工业信息物理系统作为工业生产基础设施的关键,其信息-物理域的高度耦合特性虽然提高了信息空间对物理进程管理的有效性和实时性,但同时使得系统安全边界模糊化。信息安全攻击极易利用静态脆弱点或动态薄弱环节入侵至系统内部,并逐步跨域渗透至物理域引发系统大规模级联故障。因此,设计工业信息物理系统脆弱性评估框架并探究关键评估技术是保障系统稳定运行的首要前提。根据系统脆弱性评估需求,本文从四个方面展开深入研究。首先,针对现有工作缺乏考虑信息-物理域复杂交互特点且关注局部脆弱性的问题,分析工业信息物理系统拓扑结构以及交互特性,从单域、跨域以及动静态维度综合设计系统脆弱性评估框架;其次,针对系统多域间耦合交互关系复杂且难量化的问题,提出基于拓扑和业务特征的多域相依关系评估方法,通过构建工业信息物理系统相依网络模型来实现跨域脆弱性渗透程度的量化。在此基础上,为了克服系统静态脆弱性评估指标单一化的挑战,提出基于结构重要度、业务量以及相依关系的静态脆弱性评估方法,根据节点属性评估单域空间节点和连接边的自身脆弱性,结合相依关系明确节点自身脆弱性的跨域关联程度,进而实现对节点静态脆弱性的综合评估。最后,针对多域复杂交互约束下的脆弱性跨域渗透不确定性的难题,提出基于细胞自动机的动态脆弱性评估方法,通过表征系统脆弱性跨域渗透的不确定过程,结合多域相依关系识别系统全局动态薄弱环节。本文提出的面向工业信息物理系统的脆弱性评估方法充分考虑了系统信息-物理域交互特性对脆弱性跨域渗透的影响,能够实现系统单域、跨域脆弱性的静态和动态量化评估,从而综合明确工业信息物理系统全局脆弱程度,为系统安全防护提供理论指导。