УДК 004.056

Будущее киберфизических систем: от теории к практике

Губницын Лев Ильич – студент Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций имени профессора М. А. Бонч-Бруевича.

Аннотация: В данной статье рассматриваются перспективы и вызовы, связанные с развитием и внедрением киберфизических систем (КФС), которые интегрируют вычислительные процессы с физическими операциями в реальном времени. Уделено внимание обзору основных концепций и теоретических основ КФС, подчеркивая их важность для развития индустрии 4.0, умных городов, автоматизированного здравоохранения и экологически устойчивых систем управления. Подробно анализируется текущие достижения в области КФС, освещая прогресс в интеграции сенсорных технологий, машинного обучения, искусственного интеллекта и облачных вычислений для создания систем, способных к самооптимизации, самодиагностике и предиктивному управлению. Рассматриваются практические примеры успешного применения КФС в различных секторах, демонстрирующие их потенциал для повышения эффективности, безопасности и устойчивости операций.

Ключевые слова: киберфизические системы, умные города, машинное обучение, искусственный интеллект, облачные вычисления, кибербезопасность, конфиденциальность данных, предиктивное управление, самооптимизация систем.

Введение

Будущее киберфизических систем (КФС) представляется как эра, в которой глубокая интеграция между вычислительными процессами и физическими объектами станет не просто обыденностью, но и основой для новых технологических прорывов и социальных изменений. Этот переход от теории к практике ознаменуется рядом ключевых развитий и вызовов.

Теоретические основы

Киберфизические системы обладают уникальной способностью координировать, контролировать и интегрировать физические процессы с помощью компьютерных алгоритмов и сетей. В теоретическом плане, КФС строятся на принципах реального времени, автономности, эффективности и адаптивности. Разработка и изучение КФС требует мультидисциплинарного подхода, включающего элементы информатики, системного анализа, механики, электроники и робототехники.

Переход к практике

В практическом плане, будущее КФС связано с их внедрением в самые разные сферы жизни:

• Промышленность 4.0: КФС станут основой для создания полностью автоматизированных и оптимизированных производственных линий, способных к самостоятельному принятию решений на основе данных с сенсоров и из других источников.
• Умные города: Интеграция КФС в инфраструктуру городов приведет к повышению их эффективности, безопасности и устойчивости, от умного освещения и управления трафиком до мониторинга окружающей среды и энергопотребления.
• Здравоохранение: КФС обеспечат более высокий уровень медицинского обслуживания через автоматизированное мониторинговое оборудование, управление данными пациентов и даже роботизированную хирургию.
• Транспорт: Развитие автономных транспортных средств и интеллектуальных систем управления трафиком станет возможным благодаря прогрессу в области КФС.

Вызовы и перспективы

Вызовы и перспективы развития киберфизических систем (КФС) охватывают широкий спектр аспектов, начиная от технических и технологических проблем до этических, социальных и юридических вопросов. Давайте рассмотрим их более подробно.

Вызовы

Кибербезопасность: С ростом сложности и распространенности КФС увеличивается и риск кибератак. Защита критически важной инфраструктуры, такой как энергосистемы, транспорт и здравоохранение, от хакерских атак, требует новых подходов к безопасности и постоянного обновления защитных механизмов.

Конфиденциальность данных: Сбор и анализ больших объемов данных, необходимых для работы КФС, порождают вопросы приватности. Как обеспечить конфиденциальность личных данных при их обработке системами?

Этические и юридические вопросы: Внедрение КФС в повседневную жизнь поднимает вопросы ответственности за принимаемые системами решения, особенно в критически важных сферах, таких как медицина и транспорт. Кто будет нести ответственность за ошибки или сбои в работе КФС?

Перспективы

Инновации и экономический рост: КФС способны стимулировать развитие новых технологий и бизнес-моделей, открывая пути для инноваций и создания новых рабочих мест в высокотехнологичных отраслях.

Повышение качества жизни: КФС обещают существенные улучшения в управлении ресурсами, здравоохранении, образовании и транспорте, делая эти и многие другие аспекты жизни более эффективными, безопасными и удобными.

Устойчивое развитие: Внедрение КФС может способствовать более рациональному использованию ресурсов, снижению вредных выбросов и оптимизации производственных процессов, что в свою очередь способствует достижению целей устойчивого развития.

Умные города и автономный транспорт: Развитие КФС является ключом к созданию умных городов с эффективным управлением городскими ресурсами и услугами, а также к развитию автономных транспортных систем, способных сократить число дорожно-транспортных происшествий и улучшить мобильность городских жителей.

Заключение

В заключение, статья подчеркивает значимость киберфизических систем как фундаментального элемента в следующей волне технологических инноваций и социальных изменений. Переход от теоретических основ к практическому внедрению КФС открывает безграничные возможности для развития промышленности, улучшения городской инфраструктуры, повышения качества медицинских услуг и оптимизации транспортных систем. Вместе с тем, он ставит перед обществом и специалистами серьезные вызовы, включая обеспечение кибербезопасности, защиту персональных данных, решение этических и юридических вопросов. Успешное преодоление этих препятствий потребует скоординированных усилий ученых, инженеров, политиков и общественности.

Список литературы

1. Красов А.В., Шакин Д.Н., Лансере Н.Н., Фадеев И.И., Гельфанд А.М. Актуальные угрозы безопасности информации в сфере здравоохранения и офтальмологии // Офтальмохирургия. 2022. № S4. С. 92-101.
2. Штеренберг С.И., Бударный Г.С., Чумаков И.В. Методика обеспечения безопасности доменных систем доверенной зоны // Региональная информатика и информационная безопасность. Сборник трудов Юбилейной XVIII Санкт-Петербургской международной конференции. Санкт-Петербург, 2022. С. 621-625.
3. Гельфанд А.М., Сигачева В.В., Архипов А.В., Сиротина Л.К. Анализ и управление рисками информационной безопасности объекта критической информационной инфраструктуры // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1: Естественные и технические науки. 2023. № 3. С. 21-27.
4. Красов А.В., Гельфанд А.М., Коржик В.И., Котенко И.В., Петрив Р.Б., Сахаров Д.В., Ушаков И.А., Шариков П.И., Юркин Д.В. Построение доверенной вычислительной среды. Санкт-Петербург, 2019.
5. Штеренберг С.И., Москальчук А.И., Коптелова В.А., Виноградова О.М. Разработка методов обеспечения безопасности для создания уязвимых виртуальных машин и изучения методов тестирования на проникновения // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1: Естественные и технические науки. 2021. № 1. С. 32-38.