<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">gumrf</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2309-5180</issn><issn pub-type="epub">2500-0551</issn><publisher><publisher-name>ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21821/2309-5180-2025-17-3-449-458</article-id><article-id custom-type="edn" pub-id-type="custom">WVZEVZ</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">gumrf-573</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ПРОИЗВОДСТВАМИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>AUTOMATION AND CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES AND PRODUCTIONS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Математическая модель формирования интегральной оценки надежности автоматизированной системы управления на стадии проектирования</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Methodology for forming an integral assessment of the reliability of automated control systems of transport infrastructure at the design stage</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Коротков</surname><given-names>В. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Korotkov</surname><given-names>V. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Коротков Виталий Валерьевич — доцент кафедры комплексного обеспечения информационной безопасности.</p><p>198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д. 5/7</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Vitaliy V. Korotkov — assistant professor of Department of Integrated Information Security, Admiral Makarov State University of Martime and Inland Shipping.</p><p>Dvinskaya street, 5/7, 198135, Saint Petersburg</p></bio><email xlink:type="simple">korotkovvv@gumrf.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Admiral Makarov University of Maritime and Inland Shipping</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>19</day><month>07</month><year>2025</year></pub-date><volume>17</volume><issue>3</issue><fpage>449</fpage><lpage>458</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Коротков В.В., 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Коротков В.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Korotkov V.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://journal.gumrf.ru/jour/article/view/573">https://journal.gumrf.ru/jour/article/view/573</self-uri><abstract><p>Темой исследования являются большие системы водного транспорта, в частности порты, судоходные компании, судостроительные и судоремонтные предприятия, логистические центры, шлюзованные судоходные каналы, регулируемые внутренние водные пути, которые как объекты автоматизированного управления предъявляют следующие требования к его надежности: обеспечение на необходимом уровне безопасности и надежности отдельных технических узлов и подсистем и информационных потоков, циркулирующих в человеко-машинном контуре управления в условиях нарастающей цифровизации транспорта (аналогичное требование должно быть установлено для разрабатываемого программного обеспечения); использование облачных технологий хранения больших данных, что требует учета на стадии проектирования защитных мероприятий как технического, так и алгоритмического характера; разработка на стадии проектирования методики обобщенной интегрированной прогнозной оценки надежности АСУ как основы рассмотрения альтернативных вариантов ее структуры и состава ввиду функциональной разнородности широкого спектра технических устройств, входящих как в субъект, так и в объект управления. Отмечается, что при этом должна быть учтена высокая подверженность объектов воднотранспортной системы многообразным рискам и уязвимостям, как сезонным, так и постоянно действующим (тем самым определяется актуальность разработки метода построения интегральной оценки надежности АСУ для объектов водного транспорта как цели исследования). В рамках общей задачи предлагается решение следующих вопросов: определение размерности и структуры интегрального показателя; включение качественно описываемых уязвимостей, имманентно присущих объекту управления и контуру управления; построение математической модели функционирования проектируемой АСУ; построение на этой основе имитационной модели управления с целью анализа «узких мест», в наибольшей степени влияющих на ухудшение оценки; использование теоретико-вероятностной методики активного управления рисками на стадии рассмотрения альтернативных вариантов отдельных частей проекта. Методологическую основу исследования составляют общие положения прикладной теории вероятностей, теория планирования эксперимента на имитационной модели, оптимизация проектного показателя надежности средствами математического программирования. Результатом работы является метод построения интегрального показателя проектной надежности контура автоматизированного управления для больших систем водного транспорта, агрегирующего вероятности проявления разнородных уязвимостей технических узлов, информационных уязвимостей в точках выхода в облачную среду и потенциальных ошибок в программном обеспечении.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Transport systems, as objects of automated control, impose a number of specific requirements on the reliability of such control. Firstly, in addition to ensuring the reliability of individual technical components and subsystems, it is necessary to guarantee the security of information flows circulating within the human-machine control loop under conditions of increasing digitalization. Secondly, the same requirements apply to the software being developed. Thirdly, the use of cloud technologies for big data storage necessitates the consideration of protective measures of both technical and algorithmic nature at the design stage. Finally, the functional heterogeneity of a wide range of technical devices included in both the controller and the controlled object requires, at the design stage, the development of a methodology for a generalized, integrated, and predictive assessment of the reliability of the automated control system as a basis for evaluating alternative options for its structure and composition. In this context, the high vulnerability of water transport system facilities to various risks and vulnerabilities, both seasonal and permanent, must be considered. This underscores the relevance of developing a method for constructing an integrated assessment of the reliability of automated control systems for water transport facilities, which is the aim of this study. Within this general task, the following issues are addressed: determining the dimension and structure of the integral indicator; including qualitatively described vulnerabilities inherent in the control object and control loop; constructing a mathematical model of the functioning of the designed automated control system; building, on this basis, a management simulation model to analyze the “bottlenecks” that most significantly impact the assessment; and using probabilistic and theoretical methods of active risk management at the stage of considering alternative options for individual parts of the project. The methodological basis of the study includes the general provisions of applied probability theory, the theory of experimental design on simulation models, and the optimization of the design reliability indicator using mathematical programming tools. The result is a method for constructing an integral indicator of the design reliability of an automated control circuit for large water transport systems, aggregating the probabilities of heterogeneous technical vulnerabilities, information vulnerabilities at cloud interface points, and potential software errors.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>системы водного транспорта</kwd><kwd>математическое моделирование</kwd><kwd>методика</kwd><kwd>автоматизированные системы управления</kwd><kwd>надежность технической системы</kwd><kwd>распределение случайных величин</kwd><kwd>оптимизация</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>water transport systems</kwd><kwd>mathematical modeling</kwd><kwd>methodology</kwd><kwd>automated control systems</kwd><kwd>technical system reliability</kwd><kwd>random variable distribution</kwd><kwd>optimization</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Химмельблау Д. М. Прикладное нелинейное программирование / Д. М. Химмельблау. — М.: Мир, 1975. — 536 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Нimmelblauу D. М. Applied nonlinear programming. Moskow: Mir, 1975: 536.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гасников А. В. Современные численные методы оптимизации. Метод градиентного спуска / А. В. Гасников. — М.: МЦНМО, 2021. — 272 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gasnikov А. V. Modern Numerical Optimization Methods. Gradient Descent Method. М.: MCNMO, 2021: 272.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ястребов И. М. Управление рисками при разработке программного обеспечения в области защиты информации / И. М. Ястребов // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 6. — С. 1105–1114. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-6-1105-1114. — EDN ULIUUE.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yastrebov, I. M. “Risk management in software development in the field of information protection.” Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S. O. Makarova 15.6 (2023): 1105–1114. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-6-1105-1114.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дал У. Структурное программирование / У. Дал, Э. Дейкстра, К. Хоор. — М.: Мир, 1975. — 247 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dahl, O. -J., E. W. Dijkstra, and C.A.R. Hoare Structured Programming. Moscow: Mir, 1975: 247.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Голоскоков К. П. Моделирование транспортно-технологических процессов в автоматизированных системах / К. П. Голоскоков, Н. Б. Глебов, А. А. Астапкович // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 154–162. DOI: 10.21821/2309-5180-2024-16-1-154-162. — EDN NHWYWB.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Goloskokov, K. P., N. B. Glebov and A. A. Astapkovich. “Modeling of transportation and technological processes in automated systems.” Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S. O. Makarova 16.1 (2024): 154–162. DOI: 10.21821/2309-5180-2024-16-1-154-162.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Голоскоков К. П. Определение оптимального периода контроля вычислений в комплексах программ автоматизированных систем управления / К. П. Голоскоков, В. В. Коротков, А. А. Астапкович // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 5. — С. 885–892. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-5-885-892. — EDN DYDCRJ.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Goloskokov, K. P., V. V. Korotkov and A. A. Astapkovich. “Determination of the optimal period for computations control in complexes of automated control systems programs.” Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S. O. Makarova 15.5 (2023): 885–892. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-5-885-892.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Стрелавина О. Д. Повышение надежности программного обеспечения для распределенных систем управления / О. Д. Стрелавина, С. Н. Ефимов, В. А. Терсков, М. А. Лихарев // Сибирский аэрокосмический журнал. — 2021. — Т. 22. — № 3. — С. 459–467. DOI: 10.31772/2712-8970-2021-22-3-459-467. — EDN COQXMM.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Strelavina, O. D., S. N. Efimov, V. A. Terskov and M. A. Likharev. “Increasing software reliability of a distributed control systems.” Sibirskiy aerokosmicheskiy zhurnal 22.3 (2021): 459–467. DOI: 10.31772/2712-8970-2021-22-3-459-467.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Найханова Л. В. Расчет сложности программного продукта методом функциональных точек / Л. В. Найханова, С. В. Дамбаева, М. А. Пыкин // Научные исследования. — 2017. — Т. 1. — № 6(17). — С. 12–16. — EDN YPMQOX.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Naykhanova, L. V., S. V. Dambaeva and M. A. Pykin. “Raschet slozhnosti programmnogo produkta metodom funktsional’nykh tochek.” Nauchnye issledovaniya 1.6(17) (2017): 12–16.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гуз И. Д. Анализ эксплуатационной надежности оборудования систем хранения данных / И. Д. Гуз, В. А. Острейковский // Вестник кибернетики. — 2019. — № 3(35). — С. 35–42. DOI: 10.34822/1999-7604-2019-3-35-42. — EDN ZNASNT.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Guz, I. D. and V. A. Ostreykovskiy. “Operational reliability analysis of hardware of data storage systems.” Vestnik kibernetiki 3(35) (2019): 35–42. DOI: 10.34822/1999-7604-2019-3-35-42.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Звонарева А. А. Основные аспекты надежности программного обеспечения систем управления / А. А. Звонарева, А. О. Толоконский // Вестник Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ”. — 2021. — Т. 10. — № 5. — С. 429–435. DOI: 10.1134/S2304487X21050126. — EDN HZYDBT.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zvonareva, A. A. and A. O. Tolokonskiy. “Basic aspects of the reliability of control system software.” Vestnik Natsional’nogo issledovatel’skogo yadernogo universiteta MIFI 10.5 (2021): 429–435. DOI: 10.1134/S2304487X21050126.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Михалевич И. Ф. Концептуальные проблемы транспортной безопасности водных интеллектуальных транспортных систем / И. Ф. Михалевич // Надежность. — 2024. — Т. 24. — № 2. — С. 72–87. DOI: 10.21683/1729-2646-2024-24-2-72-87. — EDN CNEDVC.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mikhalevich, I. F. “Kontseptual’nye problemy transportnoy bezopasnosti vodnykh intellektual’nykh transportnykh sistem.” Dependability 24.2 (2024): 72–87. DOI: 10.21683/1729-2646-2024-24-2-72-87.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Нетес В. А. Типичные недостатки в публикациях по надежности / В. А. Нетес // Надежность. — 2025. — Т. 25. — № 1. — С. 40–45. DOI: 10.21683/1729-2646-2025-25-1-40-45. — EDN DVKYBN.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Netes, V. A. “Typical shortcomings in the dependability-related publications.” Dependability 25.1 (2025): 40–45. DOI: 10.21683/1729-2646-2025-25-1-40-45.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гладких Т. Д. Модель надежности автоматизированной системы управления технологическим процессом / Т. Д. Гладких // Современные наукоемкие технологии. — 2023. — № 2. — С. 30–35. DOI: 10.17513/snt.39520. — EDN LDBRSQ.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gladkikh, T. D. “The dependability model of the idustrial control system.” Sovremennye naukoemkie tekhnologii 2 (2023): 30–35. DOI: 10.17513/snt.39520.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
