novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.27.410-418novtexmech-2070Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGПрименение оптико-волновой модели семантики для верификации технической документации киберфизических системApplication of the Optic-Wave Model of Semantics for Verification of Technical Documentation of Cyber-Physical SystemsАнтоновВ. В.AntonovV. V.

д-р техн. наук, доц. 

Уфа

Ufa, 450008 

antonov.v@bashkortostan.ruПальчевскийЕ. В.PalchevskyE. V.

канд. техн. наук, доц. 

Москва

Moscow 

teelxp@inbox.ruРодионоваЛ. Е.RodionovaL. E.

канд. техн. наук, доц.

Уфа

Rodionova L. E., Assistant Professor, Technician 

Ufa, 450008 

lurik@mail.ruСувороваВ. А.SuvorovaV. A.

канд. техн. наук, доц. 

Уфа

Ufa, 450008 

milana_da@mail.ruУфимский университет науки и технологийРоссияUfa University of Science and TechnologyRussian FederationМИРЭА — Российский технологический университетРоссияMIREA — Russian Technological UniversityRussian Federation202619082026278410418Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20262026Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/2070

Рассмотрена проблема обеспечения качества технической документации при разработке киберфизических систем (КФС). Показано, что несогласованность требований, спецификаций и проектных решений является одной из основных причин ошибок на этапах интеграции и испытаний, что критически важно для задач автоматизации и управления сложными техническими объектами. Предложен метод автоматизированной верификации связности технической документации, основанный на оптико-волновой модели семантики. Новизна подхода заключается в представлении документа как последовательности смысловых событий, отображаемых в пространство Минковского с введением "семантического времени" и световых конусов, что позволяет формализовать причинно-следственные связи между требованиями и их реализацией. Для количественной оценки качества документации введены: коэффициент когерентности C, характеризующий структурную связность; индекс покрытия требований Coverage, оценивающий полноту реализации; доля логических разрывов R; интегральная метрика качества Q. Апробация метода проведена на корпусе из 15 учебных проектных работ по мехатронике и автоматизированным системам управления. Показана высокая корреляция предложенных метрик с экспертной оценкой: интегральная метрика Q демонстрирует сильную корреляцию ρ = 0,94 (p < 0,001), индекс покрытия требований Coverage — ρ = 0,85 (p < 0,001). ROC-анализ подтвердил высокую диагностическую способность метрики Q (AUC = 1,00). Предложенный метод может быть использован как элемент системы управления качеством разработки КФС для автоматического рецензирования проектной документации и обеспечения прослеживаемости требований.

The problem of ensuring the quality of technical documentation in the development of cyber-physical systems (CFS) was considered. It has been shown that inconsistencies in requirements, specifications and design solutions are one of the main causes of errors in the integration and testing stages, which is critical for the tasks of automation and management of complex technical objects. Disclosed is a method for automated verification of connectivity of technical documentation based on an optical-wave model of semantics. The novelty of the approach lies in the presentation of the document as a sequence of semantic events displayed in Minkowski space with the introduction of "semantic time" and light cones, which makes it possible to formalize causal relationships between requirements and their implementation. To quantify the quality of documentation, the following was introduced: coherence coefficient C, which characterizes structural connectivity; Coverage coverage index, which assesses the completeness of implementation; the proportion of logical breaks R; integrated quality metric Q. The method was tested on a case of 15 educational design works on mechatronics and automated control systems. A high correlation of the proposed metrics with expert assessment is shown: the Q integral metric shows a strong correlation (ρ = 0.94, p <0.001), the coverage index of Coverage requirements is ρ = 0.85 (p <0.001). ROC analysis confirmed the high diagnostic ability of the Q metric (AUC = 1.00). The proposed method can be used as an element of the CSF development quality management system to automatically review project documentation and ensure traceability of requirements.

киберфизические системытехническая документацияверификациясемантический анализпространство Минковскогосветовые конусыкоэффициент когерентностимехатроникаавтоматизация проектированияcyber-physical systemstechnical documentationverificationsemantic analysisMinkowski spacelight conescoherence coefficientmechatronicsdesign automationИсследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках базовой части государственного задания для высших учебных заведений # FRRR 2026-0006.The study was carried out with the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as part of the basic part of the state assignment for higher educational institutions # FRRR 2026-0006.References11th IEEE International Symposium on Object and Component-Oriented Real-Time Distributed Computing (ISORC). IEEE. 2008. P. 363—369. DOI: 10.1109/ISORC.2008.25.Lee E. A. Cyber physical systems: Design challenges, 11th IEEE International Symposium on Object and Component-Oriented Real-Time Distributed Computing (ISORC), 2008, pp. 363—369, DOI: 10.1109/ISORC.2008.25.Rajkumar R. et al. Cyber-physical systems: The next computing revolution // Design Automation Conference. IEEE. 2010. P. 731—736. DOI: 10.1145/1837274.1837461.Rajkumar R. et al. Cyber-physical systems: The next computing revolution, Design Automation Conference. IEEE, 2010, pp. 731—736, DOI: 10.1145/1837274.1837461.Летичевский А. А. и др. Кибер-физические системы // Кибернетика и системный анализ. 2017. № 3. С. 3—19. DOI 10.1007/s10559-017-9984-9.Letichevsky A. A., Letichevsky A. A. (Jr.), Skobelev V. G., Volkov V. A. Cyber-physical systems, Cybernetics and systems analysis, 2017, no. 3, pp. 3—19 (in Russian), DOI 10.1007/s10559-017-9984-9.Gumzej R. Engineering Safe and Secure Cyber-Physical Systems. Springer, 2016. 132 p.Gumzej R. Engineering Safe and Secure Cyber-Physical Systems. Springer, 2016, 132 p.Meyer W., Oosthuizen R. Verification & Validation Methods for Complex AI-enabled Cyber-Physical Learning-Based Systems: A Systematic Literature Review // 2023 IEEE International Conference on Engineering, Technology and Innovation (ICE/ITMC). IEEE. 2023. P. 1—7. DOI: 10.1109/ICE/ITMC58018.2023.10332308.Meyer W., Oosthuizen R. Verification & Validation Methods for Complex AI-enabled Cyber-Physical Learning-Based Systems: A Systematic Literature Review, 2023 IEEE International Conference on Engineering, Technology and Innovation (ICE/ITMC). IEEE, 2023, pp. 1—7, DOI: 10.1109/ICE/ITMC58018.2023.10332308.Automating the conformity assessment of Cyber-Physical Systems software // FSE Companion 2025 — Companion Proceedings of the 33rd ACM International Conference on the Foundations of Software Engineering. ACM Press. 2025. P. 1281—1284.Automating the conformity assessment of Cyber-Physical Systems software, FSE Companion 2025 — Companion Proceedings of the 33rd ACM International Conference on the Foundations of Software Engineering. ACM Press, 2025, pp. 1281—1284.Cordeiro L. C. et al. Survey on automated symbolic verification and its application for synthesising cyber-physical systems // IET Cyber-Physical Systems: Theory & Applications. 2020. V. 5. N. 1. P. 1—24. DOI: 10.1049/iet-cps.2018.5006.Cordeiro L. C. et al. Survey on automated symbolic verification and its application for synthesising cyber-physical systems, IET Cyber-Physical Systems: Theory & Applications, 2020, vol. 5, no. 1, pp. 1—24, DOI: 10.1049/iet-cps.2018.5006.Грушо А. А. и др. Анализ цепочек причинно-следственных связей // Информатика и ее применения. 2022. Т. 16, № 2. С. 68—74. DOI: 10.14357/19922264220209.Grusho A. A. et al. Analysis of causal chains, Informatics and its applications, 2022, vol. 16, no. 2, pp. 68—74 (in Russian), DOI: 10.14357/19922264220209.Mikolov T., Chen K., Corrado G., Dean J. Efficient estimation of word representations in vector space // arXiv preprint arXiv:1301.3781. 2013.Mikolov T., Chen K., Corrado G., Dean J. Efficient estimation of word representations in vector space, arXiv preprint arXiv:1301.3781, 2013.Devlin J. et al. BERT: Pre-training of deep bidirectional transformers for language understanding // Proceedings of NAACL-HLT. 2019. P. 4171—4186. DOI: 10.48550/arXiv.1810.04805.Devlin J. et al. BERT: Pre-training of deep bidirectional transformers for language understanding, Proceedings of NAACLHLT, 2019, pp. 4171—4186, DOI: 10.48550/arXiv.1810.04805.Shapirovsky I., Shehtman V. B. Chronological Future Modality in Minkowski Spacetime // Advances in Modal Logic. 2003. Vol. 4. P. 437—459.Shapirovsky I., Shehtman V. B. Chronological Future Modality in Minkowski Spacetime, Advances in Modal Logic, 2003, vol. 4, pp. 437—459.Филимонов Н. Б., Филимонов А. Б. Ситуационный подход в задачах автоматизации управления техническими объектами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 9. С. 563—578. DOI: 10.17587/mau.19.563-578Filimonov N. B., Filimonov A. B. Situational approach in the tasks of automation of technical objects management, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2018, vol. 19, no. 9, pp. 563—578 (in Russian), DOI:10.17587/mau.19.563-578Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Управление передаточными нулями и полюсами в задачах синтеза систем регулирования. Ч. I. Компенсационный подход // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21. № 8. С. 443—452. DOI: 10.17587/mau.21.443-452.Filimonov A. B., Filimonov N. B. Control of transfer zeros and poles in tasks of control systems synthesis. Part I. Compensation approach, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2020, vol. 21, no. 8, pp. 443—452 (in Russian), DOI: 10.17587/mau.21.443-452.Антонов В. В., Пальчевский Е. В., Родионова Л. Е. Пространство Минковского и семиотика в машинном обучении: от смысла текста к визуализации и прогнозированию событий // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Оптические технологии в телекоммуникациях: материалы XXVII и XXIII Международных научно-технических конференций, Уфа, 2025. С. 38—42.Antonov V. V., Palchevsky E. V., Rodionova L. E. Minkowski Space and Semiotics in Machine Learning: From Text Meaning to Visualization and Event Prediction, Problems of Telecommunications Engineering and Technology. Optical Technologies in Telecommunications: Proceedings of the XXVII and XXIII International Scientific and Technical Conferences, Ufa, 2025, pp. 38—42.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.