123 research outputs found
Property-preserving subnet reductions for designing manufacturing systems with shared resources
AbstractThis paper handles two problems in manufacturing system design: resource sharing and system abstraction. In a manufacturing system, resources such as robots, machines, etc. are shared by several processes. When the resources are switched from one process to another, they may need some modifications such as cleaning oil, adding equipments and so on. Previous designing methods assume that the resources have no intermediate modifications. Hence, they need to be extended to handle such kinds of resource-sharing problems. As for abstraction, modeling operations with single places in manufacturing system design is very popular. From the viewpoint of verification, the objective is to verify whether the reduced model has the same desirable properties as the original one. This paper presents three kinds of property-preserving subnet reduction methods. For each reduction method, conditions are presented for ensuring that the properties liveness, boundedness and reversibility are preserved. Applications of these reduction methods to handling the above resource sharing and system abstraction problems are illustrated with an example from the manufacturing system
Contributions to the deadlock problem in multithreaded software applications observed as Resource Allocation Systems
Desde el punto de vista de la competencia por recursos compartidos sucesivamente reutilizables, se dice que un sistema concurrente compuesto por procesos secuenciales está en situación de bloqueo si existe en él un conjunto de procesos que están indefinidamente esperando la liberación de ciertos recursos retenidos por miembros del mismo conjunto de procesos. En sistemas razonablemente complejos o distribuidos, establecer una política de asignación de recursos que sea libre de bloqueos puede ser un problema muy difícil de resolver de forma eficiente. En este sentido, los modelos formales, y particularmente las redes de Petri, se han ido afianzando como herramientas fructíferas que permiten abstraer el problema de asignación de recursos en este tipo de sistemas, con el fin de abordarlo analíticamente y proveer métodos eficientes para la correcta construcción o corrección de estos sistemas. En particular, la teoría estructural de redes de Petri se postula como un potente aliado para lidiar con el problema de la explosión de estados inherente a aquéllos. En este fértil contexto han florecido una serie de trabajos que defienden una propuesta metodológica de diseño orientada al estudio estructural y la correspondiente corrección física del problema de asignación de recursos en familias de sistemas muy significativas en determinados contextos de aplicación, como el de los Sistemas de Fabricación Flexible. Las clases de modelos de redes de Petri resultantes asumen ciertas restricciones, con significado físico en el contexto de aplicación para el que están destinadas, que alivian en buena medida la complejidad del problema. En la presente tesis, se intenta acercar ese tipo de aproximación metodológica al diseño de aplicaciones software multihilo libres de bloqueos. A tal efecto, se pone de manifiesto cómo aquellas restricciones procedentes del mundo de los Sistemas de Fabricación Flexible se muestran demasiado severas para aprehender la versatilidad inherente a los sistemas software en lo que respecta a la interacción de los procesos con los recursos compartidos. En particular, se han de resaltar dos necesidades de modelado fundamentales que obstaculizan la mera adopción de antiguas aproximaciones surgidas bajo el prisma de otros dominios: (1) la necesidad de soportar el anidamiento de bucles no desplegables en el interior de los procesos, y (2) la posible compartición de recursos no disponibles en el arranque del sistema pero que son creados o declarados por un proceso en ejecución. A resultas, se identifica una serie de requerimientos básicos para la definición de un tipo de modelos orientado al estudio de sistemas software multihilo y se presenta una clase de redes de Petri, llamada PC2R, que cumple dicha lista de requerimientos, manteniéndose a su vez respetuosa con la filosofía de diseño de anteriores subclases enfocadas a otros contextos de aplicación. Junto con la revisión e integración de anteriores resultados en el nuevo marco conceptual, se aborda el estudio de propiedades inherentes a los sistemas resultantes y su relación profunda con otros tipos de modelos, la confección de resultados y algoritmos eficientes para el análisis estructural de vivacidad en la nueva clase, así como la revisión y propuesta de métodos de resolución de los problemas de bloqueo adaptadas a las particularidades físicas del dominio de aplicación. Asimismo, se estudia la complejidad computacional de ciertas vertientes relacionadas con el problema de asignación de recursos en el nuevo contexto, así como la traslación de los resultados anteriormente mencionados sobre el dominio de la ingeniería de software multihilo, donde la nueva clase de redes permite afrontar problemas inabordables considerando el marco teórico y las herramientas suministradas para subclases anteriormente explotadas
The impact of cybersecurity on industrial processes. Understand the risks and how to mitigate the consequences
La ciberseguretat s'està convertint en un tema cada dia més important que les empreses no poden ignorar, sobretot perquè actualment la majoria d'atacs han evolucionat fins al punt de fer que l'antivirus i el tallafocs siguin insuficients per garantir la protecció de la pròpia organització, estimulant els responsables en la ciberseguretat a invertir. cada cop més per estar al dia amb les amenaces cada cop més complexes.
S'ha arribat a un punt en què els atacants, donada la creixent dificultat per dur a terme ciberatacs a les xarxes informàtiques, han començat a plantejar-se la possibilitat d'orientar-se envers empreses manufactureres en els entorns on són més vulnerables, maquinària i xarxes industrials.
Actualment aquestes han perdut la protecció per la segregació que tenien en els darrers anys, degut a la introducció massiva de l'IoT i als nous paradigmes de la indústria 4.0 que estan imposant l'obertura cap a sistemes externs com el núvol i una estreta integració amb els sistemes empresarials. Això és molt perillós perquè fins i tot s'ha exposat maquinària fràgil que podria perdre la disponibilitat fins i tot amb atacs simples o accions aparentment inofensives, basades en versions obsoletes de programari i sistemes operatius, que es comuniquen entre entre sí amb protocols de comunicació clars, sense autenticació, ni criptografia.
Aquest projecte es posiciona en aquesta àrea i tracta de la seguretat d'una línia de panells de recent compra que s'ha d'inserir en una de les instal·lacions de producció de Fincantieri, respectant totes les polítiques de ciberseguretat corporativa, bones pràctiques, limitant l'augment al mínim de la superfície d'atac després de la seva inserció.
Les activitats s'han centrat en l'anàlisi dels riscos potencials als quals podria estar exposat aquest sistema i la definició dels correctius.
Tenint en compte l'entorn en el qual operem, no sempre és possible actuar sobre l'origen del problema i sovint s'han de trobar mesures alternatives.La ciberseguridad se está convirtiendo día a día en un tema cada vez más importante que las empresas no pueden ignorar, sobre todo porque hoy en día la mayoría de los ataques han evolucionado hasta el punto de hacer que los antivirus y firewall sean insuficientes para garantizar la protección de la propia organización, estimulando a los responsables en la ciberseguridad a invertir más y más para mantenerse al día con las amenazas cada vez más complejas.
Se ha llegado a un punto en el que los atacantes, ante la creciente dificultad para realizar ciberataques en redes IT, han comenzado a apuntar las empresas manufactureras en los entornos donde son más vulnerables, maquinaria y redes industriales.
Hoy en día estas redes han perdido la protección por la segregación que tenían en los últimos años, debido a la introducción masiva de IoT y los nuevos paradigmas de Industria 4.0 que están imponiendo la apertura hacia sistemas externos como la nube y una estrecha integración con los sistemas de negocios. Esto es muy peligroso porque incluso se ha expuesto maquinaria frágil que podría perder disponibilidad también con simples ataques o acciones aparentemente inofensivas, basadas en versiones obsoletas de software y sistemas operativos, que se comunican entre sí con protocolos de comunicación claros, sin autenticación ni criptografía.
Este proyecto se posiciona en esta área y trata de la seguridad de una línea de paneles recientemente comprada que debe insertarse en uno de los sitios de producción de Fincantieri, respetando todas las políticas corporativas de ciberseguridad, las mejores prácticas, limitando al mínimo el aumento de la superficie de ataque para la empresa tras su inserción.
Las actividades se centraron en el análisis de los riesgos a los que podría estar expuesto dicho sistema y la definición de remediación.
Teniendo en cuenta el entorno en el que operamos, no siempre es posible actuar sobre el origen del problema y muchas veces se deben encontrar alternativas.Cybersecurity is becoming an increasingly important topic day after day that cannot be ignored anymore by companies, especially since nowadays most attacks have evolved to the point of making antivirus and firewalls insufficient to guarantee the protection of organizations, pushing who is deputed to cybersecurity to invest more and more to keep up with the increasingly complex threats.
Security has reached a level that attackers, given the increasing difficulty in carrying out cyber-attacks in IT networks, have begun to consider the possibility of targeting manufacturing companies in environments where they are most vulnerable: industrial systems and networks.
Nowadays these networks have lost the protection due to segregation they had in the past years because of the massive introduction of IoT and the new paradigms of Industry 4.0 that are imposing the opening towards external systems such as the cloud and a tight integration with the corporate systems. This is very dangerous because even fragile machinery that could lose availability even with simple attacks or apparently harmless actions has been exposed. These assets are often based on obsolete versions of software and operating systems that communicate each other with clear text communication protocols, without any authentication or cryptography.
This project is positioned in this area and deals with securing a recently purchased panel line that has been inserted in one of Fincantieri's production sites, respecting all corporate cybersecurity policies, best practices, limiting the increase of the attack surface due to its insertion in the company to the minimum.
The activities focused on the analysis of the potential risks to which this system could be exposed and the definition of remediation.
Considering the environment in which it has been operated, it is not always possible to act on the source of the problem and alternative measures must often be found that limit the criticalities highlighted
Fluidization of Petri nets to improve the analysis of Discrete Event Systems
Las Redes de Petri (RdP) son un formalismo ampliamente aceptado para el modelado y análisis de Sistemas de Eventos Discretos (SED). Por ejemplo sistemas de manufactura, de logística, de tráfico, redes informáticas, servicios web, redes de comunicación, procesos bioquímicos, etc. Como otros formalismos, las redes de Petri sufren del problema de la ¿explosión de estados¿, en el cual el número de estados crece explosivamente respecto de la carga del sistema, haciendo intratables algunas técnicas de análisis basadas en la enumeración de estados. La fluidificación de las redes de Petri trata de superar este problema, pasando de las RdP discretas (en las que los disparos de las transiciones y los marcados de los lugares son cantidades enteras no negativas) a las RdP continuas (en las que los disparos de las transiciones, y por lo tanto los marcados se definen en los reales). Las RdP continuas disponen de técnicas de análisis más eficientes que las discretas. Sin embargo, como toda relajación, la fluidificación supone el detrimento de la fidelidad, dando lugar a la pérdida de propiedades cualitativas o cuantitativas de la red de Petri original. El objetivo principal de esta tesis es mejorar el proceso de fluidificación de las RdP, obteniendo un formalismo continuo (o al menos parcialmente) que evite el problema de la explosión de estados, mientras aproxime adecuadamente la RdP discreta. Además, esta tesis considera no solo el proceso de fluidificación sino también el formalismo de las RdP continuas en sí mismo, estudiando la complejidad computacional de comprobar algunas propiedades. En primer lugar, se establecen las diferencias que aparecen entre las RdP discretas y continuas, y se proponen algunas transformaciones sobre la red discreta que mejorarán la red continua resultante. En segundo lugar, se examina el proceso de fluidificación de las RdP autónomas (i.e., sin ninguna interpretación temporal), y se establecen ciertas condiciones bajo las cuales la RdP continua preserva determinadas propiedades cualitativas de la RdP discreta: limitación, ausencia de bloqueos, vivacidad, etc. En tercer lugar, se contribuye al estudio de la decidibilidad y la complejidad computacional de algunas propiedades comunes de la RdP continua autónoma. En cuarto lugar, se considera el proceso de fluidificación de las RdP temporizadas. Se proponen algunas técnicas para preservar ciertas propiedades cuantitativas de las RdP discretas estocásticas por las RdP continuas temporizadas. Por último, se propone un nuevo formalismo, en el cual el disparo de las transiciones se adapta a la carga del sistema, combinando disparos discretos y continuos, dando lugar a las Redes de Petri híbridas adaptativas. Las RdP híbridas adaptativas suponen un marco conceptual para la fluidificación parcial o total de las Redes de Petri, que engloba a las redes de Petri discretas, continuas e híbridas. En general, permite preservar propiedades de la RdP original, evitando el problema de la explosión de estados
The Impact of Petri Nets on System-of-Systems Engineering
The successful engineering of a large-scale system-of-systems project towards deterministic behaviour depends on integrating autonomous components using international communications standards in accordance with dynamic requirements. To-date, their engineering has been unsuccessful: no combination of top-down and bottom-up engineering perspectives is adopted, and information exchange protocol and interfaces between components are not being precisely specified. Various approaches such as modelling, and architecture frameworks make positive contributions to system-of-systems specification but their successful implementation is still a problem.
One of the most popular modelling notations available for specifying systems, UML, is intuitive and graphical but also ambiguous and imprecise. Supplying a range of diagrams to represent a system under development, UML lacks simulation and exhaustive verification capability. This shortfall in UML has received little attention in the context of system-of-systems and there are two major research issues:
1. Where the dynamic, behavioural diagrams of UML can and cannot be used to model and analyse system-of-systems
2. Determining how Petri nets can be used to improve the specification and analysis of the dynamic model of a system-of-systems specified using UML
This thesis presents the strengths and weaknesses of Petri nets in relation to the specification of system-of-systems and shows how Petri net models can be used instead of conventional UML Activity Diagrams. The model of the system-of-systems can then be analysed and verified using Petri net theory. The Petri net formalism of behaviour is demonstrated using two case studies from the military domain. The first case study uses Petri nets to specify and analyse a close air support mission. This case study concludes by indicating the strengths, weaknesses, and shortfalls of the proposed formalism in system-of-systems specification. The second case study considers specification of a military exchange network parameters problem and the results are compared with the strengths and weaknesses identified in the first case study.
Finally, the results of the research are formulated in the form of a Petri net enhancement to UML (mapping existing activity diagram elements to Petri net elements) to meet the needs of system-of-systems specification, verification and validation
- …