[go: up one dir, main page]

RU2800740C1 - System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system - Google Patents

System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system Download PDF

Info

Publication number
RU2800740C1
RU2800740C1 RU2022123995A RU2022123995A RU2800740C1 RU 2800740 C1 RU2800740 C1 RU 2800740C1 RU 2022123995 A RU2022123995 A RU 2022123995A RU 2022123995 A RU2022123995 A RU 2022123995A RU 2800740 C1 RU2800740 C1 RU 2800740C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parameters
anomaly
detector
cps
values
Prior art date
Application number
RU2022123995A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Борисович Лаврентьев
Артем Михайлович Воронцов
Артем Михайлович Нечипорук
Вячеслав Игоревич Шкулев
Александр Викторович Травов
Дмитрий Александрович Иванов
Николай Николаевич Демидов
Максим Александрович Мамаев
Original Assignee
Акционерное общество "Лаборатория Касперского"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Лаборатория Касперского" filed Critical Акционерное общество "Лаборатория Касперского"
Priority to US18/351,811 priority Critical patent/US20240086267A1/en
Application granted granted Critical
Priority to EP23188045.1A priority patent/EP4336294A1/en
Publication of RU2800740C1 publication Critical patent/RU2800740C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: cyber-physical systems.
SUBSTANCE: invention relates to a method and system for detecting anomalies in a cyber-physical system (CPS). In method a) the values of the CPS parameters are collected; b) at least two subsets of CPS parameters are formed from among the CPS parameters; c) at least two anomaly detectors are selected from the list of detectors and at least one generated subset of CPS parameters for each selected detector; d) each subset of CPS parameters is preprocessed before being passed to the corresponding detector, whereas each selected detector has its own set of preprocessing steps; e) at least one anomaly is detected by each selected detector in the data of the subset of CPS parameters corresponding to the detector; f) the combined anomaly in the FSC is identified by aggregating the results obtained from the selected detectors.
EFFECT: increasing the accuracy of detecting anomalies in the CPS by using a plurality of detectors of anomalies in the CPS followed by combining the results of all these detectors.
20 cl, 10 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области промышленной безопасности, а более конкретно к системам и способам выявления аномалий в киберфизической системе.The invention relates to the field of industrial security, and more specifically to systems and methods for detecting anomalies in a cyber-physical system.

Уровень техникиState of the art

Одной из актуальных проблем промышленной безопасности является проблема безопасного функционирования технологических процессов (ТП). К основным угрозам для ТП можно отнести износ и отказ оборудования и агрегатов, непреднамеренные ошибки или злонамеренные действия в операционном управлении, компьютерные атаки на системы управления и информационную систему (ИС) и другие.One of the urgent problems of industrial safety is the problem of the safe functioning of technological processes (TP). The main threats to TP include wear and tear of equipment and units, unintentional errors or malicious actions in operational management, computer attacks on control systems and information systems (IS), and others.

Для противодействия упомянутым угрозам традиционно используются системы безопасности киберфизических систем (КФС), к которым можно отнести системы противоаварийной защиты (ПАЗ), системы выявления аномалий на базе автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) и специально выстроенные «внешние» системы мониторинга того или иного оборудования и агрегатов, при этом такие «внешние» системы как правило не интегрированы с АСУ ТП. Следует отметить, что вышеуказанные «внешние» системы в силу тех или иных особенностей КФС и ТП, протекающих в них, могут быть развернуты далеко не всегда. Однако даже в случае, если такая установка возможна, ее развертывание проводится лишь на критически важных узлах и агрегатах предприятия по причине дороговизны и сложности в обслуживании таких систем.To counter the mentioned threats, security systems of cyber-physical systems (CPS) are traditionally used, which include emergency protection systems (EPS), anomaly detection systems based on an automated process control system (APCS) and specially built "external" systems for monitoring one or another equipment and units, while such "external" systems are usually not integrated with the automated process control system. It should be noted that the above "external" systems, due to certain features of the CPS and TP occurring in them, can not always be deployed. However, even if such an installation is possible, its deployment is carried out only on critical nodes and units of the enterprise due to the high cost and complexity of maintaining such systems.

В отличие от «внешних» систем, система ПАЗ, напротив, выстраивается при проектировании предприятия, затем интегрируется с системой АСУ ТП и служит для предотвращения развития заранее известных аварийных процессов. Очевидным достоинством системы ПАЗ является ее простота, ориентированность на производственные процессы конкретного предприятия и учет всех конструкционных и технологических решений, используемых на этом предприятии. К недостаткам системы ПАЗ можно отнести достаточную инертность принятия решений в системе и присутствие человеческого фактора в принятии таких решений. Кроме того, ПАЗ функционирует в предположении корректного функционировании контрольно-измерительных приборов (КИП). Обеспечить выполнение безотказного функционирования КИП в полном объеме на практике не представляется возможным, поскольку КИП периодически выходят из строя, имеют тенденцию к временным сбоям, а дублирование всех КИП крайне затратное и не всегда технически возможно.Unlike "external" systems, the ESD system, on the contrary, is built during the design of the enterprise, then integrated with the automated process control system and serves to prevent the development of previously known emergency processes. The obvious advantage of the PAZ system is its simplicity, focus on the production processes of a particular enterprise and taking into account all structural and technological solutions used at this enterprise. The disadvantages of the PAZ system include sufficient inertia in decision-making in the system and the presence of the human factor in making such decisions. In addition, the PAZ operates on the assumption that the control and measuring instruments (CIP) are functioning correctly. It is not possible in practice to ensure the failure-free operation of instrumentation in full, since instrumentation periodically fails, tends to temporary failures, and duplication of all instrumentation is extremely costly and not always technically possible.

Системы выявления аномалий на базе телеметрии АСУ ТП в силу полноты таких данных располагают возможностями одновременно наблюдать за всеми ТП предприятия, за взаимодействиями различных ТП предприятия между собой, что позволяет даже при наличии отказов КИП уверенно детектировать аномалии, представляющие собой отклонения в поведении объекта мониторинга - КФС или ИС. Богатство данных, представленных в АСУ ТП, позволяет проводить мониторинг несколькими моделями всего предприятия - как физических (химических или других) процессов предприятия, так и корректности работы всех систем контроля этих процессов, включая корректность действий операторов производства.Anomaly detection systems based on APCS telemetry, due to the completeness of such data, have the ability to simultaneously monitor all the TP of the enterprise, the interactions of various TP of the enterprise with each other, which allows even in the presence of instrumentation failures to confidently detect anomalies, which are deviations in the behavior of the monitored object - FSC or IS. The richness of the data presented in the APCS allows several models to monitor the entire enterprise - both the physical (chemical or other) processes of the enterprise, and the correct operation of all control systems for these processes, including the correctness of the actions of production operators.

Данные мониторинга включают:Monitoring data includes:

• телеметрию физических и химических процессов, например показания сенсоров, значения уставок, уровни управляющих воздействий;• telemetry of physical and chemical processes, such as sensor readings, setpoint values, levels of control actions;

• события в КФС или ИС (далее - события), например отдельные команды, действия персонала, срабатывания сигналов тревоги и другие изменения в состоянии объекта мониторинга.• events in the FSC or IS (hereinafter referred to as events), for example, individual commands, personnel actions, alarms and other changes in the state of the monitored object.

Для выявления аномалий в данных телеметрии могут применяться методы машинного обучения, с помощью которых могут быть построены высокоэффективные статистические модели корректной работы предприятия с огромным числом анализируемых параметров. Это позволяет находить даже незначительные отклонения в работе оборудования, причем уже на ранней стадии развития аномалии (см. патенты RU 2724716, RU 2724075, RU 2749252). Специальная архитектура и интерфейс таких систем позволяет им работать параллельно с системой АСУ ТП, не используя ее ресурсы, находить аномалии (англ. fault detection - обнаружение неисправности), отображать и локализовать (англ. fault isolation - локализация отказов) найденные аномалии, а также информировать операторов производства о найденных аномалиях с указанием тех или иных технологических параметров, по которым данная аномалия была определена.To detect anomalies in telemetry data, machine learning methods can be used, with the help of which highly effective statistical models of the correct operation of an enterprise can be built with a huge number of analyzed parameters. This allows you to find even minor deviations in the operation of the equipment, and already at an early stage of anomaly development (see patents RU 2724716, RU 2724075, RU 2749252). The special architecture and interface of such systems allows them to work in parallel with the APCS system without using its resources, find anomalies (fault detection), display and localize (fault isolation) found anomalies, and also inform production operators about the anomalies found, indicating those or other technological parameters by which this anomaly was determined.

Разнообразие методов выявления аномалий позволяет охватить весь спектр отклонений в ТП, однако, использование одного и того же или пересекающегося набора данных несколькими моделями определения аномалий одновременно приводит к необходимости объединения информации о найденных аномалий (англ. data fusion - слияние данных) для предоставления операторам производства уже всесторонней итоговой информации о наличии аномалии и ее характеристиках. Ярким примером такого подхода является внутритрубная диагностика магистральных трубопроводов методами неразрушающего контроля. Комбинированный внутритрубный дефектоскоп, как правило, состоит из нескольких отдельных диагностических модулей включающих ультразвуковой (УЗ) толщиномер WM, модуль(и) магнитного контроля MFL, УЗ детектор параллельных трещин и трещин сварных швов CD и другие. Прогон комбинированного дефектоскопа по промышленному нефтепроводу или продуктопроводу осуществляется путем последовательного соединения всех его составляющих в единый снаряд с последующим его движением в потоке продукта перекачки. Таким образом, вся диагностируемая трубопроводная система будет равномерно покрыта данными нескольких типов контроля, которые далее направляются в модули автоматического определения технологических параметров трубопровода и дефектов его стенки. Модули определения (детекторы) вышеуказанных дефектов (являющихся аномалиями) различаются в зависимости от физических принципов контроля так, что в результате каждый из модулей выдает свой собственный набор дефектов и их характеристик. Совершенно очевидно, что некоторые из типов дефектов будут наблюдаться и найдены несколькими из рассматриваемых модулей. Поэтому вполне естественно встает задача об объединении информации от разных модулей в понятие единого дефекта (комбинированной аномалии). Кроме того, в результате такого объединения представляется возможным произвести пересчет и уточнение важнейших характеристик дефекта, таких как его тип и размеры, что было бы невозможно в случае наличия только одного типа контроля.A variety of anomaly detection methods makes it possible to cover the entire range of deviations in the technological process, however, the use of the same or overlapping data set by several anomaly detection models at the same time leads to the need to combine information about the found anomalies (data fusion - data fusion) to provide production operators with already comprehensive summary information about the presence of an anomaly and its characteristics. A striking example of this approach is in-line diagnostics of main pipelines using non-destructive testing methods. A combined in-line flaw detector, as a rule, consists of several separate diagnostic modules, including an ultrasonic (US) thickness gauge WM, a magnetic inspection module (s) MFL, an ultrasonic detector of parallel cracks and cracks in welds CD and others. The combined flaw detector is run through an industrial oil pipeline or a product pipeline by connecting all its components in series into a single projectile, followed by its movement in the flow of the pumping product. Thus, the entire diagnosable pipeline system will be evenly covered with data of several types of control, which are then sent to the modules for automatically determining the technological parameters of the pipeline and defects in its wall. The modules for determining (detectors) of the above defects (which are anomalies) differ depending on the physical principles of control, so that as a result, each of the modules produces its own set of defects and their characteristics. It is quite obvious that some of the types of defects will be observed and found by several of the considered modules. Therefore, the task of combining information from different modules into the concept of a single defect (combined anomaly) naturally arises. In addition, as a result of such a combination, it seems possible to recalculate and refine the most important characteristics of a defect, such as its type and size, which would be impossible if there was only one type of control.

Итак, возникает техническая проблема, заключающаяся в создании системы выявления аномалий в киберфизической системе, оперирующей несколькими модулями выявления аномалий с последующим объединением (ансамблированием) полученной информации от каждого из модулей в понятие комбинированной аномалии в КФС.So, a technical problem arises, which consists in creating an anomaly detection system in a cyber-physical system that operates with several anomaly detection modules, followed by combining (ensembling) the information received from each of the modules into the concept of a combined anomaly in the CPS.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Первый технический результат заключается в масштабировании системы выявления аномалий в КФС за счет использования множества детекторов аномалий в КФС и ансамблирования результатов применения указанных детекторов для выявления аномалий в КФС.The first technical result consists in scaling the system for detecting anomalies in the CPS by using a plurality of anomaly detectors in the CPS and integrating the results of using these detectors to detect anomalies in the CPS.

Второй технический результат заключается в повышении точности выявления аномалий в КФС за счет использования множества детекторов аномалий в КФС с последующим объединением результатов всех указанных детекторов.The second technical result is to increase the accuracy of anomaly detection in the FSC by using a plurality of anomaly detectors in the FSC with subsequent merging of the results of all these detectors.

Согласно варианту реализации используется реализуемый компьютером способ выявления аномалий в киберфизической системе (КФС), в котором: собирают значения параметров КФС; формируют по меньшей мере два подмножества параметров КФС из числа параметров КФС; выбирают по меньшей мере два детектора аномалий из перечня детекторов и по меньшей мере одно сформированное подмножество параметров КФС для каждого выбранного детектора; осуществляют предобработку каждого подмножества параметров КФС перед передачей соответствующему детектору; выявляют по меньшей мере одну аномалию каждым выбранным детектором в данных соответствующего детектору подмножества параметров КФС; выявляют комбинированную аномалию в КФС путем ансамблирования результатов, полученных от выбранных детекторов.According to an implementation variant, a computer-implemented method for detecting anomalies in a cyber-physical system (CPS) is used, in which: CPS parameter values are collected; at least two subsets of QPS parameters are formed from among the QPS parameters; select at least two anomaly detectors from the list of detectors and at least one generated subset of FSC parameters for each selected detector; carry out pre-processing of each subset of the CPS parameters before transmission to the corresponding detector; at least one anomaly is detected by each selected detector in the data of the subset of QPS parameters corresponding to the detector; the combined anomaly in the FSC is detected by ensembling the results obtained from the selected detectors.

В одном из частных вариантов реализации осуществляют постобработку выявленных аномалий от каждого выбранного детектора, причем осуществляют ансамблирование результатов, прошедших постобработку.In one of the particular implementation options, post-processing of the identified anomalies from each selected detector is carried out, and the results that have undergone post-processing are ensembled.

В другом частном варианте реализации при выборе детектора и соответствующего ему подмножества параметров КФС учитывают по меньшей мере одно из следующего: характеристики КФС; перечень параметров КФС и их значения из подмножества параметров КФС; тип и объем данных.In another particular implementation, when choosing a detector and its corresponding subset of QPS parameters, at least one of the following is taken into account: QPS characteristics; list of CPS parameters and their values from a subset of CPS parameters; type and amount of data.

В еще одном частном варианте реализации при выборе детектора и соответствующего ему подмножества параметров КФС учитывают по меньшей мере одну из следующих характеристик, связанных с детектором: метрику качества; результаты анализа ROC-кривой; время выполнения; объем используемых компьютером ресурсов.In another particular implementation, when choosing a detector and its corresponding subset of FSC parameters, at least one of the following characteristics associated with the detector is taken into account: a quality metric; results of ROC-curve analysis; lead time; the amount of resources used by the computer.

В одном из частных вариантов реализации предобработка подмножества параметров КФС включает по меньшей мере один из следующих этапов: буферизацию данных с временным буфером длины Δt; фильтрацию невалидных данных либо данных, пришедших с опозданием большим чем Δt; переупорядочение на основе моментов времени получения значений параметров КФС; заполнение пробелов в значения параметров КФС; интерполяцию на равномерную сетку; нормализацию значений параметров КФС; переупаковку значений параметров КФС для обработки детектором.In one of the private implementation options, the preprocessing of a subset of QPS parameters includes at least one of the following steps: data buffering with a temporary buffer of length Δt; filtering of invalid data or data that arrived with a delay greater than Δt; reordering based on the time points of obtaining the values of the CPS parameters; filling gaps in the values of CFS parameters; interpolation on a uniform grid; normalization of CPS parameters values; repacking the values of the FSC parameters for processing by the detector.

В другом частном варианте реализации детекторы из перечня детекторов реализуют по меньшей мере один из следующих способов выявления аномалий: способ, согласно которому выявляют аномалию в случае превышения общей ошибкой прогноза порогового значения, при этом предварительно выполняют прогнозирование значений параметров КФС и последующее определение общей ошибки прогноза для параметров КФС; способ, согласно которому выявляют аномалию путем применения модели машинного обучения по значениям параметров КФС; способ, согласно которому выявляют аномалию при выполнении правила выявления аномалий; способ, согласно которому выявляют аномалию на основании сравнения полученных значений параметров КФС с предельными значениями установленных диапазонов значений для параметров КФС.In another particular embodiment, the detectors from the list of detectors implement at least one of the following anomaly detection methods: a method according to which an anomaly is detected if the total prediction error exceeds a threshold value, while pre-predicting the values of the FSC parameters and then determining the total prediction error for FSC parameters; a method according to which an anomaly is detected by applying a machine learning model based on the values of the QPS parameters; a method according to which an anomaly is detected when the anomaly detection rule is executed; a method according to which an anomaly is detected based on a comparison of the obtained values of the FSC parameters with the limit values of the established ranges of values for the FSC parameters.

В еще одном частном варианте реализации параметры КФС принимают по меньшей мере одно из следующих значений: измерение датчика; значение управляемого параметра исполнительного механизма; уставку исполнительного механизма; значение по меньшей мере одного входного сигнала пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора (ПИД-регулятора); значение выходного сигнала ПИД-регулятора.In another particular embodiment, the FSC parameters take at least one of the following values: sensor measurement; the value of the controlled parameter of the actuator; setting of the actuator; the value of at least one input signal proportional-integral-derivative controller (PID controller); PID controller output value.

В одном из частных вариантов реализации значения параметров КФС собирают одновременно от всего КФС с указанием параметров КФС или от отдельных частей КФС в виде нескольких отдельных потоков значений параметров КФС с указанием параметров КФС, содержащихся в каждом потоке.In one of the particular implementation options, the values of the CPS parameters are collected simultaneously from the entire CPS with an indication of the CPS parameters or from individual parts of the CPS in the form of several separate streams of CPS parameter values with an indication of the CPS parameters contained in each stream.

В другом частном варианте реализации проводят ансамблирование результатов, полученных от выбранных детекторов по меньшей мере одним из следующих способов: путем комбинирования областей локализации аномалий от отдельных детекторов с целью локализации общих аномалий, причем упомянутые области определяют аномалии в пространстве и/или времени; путем анализа вклада того или иного детектора в комбинированную аномалию; путем расчета заранее определенных характеристик комбинированной аномалии, используя характеристики аномалий, полученные от каждого из детекторов, и информации об его вкладе.In another particular embodiment, the results obtained from the selected detectors are ensembled in at least one of the following ways: by combining anomaly localization regions from individual detectors in order to localize common anomalies, said regions defining anomalies in space and/or time; by analyzing the contribution of one or another detector to the combined anomaly; by calculating predetermined characteristics of the combined anomaly using the characteristics of the anomalies obtained from each of the detectors and information about its contribution.

В еще одном частном варианте реализации для комбинирования областей или времен аномалий от отдельных детекторов используют по меньшей мере одно следующее условие: если пространственное или временное пересечение вышеуказанных областей превышает определенный процент от объединенной области; если центры соответствующих областей лежат в определенном пространственном или временном диапазоне; если специально предобученная нейронная сеть помечает данные области, как относящиеся к одной комбинированной аномалии.In another particular embodiment, at least one of the following conditions is used to combine areas or times of anomalies from individual detectors: if the spatial or temporal intersection of the above areas exceeds a certain percentage of the combined area; if the centers of the respective regions lie in a certain spatial or temporal range; if a specially trained neural network marks these areas as belonging to one combined anomaly.

В одном из частных вариантов реализации анализируют вклад того или иного детектора в аномалию путем задания вектора признаков, соответствующего общему числу детекторов, и последующего выполнения по меньшей мере одного из следующих действий: вклад детектора в аномалию приравнивают числу, рассчитанному по вкладу пространственной или временной области аномалии, полученной этим детектором, в комбинированную аномалию; определяют вклад по степени близости к центру этой комбинированной аномалии; определяют вклад путем применения предобученной нейронной сети, оценивающей такой вклад; при отсутствии в образовании комбинированной аномалии того или иного детектора, его вклад устанавливают равным нулю; при наличии информации о степени достоверности или критичности того или иного детектора для технологического процесса (ТП) в КФС, в котором упомянутый детектор выявляет аномалию, вклад этого детектора изменяют.In one of the particular implementation options, the contribution of one or another detector to the anomaly is analyzed by setting a feature vector corresponding to the total number of detectors, and then performing at least one of the following actions: the detector contribution to the anomaly is equated to a number calculated from the contribution of the spatial or temporal region of the anomaly obtained by this detector into a combined anomaly; determine the contribution by the degree of proximity to the center of this combined anomaly; determine the contribution by applying a pre-trained neural network that evaluates such a contribution; in the absence of one or another detector in the formation of the combined anomaly, its contribution is set equal to zero; if there is information about the degree of reliability or criticality of a particular detector for a technological process (TP) in the FSC, in which the said detector detects an anomaly, the contribution of this detector is changed.

В другом частном варианте после выявления по меньшей мере одной аномалии каждым выбранным детектором, дополнительно выполняют постобработку выходных данных, в частности, рассчитывают расширенный набор характеристик аномалии, включающий оценку опасности аномалий, типизацию и определение размеров таких аномалий, нормализацию и унификацию выходной информации об аномалиях, причем выявляют комбинированную аномалию в КФС путем ансамблирования результатов, полученных от выбранных детекторов и прошедших упомянутую постобработку.In another particular embodiment, after at least one anomaly is detected by each selected detector, the output data is additionally post-processed, in particular, an extended set of anomaly characteristics is calculated, including an anomaly risk assessment, typing and sizing of such anomalies, normalization and unification of output information about anomalies, moreover, the combined anomaly in the FSC is detected by ensembling the results obtained from the selected detectors and passed the mentioned post-processing.

В еще одном частном варианте реализации при невозможности расчета характеристики аномалии в детекторе, устанавливают заранее выбранное значение для указанной характеристики аномалии.In yet another particular embodiment, if it is impossible to calculate the anomaly characteristic in the detector, a preselected value is set for said anomaly characteristic.

В одном из частных вариантов реализации рассчитывают по меньшей мере одну из следующих характеристик аномалии, связанных с выявившем её детектором: класс опасности аномалии, выявленной детектором, ее тип и размеры; вероятности определения аномалии детектором; величины отклонений прогнозных значений параметров КФС от их истинных значений или значений по умолчанию, величины указанных отклонений от уставок, среднеквадратичные величины меры отклонений отдельных или всех параметров КФС, используемых в детекторе; максимальные или средние величины отклонений наблюдаемых значений параметров КФС от определенных заранее заданных пределов, длительности во времени и частоты указанных отклонений; производительность детектора при выявлении аномалии.In one of the private implementation options, at least one of the following characteristics of the anomaly associated with the detector that detected it is calculated: the hazard class of the anomaly detected by the detector, its type and size; the probability of detecting an anomaly by the detector; values of deviations of the predicted values of the CPS parameters from their true values or default values, the values of the specified deviations from the settings, the root-mean-square values of the measure of deviations of individual or all CPS parameters used in the detector; maximum or average deviations of the observed values of the CPS parameters from certain predetermined limits, the duration in time and the frequency of these deviations; detector performance in detecting an anomaly.

В другом частном варианте реализации для подмножества параметров КФС выбирают тот детектор, который обеспечивает нужную точность и полноту определения аномалий данным детектором по данному подмножеству параметров КФС, или заданную производительность детектора на этом подмножестве параметров КФС, или в соответствии с экспертными знаниями о подмножестве параметров КФС.In another particular embodiment, for a subset of QPS parameters, the detector is selected that provides the required accuracy and completeness of anomaly detection by this detector for a given subset of QPS parameters, or the specified detector performance on this subset of QPS parameters, or in accordance with expert knowledge about the subset of QPS parameters.

В еще одном частном варианте реализации подмножества параметров КФС выбирают с учетом по меньшей мере одной из следующих характеристик подмножества КФС: значимости параметров КФС для ТП; принадлежности параметров КФС к тому или иному типу оборудования; принадлежности к одному ТП; однотипности физических параметров КФС в подмножестве.In yet another particular implementation of the subset of QPS parameters is selected based on at least one of the following characteristics of the QPS subset: the significance of the QPS parameters for the TP; FSC parameters belong to one or another type of equipment; belonging to one TP; uniformity of CPS physical parameters in a subset.

Согласно варианту реализации используется система выявления аномалий в киберфизической системе (КФС), содержащая: средство сбора данных, предназначенное для сбора значений параметров КФС; средство формирования, предназначенное для: формирования по меньшей мере двух подмножеств параметров КФС из числа параметров КФС; выбора по меньшей мере двух детекторов из перечня детекторов и по меньшей мере одного сформированного подмножества параметров КФС для каждого выбранного детектора; по меньшей мере один блок предобработки, предназначенный для обработки каждого подмножества параметров КФС перед передачей соответствующему детектору, причем каждому детектору соответствует свой набор блоков предобработки; упомянутые по меньшей мере два детектора, предназначенные для выявления по меньшей мере одной аномалии в данных соответствующего детектору подмножества параметров КФС; средство ансамблирования, предназначенное для выявления комбинированной аномалии в КФС путем ансамблирования результатов, полученных от выбранных детекторов.According to an implementation variant, a system for detecting anomalies in a cyber-physical system (CPS) is used, which contains: a data collection tool designed to collect CPS parameter values; generating means for: generating at least two subsets of QPS parameters from among the QPS parameters; selecting at least two detectors from the list of detectors and at least one generated subset of FSC parameters for each selected detector; at least one preprocessing block for processing each subset of QPS parameters before transmission to the corresponding detector, each detector having its own set of preprocessing blocks; said at least two detectors for detecting at least one anomaly in the data of the subset of QPS parameters corresponding to the detector; an ensembling tool designed to detect a combined anomaly in the FSC by ensembling the results obtained from the selected detectors.

В одном из частных вариантов реализации блоки предобработки выполняют по меньшей мере один из следующих этапов: буферизацию данных с временным буфером длины Δt; фильтрацию невалидных данных либо данных, пришедших с опозданием большим чем Δt; переупорядочение на основе моментов времени получения значений параметров КФС; заполнение пробелов в значения параметров КФС; интерполяцию на равномерную сетку; нормализацию значений параметров КФС; переупаковку значений параметров КФС для обработки детектором.In one particular implementation, the preprocessing blocks perform at least one of the following steps: data buffering with a temporary buffer of length Δt; filtering of invalid data or data that arrived with a delay greater than Δt; reordering based on the time points of obtaining the values of the CPS parameters; filling gaps in the values of CFS parameters; interpolation on a uniform grid; normalization of CPS parameters values; repacking the values of the FSC parameters for processing by the detector.

В другом частном варианте реализации используется система, дополнительно содержащая по меньшей мере один блок постобработки, предназначенный для обработки выходных данных соответствующего ему детектора перед передачей средству ансамблирования, причем каждому детектору соответствует свой набор блоков постобработки.In another particular implementation, a system is used, further comprising at least one post-processing unit designed to process the output of its corresponding detector before passing it to the ensembler, each detector having its own set of post-processing units.

В еще одном частном варианте реализации блоки постобработки выполняют по меньшей мере один из следующих этапов: оценку опасности аномалий; типизацию и определение размеров таких аномалий; нормализацию и унификацию выходной информации об аномалиях.In yet another particular implementation, the post-processing blocks perform at least one of the following steps: an anomaly risk assessment; typing and sizing of such anomalies; normalization and unification of output information about anomalies.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидными из прочтения последующего описания осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Additional objects, features and advantages of the present invention will become apparent from reading the following description of an embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:

На Фиг. 1а изображен пример технологической системы.On FIG. 1a shows an example of a technological system.

На Фиг. 1б изображен частный пример имплементации технологической системы.On FIG. 1b shows a particular example of the implementation of a technological system.

На Фиг. 1в представлен возможный вариант организации интернета вещей на примере носимых устройств.On FIG. 1c presents a possible variant of the organization of the Internet of Things using the example of wearable devices.

На Фиг. 1г представлен возможный набор датчиков устройств.On FIG. 1d shows a possible set of device sensors.

На Фиг. 2 представлен пример КФС, обладающей определенными характеристиками, а также системы выявления аномалий в КФС.On FIG. Figure 2 shows an example of a CPS with certain characteristics, as well as a system for detecting anomalies in the CPS.

На Фиг. 3 представлены примеры средств выявления аномалий.On FIG. 3 shows examples of anomaly detection tools.

На Фиг. 4 представлена система выявления аномалий в КФС.On FIG. 4 shows the system for detecting anomalies in the FSC.

На Фиг. 5 представлен пример конвейера обработки данных.On FIG. 5 shows an example of a data processing pipeline.

На Фиг. 6 представлен способ выявления аномалий в КФС.On FIG. 6 shows a method for detecting anomalies in the FSC.

Фиг. 7 представляет пример компьютерной системы общего назначения, с помощью которой может быть реализовано настоящее изобретение. Fig. 7 is an example of a general purpose computer system with which the present invention may be implemented.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Объекты и признаки настоящего изобретения, способы для достижения этих объектов и признаков станут очевидными посредством отсылки к примерным вариантам осуществления. Однако настоящее изобретение не ограничивается примерными вариантами осуществления, раскрытыми ниже, оно может воплощаться в различных видах. Приведенное описание предназначено для помощи специалисту в области техники для исчерпывающего понимания изобретения, которое определяется только в объеме приложенной формулы.The objects and features of the present invention, methods for achieving these objects and features will become apparent by reference to exemplary embodiments. However, the present invention is not limited to the exemplary embodiments disclosed below, but may be embodied in various forms. The foregoing description is intended to assist a person skilled in the art in a thorough understanding of the invention, which is defined only within the scope of the appended claims.

Объекты и признаки настоящего изобретения, способы для достижения этих объектов и признаков станут очевидными посредством отсылки к примерным вариантам осуществления. Однако настоящее изобретение не ограничивается примерными вариантами осуществления, раскрытыми ниже, оно может воплощаться в различных видах. Приведенное описание предназначено для помощи специалисту в области техники для исчерпывающего понимания изобретения, которое определяется только в объеме приложенной формулы.The objects and features of the present invention, methods for achieving these objects and features will become apparent by reference to exemplary embodiments. However, the present invention is not limited to the exemplary embodiments disclosed below, but may be embodied in various forms. The foregoing description is intended to assist a person skilled in the art in a thorough understanding of the invention, which is defined only within the scope of the appended claims.

ГлоссарийGlossary

Объект управления - технологический объект, на который направляются внешние воздействия (управляющие и/или возмущающие) с целью изменения его состояния, в частном случае такими объектами являются устройство (например, электродвигатель) или технологический процесс (или его часть).A control object is a technological object to which external influences (control and / or disturbing) are directed in order to change its state, in a particular case, such objects are a device (for example, an electric motor) or a technological process (or part of it).

Технологический процесс (ТП) - процесс материального производства, заключающийся в последовательной смене состояний материальной сущности (предмета труда).Technological process (TP) - the process of material production, which consists in a sequential change in the states of a material entity (object of labor).

Контур управления (англ. control loop) - состоит из материальных сущностей и управляющих функций, необходимых для автоматизированной регулировки значений измеренных технологических параметров к значениям желаемых уставок. Контур управления содержит датчики и сенсоры, контроллеры и исполнительные механизмы.Control loop (eng. control loop) - consists of material entities and control functions necessary for automated adjustment of the values of the measured process parameters to the values of the desired settings. The control loop contains sensors and sensors, controllers and actuators.

Технологический параметр (англ. Process Variable, PV) - текущее измеренное значение определенной части ТП, который наблюдается или контролируется. Технологическим параметром может быть, например, измерение датчика.Process Variable (PV) - the current measured value of a certain part of the TP, which is observed or controlled. The process variable can be, for example, a sensor measurement.

Уставка (англ. setpoint) - поддерживаемое значение технологического параметра.Setpoint - the supported value of the technological parameter.

Управляемый параметр (англ. Manipulated Variable, MV) - параметр, который регулируется для того, чтобы значение технологического параметра поддерживалось на уровне уставки.Manipulated Variable (MV) is a variable that is adjusted to keep the process variable at the setpoint.

Внешнее воздействие - способ изменения состояния элемента, на которое направлено воздействие (например, элемента технологической системы (ТС)) в определенном направлении, воздействие от элемента ТС к другому элементу ТС передается в виде сигнала.External influence is a method of changing the state of the element to which the influence is directed (for example, an element of a technological system (TS)) in a certain direction, the impact from the element of the TS to another element of the TS is transmitted in the form of a signal.

Состояние объекта управления - совокупность его существенных свойств, выраженных параметрами состояний, изменяемых или удерживаемых под влиянием внешних воздействий, в том числе и управляющих воздействий со стороны подсистемы управления. Параметр состояния - одно или несколько числовых значений, характеризующих существенное свойство объекта, в частном случае параметр состояния является числовым значением физической величины.The state of the control object is a set of its essential properties, expressed by the parameters of the states, changed or maintained under the influence of external influences, including control actions from the control subsystem. State parameter - one or more numerical values characterizing the essential property of the object, in a particular case, the state parameter is a numerical value of a physical quantity.

Формальное состояние объекта управления - состояние объекта управления, соответствующее технологической карте и другой технологической документации (если речь идет о ТП) или расписанию движения (если речь идет об устройстве).The formal state of the control object is the state of the control object corresponding to the technological map and other technological documentation (if we are talking about TP) or the timetable (if we are talking about a device).

Управляющее воздействие - целенаправленное (цель воздействия - воздействие на состояние объекта) легитимное (предусмотренное ТП) внешнее воздействие со стороны субъектов управления подсистемы управления на объект управления, приводящее к изменению состояния объекта управления или удержанию состояния объекта управления.The control action is a purposeful (the purpose of the action is the impact on the state of the object) legitimate (provided by TP) external influence from the control subjects of the control subsystem on the control object, leading to a change in the state of the control object or maintaining the state of the control object.

Субъект управления - устройство, которое направляет управляющее воздействие на объект управления или передает управляющее воздействие другому субъекту управления для преобразования перед непосредственным направлением на объект.The subject of control is a device that directs the control action to the control object or transfers the control action to another control subject for transformation before directly sending it to the object.

Состояние субъекта управления - совокупность его существенных свойств, выраженных параметрами состояний, изменяемых или удерживаемых под влиянием внешних воздействий. Параметр состояния - одно или несколько числовых значений, характеризующих существенное свойство субъекта, в частном случае параметр состояния является числовым значением физической величины.The state of the subject of control is a set of its essential properties, expressed by the parameters of the states, changed or maintained under the influence of external influences. State parameter - one or more numerical values characterizing the essential property of the subject, in a particular case, the state parameter is a numerical value of a physical quantity.

Существенными свойствами (соответственно и существенными параметрами состояния) субъекта управления являются свойства, оказывающие непосредственное влияние на состояние объекта управления. При этом существенными свойствами объекта управления являются свойства, оказывающие непосредственное влияние на контролируемые факторы (точность, безопасность, эффективность) функционирования ТС. Например, соответствие режимов резания формально заданным режимам, движение поезда в соответствии с расписанием, удержание температуры реактора в допустимых границах. В зависимости от контролируемых факторов выбираются параметры состояния объекта управления и соответственно связанные с ними параметры состояний субъектов управления, оказывающие управляющее воздействие на объект управления.The essential properties (respectively, the essential parameters of the state) of the subject of control are the properties that have a direct impact on the state of the control object. At the same time, the essential properties of the control object are properties that have a direct impact on the controlled factors (accuracy, safety, efficiency) of the TS operation. For example, the correspondence of cutting modes to formally specified modes, the movement of the train in accordance with the schedule, keeping the reactor temperature within acceptable limits. Depending on the controlled factors, the parameters of the state of the control object and, accordingly, the parameters of the states of the control subjects associated with them, which have a control effect on the control object, are selected.

Многоуровневая подсистема управления - включающая несколько уровней совокупность субъектов управления.A multi-level control subsystem - a set of control subjects that includes several levels.

Информационная система (англ. information system) - совокупность вычислительных устройств и используемых для их связи коммуникаций,Information system (English information system) - a set of computing devices and communications used for their communication,

Киберфизическая система (англ. cyber-physical system) - информационно-технологическая концепция, подразумевающая интеграцию вычислительных ресурсов в физические процессы. В такой системе датчики, оборудование и информационные системы соединены на протяжении всей цепочки создания стоимости, выходящей за рамки одного предприятия или бизнеса. Эти системы взаимодействуют друг с другом с помощью стандартных интернет-протоколов для прогнозирования, самонастройки и адаптации к изменениям. Примерами киберфизической системы является технологическая система, интернет вещей (в том числе носимые устройства), промышленный интернет вещей.A cyber-physical system is an information technology concept that implies the integration of computing resources into physical processes. In such a system, sensors, equipment and information systems are connected throughout the entire value chain that goes beyond a single enterprise or business. These systems communicate with each other using standard internet protocols to predict, self-adjust and adapt to change. Examples of a cyber-physical system are a technological system, the Internet of Things (including wearable devices), and the industrial Internet of Things.

Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) - вычислительная сеть физических предметов («вещей»), оснащённых встроенными сетевыми технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой. Интернет вещей включает такие технологии, как носимые устройства, электронные системы транспортных средств, умные автомобили, умные города, промышленные системы и пр.The Internet of Things (Internet of Things, IoT) is a computing network of physical objects (“things”) equipped with built-in network technologies for interacting with each other or with the external environment. The Internet of Things includes technologies such as wearable devices, vehicle electronic systems, smart cars, smart cities, industrial systems, etc.

Промышленный Интернет вещей (англ. Industrial Internet of Things, IIoT) - состоит из подключенного к Интернету оборудования и платформ расширенной аналитики, которые выполняют обработку данных, получаемых от подключенных устройств. Устройства IIoT могут быть самыми разными - от небольших датчиков погоды до сложных промышленных роботов. Несмотря на то, что слово «промышленный» вызывает такие ассоциации, как склады, судоверфи и производственные цеха, технологии IIoT имеют большой потенциал использования в самых различных отраслях, включая сельское хозяйство, здравоохранение, финансовые услуги, розничную торговлю и рекламу. Промышленный Интернет вещей является подкатегорией Интернета вещей1 (1https://www.hpe.com/ru/ru/what-is/industrial-iot.html).Industrial Internet of Things (IIoT) - consists of Internet-connected equipment and advanced analytics platforms that process data received from connected devices. IIoT devices can range from small weather sensors to complex industrial robots. While the word “industrial” is associated with warehouses, shipyards, and manufacturing plants, IIoT technologies have great potential for use in a wide variety of industries, including agriculture, healthcare, financial services, retail, and advertising. Industrial Internet of Things is a subcategory of Internet of Things 1 ( 1 https://www.hpe.com/en/en/what-is/industrial-iot.html).

Объект - объект мониторинга, в частности ИС или КФС.Object - the object of monitoring, in particular IS or FSC.

Технологическая система (ТС) - функционально взаимосвязанная совокупность субъектов управления многоуровневой подсистемы управления и объекта управления (ТП или устройство), реализующая через изменение состояний субъектов управления изменение состояния объекта управления. Структуру технологической системы образуют основные элементы технологической системы (взаимосвязанные субъекты управления многоуровневой подсистемы управления и объект управления), а также связи между этими элементами. В том случае, когда объектом управления в технологической системе является технологический процесс, конечной целью управления является изменение состояния предмета труда (сырья, заготовки и т.д.) через изменение состояния объекта управления. В том случае, когда объектом управления в технологической системе является устройство, конечной целью управления является изменение состояния устройства (транспортное средство, космический объект и т.д.). Функциональная взаимосвязь элементов ТС подразумевает взаимосвязь состояний этих элементов. При этом непосредственной физической связи между элементами может и не быть, в частности, физическая связь между исполнительными механизмами и технологической операцией отсутствует. К примеру, скорость резания функционально связана с частотой вращения шпинделя несмотря на то, что физически эти параметры состояний не связаны.Technological system (TS) is a functionally interconnected set of control subjects of a multilevel control subsystem and a control object (TP or device), which implements a change in the state of the control object through a change in the states of control subjects. The structure of the technological system is formed by the main elements of the technological system (interrelated control subjects of the multilevel control subsystem and the control object), as well as the links between these elements. In the case when the control object in the technological system is a technological process, the ultimate goal of control is to change the state of the object of labor (raw materials, blanks, etc.) through a change in the state of the control object. In the case when the object of control in the technological system is a device, the ultimate goal of control is to change the state of the device (vehicle, space object, etc.). The functional relationship of the elements of the TS implies the relationship of the states of these elements. In this case, there may not be a direct physical connection between the elements, in particular, there is no physical connection between the actuators and the technological operation. For example, the cutting speed is functionally related to the spindle speed, despite the fact that these state parameters are not physically related.

Компьютерная атака (также кибератака, от англ. cyber attack) - целенаправленное воздействие на информационные системы и информационно-телекоммуникационные сети программно-техническими средствами, осуществляемое в целях нарушения безопасности информации в этих системах и сетях (см. «Основные направления государственной политики в области обеспечения безопасности автоматизированных систем управления производственными и технологическими процессами критически важных объектов инфраструктуры Российской Федерации» (утв. Президентом РФ 03.02.2012 N 803).A computer attack (also a cyberattack, from the English cyber attack) is a targeted impact on information systems and information and telecommunication networks by software and hardware, carried out in order to violate the security of information in these systems and networks (see "The main directions of state policy in the field of ensuring safety of automated control systems for production and technological processes of critically important infrastructure facilities of the Russian Federation” (approved by the President of the Russian Federation on 03.02.2012 N 803).

Аномалия в КФС или ИС, аномалия - отклонение от техпроцесса в КФС или ИС. Аномалия может возникнуть, например, из-за компьютерной атаки, из-за некорректного или нелегитимного вмешательства человека в работу ТС или ТП, из-за сбоя или отклонения технологического процесса, в том числе связанного с периодами смены его режимов, из-за перевода контуров управления в ручной режим или из-за некорректных показаний датчиков, а также по другим причинам, известным из уровня техники. Аномалия может характеризоваться отклонением параметров КФС.Anomaly in the FSC or IS, anomaly is a deviation from the technical process in the FSC or IS. An anomaly may occur, for example, due to a computer attack, due to incorrect or illegitimate human intervention in the operation of the TS or TP, due to a failure or deviation of the technological process, including those associated with periods of changing its modes, due to the transfer of circuits control to manual mode or due to incorrect sensor readings, as well as for other reasons known from the prior art. An anomaly can be characterized by a deviation of the FSC parameters.

Область аномалии, область локализации аномалии - диапазон времени наблюдения аномалии (временная область) и/или место возникновения аномалии - то есть указание на элемент или часть КФС, где возникла аномалия (пространственная область), например, указание на датчик или его координаты, в котором возникла аномалия. Для каждой аномалии определена область локализации аномалии - временная и/или пространственная. Для определения пространственных областей КФС может быть разделена на различные части в соответствии с принадлежностью к разным ТП или его частям, в соответствии с принадлежностью к разным физическим или логическим областям КФС и согласно другим критериям, в том числе задаваемым оператором КФС.Anomaly area, anomaly localization area - anomaly observation time range (time area) and/or anomaly occurrence location - that is, an indication of the element or part of the FSC where the anomaly occurred (spatial area), for example, an indication of the sensor or its coordinates, in which an anomaly has occurred. For each anomaly, the area of localization of the anomaly is determined - temporal and/or spatial. To determine the spatial areas, the CPS can be divided into different parts in accordance with belonging to different TS or its parts, in accordance with belonging to different physical or logical areas of the CPS, and according to other criteria, including those specified by the CPS operator.

На Фиг. 1а схематично изображен пример технологической системы 100, которая включает в себя элементы 110а и 110б, где элементы ТС: объект управления 110а; субъекты управления 110б, образующие многоуровневую подсистему управления 120; горизонтальные связи 130а и вертикальные связи 130б. Субъекты управления 110б сгруппированы по уровням 140.On FIG. 1a schematically shows an example of a technological system 100 , which includes elements 110a and 110b , where the elements of the vehicle: control object 110a ; control subjects 110b forming a multi-level control subsystem 120 ; horizontal links 130a and vertical links 130b . Control subjects 110b are grouped into levels 140 .

На Фиг. 1б схематично изображен частный пример имплементации технологической системы 100'. Объектом управления 110а' является ТП или устройство, на объект управления 110а' направляются управляющие воздействия, которые вырабатываются и реализуются автоматизированной системой управления (АСУ) 120', в АСУ 120' различают три уровня 140', состоящих из субъектов управления 110б', взаимосвязанных между собой как по горизонтали горизонтальными связями (связи внутри уровня, на фигуре не указаны), так и по вертикали вертикальными связями 130б' (связи между уровнями). Взаимосвязи являются функциональными, т.е. в общем случае изменение состояния субъекта управления 110б' на одном уровне вызывает изменение состояний связанных с ним субъектов управления 110б' на этом уровне и других уровнях. Информация об изменении состояния субъекта управления 110б' передается в виде сигнала по горизонтальным и вертикальным связям, установленным между субъектами управления 110б', т.е. информация об изменении состояния рассматриваемого субъекта управления 110б' является внешним воздействием по отношению к другим субъектам управления 110б'. Уровни 140' в АСУ 120' выделяют в соответствии с назначением субъектов управления 110б'. Количество уровней может варьироваться в зависимости от сложности АСУ 120'. Простые системы могут содержать в себе один или несколько нижних уровней. Для физической связи элементов ТС (110а, 110б) и подсистем ТС 100 используются проводные сети, беспроводные сети, интегральные микросхемы, для логической связи между элементами ТС (110а, 110б) и подсистемами ТС 100 используются Ethernet, промышленный Ethernet, промышленные сети. При этом промышленные сети и протоколы используются различных типов и стандартов: Profibus, FIP, ControlNet, Interbus-S, DeviceNet, P-NET, WorldFIP, LongWork, Modbus и др.OnFig. 1ba particular example of the implementation of a technological system is schematically shown100'. Control object110a' is the TP or device, on the control object110a' control actions are sent, which are generated and implemented by an automated control system (ACS)120', in ACS120' there are three levels140', consisting of control subjects110b', interconnected both horizontally by horizontal links (links within the level, not shown in the figure), and vertically by vertical links130b'(links between levels). Relationships are functional, i.e. in the general case, a change in the state of the subject of control110b' at one level causes a change in the states of the control subjects associated with it110b' at this level and at other levels. Information about the change in the state of the subject of control110b' transmitted as a signal along horizontal and vertical links established between the subjects of control110b', i.e. information about the change in the state of the control subject under consideration110b' is an external influence in relation to other subjects of management110b'. Levels140' in ACS120' allocate in accordance with the purpose of the subjects of management110b'. The number of levels may vary depending on the complexity of the ACS120'. Simple systems may contain one or more lower levels. For physical connection of TS elements (110a, 110b) and TS subsystems100 wired networks, wireless networks, integrated circuits are used for logical connection between the elements of the vehicle (110a, 110b) and TS subsystems100 Ethernet, industrial Ethernet, industrial networks are used. At the same time, industrial networks and protocols are used of various types and standards: Profibus, FIP, ControlNet, Interbus-S, DeviceNet, P-NET, WorldFIP, LongWork, Modbus, etc.

Верхний уровень (уровень supervisory control and data acquisition, SCADA) - это уровень диспетчерско-операторского управления, включает в себя, по меньшей мере, следующие субъекты управления 110б': контроллеры, управляющие компьютеры, человеко-машинные интерфейсы (англ. human-machine interface, HMI) (на Фиг. 1б, Фиг. 2 изображены в рамках одного субъекта управления SCADA). Уровень предназначен для отслеживания состояний элементов ТС (110а', 110б'), получения и накопления информации о состоянии элементов ТС (110а', 110б') и при необходимости их корректировки.The upper level (the level of supervisory control and data acquisition, SCADA) is the level of supervisory-operator control, includes at least the following control subjects 110b ' : controllers, control computers, human-machine interfaces (eng. human-machine interface , HMI) (in Fig. 1b , Fig. 2 are shown within one SCADA control subject). The level is designed to track the states of the TS elements ( 110a', 110b' ), obtain and accumulate information about the state of the TS elements ( 110a', 110b' ) and, if necessary, correct them.

Средний уровень (уровень control) - это уровень контроллеров, включает, по меньшей мере, следующие субъекты управления 110б': программируемые логические контроллеры (англ. Programmable Logic Controller, PLC), счетчики, реле, регуляторы. Субъекты управления 110б' типа «PLC» получают информацию с субъектов управления 110б' типа «контрольно-измерительное оборудование» и субъектов управления 110б' типа «датчики» о состоянии объекта управления 110а'. Субъекты управления 110б' типа «PLC» вырабатывают (формируют) управляющее воздействие в соответствии с запрограммированным алгоритмом управления на субъекты управления 110б' типа «исполнительные механизмы». Исполнительные механизмы непосредственно реализуют указанное управляющее воздействие (применяют к объекту управления) на нижнем уровне. Исполнительный механизм (англ. actuator) - часть исполнительного устройства (оборудования). Регуляторы, например, ПИД-регуляторы (пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор, англ. proportional-integral-derivative controller - PID controller) являются устройствами в контуре управления с обратной связью.The middle level (control level) is the level of controllers, includes at least the following control subjects 110b' : programmable logic controllers (English Programmable Logic Controller, PLC), counters, relays, regulators. Control subjects 110b' of the "PLC" type receive information from control subjects 110b' of the "control and measuring equipment" type and control subjects 110b' of the "sensors" type about the state of the control object 110a'. Control subjects 110b' of the "PLC" type generate (form) a control action in accordance with the programmed control algorithm on control subjects 110b' of the "actuator" type. Actuators directly implement the specified control action (apply to the control object) at the lower level. The actuator (English actuator) - part of the actuator (equipment). Controllers, such as PID controllers (proportional-integral-derivative controller - PID controller) are devices in a feedback control loop.

Нижний уровень (уровень Input/Output) - это уровень таких субъектов управления 110б’, как датчики и сенсоры (англ. sensors), контрольно-измерительные приборы (КИП), контролирующие состояние объекта управления 110а', а также исполнительные механизмы (actuators). Исполнительные механизмы непосредственно воздействуют на состояние объекта управления 110а' для приведения его в соответствие с формальным состоянием, т.е. состоянием, соответствующим технологическому заданию, технологической карте или другой технологической документации (если речь идет о ТП) или расписанию движения (если речь идет об устройстве). На этом уровне осуществляется согласование сигналов от субъектов управления 110б' типа «датчики» с входами субъектов управления 110б' среднего уровня и согласование вырабатываемых субъектами управления 110б' типа «PLC» управляющих воздействий с субъектами управления 110б' типа «исполнительные механизмы», которые их реализуют. Исполнительный механизм - это часть исполнительного устройства. Исполнительное устройство осуществляет перемещение регулирующего органа в соответствии с сигналами, поступающими от регулятора или управляющего устройства. Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического управления и в общем случае состоят из следующих элементов (вспомогательных устройств):The lower level (Input/Output level) is the level of such control subjects 110b' as sensors and sensors, instrumentation (CIP) that control the state of the control object 110a' , as well as actuators. Actuators directly affect the state of the control object 110a' to bring it into line with the formal state, i. the state corresponding to the technological task, technological map or other technological documentation (if we are talking about TP) or the timetable (if we are talking about a device). At this level, the signals from the control subjects 110b' of the "sensors" type are coordinated with the inputs of the control subjects 110b' of the middle level and the control actions generated by the control subjects 110b' of the "PLC" type are coordinated with the control subjects 110b' of the "actuators" type that implement them. . The actuator is part of the actuator. The actuator carries out the movement of the regulatory body in accordance with the signals coming from the regulator or control device. Actuators are the last link in the automatic control chain and generally consist of the following elements (auxiliary devices):

• устройства усиления (контактор, частотный преобразователь, усилитель, и т.п.);• amplification devices (contactor, frequency converter, amplifier, etc.);

• исполнительного механизма (электро-, пневмо-, гидропривод) с элементами обратной связи (датчики положения выходного вала, сигнализации конечных положений, ручного привода и тому подобное);• actuating mechanism (electric, pneumatic, hydraulic drive) with feedback elements (output shaft position sensors, end position signaling, manual drive, etc.);

• регулирующего органа (вентили, клапаны, заслонки, шиберы и т.п.).• regulating body (gates, dampers, dampers, dampers, etc.).

В зависимости от условий применения исполнительные устройства конструктивно могут различаться между собой. К основным элементам исполнительных устройств обычно относят исполнительные механизмы и регулирующие органы.Depending on the conditions of use, the actuators may be structurally different from each other. The main elements of actuators usually include actuators and regulatory bodies.

В частном примере исполнительное устройство в целом называют исполнительным механизмом.In a particular example, the actuator as a whole is referred to as an actuator.

Стоит отметить, что для решения задач планирования и управления предприятием используется АСУП 120а' (автоматическая система управления предприятием), которая является частью АСУ 120'.It is worth noting that to solve the problems of planning and managing an enterprise, an automated control system 120a' (automatic enterprise management system) is used, which is part of the automated control system 120' .

На Фиг. 1в представлен возможный вариант организации интернета вещей на примере носимых устройств. Система содержит множество различных компьютерных устройств 151 пользователя. Среди устройств пользователя 151 могут быть, например, смартфон 152, планшет 153, ноутбук 154, носимые устройства, такие, как очки дополненной реальности 155, «умные» часы 156 (англ. smart watch) и др. Устройства пользователя 151 содержат множество различных датчиков 157а-157n, например, монитор сердечного ритма 2001 и шагомер 2003.OnFig. 1v a possible variant of the organization of the Internet of things is presented on the example of wearable devices. The system contains many different computing devices151 user. Among user devices151 can be, for example, a smartphone152, tablet153, laptop154wearable devices such as augmented reality glasses155, "smart watch156 (eng. smart watch), etc. User devices151 contain many different sensors157a-157n, e.g. heart rate monitor2001 and a pedometer2003.

Стоит отметить, что датчики 157а-157n могут находиться как на одном устройстве пользователя 151, так и на нескольких. Более того, некоторые датчики 157а-157n могут находиться на нескольких устройствах пользователя 151 одновременно. Часть датчиков 157а-157n может быть представлена в нескольких экземплярах. Например, модуль Bluetooth может находиться на всех устройствах пользователя 151, а смартфон 152 может содержать два и более микрофона, необходимых для шумоподавления и определения расстояния до источника звука.It is worth noting that the sensors 157a - 157n can be located on one user device 151 or on several. Moreover, some sensors 157a - 157n may reside on multiple user devices 151 at the same time. Part of the sensors 157a - 157n can be represented in several copies. For example, a Bluetooth module may be present on all of the user's devices 151 , and a smartphone 152 may contain two or more microphones needed for noise cancellation and distance detection.

На Фиг. 1г представлен возможный набор датчиков устройств 151. Среди датчиков 157а-157n могут быть, например, следующие:On FIG. 1d shows a possible set of device sensors 151 . Among the sensors 157a - 157n may be, for example, the following:

• монитор сердечного ритма (датчик сердцебиения) 2001 для определения частоты пульса пользователя. В одном примере реализации монитор сердечного ритма 2001 может содержать электроды и измерять электрокардиограмму;• heart rate monitor (heart rate sensor) 2001 to determine the user's heart rate. In one embodiment, the heart rate monitor 2001 may include electrodes and measure an electrocardiogram;

• датчик насыщения крови кислородом (сатурации) 2002;• oxygen saturation sensor (saturation) 2002 ;

• шагомер 2003;pedometer 2003 ;

• датчик сканирования отпечатков пальцев 2004;• fingerprint scanner 2004 ;

• датчик распознавания жестов 2005;• gesture recognition sensor 2005 ;

• камеры 2006, например, камера, направленная на глаза пользователя, служащая для определения движения глаз пользователя, а также аутентификации личности пользователя по радужной оболочке или сетчатке глаза, а также камера, направленная на окружающую устройство пользователя среду;cameras 2006 , for example, a camera aimed at the user's eyes to detect the movement of the user's eyes, as well as to authenticate the user's identity from the iris or retina of the eye, as well as a camera aimed at the environment of the user's device;

• датчик температуры тела 2007 пользователя (например, имеющий непосредственный контакт с телом пользователя или бесконтактный);• the user's body temperature sensor 2007 (eg, in direct contact with the user's body or non-contact);

• микрофон 2008;microphone 2008 ;

• датчик ультрафиолетового излучения 2009;• ultraviolet radiation sensor 2009 ;

• приемник системы геолокации 2010, например, приемник GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo, DORIS, IRNSS, QZSS и др.;geolocation system receiver 2010 , such as GPS receiver, GLONASS, BeiDou, Galileo, DORIS, IRNSS, QZSS, etc.;

• Один или несколько модулей беспроводной связи (например, GSM, LTE, NFC, Bluetooth, Wi-Fi и другие) 2011;• One or more wireless modules (eg GSM, LTE, NFC, Bluetooth, Wi-Fi and others) 2011 ;

•датчик температуры окружающей среды 2012;• ambient temperature sensor 2012 ;

• барометр 2013;• barometer 2013 ;

• геомагнитный датчик 2014 (электронный компас);• geomagnetic sensor 2014 (electronic compass);

• датчик влажности 2015;humidity sensor 2015 ;

• датчик освещения 2016;light sensor 2016 ;

• датчик приближения 2017;proximity sensor 2017 ;

• датчик глубины изображения 2018;image depth sensor 2018 ;

• акселерометр 2019;• accelerometer 2019 ;

• гироскоп 2020;gyroscope 2020 ;

• датчик Холла 2021 (датчик магнитного поля);• Hall sensor 2021 (magnetic field sensor);

• дозиметр-радиометр 2022.• dosimeter-radiometer 2022 .

На Фиг. 2 представлен пример киберфизической системы 200, обладающей определенными характеристиками, а также система выявления аномалий в КФС (также - конвейер обработки данных, англ. pipeline - конвейер) 500. КФС 200 представлена в упрощенном варианте. Примерами КФС 200 являются описанные ранее технологическая система (ТС) 100 (см. Фиг. 1а-1б), интернет вещей (см. Фиг. 1в-1г), промышленный интернет вещей, ИС. Для определенности далее в заявке в качестве основного примера КФС 200 будет рассматриваться ТС. Как уже упоминалось ранее при описании Фиг. 1а-1б, КФС 200 содержит множество субъектов управления, таких как датчики, исполнительные механизмы, ПИД-регуляторы. Данные упомянутых субъектов управления в необработанном виде передают на PLC. При этом может использоваться аналоговый сигнал для передачи данных. Затем PLC выполняет обработку данных и преобразование данных в цифровой вид - в значения параметров КФС, включающих технологические параметры КФС (то есть в данные телеметрии КФС 200), а также в события (например, включение того или иного датчика, срабатывание сигналов тревоги датчиков, отдельные команды и другие). Значения параметров КФС затем передают системе SCADA 110б' и системе выявления аномалий в КФС 500.On FIG. Figure 2 shows an example of a cyber-physical system 200 that has certain characteristics, as well as an anomaly detection system in the CPS (also a data processing pipeline, English pipeline - conveyor) 500 . FSC 200 is presented in a simplified version. Examples of FSC 200 are the previously described technological system (TS) 100 (see Fig. 1a-1b ), the Internet of things (see Fig. 1c-1d ), industrial Internet of things, IP. For definiteness, further in the application, TS will be considered as the main example of FSC 200 . As mentioned earlier in the description of FIG. 1a-1b , FSC 200 contains a plurality of control subjects, such as sensors, actuators, PID controllers. The data of said control subjects is transmitted in raw form to the PLC. In this case, an analog signal can be used for data transmission. Then the PLC performs data processing and data conversion into digital form - into the values of the CFS parameters, including the technological parameters of the CFS (that is, into the telemetry data of the CFS 200 ), as well as into events (for example, the activation of a particular sensor, the activation of sensor alarms, individual teams, etc.). The FSC parameter values are then transmitted to the SCADA system 110b' and to the anomaly detection system in the FSC 500' .

Система выявления аномалий в КФС 500 содержит детекторы аномалий 300 (также модули выявления аномалий, далее - детекторы). Примеры детекторов 300, в частности средств 301-305, представлены на Фиг. 3, описание вариантов их реализации представлено ниже.The anomaly detection system in the FSC 500 contains anomaly detectors 300 (also anomaly detection modules, hereinafter referred to as detectors). Examples of detectors 300' , in particular means 301-305 ' , are shown in FIG. 3 , a description of the options for their implementation is presented below.

Описание детекторов аномалий 300Description of anomaly detectors 300

Детекторы 300 служат для выявления аномалий в КФС 200, а также сопутствующей информации о выявленных аномалиях. В частном варианте реализации информация об аномалиях в КФС 200 включает такие сведения об аномалии, как область локализации аномалии, значения параметров КФС в каждый момент диапазона времени наблюдения аномалии, вклад каждого параметра КФС в аномалию, информацию о способе выявления указанной аномалии (то есть о детекторе 300, выявившем аномалию). В еще одном частном варианте реализации информация об аномалиях в КФС 200 дополнительно включает для каждого параметра КФС по меньшей мере одно из: временной ряд значений, текущую величину отклонения спрогнозированного значения от фактического значения, сглаженную величину отклонения спрогнозированного значения от фактического значения. В другом частном случае информация об аномалиях в КФС 200 дополнительно включает информацию о максимальных, минимальных и средних значениях параметров КФС, взятых за период аномалии, других статистических и детерминированных характеристиках, включая выборочные дисперсии и квантили, спектр Фурье и вейвлет преобразований, сверточные операторы от параметров КФС.The detectors 300 serve to detect anomalies in the FSC 200 as well as related information about the detected anomalies. In a particular implementation, information about anomalies in the FSC 200 includes such information about the anomaly as the anomaly localization area, the values of the FSC parameters at each moment of the anomaly observation time range, the contribution of each FSC parameter to the anomaly, information about the method for detecting the specified anomaly (that is, about the detector 300 , who identified the anomaly). In another particular embodiment, the information about anomalies in the FSC 200 additionally includes for each FSC parameter at least one of: a time series of values, the current value of the deviation of the predicted value from the actual value, the smoothed value of the deviation of the predicted value from the actual value. In another particular case, information about anomalies in the CPS 200 additionally includes information about the maximum, minimum and average values of the CPS parameters taken over the period of the anomaly, other statistical and deterministic characteristics, including sample variances and quantiles, Fourier spectrum and wavelet transforms, convolutional operators from parameters FSC.

В качестве детекторов 300 могут быть использованы система и способ определения аномалии в КФС 301, описанные ранее в патентах RU2724716, RU2724075, RU2749252, которые осуществляют определение аномалии путем прогнозирования значений подмножества параметров КФС (в упомянутых патентах использовался термин «признаки КФС», соответствующий термину «параметры КФС» в заявленном изобретении) и последующего определения общей ошибки прогноза для подмножества параметров КФС, при этом определяют аномалию в КФС 200 в случае превышения общей ошибкой прогноза порогового значения, кроме того, определяют вклад подмножества параметров КФС в общую ошибку прогноза как вклад ошибки прогноза соответствующего параметра КФС в общую ошибку прогноза.As detectors 300 , the system and method for determining the anomaly in the FSC 301 described earlier in patents RU2724716, RU2724075, RU2749252 can be used, which determine the anomaly by predicting the values of a subset of the FSC parameters (the term "signs of the FSC" corresponding to the term " CPS parameters" in the claimed invention) and subsequent determination of the total prediction error for a subset of the CPS parameters, while determining the anomaly in the CPS 200 if the total prediction error exceeds the threshold value, in addition, the contribution of the subset of the CPS parameters to the total prediction error is determined as the contribution of the prediction error of the corresponding FSC parameter into the total forecast error.

Детекторы 300 могут включать модуль базовой модели 302, предназначенный для применения обученной модели машинного обучения для выявления аномалий по значениям подмножества параметров КФС (далее - базовая модель). При этом базовая модель может быть обучена на данных обучающей выборки, включающей или не включающей известные аномалии в КФС 200 и значения подмножества параметров КФС за определенный период времени - то есть используется модель машинного обучения с учителем. Кроме того, в качестве базовой модели может быть использована модель машинного обучения без учителя. Для повышения качества базовой модели могут выполнять тестирование и валидацию обученной базовой модели на тестовой и валидационной выборках соответственно. При этом тестовая и валидационная выборки могут включать известные аномалии и значения подмножества параметров КФС за определенный период времени, предшествующий известной аномалии в КФС 200, но отличаются от обучающей выборки.The detectors 300 may include a base model module 302 for applying a trained machine learning model to detect anomalies from the values of a subset of QPS parameters (hereinafter referred to as the base model). In this case, the base model can be trained on the data of the training sample, including or not including known anomalies in the FSC 200 and the values of a subset of the FSC parameters for a certain period of time - that is, a supervised machine learning model is used. In addition, an unsupervised machine learning model can be used as a base model. To improve the quality of the base model, the trained base model can be tested and validated on the test and validation sets, respectively. In this case, the test and validation samples may include known anomalies and values of a subset of the CPS parameters for a certain period of time preceding the known anomaly in the CPS 200 , but differ from the training sample.

В еще одном варианте реализации детекторы 300 включают модуль определения на основе правил 303, с использованием которого применяют правила определения аномалий. Такие правила могут быть предварительно сформированы и получены от оператора КФС посредством интерфейса обратной связи и содержат условия, применяемые к значениям подмножества параметров КФС, при выполнении которых определяют аномалию.In yet another embodiment, the detectors 300 include a rule-based determination module 303 , with which anomaly determination rules are applied. Such rules can be preliminarily generated and received from the CPS operator via the feedback interface and contain conditions applied to the values of a subset of the CPS parameters, under which an anomaly is determined.

В еще одном частном варианте реализации детекторы 300 включают модуль определения на основе предельных значений 304, с использованием которого определяют аномалию, когда значение по меньшей мере одного параметра КФС из подмножества параметров КФС вышло за пределы предварительно заданного диапазона значений для указанного параметра КФС. При этом указанные диапазоны значений могут быть рассчитаны из значений характеристик или документации для КФС 200 или быть получены от оператора КФС посредством интерфейса обратной связи.In yet another embodiment, the detectors 300 include a limit value determination module 304 that detects an anomaly when at least one QPS parameter of a subset of QPS parameters is outside a predetermined range of values for a specified QPS parameter. In this case, the indicated ranges of values can be calculated from the values of the characteristics or documentation for the FSC 200 or obtained from the operator of the FSC through the feedback interface.

В еще одном частном варианте реализации детекторы 300 включают модуль диагностических правил 305, с использованием которого формируют диагностические правила путем задания набора параметров КФС, используемых в диагностическом правиле, и способа вычисления значений вспомогательного параметра КФС с последующим вычислением значений вспомогательных параметров КФС с использованием заданного набора параметров КФС и в соответствии со сформированным диагностическим правилом. В итоге модуль диагностических правил 305 определяет аномалию в КФС 200 на основании значений всех параметров КФС.In another particular implementation, the detectors 300 include a diagnostic rules module 305 , which generates diagnostic rules by specifying a set of QPS parameters used in the diagnostic rule and a method for calculating the values of the auxiliary QPS parameter, followed by calculating the values of the auxiliary QPS parameters using the specified set of parameters. FSC and in accordance with the formed diagnostic rule. As a result, the diagnostic rules module 305 determines an anomaly in the FSC 200 based on the values of all FSC parameters.

В еще одном частном варианте реализации детекторы 300 включают систему графического интерфейса для определения аномалии оператором КФС вручную (см. патент RU2724716), информация о которой может быть передана через интерфейс обратной связи.In another particular implementation, the detectors300 include a graphical interface system for determining the anomaly by the FSC operator manually (see patent RU2724716), information about which can be transmitted via the feedback interface.

На Фиг. 4 представлена система выявления аномалий в КФС (конвейер обработки данных) 500. Данные КФС 200 собирают либо в режиме реального времени, либо эти данные могут быть считаны из файлов (например, формата «csv»), баз данных или получены от сторонних приложений. Данные могут быть представлены в виде перечня параметров КФС 401а и измеренных значений упомянутых параметров КФС 401 в формате «временная метка - значение параметра КФС» и сохранены в хранилище данных 410. Временная метка может соответствовать фактическому времени измерения, времени сохранения значения или времени семплирования этого параметра КФС. При этом фактическое время получения данных средством сбора данных 402 может отличаться от времени, указанном во временной метке, по причине задержек при передаче данных, связанных, например, с большой нагрузкой по передаче данных или по другим причинам. Кроме того, временная метка может соответствовать времени получения значения параметра КФС. В другом частном варианте реализации временная метка является временем записи значения параметра КФС в хранилище данных 410.On FIG. 4 shows the anomaly detection system in the FSC (data processing pipeline) 500 . The FSC 200 data is collected either in real time, or the data can be read from files (eg, csv format), databases, or obtained from third-party applications. The data can be presented in the form of a list of QPS parameters 401a and measured values of the mentioned QPS parameters 401 in the format "time stamp - QPS parameter value" and stored in the data store 410 . The timestamp may correspond to the actual measurement time, the time the value was stored, or the sampling time of this FSC parameter. In this case, the actual time of data acquisition by the data collector 402 may differ from the time indicated in the timestamp, due to delays in data transmission, associated, for example, with a heavy data transmission load or for other reasons. In addition, the timestamp may correspond to the time when the value of the FSC parameter was received. In another particular implementation, the timestamp is the time the FSC parameter value was recorded in the data store 410 .

В частном варианте реализации значения параметров КФС 401 включают по меньшей мере одно из следующих значений:In a particular implementation, the values of the parameters of the QPS 401 include at least one of the following values:

• измерение датчика;• sensor measurement;

• значение управляемого параметра исполнительного механизма;• value of the controlled parameter of the actuator;

• уставку исполнительного механизма;• setting of the actuator;

• значения входных сигналов пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора (ПИД-регулятора);• values of input signals of the proportional-integral-differentiating controller (PID-controller);

• значение выходного сигнала ПИД-регулятора.• PID controller output value.

В частном варианте реализации данные КФС 200 (то есть значения параметров КФС 401) собирают одним из возможных способов:In a particular implementation, the data of the FSC 200 (that is, the values of the parameters of the FSC 401 ) are collected in one of the possible ways:

• одновременно от всего КФС 200 с указанием параметров КФС 401а;• simultaneously from the entire FSC 200 with indication of the parameters of FSC 401a ;

• в виде нескольких отдельных потоков данных от отдельных частей КФС 200 с указанием параметров КФС 401а, содержащихся в каждом потоке данных.• in the form of several separate data streams from individual parts of the FSC 200 with an indication of the parameters of the FSC 401a contained in each data stream.

После получения значений параметров КФС 401 средством сбора данных 402 создают реестр параметров КФС, представленных в этих данных, после чего эта информация поступает в средство формирования 403, которое предназначено для:After receiving the values of the parameters of the CPS 401 by the data collector 402, a register of the CPS parameters presented in this data is created, after which this information is sent to the generation tool 403, which is designed to:

а) формирования подмножеств параметров КФС 411 из числа параметров КФС 401а, при этом указанные подмножества 411 сохраняют в хранилище данных 410;a) forming subsets of the parameters of the QPS 411 from among the parameters of the QPS 401a , while these subsets 411 are stored in the data store 410 ;

б) выбора детектора из перечня детекторов 412 для каждого из подмножеств параметров КФС 411, где перечень детекторов 412 включает часть или все детекторы 300, представленные на Фиг. 3, и содержится в хранилище данных 410;b) selecting a detector from a list of detectors 412 for each of the subsets of FSC parameters 411 , where the list of detectors 412 includes some or all of the detectors 300 shown in FIG. 3 and is contained in the data store 410 ;

в) выбора блоков предобработки и постобработки для выбранных детекторов 300.c) selecting pre-processing and post-processing blocks for the selected detectors 300 .

Стоит отметить, что все подмножества 411 в совокупности образуют множество всех параметров КФС. Стоит также отметить, что указанные подмножества 411 могут совпадать, пересекаться и не пересекаться. В частном варианте реализации некоторые параметры КФС могут быть не включены ни в одно из подмножеств 411. В этом случае все подмножества 411 в совокупности образуют множество всех параметров КФС за исключением тех параметров КФС, не включенных ни в одно из подмножеств 411.It should be noted that all subsets 411 together form the set of all CPS parameters. It is also worth noting that these subsets 411 may overlap, overlap, or not overlap. In a particular implementation, some QPS parameters may not be included in any of the subsets 411 . In this case, all subsets 411 together form the set of all QPS parameters, except for those QPS parameters not included in any of the subsets 411 .

Стоит отметить, что упомянутое хранилище данных 410 предназначено как для хранения данных, так и для предоставления доступа к данным, включающим полученные значения параметров КФС 401, сформированные подмножества параметров КФС 411 и перечень детекторов 412. Причем перечень детекторов 412 может быть задан заранее.It is worth noting that the mentioned data storage 410 is intended both for storing data and for providing access to data, including the received values of the QPS 401 parameters, the generated subsets of the QPS parameters 411 and the list of detectors 412 . Moreover, the list of detectors 412 can be set in advance.

Блоки предобработки 501 предназначены для обработки каждого подмножества параметров КФС 411 перед передачей соответствующему детектору 300 (например, блок комбинированной обработки, включающий блоки предобработки на Фиг. 5). Каждому детектору 300 соответствует свой набор блоков предобработки 501 из одного или более блоков. Каждый из блоков постобработки 502 предназначен для обработки выходных данных соответствующего ему детектора 300 перед передачей средству ансамблирования 404 (см. подробнее на Фиг. 5). Каждому детектору 300 соответствует свой набор блоков постобработки 502 из одного или более блоков. Параметры КФС 401а разделяют на подмножества параметров КФС 411 согласно определенному принципу, например, в зависимости от характеристик подмножеств (по принадлежности к тому или иному типу оборудования), по физическому смыслу (по принадлежности к одному физическому процессу, однотипным физическим параметрам КФС, например, температура или давление, по опасности для ТП и т.д.).Pre-processing blocks 501 are designed to process each subset of QPS 411 parameters before being passed to the corresponding detector 300 (eg, a combined processing block including pre-processing blocks in FIG. 5 ). Each detector 300 has its own set of preprocessing blocks 501 of one or more blocks. Each of the post-processing units 502 is designed to process the output of its respective detector 300 before being passed to ensembler 404 (see FIG. 5 for details). Each detector 300 has its own set of post-processing blocks 502 of one or more blocks. The parameters of the FSC 401a are divided into subsets of the parameters of the FSC 411 according to a certain principle, for example, depending on the characteristics of the subsets (by belonging to a particular type of equipment), by physical meaning (by belonging to one physical process, the same type of physical parameters of the FSC, for example, temperature or pressure, according to the danger to the process pipeline, etc.).

В частном варианте реализации подмножества параметров КФС 411 выбирают с учетом по меньшей мере одной из характеристик подмножества:In a particular implementation of the subset of the parameters of the QPS 411 is selected based on at least one of the characteristics of the subset:

• значимости параметров КФС для ТП;• significance of CPS parameters for TP;

• принадлежности параметров КФС к тому или иному типу оборудования;• FSC parameters belonging to one or another type of equipment;

• принадлежности к одному физическому (химическому или другому) ТП;• belonging to one physical (chemical or other) TS;

• однотипности физических параметров КФС в подмножестве (температуры, давления и так далее).• uniformity of physical parameters of CPS in a subset (temperatures, pressures, and so on).

Выбор детектора 300 для подмножеств параметров КФС 411Detector selection 300 for subsets of FSC parameters 411

Для каждого из подмножеств параметров КФС 411 выбор детектора 300 проводится с учетом характеристик такого детектора 300 и характеристик подмножества параметров КФС 411, используемых для определения аномалий данным детектором 300. Так, для данного подмножества параметров КФС 411 детектор 300 может быть выбран на основании по меньшей мере одного из следующих соображений: точности и полноты определения аномалий данным детектором 300 по данному подмножеству параметров КФС 411, производительности детектора 300 на этом подмножестве параметров КФС 411, экспертных знаний о подмножестве параметров КФС 411 (если параметры КФС подмножества относятся к определенному ТП, типу оборудования и т.д.) и другими.For each of the subsets of parameters of the FSC 411 , the choice of detector 300 is made taking into account the characteristics of such a detector 300 and the characteristics of the subset of parameters of the FSC 411 used to determine anomalies by this detector 300 . So, for a given subset of FSC 411 parameters, detector 300 can be selected based on at least one of the following considerations: accuracy and completeness of anomaly detection by a given detector 300 for a given subset of FSC 411 parameters, performance of detector 300 on this subset of FSC 411 parameters, expert knowledge about the subset of CPS 411 parameters (if the parameters of the CPS of the subset refer to a certain TP, type of equipment, etc.) and others.

В частном варианте реализации выбирают детектор 300 и соответствующее ему подмножество параметров КФС 411 с учетом, в частности, по меньшей мере одного из следующего:In a particular implementation, the detector 300 and its corresponding subset of FSC parameters 411 are selected, taking into account, in particular, at least one of the following:

• характеристик КФС 200;• characteristics of FSC 200 ;

• перечня параметров КФС 401а из подмножества параметров КФС 411;• list of parameters of CPS 401a from the subset of parameters of CPS 411 ;

• типа и объема данных.• type and amount of data.

В еще одном частном варианте реализации дополнительно учитывают значения параметров КФС при выборе детектора 300 и соответствующего ему подмножества параметров КФС 411.In another particular implementation option, the values of the QPS parameters are additionally taken into account when choosing the detector 300 and the corresponding subset of the QPS parameters 411 .

Так, для КФС 200, оперирующих с быстрыми временными процессами (порядка 1-10 мс), характерными, например, для электротехнического оборудования, критически важным становится своевременное обнаружение аномалии, что, в свою очередь, накладывает серьезные ограничения как на количество обрабатываемых детектором параметров из подмножества параметров КФС 411, так и на выбор самого детектора - здесь предпочтение отдается пороговым детекторам или детекторам, основанных на простых диагностических правилах. Наоборот, для медленнотекущих, инертных процессов, характерных для нефтехимической промышленности с их огромным числом параметров (от 1000-10000) и временами реакции порядка 1-10 минут, выбирают подмножества 411, состоящие из параметров КФС, покрывающих те или иные установки КФС, например, атмосферные или вакуумные колонны, и содержащие сотни таких параметров КФС. В качестве же детектора аномалий для таких подмножеств 411, как правило, берут обучаемые статистические или нейросетевые модели, учитывающие всю сложность протекающих процессов в таких установках или КФС.Thus, for FSC 200 operating with fast time processes (of the order of 1-10 ms), typical, for example, for electrical equipment, timely anomaly detection becomes critical, which, in turn, imposes serious restrictions on both the number of parameters processed by the detector from subset of FSC parameters 411 , and the choice of the detector itself - here preference is given to threshold detectors or detectors based on simple diagnostic rules. On the contrary, for slow-flowing, inert processes typical for the petrochemical industry with their huge number of parameters (from 1000-10000) and reaction times of the order of 1-10 minutes, subsets 411 are selected, consisting of FSC parameters covering certain FSC installations, for example, atmospheric or vacuum columns, and containing hundreds of such FSC parameters. As an anomaly detector for such subsets 411 , as a rule, they take trained statistical or neural network models that take into account the complexity of the processes occurring in such installations or FSCs.

В другом частном варианте реализации выбирают детектор 300 и соответствующее ему подмножество параметров КФС 411 с учетом, в частности, по меньшей мере одной из следующих характеристик, связанных с детектором 300:In another particular implementation, the detector 300 and its corresponding subset of FSC parameters 411 are selected, taking into account, in particular, at least one of the following characteristics associated with the detector 300 :

• метрики качества;• quality metrics;

• результатов анализа ROC-кривой;• results of ROC-curve analysis;

• времени выполнения;• execution time;

• объема используемых компьютером ресурсов.• the amount of resources used by the computer.

В еще одном частном варианте реализации характеристики, связанные с детектором 300 включают производительность данного детектора 300, например, объем памяти, процессорное временя, количество ядер процессора компьютера, количество компьютеров, связанных по сети и участвующих в реализации способа и другими).In yet another particular embodiment, characteristics associated with detector 300 include the performance of that detector 300 , such as memory size, processor time, number of computer processor cores, number of computers connected over a network and participating in the implementation of the method, and others).

Выбор блоков конвейера обработки данныхSelecting Data Processing Pipeline Blocks

На Фиг. 5 представлен пример конвейера обработки данных 500 - в рамках настоящего изобретения это набор блоков предобработки 501, детекторов 300 и блоков постобработки 502.On FIG. 5 shows an example of a data processing pipeline 500 - in the framework of the present invention, this is a set of pre-processing blocks 501 , detectors 300 and post-processing blocks 502 .

Блоки конвейера 500, в частности блоки предобработки 501 и постобработки 502 - это функциональные модули, реализованные на процессоре компьютера (см. пример на Фиг. 7) с возможностью выполнения заданного функционала. Каждому выбранному детектору 300 соответствует свой набор блоков предобработки 501 и блоков постобработки 502 - эта информация может содержаться, например, в перечне детекторов 412 или в отдельном списке в хранилище данных 410. Блоки предобработки 501 служат для обработки данных подмножества параметров КФС 411, выбранного для детектора 300 и полученных от средства формирования 403, либо для обработки данных, полученных от других блоков предобработки 501. Данные последнего блока предобработки 501 передают блоку детектора 300. Блоки постобработки 502 служат для обработки выходных данных соответствующего ему детектора аномалий 300 (то есть информации о выявленных аномалиях). Последний из блоков постобработки передает обработанные данные средству ансамблирования 404.Pipeline blocks 500 , in particular pre-processing blocks 501 and post-processing 502 , are functional modules implemented on a computer processor (see the example in Fig. 7 ) with the ability to perform a given functionality. Each selected detector 300 has its own set of pre-processing blocks 501 and post-processing blocks 502 - this information can be contained, for example, in the list of detectors 412 or in a separate list in the data store 410 . Pre-processing blocks 501 serve to process data of a subset of QPS 411 parameters selected for the detector 300 and received from the generator 403 , or to process data received from other pre-processing blocks 501 . The data of the last pre-processing block 501 is passed to the detector block 300 . Post-processing blocks 502 are used to process the output of its respective anomaly detector 300 (ie, information about detected anomalies). The last of the post-processing units transmits the processed data to the ensembler 404 .

Для обработки входного потока данных могут применяться следующие блоки предобработки 501: блок выравнивания и блок выстраивания данных по времени, блок фильтрация данных, блок интерполяции данных на равномерную сетку, блок нормализации и переупаковки данных и другие блоки, тогда как для блоков постобработки 502 типично приведение информации о найденных аномалиях в некоторый заранее утвержденный унифицированный вид для облегчения их дальнейшего ансамблирования.The following pre-processing blocks 501 can be used to process the input data stream: an alignment block and a time alignment block, a data filtering block, a block for interpolating data on a uniform grid, a block for normalizing and repacking data, and other blocks, while for post-processing blocks 502 , information is typically brought about the found anomalies into some pre-approved unified form to facilitate their further ensemble.

Выбор блоков предобработки 501 и постобработки 502 зависит от выбора детектора 300 и требуемой выходной информации о найденных аномалиях.The choice of pre-processing blocks 501 and post-processing 502 depends on the choice of detector 300 and the required output information about the found anomalies.

В одном частном варианте реализации перед передачей выбранным детекторам 300 данных дополнительно выполняют обработку этих данных блоком предобработки 501, включающую по меньшей мере один из следующих этапов:In one particular implementation, prior to transmission to the selected data detectors 300, the data is additionally processed by a pre-processor 501 , including at least one of the following steps:

• буферизацию данных с некоторым временным буфером длины Δt;• data buffering with some temporary buffer of length Δt;

• фильтрацию (удаление) невалидных данных либо данных, пришедших с опозданием большим чем Δt;• filtering (deleting) invalid data or data that arrived with a delay greater than Δt;

• переупорядочение на основе моментов времени получения значений параметров КФС 401;• reordering based on the moments of time of obtaining the values of the parameters of the FSC 401 ;

• заполнение пробелов в значения параметров КФС 401;• filling in the gaps in the values of the CFS parameters 401 ;

• интерполяцию на равномерную сетку;• interpolation to a uniform grid;

• нормализацию значений параметров КФС 401;• normalization of CFS parameters values 401 ;

• переупаковку значений параметров КФС для обработки детектором 300.• repacking the values of the FSC parameters for processing by the detector 300 .

После отработки детектором 300 вне зависимости от его типа в информацию об аномалиях в КФС 200 могут включать такие сведения об аномалии (также - характеристики аномалии), как временной интервал наблюдения аномалии, вклад каждого параметра КФС в аномалию, информацию о детекторе 300, выявившем указанную аномалии, значения параметров КФС 401 в каждый момент временного интервала аномалии и другие. Кроме того, может быть рассчитан и расширенный набор характеристик аномалии, при этом такой расчет производится в блоках постобработки 502, которые могут включать блоки оценки опасности аномалий, в частности дефектов, блоки типизации и определения размеров таких аномалий, блоки нормализации и унификации выходной информации об аномалиях и другие блоки. Следует отметить, что при невозможности расчета какой-либо характеристики аномалии в том или ином детекторе 300, блок нормализации выходной информации принудительно устанавливает эту характеристику некоторым заранее выбранным значением.After processing by the detector 300, regardless of its type, information about anomalies in the FSC 200 may include such information about the anomaly (also the characteristics of the anomaly), such as the time interval for observing the anomaly, the contribution of each FSC parameter to the anomaly, information about the detector 300 that detected the specified anomaly , the values of the parameters of the FSC 401 at each moment of the time interval of the anomaly, and others. In addition, an extended set of anomaly characteristics can be calculated, and such a calculation is performed in post-processing blocks 502 , which may include blocks for assessing the danger of anomalies, in particular defects, blocks for typing and determining the size of such anomalies, blocks for normalizing and unifying output information about anomalies and other blocks. It should be noted that if it is impossible to calculate any characteristic of the anomaly in one or another detector 300 , the block for normalizing the output information forcibly sets this characteristic to some pre-selected value.

В частном варианте реализации могут быть рассчитаны другие характеристики аномалии, связанные с выявившем её детектором 300, например, следующие:In a particular implementation, other characteristics of the anomaly associated with the detector 300 that detected it can be calculated, for example, the following:

• класс опасности аномалии, выявленной детектором 300, ее тип, размеры и другие аналогичные характеристики аномалии;• hazard class of the anomaly detected by the detector 300 , its type, dimensions and other similar characteristics of the anomaly;

• вероятности определения аномалии детектором 300;• probabilities of detecting an anomaly by the detector 300 ;

• величины отклонений прогнозных значений параметров КФС от их истинных значений или значений по умолчанию, величины отклонений от уставок, среднеквадратичные величины меры таких отклонений как отдельных параметров КФС, так и всей совокупности параметров КФС, используемых в данном детекторе 300;• magnitudes of deviations of predictive values of CPS parameters from their true values or default values, magnitudes of deviations from settings, root-mean-square values of the measure of such deviations of both individual CPS parameters and the entire set of CPS parameters used in this detector 300 ;

• максимальные либо средние величины отклонений наблюдаемых значений параметров КФС от определенных заранее заданных пределов, длительности и частоты таких отклонений;• maximum or average deviations of the observed values of the CPS parameters from certain predetermined limits, duration and frequency of such deviations;

• производительность данного детектора 300 при выявлении аномалии, например, объем памяти, процессорное временя, количество ядер процессора компьютера, количество компьютеров, связанных по сети и участвующих в реализации способа и другими).• the performance of this detector 300 in detecting an anomaly, for example, the amount of memory, processor time, the number of computer processor cores, the number of computers connected over the network and participating in the implementation of the method, and others).

Конвейер обработки данных 500Data pipeline 500

После формирования подмножеств параметров КФС 411, перечня детекторов 412 и блоков предобработки 501 и постобработки 502, работа системы определения аномалий строится следующим образом. Данные от средства сбора данных 402 разделяют на параллельные потоки (без их дублирования) в соответствии с разделением параметров КФС 401а на подмножества параметров КФС 411 и затем каждое подмножество 411 направляют в соответствующий ему один или более блок предобработки 501 для подготовки данных к обработке соответствующим детектором 300. Затем подготовленные данные обрабатывают указанным детектором 300, что в результате приводит к появлению потока аномалий и другой сопутствующей информации, например, вероятность аномалии, ее класс опасности, пространственные и временные размеры, метод или способ обнаружения и другие, определенной детектором 300. Поток аномалий и другую сопутствующую информацию обрабатывают блоками постобработки 502 для приведения этого потока в унифицированный вид, единый для всех детекторов 300. Таким образом, фактически имеется набор параллельных веток обработки подмножеств данных (англ. branch) конвейера 500, каждая отдельная ветка которого обрабатывает свое подмножество данных и обладает своим инструментарием по подготовке этих данных, определению аномалий и их приведению в единообразный вид. Ветка конвейера - группа (совокупность) модулей, предназначенных для обработки одного потока данных, и состоящая из детектора 300 и соответствующих ему блоков предобработки 501 и блоков постобработки 502.After the formation of subsets of FSC parameters 411 , a list of detectors 412 and blocks of pre-processing 501 and post-processing 502 , the operation of the anomaly detection system is built as follows. The data from the data collector 402 is divided into parallel streams (without duplication) in accordance with the division of the parameters of the QPS 401a into subsets of the parameters of the QPS 411 and then each subset 411 is sent to its corresponding one or more preprocessing block 501 to prepare data for processing by the corresponding detector 300 . Then, the prepared data is processed by the specified detector 300 , which results in the appearance of a stream of anomalies and other related information, for example, the probability of an anomaly, its hazard class, spatial and temporal dimensions, method or method of detection, and others, determined by the detector 300 . The anomaly stream and other related information is processed by post-processing blocks 502 to bring this stream into a unified form that is the same for all detectors 300 . Thus, in fact, there is a set of parallel branches for processing subsets of data (English branch) of the pipeline 500 , each separate branch of which processes its own subset of data and has its own tools for preparing this data, identifying anomalies and bringing them into a uniform form. Pipeline branch - a group (set) of modules designed to process one data stream, and consisting of a detector 300 and its corresponding pre-processing blocks 501 and post-processing blocks 502 .

Стоит отметить, что обработка входящего набора параметров КФС различными ветвями конвейера 500, как правило, осуществляется неравномерно по времени, поэтому данные об аномалиях от некоторых веток могут приходить с большим опозданием относительно других веток. Для исключения ситуаций, при которых средство ансамблирования 404 будет работать в отсутствии информации от каких-либо веток конвейера 500, может использоваться буферизация входящего в средство ансамблирования 404 потока аномалий по аналогии с буферизацией данных параметров КФС, поступающих в отдельные его ветви.It should be noted that the processing of the incoming set of FSC parameters by different branches of the pipeline 500 is usually carried out unevenly in time, so data on anomalies from some branches may come with a large delay relative to other branches. To avoid situations in which the ensembler 404 will work in the absence of information from any branches of the pipeline 500 , buffering of the anomaly stream entering the ensembler 404 can be used similarly to buffering the FSC parameters data entering its individual branches.

В примере на Фиг. 5 данные получают от источника данных, например, от КФС 200, после чего с помощью средств 402-403 (см. Фиг. 4) обрабатывают и формируют подмножества параметров КФС 411 и выбирают детекторы 300 из перечня детекторов 412 для каждого подмножества 411. Обработанные данные далее разветвляют на p веток конвейера 500, каждой ветке передают соответствующее ей подмножество 411. Так, ветка №1 конвейера 500 получает подмножество №1 и обрабатывает его блоками предобработки №(1,1)-(1,n1), далее детектором №1 и блоками постобработки №(1,1)-(1,m1). Обработанные данные от всех веток №1-p конвейера 500 передают средству ансамблирования 404 для дальнейшей обработки аномалий.In the example in FIG. 5, data is received from a data source, for example, from FSC 200 , after which, using means 402 - 403 (see Fig. 4 ), subsets of FSC parameters 411 are processed and formed and detectors 300 are selected from the list of detectors 412 for each subset 411 . The processed data is further branched into p branches of the pipeline 500 , each branch is given its corresponding subset 411 . So, branch No. 1 of pipeline 500 receives subset No. 1 and processes it with pre-processing blocks No. (1,1) - (1, n 1 ), then with detector No. 1 and post-processing blocks No. (1, 1) - (1, m 1 ) . The processed data from all branches #1-p of the pipeline 500 is passed to the ensembler 404 for further anomaly processing.

Ансамблирование результатовEnsemble results

Средство ансамблирования 404 служит для выявления комбинированной аномалии (также - составной/итоговой аномалии) в КФС 200 путем ансамблирования результатов (англ. data fusion, также - слияние данных), полученных от выбранных детекторов 300. Средство ансамблирования 404 собирает все выявленные аномалии от всех веток конвейера 500, представленных в некотором универсальном и заранее определенном виде. Такой вид может быть продиктован особенностью ТП и выявляемых в нем аномалий, особенностями располагаемых средств определения аномалий, особенностями данных и так далее. Так, для приведенного выше примера внутритрубной диагностики информация об аномалии от каждого из средств неразрушающего контроля традиционно имеет следующий вид - рамка (локальная область) дефекта, тип дефекта, его размеры и тип контроля.Ensemble tool 404 serves to detect a combined anomaly (also compound/total anomaly) in the FSC 200 by ensembling the results (data fusion, also data fusion) obtained from the selected detectors 300 . Ensembler 404 collects all detected anomalies from all branches of the pipeline 500 represented in some universal and predetermined way. This type can be dictated by the peculiarity of the TP and the anomalies detected in it, the features of the available means for determining anomalies, the features of the data, and so on. So, for the above example of in-line diagnostics, information about the anomaly from each of the non-destructive testing tools traditionally has the following form - the frame (local area) of the defect, the type of defect, its size and type of control.

После сбора результатов, полученных от всех выбранных детекторов 300, а именно всей информации о всех аномалиях, выявленных детекторами 300 за определенное время, средство ансамблирования 404 проводит по меньшей мере одно из следующего:After collecting the results from all the selected detectors 300 , namely all information about all the anomalies detected by the detectors 300 in a certain time, the ensemble engine 404 performs at least one of the following:

• комбинирование областей локализации аномалий от отдельных детекторов 300 с целью локализации общих аномалий, причем упомянутые области определяют (локализируют) аномалии в пространстве (указание на элемент или часть КФС, где произошла аномалия) и/или времени (диапазон времени наблюдения аномалии);• combining anomaly localization areas from individual detectors 300 to localize common anomalies, wherein said areas define (localize) anomalies in space (an indication of the element or part of the FSC where the anomaly occurred) and/or time (the range of anomaly observation time);

• анализ вклада того или иного детектора 300 в комбинированную аномалию;• analysis of the contribution of one or another detector 300 to the combined anomaly;

• расчет заранее определенных характеристик комбинированной аномалии, используя характеристики аномалий, полученные от каждого из детекторов 300, и информацию о его вкладе - то есть на основании области локализации комбинированной аномалии и значений всех параметров КФС.• calculation of predetermined characteristics of the combined anomaly using the characteristics of the anomalies obtained from each of the detectors 300 and information about its contribution - that is, based on the area of localization of the combined anomaly and the values of all parameters of the FSC.

Комбинирование областей или времен аномалий проводится на основании анализа пространственных или временных областей, отмеченных как аномалия тем или иным детектором 300. Так, области аномалий, полученные от разных детекторов 300, могут соединяются в одну общую область комбинированной аномалии (также - область локализации комбинированной аномалии) при выполнении по меньшей мере одного из следующих условий:The combination of areas or times of anomalies is carried out on the basis of an analysis of the spatial or temporal areas marked as an anomaly by one or another detector 300 . Thus, areas of anomalies obtained from different detectors 300 can be combined into one common area of the combined anomaly (also the area of localization of the combined anomaly) when at least one of the following conditions is met:

• если пространственное или временное пересечение вышеуказанных областей превышает определенный процент от объединенной области;• if the spatial or temporal intersection of the above areas exceeds a certain percentage of the combined area;

• если центры соответствующих областей лежат в определенном пространственном или временном диапазоне;• if the centers of the corresponding areas lie in a certain spatial or temporal range;

• если специально предобученная нейронная сеть помечает данные области, как относящиеся к одной комбинированной аномалии, в частности комбинированному дефекту.• if a specially pre-trained neural network marks these areas as belonging to one combined anomaly, in particular, a combined defect.

Стоит отметить, что на этапе комбинирования аномалий от различных детекторов 300 будут получены аномалии трех типов, а именно, аномалии, полученные путем объединения областей от всех детекторов 300, аномалии, полученные путем объединения областей только от части детекторов 300, и аномалии, полученные только одним из детекторов 300. Все эти аномалии после этапа комбинирования также называют комбинированными аномалиями, даже если это аномалии последнего типа.It is worth noting that in the step of combining anomalies from different detectors 300 , three types of anomalies will be obtained, namely, anomalies obtained by combining areas from all detectors 300 , anomalies obtained by combining areas from only a part of the detectors 300 , and anomalies obtained by only one of 300 detectors. All these anomalies after the combination step are also called combined anomalies, even if they are anomalies of the latter type.

Стоит отметить, если у аномалий, обнаруженных детекторами 300, пространственные и/или временные области существенно отличаются согласно одному из вышеуказанных условий, указанные аномалии не будут объединены в одну комбинированную аномалию, а будут считаться отдельными аномалиями. Например, аномалии могут возникнуть в разных ТП или в разных частях КФС 200 - то есть отличие в пространственных областях аномалий. В другом примере аномалии могут возникнуть с существенной разницей во времени, что также свидетельствует о том, что это разные аномалии одной части КФС 200. В еще одном примере аномалии могут возникнуть и быть обнаруженными детекторами 300 в разных местах и с большой разницей во времени, что также говорит о разных аномалиях и по времени, и в пространстве.It is worth noting that if the anomalies detected by the detectors300, spatial and/or temporal areas are significantly different according to one of the above conditions, these anomalies will not be combined into one combined anomaly, but will be considered separate anomalies. For example, anomalies can occur in different TPs or in different parts of the FSC200 - that is, the difference in the spatial areas of anomalies. In another example, anomalies can occur with a significant difference in time, which also indicates that these are different anomalies of one part of the FSC200. In yet another example, anomalies can occur and be detected by detectors.300 in different places and with a large difference in time, which also indicates different anomalies both in time and space.

После получения области локализации комбинированной аномалии проводится анализ вклада тех или иных детекторов 300 в эту комбинированную аномалию. Так, вводится вектор признаков, соответствующий общему числу детекторов 300, и вклад того или иного детектора 300 выражается числом, рассчитываемым либо по вкладу пространственной или временной области аномалии, полученной этим детектором 300, в комбинированную аномалию, либо по степени близости центра этой и комбинированной аномалии, либо путем применения предобученной нейронной сети, оценивающей такой вклад. Отметим, что при отсутствии в образовании комбинированной аномалии того или иного детектора 300 его вклад устанавливается как нулевой. Также отметим, что при наличии информации о степени достоверности или критичности того или иного детектора 300 для данного ТП в КФС 200, в котором упомянутый детектор выявляет аномалию, вклад этого детектора 300 изменяют, например существенно увеличивают или уменьшают.After obtaining the area of localization of the combined anomaly, the analysis of the contribution of certain detectors 300 to this combined anomaly is carried out. Thus, a feature vector is introduced corresponding to the total number of detectors 300 , and the contribution of one or another detector 300 is expressed as a number calculated either from the contribution of the spatial or temporal region of the anomaly obtained by this detector 300 to the combined anomaly, or from the degree of proximity of the center of this and the combined anomaly , or by applying a pre-trained neural network that evaluates such a contribution. Note that in the absence of one or another detector 300 in the formation of the combined anomaly, its contribution is set to zero. We also note that if there is information about the degree of reliability or criticality of one or another detector 300 for a given TP in the FSC 200 , in which the said detector detects an anomaly, the contribution of this detector 300 is changed, for example, it is significantly increased or decreased.

После расчета вклада каждого из детекторов 300 в комбинированную аномалию проводится расчет заранее определенных характеристик комбинированной аномалии на основании области локализации комбинированной аномалии и значений всех параметров КФС, включенных во все подмножества параметров КФС конвейера 500. Пример такого определения характеристик описан в заявке на патент RU2021139349, и может проводиться на основании только локальных данных параметров КФС аномалии, с учетом вектора вкладов детекторов 300 в эту аномалию, с учетом характеристик аномалий, полученных от каждого из детекторов 300 или в любой комбинации от вышеперечисленного. Стоит отметить, что на этом же этапе при необходимости проводится фильтрация аномалий либо с заранее заданными характеристиками, либо определенных только одним детектором 300, либо определенных заранее предобученной нейронной сетью, либо по определенному заранее выбранному набору правил.After calculating the contribution of each of the detectors 300 to the combined anomaly, the predetermined characteristics of the combined anomaly are calculated based on the localization area of the combined anomaly and the values of all FSC parameters included in all subsets of the FSC parameters of the pipeline 500 . An example of such a characterization is described in patent application RU2021139349, and can be carried out on the basis of only local data on the FSC parameters of the anomaly, taking into account the vector of contributions of the detectors 300 to this anomaly, taking into account the characteristics of the anomalies obtained from each of the detectors 300 or in any combination of the above. . It should be noted that at the same stage, if necessary, anomalies are filtered either with predetermined characteristics, or determined by only one detector 300 , or determined by a pre-trained neural network, or according to a certain pre-selected set of rules.

Итак, на выходе средства ансамблирования 404 оператор ТП получает набор комбинированных аномалий с их рассчитанными характеристиками, которые могут включать вероятность аномалии, ее класс опасности, пространственные и временные размеры, метод или способ обнаружения и другие.So, at the output of the ensemble tool 404, the TS operator receives a set of combined anomalies with their calculated characteristics, which may include the anomaly probability, its hazard class, spatial and temporal dimensions, detection method or method, and others.

Далее рассматривается пример, в котором использование модуля определения на основе предельных значений 304 может быть применено к тем параметрам КФС, которые имеют критически важное значение для того или иного ТП с целью выделения критически важных аномалий (первое подмножество). При этом остальные параметры КФС (второе подмножество) будут проанализированы другим способом, например средством 301. В этом случае средство ансамблирования 404 располагает информацией о методе детектирования аномалии (детекторе 300) и при обнаружении аномалии только модулем 304 определяет комбинированную аномалию с некоторой вероятностью и классом опасности (например, 80%, класс опасности «второй»), тогда как при обнаружении аномалии обоими детекторами 300 одновременно средство ансамблирования 404 определяет комбинированную аномалию с большей вероятностью и большим классом опасности (например, 90%-100%, класс опасности «первый»), после чего передает эту информацию оператору КФС.The following is an example in which the use of the limit value determination module 304 can be applied to those FSC parameters that are critical for a particular TP in order to highlight critical anomalies (first subset). In this case, the rest of the CPS parameters (the second subset) will be analyzed in a different way, for example, by means 301 . In this case, the ensemble tool 404 has information about the anomaly detection method (detector 300 ) and, when an anomaly is detected, only module 304 determines the combined anomaly with a certain probability and hazard class (for example, 80%, hazard class “second”), while when an anomaly is detected both detectors 300 at the same time, the ensemble 404 determines the combined anomaly with a higher probability and a higher hazard class (for example, 90%-100%, hazard class "first"), and then transmits this information to the FSC operator.

Другим примером может служить ситуация, когда параметры КФС 401а разделяют на подмножества параметров КФС 411 по определенному принципу, при этом для каждого подмножества параметров КФС 411 выбирают свой детектор 300. После этого каждая ветка конвейера обработки данных 500 по-отдельности определяет и оценивает вероятность и уровень критичности найденных аномалий и направляет эту информацию в средство ансамблирования 404. Стоит отметить, что уровень критичности аномалий, определяемых по параметрам КФС 401а каждого подмножества параметров КФС 411, может быть задан, например, оператором КФС посредством интерфейса обратной связи, с использованием предварительно обученной модели машинного обучения для оценки уровня критичности, с использованием данных статистики по ранее определенным аномалиям.Another example is the situation when the parameters of the FSC 401a are divided into subsets of the parameters of the FSC 411 according to a certain principle, with each subset of the parameters of the FSC 411 choosing its own detector 300 . After that, each branch of the data processing pipeline 500 separately determines and evaluates the probability and severity of the found anomalies and sends this information to the ensemble tool 404 . It is worth noting that the level of criticality of anomalies determined by the parameters of the FSC 401a of each subset of the parameters of the FSC 411 can be set, for example, by the operator of the FSC through the feedback interface, using a pre-trained machine learning model to estimate the level of criticality, using statistics from earlier certain anomalies.

Средство ансамблирования 404 проводит комбинирование результатов, полученных от выбранных детекторов 300, а именно всех полученных аномалий путем оценки близости центров соответствующих областей аномалий после чего вычисляет вероятность и класс опасности аномалии, в частности, путем весового усреднения уровней критичности и вероятности по всем способам, определившим соответствующую аномалию (то есть детекторов 300). Весами усреднения служит вектор, соответствующий обнаружению (значение 1) или не обнаружению (значение 0) данной аномалии тем или иным средством. При этом если общий уровень вероятности аномалии превышает заданный порог (например, более 0.5), то аномалия подтверждается, в противном случае не подтверждается и отфильтровывается.Ensembling tool 404 combines the results obtained from the selected detectors 300 , namely all the received anomalies by estimating the proximity of the centers of the corresponding areas of anomalies, and then calculates the probability and hazard class of the anomaly, in particular, by weighting the levels of criticality and probability over all methods that determined the corresponding anomaly (i.e. 300 detectors). The averaging weights are the vector corresponding to the detection (value 1) or non-detection (value 0) of this anomaly by one or another means. In this case, if the total anomaly probability level exceeds the specified threshold (for example, more than 0.5), then the anomaly is confirmed, otherwise it is not confirmed and is filtered out.

На Фиг. 6 представлен способ выявления аномалий в КФС.On FIG. 6 shows a method for detecting anomalies in the FSC.

На начальном этапе 601 собирают данные, содержащие значения параметров КФС 401. Далее, на этапе 602 формируют по меньшей мере два подмножества параметров КФС 411 из числа параметров КФС 401а. На этапе 603 выбирают по меньшей мере два детектора 300 из перечня детекторов 412 и по меньшей мере одно подмножество параметров КФС 411 для каждого выбранного детектора 300. После чего на этапе 604 осуществляют предобработку каждого подмножества параметров КФС 411 перед передачей соответствующему детектору 300. На этапе 605 с использованием каждого выбранного детектора 300 осуществляют выявление аномалий в данных, соответствующих детекторам 300 подмножеств параметров КФС 411. В итоге на этапе 606 выявляют комбинированную аномалию в КФС путем ансамблирования результатов, полученных от выбранных детекторов 300.At the initial stage 601 collect data containing the values of the parameters of the FSC 401 . Next, at step 602 , at least two subsets of QPS 411 parameters are generated from among the QPS parameters 401a . At step 603 , at least two detectors 300 are selected from the list of detectors 412 and at least one subset of FSC parameters 411 for each selected detector 300 . Then, at step 604 , each subset of QPS 411 parameters is pre-processed before being passed to the corresponding detector 300 . At step 605 , using each selected detector 300, anomalies are detected in the data corresponding to the detectors 300 of subsets of the QPS 411 parameters. Finally, at step 606 , the combined anomaly in the FSC is detected by aggregating the results from the selected detectors 300 .

Стоит отметить, что этапы 604-605 могут проходить параллельно для каждого подмножества параметров КФС 411. Например, один из детекторов 300 может осуществить предварительное выявление аномалии за 1 мс и передать результат средству ансамблирования 404, в то время как второму детектору на предварительное выявление аномалии может потребоваться 1 с. Частные варианты реализации, представленные ранее на Фиг. 2 - Фиг. 5, также применимы и к способу по Фиг. 6.It is worth noting that steps 604 - 605 may run in parallel for each subset of QPS 411 parameters. For example, one of the detectors 300 may perform pre-anomaly detection in 1 ms and pass the result to ensembler 404 , while the second detector may take 1 second to pre-detect the anomaly. The particular implementations presented earlier in FIG. 2 - Fig. 5 are also applicable to the method of FIG. 6 .

Таким образом, настоящее изобретение позволяет решить заявленную техническую проблему и достичь указанных технических результатов, а именно масштабировать систему выявления аномалий в КФС за счет использования множества детекторов и ансамблирования результатов применения указанных детекторов, а также повысить точность выявления аномалий в КФС за счет использования множества детекторов с последующим объединением результатов всех указанных детекторов.Thus, the present invention allows solving the claimed technical problem and achieving the indicated technical results, namely, scaling the anomaly detection system in the FSC by using a plurality of detectors and integrating the results of the use of these detectors, as well as improving the accuracy of anomaly detection in the FSC by using a plurality of detectors with subsequent merging of the results of all the specified detectors.

Фиг. 7 представляет пример компьютерной системы общего назначения, с помощью которой может быть реализовано настоящее изобретение, в частности система 500 и ее элементы, детекторы 300. Персональный компьютер или сервер 20, содержит центральный процессор 21, системную память 22 и системную шину 23, которая содержит разные системные компоненты, в том числе память, связанную с центральным процессором 21. Системная шина 23 реализована, как любая известная из уровня техники шинная структура, содержащая в свою очередь память шины или контроллер памяти шины, периферийную шину и локальную шину, которая способна взаимодействовать с любой другой шинной архитектурой. Системная память содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 24, память с произвольным доступом (ОЗУ) 25. Основная система ввода/вывода (BIOS) 26, содержит основные процедуры, которые обеспечивают передачу информации между элементами персонального компьютера 20, например, в момент загрузки операционной системы с использованием ПЗУ 24. Fig. 7 is an example of a general purpose computer system with which the present invention can be implemented, in particular system 500 and its elements, detectors 300 . The personal computer or server 20 includes a central processing unit 21 , system memory 22 , and a system bus 23 which contains various system components including memory associated with the central processing unit 21 . The system bus 23 is implemented as any bus structure known in the art, in turn comprising a bus memory or bus memory controller, a peripheral bus, and a local bus capable of interfacing with any other bus architecture. The system memory contains read-only memory (ROM) 24 , random access memory (RAM) 25 . The main input/output system (BIOS) 26 contains the basic procedures that ensure the transfer of information between the elements of a personal computer 20 , for example, at the time of booting the operating system using ROM 24 .

Персональный компьютер 20 в свою очередь содержит жесткий диск 27 для чтения и записи данных, привод магнитных дисков 28 для чтения и записи на сменные магнитные диски 29 и оптический привод 30 для чтения и записи на сменные оптические диски 31, такие как CD-ROM, DVD-ROM и иные оптические носители информации. Жесткий диск 27, привод магнитных дисков 28, оптический привод 30 соединены с системной шиной 23 через интерфейс жесткого диска 32, интерфейс магнитных дисков 33 и интерфейс оптического привода 34 соответственно. Приводы и соответствующие компьютерные носители информации представляют собой энергонезависимые средства хранения компьютерных инструкций, структур данных, программных модулей и прочих данных персонального компьютера 20.The personal computer 20 in turn comprises a hard disk 27 for reading and writing data, a magnetic disk drive 28 for reading and writing to removable magnetic disks 29 and an optical drive 30 for reading and writing to removable optical disks 31 such as CD-ROM, DVD -ROM and other optical storage media. The hard disk 27 , the magnetic disk drive 28 , the optical drive 30 are connected to the system bus 23 via the hard disk interface 32 , the magnetic disk interface 33 , and the optical drive interface 34 , respectively. Drives and related computer storage media are non-volatile means of storing computer instructions, data structures, program modules, and other personal computer data 20 .

Настоящее описание раскрывает реализацию системы, которая использует жесткий диск 27, сменный магнитный диск 29 и сменный оптический диск 31, но следует понимать, что возможно применение иных типов компьютерных носителей информации 56, которые способны хранить данные в доступной для чтения компьютером форме (твердотельные накопители, флеш карты памяти, цифровые диски, память с произвольным доступом (ОЗУ) и т.п.), которые подключены к системной шине 23 через контроллер 55.The present description discloses an implementation of a system that uses a hard disk 27' , a removable magnetic disk 29' , and a removable optical disk 31' , but it should be understood that other types of computer storage media 56 that are capable of storing data in a computer-readable form (solid state drives, flash memory cards, digital disks, random access memory (RAM), etc.), which are connected to the system bus 23 through the controller 55 .

Компьютер 20 имеет файловую систему 36, где хранится записанная операционная система 35, а также дополнительные программные приложения 37, другие программные модули 38 и данные программ 39. Пользователь (оператор) имеет возможность вводить команды и информацию в персональный компьютер 20 посредством устройств ввода (клавиатуры 40, манипулятора «мышь» 42). Могут использоваться другие устройства ввода (не отображены): микрофон, джойстик, игровая консоль, сканер и т.п. Подобные устройства ввода по своему обычаю подключают к компьютерной системе 20 через последовательный порт 46, который в свою очередь подсоединен к системной шине, но могут быть подключены иным способом, например, при помощи параллельного порта, игрового порта или универсальной последовательной шины (USB). Монитор 47 или иной тип устройства отображения также подсоединен к системной шине 23 через интерфейс, такой как видеоадаптер 48. В дополнение к монитору 47, персональный компьютер может быть оснащен другими периферийными устройствами вывода (не отображены), например, колонками, принтером и т.п.The computer 20 has a file system 36 that stores the recorded operating system 35 as well as additional software applications 37 , other program modules 38 and program data 39 . The user (operator) has the ability to enter commands and information into the personal computer 20 through input devices (keyboard 40 , mouse 42 ). Other input devices (not shown) may be used: microphone, joystick, game console, scanner, etc. Such input devices are typically connected to the computer system 20 through a serial port 46 , which in turn is connected to the system bus, but may be connected in other ways, such as through a parallel port, game port, or universal serial bus (USB). A monitor 47 or other type of display device is also connected to the system bus 23 via an interface such as a video adapter 48' . In addition to the monitor 47 , the personal computer may be equipped with other peripheral output devices (not shown), such as speakers, a printer, and the like.

Персональный компьютер 20 способен работать в сетевом окружении, при этом используется сетевое соединение с другим или несколькими удаленными компьютерами 49. Удаленный компьютер (или компьютеры) 49 являются такими же персональными компьютерами или серверами, которые имеют большинство или все упомянутые элементы, отмеченные ранее при описании существа персонального компьютера 20, представленного на Фиг. 7. В вычислительной сети могут присутствовать также и другие устройства, например, маршрутизаторы, сетевые станции, пиринговые устройства или иные сетевые узлы.The personal computer 20 is capable of operating in a networked environment using a network connection to another or more remote computers 49 . The remote computer (or computers) 49 are the same personal computers or servers that have most or all of the elements mentioned earlier in the description of the nature of the personal computer 20 shown in FIG. 7 . Other devices may also be present in the computer network, such as routers, network stations, peer-to-peer devices, or other network nodes.

Сетевые соединения могут образовывать локальную вычислительную сеть (LAN) 50 и глобальную вычислительную сеть (WAN). Такие сети применяются в корпоративных компьютерных сетях (также - информационных системах), внутренних сетях компаний и, как правило, имеют доступ к сети Интернет. В LAN- или WAN-сетях персональный компьютер 20 подключен к локальной сети 50 через сетевой адаптер или сетевой интерфейс 51. При использовании сетей персональный компьютер 20 может использовать модем 54 или иные средства обеспечения связи с глобальной вычислительной сетью, такой как Интернет. Модем 54, который является внутренним или внешним устройством, подключен к системной шине 23 посредством последовательного порта 46. Следует уточнить, что сетевые соединения являются лишь примерными и не обязаны отображать точную конфигурацию сети, т.е. в действительности существуют иные способы установления соединения техническими средствами связи одного компьютера с другим.The network connections may form a local area network (LAN) 50 and a wide area network (WAN). Such networks are used in corporate computer networks (also - information systems), internal networks of companies and, as a rule, have access to the Internet. In LAN or WAN networks, the personal computer 20 is connected to the local network 50 via a network adapter or network interface 51 . When using networks, personal computer 20 may use a modem 54 or other means to communicate with a wide area network, such as the Internet. The modem 54 , which is an internal or external device, is connected to the system bus 23 via the serial port 46 . It should be clarified that network connections are only indicative and are not required to represent the exact network configuration, i.e. in fact, there are other ways to establish a connection by technical means of communication from one computer to another.

В соответствии с описанием, компоненты, этапы исполнения, структура данных, описанные выше, могут быть выполнены, используя различные типы операционных систем, компьютерных платформ, программ.As described, the components, execution steps, data structure described above can be executed using various types of operating systems, computer platforms, programs.

В заключение следует отметить, что приведенные в описании сведения являются примерами, которые не ограничивают объем настоящего изобретения, определенного формулой.In conclusion, it should be noted that the information given in the description are examples that do not limit the scope of the present invention defined by the formula.

Claims (86)

1. Реализуемый компьютером способ выявления аномалий в киберфизической системе (КФС), в котором:1. A computer-implemented method for detecting anomalies in a cyber-physical system (CPS), in which: а) собирают значения параметров КФС;a) collect the values of the CPS parameters; б) формируют по меньшей мере два подмножества параметров КФС из числа параметров КФС;b) at least two subsets of QPS parameters are formed from among the QPS parameters; в) выбирают по меньшей мере два детектора аномалий из перечня детекторов и по меньшей мере одно сформированное подмножество параметров КФС для каждого выбранного детектора;c) selecting at least two anomaly detectors from the list of detectors and at least one generated subset of FSC parameters for each selected detector; г) осуществляют предобработку каждого подмножества параметров КФС перед передачей соответствующему детектору, при этом каждому выбранному детектору соответствует свой набор этапов предобработки;d) pre-processing each subset of FSC parameters before passing it to the corresponding detector, with each selected detector corresponding to its own set of pre-processing steps; д) выявляют по меньшей мере одну аномалию каждым выбранным детектором в данных соответствующего детектору подмножества параметров КФС;e) detecting at least one anomaly by each selected detector in the data of the subset of FSC parameters corresponding to the detector; е) выявляют комбинированную аномалию в КФС путем ансамблирования результатов, полученных от выбранных детекторов.f) identify the combined anomaly in the FSC by aggregating the results obtained from the selected detectors. 2. Способ по п. 1, в котором осуществляют постобработку выявленных аномалий от каждого выбранного детектора, причем осуществляют ансамблирование результатов, прошедших постобработку.2. The method according to claim 1, in which post-processing of the detected anomalies from each selected detector is carried out, and the ensemble of the results that have passed post-processing is carried out. 3. Способ по п. 1, в котором при выборе детектора и соответствующего ему подмножества параметров КФС учитывают по меньшей мере одно из следующего:3. The method according to claim 1, in which at least one of the following is taken into account when choosing a detector and its corresponding subset of FSC parameters: характеристики КФС;characteristics of FSC; перечень параметров КФС и их значения из подмножества параметров КФС;list of CPS parameters and their values from a subset of CPS parameters; тип и объем данных.type and amount of data. 4. Способ по п. 1, в котором при выборе детектора и соответствующего ему подмножества параметров КФС учитывают по меньшей мере одну из следующих характеристик, связанных с детектором:4. The method according to claim 1, in which, when choosing a detector and its corresponding subset of FSC parameters, at least one of the following characteristics associated with the detector is taken into account: метрику качества;quality metric; результаты анализа ROC-кривой;results of ROC-curve analysis; время выполнения;lead time; объем используемых компьютером ресурсов.the amount of resources used by the computer. 5. Способ по п. 1, в котором предобработка подмножества параметров КФС включает по меньшей мере один из следующих этапов:5. The method according to claim 1, in which the preprocessing of a subset of QPS parameters includes at least one of the following steps: буферизацию данных с временным буфером длины Δt;buffering data with a temporary buffer of length Δt; фильтрацию невалидных данных либо данных, пришедших с опозданием, большим чем Δt;filtering of invalid data or data that arrived with a delay greater than Δt; переупорядочение на основе моментов времени получения значений параметров КФС;reordering based on the time points of obtaining the values of the CPS parameters; заполнение пробелов в значения параметров КФС;filling gaps in the values of CFS parameters; интерполяцию на равномерную сетку;interpolation on a uniform grid; нормализацию значений параметров КФС;normalization of CPS parameters values; переупаковку значений параметров КФС для обработки детектором.repacking the values of the FSC parameters for processing by the detector. 6. Способ по п. 1, в котором детекторы из перечня детекторов реализуют по меньшей мере один из следующих способов выявления аномалий:6. The method according to claim 1, in which the detectors from the list of detectors implement at least one of the following anomaly detection methods: способ, согласно которому выявляют аномалию в случае превышения общей ошибкой прогноза порогового значения, при этом предварительно выполняют прогнозирование значений параметров КФС и последующее определение общей ошибки прогноза для параметров КФС;a method according to which an anomaly is detected in the event that the total prediction error exceeds a threshold value, while first performing the prediction of the values of the QPS parameters and then determining the total prediction error for the QPS parameters; способ, согласно которому выявляют аномалию путем применения модели машинного обучения по значениям параметров КФС;a method according to which an anomaly is detected by applying a machine learning model based on the values of the QPS parameters; способ, согласно которому выявляют аномалию при выполнении правила выявления аномалий;a method according to which an anomaly is detected when the anomaly detection rule is executed; способ, согласно которому выявляют аномалию на основании сравнения полученных значений параметров КФС с предельными значениями установленных диапазонов значений для параметров КФС.a method according to which an anomaly is detected based on a comparison of the obtained values of the FSC parameters with the limit values of the established ranges of values for the FSC parameters. 7. Способ по п. 1, в котором параметры КФС принимают по меньшей мере одно из следующих значений:7. The method according to claim 1, in which the CPS parameters take at least one of the following values: измерение датчика;sensor measurement; значение управляемого параметра исполнительного механизма;the value of the controlled parameter of the actuator; уставку исполнительного механизма;setting of the actuator; значение по меньшей мере одного входного сигнала пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора (ПИД-регулятора);the value of at least one input signal proportional-integral-derivative controller (PID controller); значение выходного сигнала ПИД-регулятора.PID controller output value. 8. Способ по п. 1, в котором значения параметров КФС собирают одновременно от всего КФС с указанием параметров КФС или от отдельных частей КФС в виде нескольких отдельных потоков значений параметров КФС с указанием параметров КФС, содержащихся в каждом потоке.8. The method according to claim 1, in which the values of the CPS parameters are collected simultaneously from the entire CPS with an indication of the CPS parameters or from individual parts of the CPS in the form of several separate streams of CPS parameter values with an indication of the CPS parameters contained in each stream. 9. Способ по п. 1, в котором проводят ансамблирование результатов, полученных от выбранных детекторов по меньшей мере одним из следующих способов:9. The method according to p. 1, in which the ensemble of the results obtained from the selected detectors is performed by at least one of the following methods: путем комбинирования областей локализации аномалий от отдельных детекторов с целью локализации общих аномалий, причем упомянутые области определяют аномалии в пространстве и/или времени;by combining areas of localization of anomalies from individual detectors in order to localize common anomalies, and said areas define anomalies in space and/or time; путем анализа вклада того или иного детектора в комбинированную аномалию;by analyzing the contribution of one or another detector to the combined anomaly; путем расчета заранее определенных характеристик комбинированной аномалии, используя характеристики аномалий, полученные от каждого из детекторов, и информации об его вкладе.by calculating predetermined characteristics of the combined anomaly using the characteristics of the anomalies obtained from each of the detectors and information about its contribution. 10. Способ по п. 9, в котором для комбинирования областей или времен аномалий от отдельных детекторов используют по меньшей мере одно следующее условие:10. The method of claim 9, wherein at least one of the following conditions is used to combine areas or times of anomalies from individual detectors: если пространственное или временное пересечение вышеуказанных областей превышает определенный процент от объединенной области;if the spatial or temporal intersection of the above areas exceeds a certain percentage of the combined area; если центры соответствующих областей лежат в определенном пространственном или временном диапазоне;if the centers of the respective regions lie in a certain spatial or temporal range; если специально предобученная нейронная сеть помечает данные области как относящиеся к одной комбинированной аномалии.if a specially pre-trained neural network marks these areas as belonging to one combined anomaly. 11. Способ по п. 9, в котором анализируют вклад того или иного детектора в аномалию путем задания вектора признаков, соответствующего общему числу детекторов, и последующего выполнения по меньшей мере одного из следующих действий:11. The method according to claim 9, in which the contribution of one or another detector to the anomaly is analyzed by setting a feature vector corresponding to the total number of detectors, and then performing at least one of the following actions: вклад детектора в аномалию приравнивают числу, рассчитанному по вкладу пространственной или временной области аномалии, полученной этим детектором, в комбинированную аномалию;the contribution of the detector to the anomaly is equated to a number calculated from the contribution of the spatial or temporal region of the anomaly obtained by this detector to the combined anomaly; определяют вклад по степени близости к центру этой комбинированной аномалии;determine the contribution by the degree of proximity to the center of this combined anomaly; определяют вклад путем применения предобученной нейронной сети, оценивающей такой вклад;determine the contribution by applying a pre-trained neural network that evaluates such a contribution; при отсутствии в образовании комбинированной аномалии того или иного детектора, его вклад устанавливают равным нулю;in the absence of one or another detector in the formation of the combined anomaly, its contribution is set equal to zero; при наличии информации о степени достоверности или критичности того или иного детектора для технологического процесса (ТП) в КФС, в котором упомянутый детектор выявляет аномалию, вклад этого детектора изменяют.if there is information about the degree of reliability or criticality of a particular detector for a technological process (TP) in the FSC, in which the said detector detects an anomaly, the contribution of this detector is changed. 12. Способ по п. 9, в котором после выявления по меньшей мере одной аномалии каждым выбранным детектором, дополнительно выполняют постобработку выходных данных, в частности, рассчитывают расширенный набор характеристик аномалии, включающий оценку опасности аномалий, типизацию и определение размеров таких аномалий, нормализацию и унификацию выходной информации об аномалиях, причем выявляют комбинированную аномалию в КФС путем ансамблирования результатов, полученных от выбранных детекторов и прошедших упомянутую постобработку.12. The method according to claim 9, in which, after detecting at least one anomaly by each selected detector, post-processing of the output data is additionally performed, in particular, an extended set of anomaly characteristics is calculated, including an assessment of the danger of anomalies, typing and sizing of such anomalies, normalization and unification of output information about anomalies, moreover, a combined anomaly is detected in the FSC by aggregating the results obtained from the selected detectors and passed the mentioned post-processing. 13. Способ по п. 9, в котором при невозможности расчета характеристики аномалии в детекторе устанавливают заранее выбранное значение для указанной характеристики аномалии.13. The method according to claim 9, wherein if the anomaly characteristic cannot be calculated, the detector is set to a preselected value for said anomaly characteristic. 14. Способ по п. 9, в котором рассчитывают по меньшей мере одну из следующих характеристик аномалии, связанных с выявившем её детектором:14. The method according to claim 9, in which at least one of the following characteristics of the anomaly associated with the detector that detected it is calculated: класс опасности аномалии, выявленной детектором, ее тип и размеры;the hazard class of the anomaly detected by the detector, its type and size; вероятности определения аномалии детектором;the probability of detecting an anomaly by the detector; величины отклонений прогнозных значений параметров КФС от их истинных значений или значений по умолчанию, величины указанных отклонений от уставок, среднеквадратичные величины меры отклонений отдельных или всех параметров КФС, используемых в детекторе;values of deviations of the predicted values of the CPS parameters from their true values or default values, the values of the specified deviations from the settings, the root-mean-square values of the measure of deviations of individual or all CPS parameters used in the detector; максимальные или средние величины отклонений наблюдаемых значений параметров КФС от определенных заранее заданных пределов, длительности во времени и частоты указанных отклонений;maximum or average deviations of the observed values of the CPS parameters from certain predetermined limits, the duration in time and the frequency of these deviations; производительность детектора при выявлении аномалии.detector performance in detecting an anomaly. 15. Способ по п. 1, в котором для подмножества параметров КФС выбирают тот детектор, который обеспечивает нужную точность и полноту определения аномалий данным детектором по данному подмножеству параметров КФС, или заданную производительность детектора на этом подмножестве параметров КФС, или в соответствии с экспертными знаниями о подмножестве параметров КФС.15. The method according to claim 1, in which, for a subset of CPS parameters, the detector is selected that provides the required accuracy and completeness of anomaly detection by this detector for a given subset of CPS parameters, or a given detector performance on this subset of CPS parameters, or in accordance with expert knowledge about a subset of CPS parameters. 16. Способ по п. 1, в котором подмножества параметров КФС выбирают с учетом по меньшей мере одной из следующих характеристик подмножества КФС:16. The method according to claim 1, wherein the subsets of QPS parameters are selected based on at least one of the following characteristics of the QPS subset: значимости параметров КФС для ТП;significance of CPS parameters for TP; принадлежности параметров КФС к тому или иному типу оборудования;FSC parameters belong to one or another type of equipment; принадлежности к одному ТП;belonging to one TS; однотипности физических параметров КФС в подмножестве.uniformity of CPS physical parameters in a subset. 17. Система выявления аномалий в киберфизической системе (КФС), содержащая:17. System for detecting anomalies in the cyber-physical system (CPS), containing: а) средство сбора данных, предназначенное для сбора значений параметров КФС;a) a data collection tool designed to collect the values of the CPS parameters; б) средство формирования, предназначенное для:b) a means of formation intended for: формирования по меньшей мере двух подмножеств параметров КФС из числа параметров КФС;forming at least two subsets of QPS parameters from among the QPS parameters; выбора по меньшей мере двух детекторов из перечня детекторов и по меньшей мере одного сформированного подмножества параметров КФС для каждого выбранного детектора;selecting at least two detectors from the list of detectors and at least one generated subset of FSC parameters for each selected detector; в) по меньшей мере один блок предобработки, предназначенный для обработки каждого подмножества параметров КФС перед передачей соответствующему детектору, причем каждому детектору соответствует свой набор блоков предобработки;c) at least one pre-processing block designed to process each subset of CPS parameters before transmission to the corresponding detector, each detector having its own set of pre-processing blocks; г) каждый из упомянутых по меньшей мере двух детекторов предназначен для выявления по меньшей мере одной аномалии в данных соответствующего детектору подмножества параметров КФС;d) each of said at least two detectors is designed to detect at least one anomaly in the data of the subset of FSC parameters corresponding to the detector; д) средство ансамблирования, предназначенное для выявления комбинированной аномалии в КФС путем ансамблирования результатов, полученных от выбранных детекторов.e) Ensemble tool designed to detect the combined anomaly in the FSC by ensembling the results obtained from the selected detectors. 18. Система по п. 17, в которой блоки предобработки выполняют по меньшей мере один из следующих этапов:18. The system of claim 17, wherein the pre-processing units perform at least one of the following steps: буферизацию данных с временным буфером длины Δt;buffering data with a temporary buffer of length Δt; фильтрацию невалидных данных либо данных, пришедших с опозданием, большим чем Δt;filtering of invalid data or data that arrived with a delay greater than Δt; переупорядочение на основе моментов времени получения значений параметров КФС;reordering based on the time points of obtaining the values of the CPS parameters; заполнение пробелов в значения параметров КФС;filling gaps in the values of CFS parameters; интерполяцию на равномерную сетку;interpolation on a uniform grid; нормализацию значений параметров КФС;normalization of CPS parameters values; переупаковку значений параметров КФС для обработки детектором.repacking the values of the FSC parameters for processing by the detector. 19. Система по п. 17, дополнительно содержащая по меньшей мере один блок постобработки, предназначенный для обработки выходных данных соответствующего ему детектора перед передачей средству ансамблирования, причем каждому детектору соответствует свой набор блоков постобработки.19. The system of claim 17, further comprising at least one post-processing block for processing the output of its respective detector before being passed to the ensembler, each detector having its own set of post-processing blocks. 20. Система по п. 19, в которой блоки постобработки выполняют по меньшей мере один из следующих этапов:20. The system of claim 19, wherein the post-processing units perform at least one of the following steps: а) оценку опасности аномалий;a) assessment of the risk of anomalies; б) типизацию и определение размеров таких аномалий;b) typification and sizing of such anomalies; в) нормализацию и унификацию выходной информации об аномалиях.c) normalization and unification of output information about anomalies.
RU2022123995A 2022-09-09 2022-09-09 System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system RU2800740C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/351,811 US20240086267A1 (en) 2022-09-09 2023-07-13 System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system
EP23188045.1A EP4336294A1 (en) 2022-09-09 2023-07-27 System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2800740C1 true RU2800740C1 (en) 2023-07-27

Family

ID=

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8563908B1 (en) * 2008-12-19 2013-10-22 Lockheed Martin Corporation Methods and systems for threat engagement management
RU2515465C2 (en) * 2009-12-07 2014-05-10 Кобра Электроникс Корпорейшн Method to analyse data received from combined detectors of radars
US20170076563A1 (en) * 2015-09-15 2017-03-16 General Electric Company Systems and methods to provide pipeline damage alerts
US20190098035A1 (en) * 2017-09-28 2019-03-28 Yokogawa Electric Corporation Systems, methods and computer program products for anomaly detection
RU2699942C1 (en) * 2019-03-07 2019-09-11 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Method for prediction of development of anomalies in rail head
US10673880B1 (en) * 2016-09-26 2020-06-02 Splunk Inc. Anomaly detection to identify security threats
RU2724075C1 (en) * 2018-12-28 2020-06-19 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" System and method for determining anomaly source in cyber-physical system having certain characteristics
RU2724716C1 (en) * 2018-12-28 2020-06-25 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" System and method of generating data for monitoring cyber-physical system for purpose of early detection of anomalies in graphical user interface
US10728265B2 (en) * 2017-06-15 2020-07-28 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Cyber warning receiver
EP3715988A1 (en) * 2019-03-26 2020-09-30 Siemens Aktiengesellschaft System, device and method for detecting anomalies in industrial assets
US20200380117A1 (en) * 2019-05-30 2020-12-03 Entit Software Llc Aggregating anomaly scores from anomaly detectors
RU2749252C1 (en) * 2020-02-26 2021-06-07 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" Method of determining anomaly sources in a cyber-physical system
US20210356350A1 (en) * 2018-09-27 2021-11-18 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Method and device for identifying the occurrence of a defect in a pipeline by means of estimation
US11409866B1 (en) * 2021-06-25 2022-08-09 Northrop Grumman Systems Corporation Adaptive cybersecurity for vehicles

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8563908B1 (en) * 2008-12-19 2013-10-22 Lockheed Martin Corporation Methods and systems for threat engagement management
RU2515465C2 (en) * 2009-12-07 2014-05-10 Кобра Электроникс Корпорейшн Method to analyse data received from combined detectors of radars
US20170076563A1 (en) * 2015-09-15 2017-03-16 General Electric Company Systems and methods to provide pipeline damage alerts
US10673880B1 (en) * 2016-09-26 2020-06-02 Splunk Inc. Anomaly detection to identify security threats
US10728265B2 (en) * 2017-06-15 2020-07-28 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Cyber warning receiver
US20190098035A1 (en) * 2017-09-28 2019-03-28 Yokogawa Electric Corporation Systems, methods and computer program products for anomaly detection
US20210356350A1 (en) * 2018-09-27 2021-11-18 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Method and device for identifying the occurrence of a defect in a pipeline by means of estimation
RU2724075C1 (en) * 2018-12-28 2020-06-19 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" System and method for determining anomaly source in cyber-physical system having certain characteristics
RU2724716C1 (en) * 2018-12-28 2020-06-25 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" System and method of generating data for monitoring cyber-physical system for purpose of early detection of anomalies in graphical user interface
RU2699942C1 (en) * 2019-03-07 2019-09-11 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Method for prediction of development of anomalies in rail head
EP3715988A1 (en) * 2019-03-26 2020-09-30 Siemens Aktiengesellschaft System, device and method for detecting anomalies in industrial assets
US20200380117A1 (en) * 2019-05-30 2020-12-03 Entit Software Llc Aggregating anomaly scores from anomaly detectors
RU2749252C1 (en) * 2020-02-26 2021-06-07 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" Method of determining anomaly sources in a cyber-physical system
US11409866B1 (en) * 2021-06-25 2022-08-09 Northrop Grumman Systems Corporation Adaptive cybersecurity for vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2724075C1 (en) System and method for determining anomaly source in cyber-physical system having certain characteristics
RU2724716C1 (en) System and method of generating data for monitoring cyber-physical system for purpose of early detection of anomalies in graphical user interface
EP3674946B1 (en) System and method for detecting anomalies in cyber-physical system with determined characteristics
JP2022500745A (en) Computer implementation methods, computer program products and systems for anomaly detection and / or predictive maintenance
CN119335940B (en) Sewage treatment data real-time monitoring method and system based on Internet of things
US20230205193A1 (en) System and method for diagnostics and monitoring of anomalies of a cyber-physical system
CN118691046A (en) A power dispatching method and system based on artificial intelligence
CN116483054A (en) Industrial robot running state monitoring and early warning system and method
KR20230102431A (en) Oil gas plant equipment failure prediction and diagnosis system based on artificial intelligence
CN108257365A (en) A kind of industrial alarm designs method based on global nonspecific evidence dynamic fusion
US20240086267A1 (en) System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system
CN119538152A (en) Abnormality detection method, device and electronic equipment for main network equipment
RU2800740C1 (en) System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system
EP4206963B1 (en) System and method for diagnostics and monitoring of anomalies of a cyber-physical system
RU121944U1 (en) AUTOMATED SYSTEM FOR IDENTIFYING FAULT SENSORS AMONG SENSORS INTENDED FOR CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES
CN116157803A (en) Direct machine learning-based method of determining a state of a facility control loop component
RU2749252C1 (en) Method of determining anomaly sources in a cyber-physical system
US20230297057A1 (en) System and method for determination of anomalies in a cyber-physical system
EP4336294A1 (en) System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system
RU2784981C1 (en) Method for diagnosing and monitoring anomalies in a cyber-physical system
EP3674828B1 (en) System and method of generating data for monitoring of a cyber-physical system for early determination of anomalies
RU2790331C1 (en) Method for determining an anomaly in a cyber-physical system
CN111837082B (en) Ultrasonic flow meter prognostics using near real-time conditions
CN117687373A (en) System and method for detecting anomalies in information physical systems
KR20240063347A (en) System and method of prediction anomalous signs in smart factory using ensemble learning and kalman filter