Аналіз ризиків та підвищення кібербезпеки цифрових двійників молочного виробництва

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.325422

Ключові слова:

цифровий двійник, промисловий Інтернет речей, моніторинг, контроль та моделювання загроз, технологічні ризики, харчова промисловість, безпека інформаційних систем

Анотація

Об’єктом дослідження є технологічні та технічні процеси, що впливають на ефективність розробки системи з цифровими двійниками та забезпечення кіберзахисту на прикладі молочної промисловості.

Робота спрямована на вирішення проблематики у секторі комплексної системи моніторингу виробничих процесів із можливістю раннього виявлення відхилень та потенційних загроз. Це, в свою чергу, може призводити до зниження якості продукції та підвищення ризиків кіберзахисту.

В ході реалізації досліджень розроблено цифровий двійник основних технологічних ділянок на прикладі молочного підприємства, а саме: приймального, апаратного та дієтичного відділень. Такий підхід забезпечує збір і аналіз даних про параметри виробництва (температура пастеризації, рівень у танках тощо), а також інтегрує результати лабораторного контролю. Виявлено, що найбільший вплив на ефективність функціонування виробничих процесів мають технологічні ризики, а ризики безпеки безпосередньо становлять 35 % від загальної структури загроз. Це частково пов’язано з однією з основних проблем у секторі недостатнього захисту даних та можливим зовнішнім втручанням, у тому числі при кібератаках. Крім того, в результаті аналізу виділено три групи ризиків (загальною кількістю 13 факторів), що надалі дозволило визначити їхній вплив на ефективність виробництва в цілому. Це, своєю чергою, дозволило зробити попередній висновок, що застосування стратегій управління ризиками кібербезпеки забезпечує зниження ймовірності технічних збоїв та інформаційних загроз на промисловому підприємстві. Результати моделювання цифрових двійників основних технологічних ділянок на прикладі молочного підприємства показало, що впровадження стратегій із групи ризиків безпеки підвищує ефективність проєкту на 4 %. Отримані результати можуть бути використані для підвищення рівня кібербезпеки та моніторингу виробничих процесів у молочній промисловості та інших агропромислових секторах. Розроблений цифровий двійник може бути інтегрований у системи управління якістю та безпекою харчового виробництва, зокрема, для підприємств, що працюють в умовах підвищених ризиків кіберзагроз.

Спонсор дослідження

  • Робота виконана в межах держбюджетної тематики проєкту молодих вчених № 1-24-25 БО «Розробка апаратурно-технологічних рішень виробництва багатоцільових полікомпонентних органічних напівфабрикатів та продуктів харчування в умовах військових дій та повоєнного відновлення країни».

Біографії авторів

Тетяна Віталіївна Савченко, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інформатики

Наталія Миколаївна Луцька, Національний університет харчових технологій

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автоматизації та комп'ютерних технологій систем управління ім. проф. А. П. Ладанюка

Лідія Олександрівна Власенко

Кандидат технічних наук, доцент

Мар’яна Василівна Сашньова, Державний торговельно-економічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інженерії програмного забезпечення та кібербезпеки

Андрій Миколайович Загорулько, Державний біотехнологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра обладнання та інжинірингу переробних і харчових виробництв

Софія Іванівна Міненко, Державний біотехнологічний університет

Доктор філософії з менеджменту, старший викладач

Кафедра менеджменту, бізнесу і адміністрування

Ельдар Байрам огли Ібаєв, Державний біотехнологічний університет

Аспірант

Кафедра обладнання та інжинірингу переробних і харчових виробництв

Наталія Віталіївна Титатеренко, Державний біотехнологічний університет

Кафедра обладнання та інжинірингу переробних і харчових виробництв

Посилання

  1. Hassoun, A., Ait-Kaddour, A., Abu-Mahfouz, A. M., Rathod, N. B., Bader, F., Barba, F. J. et al. (2022). The fourth industrial revolution in the food industry – Part I: Industry 4.0 technologies. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 63 (23), 6547–6563. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2034735
  2. Pozzi, R., Rossi, T., Secchi, R. (2021). Industry 4.0 technologies: critical success factors for implementation and improvements in manufacturing companies. Production Planning & Control, 34 (2), 139–158. https://doi.org/10.1080/09537287.2021.1891481
  3. Jones, D., Snider, C., Nassehi, A., Yon, J., Hicks, B. (2020). Characterising the Digital Twin: A systematic literature review. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 29, 36–52. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2020.02.002
  4. Han, S. (2020). A review of smart manufacturing reference models based on the skeleton meta-model. Journal of Computational Design and Engineering, 7 (3), 323–336. https://doi.org/10.1093/jcde/qwaa027
  5. Digital Twins for Industrial Applications (2020). Definition, Business Values, Design Aspects, Standards And Use Cases. An Industrial Internet Consortium White Paper. Available at: https://www.iiconsortium.org/pdf/IIC_Digital_Twins_Industrial_Apps_White_Paper_2020-02-18.pdf
  6. Pal, S., Jadidi, Z. (2021). Analysis of Security Issues and Countermeasures for the Industrial Internet of Things. Applied Sciences, 11 (20), 9393. https://doi.org/10.3390/app11209393
  7. Khanam, S., Ahmedy, I. B., Idna Idris, M. Y., Jaward, M. H., Bin Md Sabri, A. Q. (2020). A Survey of Security Challenges, Attacks Taxonomy and Advanced Countermeasures in the Internet of Things. IEEE Access, 8, 219709–219743. https://doi.org/10.1109/access.2020.3037359
  8. Latif, S., Idrees, Z., Huma, Z., Ahmad, J. (2021). Blockchain technology for the industrial Internet of Things: A comprehensive survey on security challenges, architectures, applications, and future research directions. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, 32 (11). https://doi.org/10.1002/ett.4337
  9. Abosata, N., Al-Rubaye, S., Inalhan, G., Emmanouilidis, C. (2021). Internet of Things for System Integrity: A Comprehensive Survey on Security, Attacks and Countermeasures for Industrial Applications. Sensors, 21 (11), 3654. https://doi.org/10.3390/s21113654
  10. Mendez Mena, D., Papapanagiotou, I., Yang, B. (2018). Internet of things: Survey on security. Information Security Journal: A Global Perspective, 27 (3), 162–182. https://doi.org/10.1080/19393555.2018.1458258
  11. Corallo, A., Lazoi, M., Lezzi, M., Luperto, A. (2022). Cybersecurity awareness in the context of the Industrial Internet of Things: A systematic literature review. Computers in Industry, 137, 103614. https://doi.org/10.1016/j.compind.2022.103614
  12. Jhanjhi, N., Humayun, M., N. Almuayqil, S. (2021). Cyber Security and Privacy Issues in Industrial Internet of Things. Computer Systems Science and Engineering, 37 (3), 361–380. https://doi.org/10.32604/csse.2021.015206
  13. Shepherd, C., Arfaoui, G., Gurulian, I., Lee, R. P., Markantonakis, K., Akram, R. N. et al. (2016). Secure and Trusted Execution: Past, Present, and Future – A Critical Review in the Context of the Internet of Things and Cyber-Physical Systems. 2016 IEEE Trustcom/BigDataSE/ISPA, 168–177. https://doi.org/10.1109/trustcom.2016.0060
  14. Peter, O., Pradhan, A., Mbohwa, C. (2023). Industrial internet of things (IIoT): opportunities, challenges, and requirements in manufacturing businesses in emerging economies. Procedia Computer Science, 217, 856–865. https://doi.org/10.1016/j.procs.2022.12.282
  15. The Business Viewpoint of Securing the Industrial Internet (2016). Executive Overview. Industrial Internet Consortium. Available at: https://hub.iiconsortium.org/securing-industrial-internet-exec-overview
  16. Caindec, K., Buchheit, M., Zarkout, B., Schrecker, S., Hirsch, F., Dungana, I. et al. (2023). Industry Internet of Things Security Framework (IISF). An Industry IoT Framework Publication. Available at: https://www.iiconsortium.org/wp-content/uploads/sites/2/2023/06/IISF-Version-2.pdf
  17. Soori, M., Arezoo, B., Dastres, R. (2023). Digital twin for smart manufacturing, A review. Sustainable Manufacturing and Service Economics, 2, 100017. https://doi.org/10.1016/j.smse.2023.100017
  18. Liu, X., Jiang, D., Tao, B., Xiang, F., Jiang, G., Sun, Y. et al. (2023). A systematic review of digital twin about physical entities, virtual models, twin data, and applications. Advanced Engineering Informatics, 55, 101876. https://doi.org/10.1016/j.aei.2023.101876
  19. Attaran, M., Celik, B. G. (2023). Digital Twin: Benefits, use cases, challenges, and opportunities. Decision Analytics Journal, 6, 100165. https://doi.org/10.1016/j.dajour.2023.100165
  20. Leng, J., Wang, D., Shen, W., Li, X., Liu, Q., Chen, X. (2021). Digital twins-based smart manufacturing system design in Industry 4.0: A review. Journal of Manufacturing Systems, 60, 119–137. https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2021.05.011
  21. Botín-Sanabria, D. M., Mihaita, A.-S., Peimbert-García, R. E., Ramírez-Moreno, M. A., Ramírez-Mendoza, R. A., Lozoya-Santos, J. de J. (2022). Digital Twin Technology Challenges and Applications: A Comprehensive Review. Remote Sensing, 14 (6), 1335. https://doi.org/10.3390/rs14061335
  22. Vlasenko, L., Lutska, N., Zaiets, N., Korobiichuk, I., Hrybkov, S. (2022). Core Ontology for Describing Production Equipment According to Intelligent Production. Applied System Innovation, 5 (5), 98. https://doi.org/10.3390/asi5050098
  23. Vlasenko, L. O., Lutska, N. M., Zaiets, N. A., Shyshak, A. V., Savchuk, O. V. (2022). Domain ontology development for condition monitoring system of industrial control equipment and devices. Radio Electronics, Computer Science, Control, 1, 157. https://doi.org/10.15588/1607-3274-2022-1-16
  24. Lyu, Z., Fridenfalk, M. (2024). Digital twins for building industrial metaverse. Journal of Advanced Research, 66, 31–38. https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.11.019
  25. NodeREDGuidUKR. Node-RED manual in Ukrainian. Available at: https://pupenasan.github.io/NodeREDGuidUKR/base/
  26. Hoffmann, R., Napiórkowski, J., Protasowicki, T., Stanik, J. (2020). Risk based approach in scope of cybersecurity threats and requirements. Procedia Manufacturing, 44, 655–662. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.02.243
  27. Nehrey, M., Voronenko, I., Salem, A.-B. M. (2022). Cybersecurity Assessment: World and Ukrainian Experience. 2022 12th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), 335–340. https://doi.org/10.1109/acit54803.2022.9913081
  28. Wu, H., Ji, P., Ma, H., Xing, L. (2023). A Comprehensive Review of Digital Twin from the Perspective of Total Process: Data, Models, Networks and Applications. Sensors, 23 (19), 8306. https://doi.org/10.3390/s23198306
  29. Cains, M. G., Flora, L., Taber, D., King, Z., Henshel, D. S. (2021). Defining Cyber Security and Cyber Security Risk within a Multidisciplinary Context using Expert Elicitation. Risk Analysis, 42 (8), 1643–1669. https://doi.org/10.1111/risa.13687
  30. Vlasenko, L. O., Lutska, N. M., Zaiets, N. A., Savchenko, T. V., Rudenskiy, A. A. (2024). Development of applied ontology for the analysis of digital criminal crime. Radio Electronics, Computer Science, Control, 4, 184. https://doi.org/10.15588/1607-3274-2023-4-17
  31. Kolosok, S., Lyeonov, S., Voronenko, I., Goncharenko, O., Maksymova, J., Chumak, O. (2022). Sustainable Business Models and IT Innovation: The Case of the REMIT. Journal of information technology management, 14, 147–156. https://doi.org/10.22059/JITM.2022.88894
  32. Voronenko, I., Klymenko, N., Nahorna, O. (2022). Challenges to Ukraine’s Innovative Development in a Digital Environment. Management and Production Engineering Review, 13 (4), 48–58. https://doi.org/10.24425/mper.2022.142394
  33. Systema avtomatyzatsii diietdilnytsi Yahotynskoho maslozavodu (2010). Available at: https://www.copa-data.com.ua/proekty/sistema-avtomatizatsiji-dietdilnitsi-yagotinskogo-maslozavodu
  34. Zahorulko, An., Zagorulko, Al., Minenko, S., Bozhydai, I. (2024). Scientific and practical justification of innovative approaches to production of multicomponent semi-finished products for food products in the conditions of food security of the country. Food Production: Innovative Technological Solutions. Kharkiv: PC TECHNOLOGY CENTER, 64–91. https://doi.org/10.15587/978-617-7319-99-2.ch3
Risk analysis and cybersecurity enhancement of Digital Twins in dairy production

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-03-31

Як цитувати

Савченко, Т. В., Луцька, Н. М., Власенко, Л. О., Сашньова, М. В., Загорулько, А. М., Міненко, С. І., Ібаєв, Е. Б. о., & Титатеренко, Н. В. (2025). Аналіз ризиків та підвищення кібербезпеки цифрових двійників молочного виробництва. Technology Audit and Production Reserves, 2(2(82), 37–49. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.325422

Номер

Том 2 № 2(82) (2025): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Системи та процеси керування

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Tetiana Savchenko, Nataliia Lutska, Lidiia Vlasenko, Mariana Sashnova, Andrii Zahorulko, Sofiia Minenko, Eldar Eldar, Nataliia Tytarenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.