HARCRICS

Sistemes d'infraestructures crítiques (abreujat CIS), com ara xarxes d'aigua, parcs eòlics, xarxes de gas o elèctriques, i sistemes complexos, com turbines eòliques, ascensors o UAVs, són, en general, compostos per un gran nombre d'elements amb un comportament que varia amb el temps, que presenten nombrosos modes d'operació i que estan subjectes a canvis deguts a condicions externes (per exemple, meteorologia, càrrega) i restriccions operatives. Actualment, les restriccions operatives dels sistemes automatitzats i els processos impliquen, a més del camp de la seguretat, la disponibilitat i la fiabilitat, el camp de control conscient de la salut. El control conscient de la salut tracta de la capacitat de generar una acció de control per complir els objectius de control i per allargar la vida útil dels components del sistema.

La seguretat, fiabilitat i operació saludable en aquest tipus de processos tecnològics i sistemes complexos és de gran importància, per protegir la vida humana i la salut, el medi ambient, la qualitat del producte i el valor econòmic invertit. Per garantir que es pugui aconseguir i mantenir un alt rendiment en condicions adverses, aquests sistemes requereixen sistemes de supervisió i control en temps real altament sofisticats. Donat que la probabilitat de fallada d'alguns d'aquests components augmentarà exponencialment amb el seu nombre i complexitat, els dissenys operatius han de tenir en compte mecanismes per a la detecció precoç de fallades, evitant la degradació del rendiment i els danys a la maquinària o la vida humana. L'objectiu del sistema de control resilient és maximitzar la supervivència de les infraestructures crítiques i els sistemes quan estan subjectes a condicions operatives adverses, com ara la degradació i fallades de components (maquinari, programari o subministrament elèctric), desastres naturals, errors humans, atacs maliciosos i canvis ambientals.

Aquest projecte introdueix nous paradigmes de control, anomenats “control conscient de la salut i control resilient”, que tenen en compte la informació sobre la salut del sistema per adaptar els objectius de la llei de control per allargar la vida útil restant, i en cas que aparegui una fallada (deguda a desastres naturals, fallades accidentals o atacs maliciosos), per activar mecanismes resilients per mitigar l'efecte de la fallada. Aquest nou paradigma combina dos conceptes:

• El nou concepte de Control Conscient de la Salut (HAC) que integra les tasques dels mòduls de diagnòstic i pronòstic, així com els processos i procediments responsables de recollir informació sobre la salut del sistema que permet prendre les decisions adequades per allargar la vida del sistema tant en situacions normals com en situacions amb fallades,
• i el concepte modern de Control Resilient (RC) que intenta dissenyar algoritmes de control per permetre la supervivència malgrat les situacions de fallades.

El nou paradigma de HAC considera la informació proporcionada pels algoritmes de pronòstic sobre la salut del sistema per adaptar el controlador de manera que els objectius/restriccions de control es modifiquin segons la salut del sistema. D'aquesta manera, s'generen accions de control per complir els objectius/restriccions de control però al mateix temps per allargar la vida dels components del sistema. Així, HAC intenta aconseguir el màxim rendiment sense degradar excessivament el sistema. El compromís es basa en resoldre un problema d'optimització multi-objectiu. Els controladors dissenyats amb procediments estàndard busquen maximitzar el rendiment sense tenir en compte si l'acció resultant deteriorarà molt ràpidament la vida del sistema.

D'altra banda, RC és un nou concepte basat en la idea introduïda per (Rieger, 2009): “Un sistema de control resilient és aquell que manté la consciència de l'estat i un nivell acceptable de normalitat operativa en resposta a disturbs, incloent amenaces d'una naturalesa inesperada i maliciosa”.

Per aconseguir aquest objectiu general, es tractaran diversos temes importants durant el desenvolupament del projecte:

• Establir una metodologia general per incloure en un sistema de control mecanismes conscients de la salut i resilients.
• Desenvolupar algoritmes de pronòstic que puguin operar en temps real i que es puguin integrar en el control conscient de la salut adaptant els objectius/restriccions del controlador.
• Desenvolupar algoritmes d'avaluació de la salut que es puguin integrar amb els algoritmes de pronòstic, treballant de manera col·laborativa proporcionant informació complementària sobre l'estat de salut actual i futur del sistema per alertar i recolzar les decisions de manteniment predictiu basades en l'estimació de les condicions.
• Desenvolupar mecanismes resilients que treballin de manera complementària amb les estratègies de control conscient de la salut, garantint l'operació del sistema en cas de situacions amb fallades.
• Desenvolupar algoritmes que garanteixin la qualitat de la informació dels sensors utilitzada pels algoritmes de pronòstic i diagnòstic mitjançant tècniques de validació i reconstrucció de dades.
• Desenvolupar algoritmes per a la col·locació òptima de sensors/actuadors que permetin desplegar els algoritmes de control conscient de la salut i resilients.
• Aplicació dels algoritmes desenvolupats en aplicacions reals desafiants com infraestructures crítiques (xarxes d'aigua i parcs eòlics), i sistemes complexos (ascensors i UAVs), que poden servir com a demostradors científics i tecnològics per provar els algoritmes i mostrar els avantatges tècnics i econòmics del control conscient de la salut i resilient.