 21.07.1997. О промышленной безопасности опасных производственных объектов (ред. от 04.11.2022).
- 190-ФЗ от 29.12.2004. Градостроительный кодекс Российской Федерации (с изм. и доп. от 03.02.2023).
- 304-ПП от 21.05.2007. О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (ред. от 20.12.2019).
- 1225-ПП от 14.08.2020. Об утверждении Правил разработки критериев отнесения объектов всех форм собственности к критически важным объектам.
- Александровская Л.Н. и др. Статистические методы анализа безопасности сложных технических систем. М.: Логос, 2001. 232 с.
- Wilson R., Crouch E.A. Risk-benefit analysis. 2nd ed. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2001. 490 p.
- Gardenfors P. Conceptual Spaces: The Geometry of Thought. A Bradford Book. Cambridge, MA: MIT Press, 2000. 324 p.
- ТолстоваЮ.Н. Основы многомерного шкалирования. М.: КДУ, 2006. 160 с.
- Gardenfors P. Geometry of Meaning: Semantics Based on Conceptual Spaces. Cambridge: MIT Press, 2014. 357 p.
- ПоспеловД.А. Ситуационное управление: теория и практика. Изд.2. М.: URSS, 2021. 288 c.
- Marca D.A., McGowan C.L. SADT: structured analysis and design technique. New York, NY: McGraw-Hill Book Co., Inc., 1988. 392 p.
- Тыугу Э.Х. Концептуальное программирование. М.: Наука, 1984. 256 c.
- Фридман А.Я. Ситуационный подход к моделированию состояния пространственного объекта // Системы информационной поддержки регионального развития. Апатиты: КНЦ РАН, 1998. С.45-49.
- Fridman A.Ja., OleynikA.G., Putilov V.A. GIS-based Simulation System for State Diagnostics of Non-Stationary Spatial Objects // Proceedings of 12th European Simulation Multiconference (ESM'98), Manchester, UK, June 16 -18, 1998. Vol.1. P.146-150.
- Digital Twin: Transforming How We Make Sense of Data. https://www.ptc.com/ru/industry-insights/digital-twin (date of restoring 11.03.2022).
- Tversky A. Features of similarity // Psycholog. Rev. 1977. V.84. No.4. P.327-352.
- Рябинин И.А. Надёжность и безопасность структурно-сложных систем. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2007. 276 c. ISBN 978-5-288-04296-6.
- Большаков А.А., Каримов Р.Н. Методы обработки многомерных данных и временных рядов. М.: Горячая линия: Телеком, 2014. 218 с.
- Фридман А.Я. Превентивная аналитика в задачах безопасности для развития критически важных инфраструктур // Нечёткие системы и мягкие вычисления. 2022. Т. 17, № 2. С.39-52. DOI: 10.26456/fssc91.
- Фридман А.Я. Опыт интеллектуализации методов ситуационного моделирования дискретных нестационарных пространственных объектов // Автоматика и телемеханика. 2022. №6. С. 151-168. DOI: 10.31857/S0005231022060125.
- Лобач Д.И. О развитии подходов системной оценки безопасности при проектировании технических систем // Онтология проектирования. 2023. Т.13, №4(50). С.615-624. DOI: 10.18287/2223-9537-2023-13-4615-624.
