Кіберфізичні системи
Спеціальність: Інформаційно-комунікаційні системи
Код дисципліни: 6.126.02.E.047
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Інформаційно-комунікаційних технологій
Лектор: Кайдан Микола Володимирович
Семестр: 6 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
загальні компетентності:
- ІНТ. Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми в області інформаційних систем та технологій, або в процесі навчання, що характеризуються комплексністю та невизначеністю умов, які потребують застосування теорій та методів інформаційних технологій.
фахові компетентності:
- ФКС1.1 Здатність застосовувати методи та засоби сучасних інформаційних технологій для проектування, розроблення та розгортання прикладних інформаційних систем в різних галузях;
- ФКС1.5 Здатність комплексно інтегрувати, програмувати сенсорні та мікро-/нано- компоненти, використовуючи їх інтерфейси, для побудови інформаційних систем моніторингу й управління різноманітними технічними об’єктами;
- ФКС1.6 Здатність розгортати, адмініструвати та супроводжувати інформаційні системи на основі мережних технологій та вміння розробляти технічну документацію.
Результати навчання: РН 1 (ПРН1.4. Застосовувати знання щодо технічних параметрів, конструктивних особливостей, призначення і правил експлуатації обладнання та компонентів інформаційно-комунікаційних систем для розв’язання технічних завдань зі спеціальності)
РН 2 (КОМ 1. Уміння спілкуватись, включаючи усну та письмову комунікацію українською та іноземною (англійською) мовами)
РН 3 (КОМ 2. Здатність до використання різноманітних методів сучасних інформаційних технологій для ефективного спілкування на професійному та соціальному рівнях)
РН 4 (АіВ1. Здатність адаптуватись до нових ситуацій та приймати відповідні рішення)
РН 5 (АіВ2. Здатність усвідомлювати необхідність навчання впродовж усього життя з метою поглиблення набутих та здобуття нових фахових знань)
РН 6 (АіВ3. Здатність відповідально ставитись до виконуваної роботи, самостійно приймати рішення, досягати поставленої мети з дотриманням вимог професійної етики)
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни
СК26. Технології машинного навчання та штучного інтелекту
Супутні і наступні навчальні дисципліни
ВБ1.6. Проектування інформаційних систем
Короткий зміст навчальної програми: Застосовувати знання щодо технічних параметрів, конструктивних особливостей, призначення і правил експлуатації обладнання та компонентів інформаційно-комунікаційних систем для розв’язання технічних завдань зі спеціальності. Уміння спілкуватись, включаючи усну та письмову комунікацію українською та іноземною (англійською) мовами. Здатність до використання різноманітних методів сучасних інформаційних технологій для ефективного спілкування на професійному та соціальному рівнях. Здатність адаптуватись до нових ситуацій та приймати відповідні рішення. Здатність усвідомлювати необхідність навчання впродовж усього життя з метою поглиблення набутих та здобуття нових фахових знань. Здатність відповідально ставитись до виконуваної роботи, самостійно приймати рішення, досягати поставленої мети з дотриманням вимог професійної етики.
Опис: Вступ. Короткий огляд розвитку індустрії 1-4.
Основне поняття кіберфізної системи.
ІНТЕРНЕТ РЕЧІ. Означення. Використання. Проблеми інтернет речі. Керована система. Різновидності пристроїв та сенсорів. Датчик . Актуатор. Контролер. Приклад топології інтернет речей. Системи управління з відкритим контуром. Система управління із замкнутим циклом PID контролер. Референтна модель світового форуму IOT.
КОМУНІКАЦІЯ ІНТЕРНЕТУ РЕЧЕЙ Спрощена архітектура IoT Підключення інтернету речей. Протоколи IoT
Мережі IBN. Модель IBN. Архітектура IBN. Трансляція Активація. Забезпечення
АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ. Функції АСУ Життєвий цикл автоматизованої системи Структурна схема АСУ Комп'ютеризована система SCADA Сегментація
ПРОТОКОЛИ ПРОМИСЛОВОЇ МЕРЕЖІ. Modbus DNP3 FIELDBUS Промисловий протокол ETHERNET. BACKEND IEC 61850 STANDARD
ПРИСТРОЇ ТА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ В КІБЕРФІЗИЧНИХ СИСТЕМАХ
Датчики Активатори PLC RTU IED HMI Диспетчерські робочі станції Data historian Бізнес-інформаційні консолі Пристрої Послідовного передавання даних Хронометраж Порти I/O Arduino Мікрокомп’ютер Raspberry Pi
SMART GRID (РОЗУМНА ЕНЕРГОСИСТЕМА)
Енергосистема що працює на вугіллі Передача і розповсюдження електроенергїї PMU Системи захисту та моніторингу лінії Архітектура розподілу SCADA /DMS Розумний лічильник Домашня система Мікроенергосистема Протоколи IEEE C37118
БЕЗПЕКА В КІБЕРФІЗИЧНИХ СИСТЕМАХ
ТИПИ ДАНИХ
Основні правила захисту. Мотиви і наслідки у промисловій мережі Цілі безпеки Критична інфраструктура Поширені методи атаки Атаки промислового прикладного рівня SIS Захист віддаленого доступу Боротьба при заражені Атака на Smart Grid Найкращі практики безпеки Використання безпечного Wi-Fi Встановлення зон в промисловій мережі Захист Smart Grid Конфіденційніть у кіберфізичних системах Розвинена стала загроза (APT) Інсайдерські загрози
БЛОКЧЕЙНИ. Визначення. Принцип роботи. Біткойн. Принцип функціонування. Майнінг. Консенсус. Проблема візантійських генералів. Анонімність. Відстеження і прозорість. Машстабованість Форки. Сайдчені. Lightning Network. Альткойни. Класифікація блокчейнів. Ethereum. Ripple. IOTA Tangle
ОСНОВИ БЕЗПІЛОТНИКІВ З ВИКОРИСТАННЯМ SLAM. Поняття. Три закони робототехніки. Класифікація автоматизації автомобілів Модель автономного керування. Компоненти автономної навігації. Сенсори. Загальна схема локалізації TinySLAM. Belief-функція Способи представлення карт. Фільтр Калмана. Фільтр частинок. Методи на основі графа. Проблеми
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ КІБЕРФІЗИЧНИХ СИСТЕМ.
Модель з дискретним часом. Модель з безперервним часом.
Методи та критерії оцінювання: Захист лабораторних робіт у вигляді опитування за оформленими звітами.
Екзаменаційний контроль письмова компонента (індивідуальні завдання - теоретичні питання та розв’язок задач), усна компонента (опитування за переліком питань, які підлягають вивченню і виносяться на семестровий контроль).
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль 40
Екзаменаційний контроль: письмова компонента 50; усна компонента 10
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100-88 балів - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення
1. Кіберфізичні системи. Методичні вказівки до лабораторних робіт для студентів спеціальності 126 Інформаційні системи та технології / Укл. М.В. Кайдан - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2021. - 206 с.
2. Кіберфізичні системи. Конспект / Укл. М.В. Кайдан - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2021. - 149 с.
Рекомендована література
Базова
1. Кіберфізичні системи: багаторівнева організація та проектування [Текст]: монографія – А.О. Мельник та інші. За редакцією професора А. О. Мельника. Львів: «Магнолія 2006», 2019. 238 с.
2. Ю.А. Скобцов, В.Ю. Скобцов. Логическое моделирование и тестирование цифровых устройств. – Донецк: ИПММ НАН Украины, ДонНТУ, 2005. – 436 с.
3. Бочкарьов О.Ю., Голембо В.А., Парамуд Я.С., Яцук В.О. Кіберфізичні системи: технології збору даних. За редакції професора Мельника А.О. Львів. Магнолія-2006. 2019. – 190 с.
4. Roland Siegwart; Illah Reza Nourbakhsh; Davide Scaramuzza Introduction to Autonomous Mobile Robots (Intelligent Robotics and Autonomous Agents series)
Допоміжна
1. Климаш М. М., Кайдан М.В., Андрущак В.С., Климаш Ю.В. Методи та моделі побудови енергоефективних фотонних транспортних мереж - Львів – 2018. - 212 c.
2. Мельник А.О. Інтеграція рівнів кіберфізичної системи / Вісник НУ «Львівська політехніка», Серія «Комп’ютерні системи та мережі», 2015, №830. – с. 61-67
Електронний навчально-методичний комплекс «Кіберфізичні системи» (https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=9394) для студентів Інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки 126 спеціальності «Інформаційні системи та технології». Укладач - д.т.н., доцент Кайдан Микола Володимирович, професор кафедри телекомунікації.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).