CC BY
16
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 20.911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
2. Панкин А. М. К созданию малогабаритной системы диагностирования электронных, электротехнических блоков на основе методики диагностирования электрических цепей / А. М. Панкин // Создание новой техники для АЭС. Импортозамещение : II науч.-техн. конф. Сочи, 19-23 мая 2003 г. - М., 2003. - С. 75-83.
3. Панкин А. М. Введение в теорию диагностирования электротехнических систем / А. М. Панкин. -СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. -264 с.
4. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
УДК 681.3
Юркевич1 Е.В., Романчева2 Н.И,
1Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН, Москва, Россия
2ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет гражданской авиации», Москва, Россия
ОЦЕНКА СУЩЕСТВЕННОСТИ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ХАРАКТЕРИСТИК КИБЕРСОЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Рассмотрены особенности представления автоматизированной системы как киберсоциальной, показано, что наличие в системе управления технологическим процессом интеллектуальных программно-технических средств позволяет давать рекомендации оператору по адаптации его решений к изменяющимся внешним условиям, что влияет на живучесть управляемого объекта. С целью формирования механизма обеспечения живучести сложной киберсоциальной системы, рассмотрены возможности оценки существенности её характеристик.
Ключевые слова:
автоматизированная система, киберсоциальная система, управление технологическим процессом, интеллектуальные программно-технические средства, адаптация решений к изменяющимся внешним условиям, живучесть управляемого объекта, оценки существенности её характеристик.
Введение
Современная интенсификация технологического развития предопределяет повышение требований устойчивости средств и систем к влиянию внешних факторов. Статистика появления сбоев в системах управления показывает, что из-за невозможности строгой алгоритмизации воздействия «человеческого фактора» на работу автоматизированных систем наименее надежными принято считать элементы на «ручном управлении». В этой связи, для повышения рациональности использования людских ресурсов, рассмотрим особенности представления автоматизированной системы как киберсоциальной.
В данной работе киберсоциальной будем называть человеко-машинную систему (ЧМС), которая включает в себя компьютерные средства, обладающие интеллектом. Наличие в системе управления технологическим процессом интеллектуальных программно-технических средств позволяет давать рекомендации оператору по адаптации его решений к изменяющимся внешним условиям, что влияет на живучесть управляемого объекта. Особенностью ки-берсоциальной системы является учет ограничений на скорость и полноту адаптации элементов системы управления, определяемых не только параметрами 1Т-средств, но и компетенциями специалистов, участвующих в управлении технологическим процессом.
Будем полагать, что живучесть управляемого объекта оценивается стабильностью характеристик его работы. В данном рассмотрении, в связи неограниченностью характеристик окружающей среды, будем полагать, что разнообразие параметров программно-технических средств, а также профессиональных и психо-физиологических характеристик операторов также практически неограниченны. Поэтому киберсоциальную систему рассмотрим как сложную систему.
Сложной назовем систему, определяемую не значениями параметров взаимосвязи между её агентами, а характеристиками наиболее существенно связанных между собой функций, характеризующих такие взаимосвязи. Таким образом, с целью формирования механизма обеспечения живучести сложной киберсоциальной системы, ставится задача изучения возможностей оценки существенности её характеристик.
Информационная модель киберсоциальной системы
Рассмотрим ЧМС, участвующую в управлении созданием некоторого функционального модуля летательного аппарата (ЛА). В настоящее время практически любая ЧМС характеризуется сочетанием технологических и экономических параметров, а
также психо - физиологическими данными операторов и администрации (как активных элементов).
В данной работе в качестве инварианта, позволяющего учитывать разнообразие характеристик каждого из агентов, будем использовать информацию. Собственно процесс создания функционального модуля рассмотрим в виде цикла информационной передачи, определяемого работой агентов: Разработчик, Производитель, Потребитель. Разработчик передает конструктивно-технологические решения создаваемого модуля Производителю. Производитель изготавливает предложенную ему конструкцию и передает её Потребителю. Потребитель вводит функциональный модуль в использование и по результатам эксплуатационных испытаний дает техническое задание Разработчику на усовершенствование предложенных им решений. В таком рассмотрении выделим два контура взаимосвязи названных агентов [1]:
- 1-й - экономический. Сообщения, между агентами, включают в себя экономические характеристики связей. Каждая из таких связей определяет финансовую заинтересованность агента, передающего сообщение, в обеспечении функциональной надежности данной связи в цикле «производство -внедрение». Замкнутость рассматриваемого контура определяет наличие отрицательной обратной связи, которая обеспечивает устойчивость работы цикла. Эффективность построения этого контура определяется классическими методами принятия решений в экономике.
- 2-й - психологический. Сообщения, определяемые психологическими характеристиками связи между агентами цикла. Наличие таких характеристик является важной причиной установления экономических связей. Улучшение социальных отношений между агентами ведет к повышению эффективности экономических связей (в 1-м контуре), что, в свою очередь, является стимулом для повышения связей во 2-м контуре и т.д. Таким образом, наличие положительной обратной связи определяет возможность развития информационного взаимодействия между агентами (при наличии необходимых ресурсов).
Анализ эффективности работы цикла «производство - внедрение» с помощью предлагаемой нами двухконтурной модели показал, что одной из важных причин сбоев в разработке функциональных модулей является отсутствие в оценке эффективности работы цикла «производство - внедрение» наиболее значимых характеристик. Следовательно, согласно принятому нами пониманию функциональной надежности, ставится задача оценки существенности
связей характеристик результата работы цикла в целом с характеристиками каждого из агентов. Особенностью решения такой задачи является необходимость оценки расчетного значения вероятности получения штатного результата разработки, и результата, полученного экспериментально, при ограничениях в ресурсах на организацию работы цикла.
В соответствии с теоремой Шеннона об устойчивости передачи информации без шума [2] определим, что, если на рассматриваемую систему нет неучитываемых воздействий, а мощность источника не превышает пропускную способность канала связи, то передаваемое сообщение всегда можно представить так, что оно будет принято без искажений и очередей. В качестве следствия из этой теоремы, предложим теорему "о функциональной надежности работы системы управления без помех".
Теорема 1: Если функциональная надежность управляемого элемента не меньше функциональной надежности управляющего элемента, то при отсутствии помех работу этой
системы всегда можно построить так, что её функциональная надежность будет соответствовать функциональной надежности управляющего элемента без дополнительных коррекций и перезагрузок.
Подтверждением положениям этой теоремы может служить статистика достижения эффективности создания модулей ЛА при изменениях внешних воздействий на работу агентов рассматриваемого цикла.
Важным затруднением в обеспечении устойчивости информационных систем является необходимость учета пропускной способности каналов связи. В данной работе этот параметр будем оценивать через искажения в сообщениях, передаваемых между агентами. Будем полагать, что искажения являются следствием превышения мощности информационного потока над пропускной способностью канала связи. При таком подходе ошибки предлагается оценивать с помощью теста множителей Лагранжа. Традиционно данный тест используется для проверки ограничений на параметры статистических моделей, оцененных на основе выборочных данных.
В этом случае работу агента опишем вектором параметров Ь. С помощью множителей Лагранжа оценим параметры упрощенной модели, исходя из длинной модели (без учета ограничений), т.е. проверим гипотезу
Но'д(Ь) = 0 , где д — вектор характеристик функций агента.
Пусть логарифмическая функция правдоподобия для длинной модели равна 1(Ь). Для оценки упрощенной модели требуется построить функцию Ла-гранжа Р(Ь, X) = 1(Ь)-АТд(Ь) . Тогда условия макси-дР(Ь,Х) д1(Ь)
'. = ^-С(Ь)А = 0, д(Ь) =
дЬ дЬ к ' ' «V у
мума будут иметь вид: о, С(Ь) =
дЬ
Будем полагать, что если ограничения выполняются, то множители Лагранжа должны быть равны нулю. Однако, в связи с тем, что вместо истинных значений параметров предлагается использовать величины оценок, то множители Лагранжа должны максимально приближаться к нулю [3].
Для обоснования выбора стратегии обеспечения устойчивости нашей киберсоциальной системы к воздействию внешних факторов [4,5] рассмотрим условия формирования взаимозависимости параметров работы агента и характеристик его целевой функции. Важное практическое замечание: кортеж параметров, характеризующих средства обеспечения устойчивости работы рассматриваемого агента, методы и точность определения оценок такой устойчивости, а также формы представления результатов его взаимодействия с другими агентами определяются наперед поставленными задачами. При этом, состав, а также обоснование необходимости и достаточности выбранных показателей, которые следует использовать для рассмотрения, обуславливается целью каждой из оценок.
Оценка существенности воздействия параметров киберсоциальной системы на эффективность использования создаваемого модуля
Пусть цикл разработки, производства и эксплуатации модуля включает в себя технологические этапы, характеризуемые работой соответствующего агента. Каждый этап состоит из некоторого множества операций. Будем полагать, что результат создания модуля характеризуется формированием организационно-технологического пространства.
Это пространство описывается множеством векторов {3±2, ^=1,2,3,.,0, 1=1,2,3,...п} , где счетное множество параметров, определяющих эффективность работы разработчика, а 1 - счетное множество параметров, характеризующих технологический процесс разработки модуля. В таком представлении задача сводится к выявлению существенности влияния параметров {1} на параметры {]}■
Пусть имеется счетное множество параметров 0={д1,д2,дз...д±...д1}, характеризующих операции, входящие в технологический процесс разработки. Для каждого из параметров множества G оценку соответствия его значений эксплуатационным требованиям, запишем в виде множества В = 1=1,2,3,...Т} , где каждый di будем обозначать символом Кронекера (0,1). di = 1 - если д± соответствует требованию и di = 0 - если не соответствует. В этом случае связь соотношения значений переменных множества С? с требованиями к технологическому процессу разработки и соотношения характеристик операций и эффективности деятельности разработчиков ( V= ^=1,2,3,.,0) У1=1,2,3,...Т), можно представить в терминах алгебры логики. При этом предполагается, что матрица значений V также выражена с помощью символа Кронекера. Таким образом, запишем:
У=Г (1)
Можно показать, что оценки множителей Ла-гранжа имеют нормальное распределение с нулевым математическим ожиданием и ковариационной матрицей (\GVfrGт^)-1 , зависящей от ковариационной матрицы оценок параметров модели (1). Тогда статистика теста ЬМ = АтСУ^С1Л будет иметь распределение Хи-квадрат, с I степенями свободы, т.е с количеством ограничений I.
При формировании технологического процесса разработки данного модуля ставится задача ограничения множества G по результатам оценки существенности зависимости функции (1) от каждой из переменных di (для однотипных групп операций).
На базе известных определений [6] введем понятия монотонной и антимонотонной существенной зависимости V от переменных {dl,d2,dз... di ... dI}. С помощью этих понятий сформулируем принцип запрета и дадим одно из возможных определений кванта существенности зависимости.
Определение 1. Функцию f(dl,d2,dз... di ... dI) будем называть существенно зависящей от переменной di, если найдутся такие наборы значений ее переменных при 1= 1,2,...Х, для которых выполняется условие:
f(dl,d2,dз... di -1,1, di+l... dI) # f(dl,d2,dз...
di-l, 0, di+l,.. dI) (2)
Заметим, что в определении (1) не зафиксировано число пар наборов значений аргументов, для которых выполняется условие (2). Вместе с тем, для различных переменных число пар наборов может быть как одинаковым, так и различным. Это определяет различие в существенности зависимости функции f(dl,d2,dз...di... dI) от переменных di. Учет такого различия уменьшает трудоемкость алгоритма решения многих задач, в частности -оценки соответствия характеристик используемых операций возможностям повышения эффективности деятельности разработчиков.
Введем меру существенности зависимости функции (1). Пусть: - число пар наборов значений di. Для каждой из этих пар выполняется условие
(2). =М^, где М^ - мощность множества { di
}•
Определение 2: Число пар наборов назовем
мерой существенности зависимости функции f(dl,d2,dз...di... dI) от переменной di, если для
каждой пары выполняется условие (2). Такую меру обозначим Qdi .
Пусть № - подмножество вершин ^ мерного куба, на которых функция У принимает значение 1.
Определение 3: Подмножество Мdi пар наборов Меи с Мш назовем областью существенной зависимости функции £(61,62,63... 6ц ... 61 ) от переменной еи .
Пусть У = £(61,62,63... 6ц ... 61), а значение УЛ - инверсия У, также как значение 6^1 - инверсия значения 6ц.
Определение 4: Существенную зависимость функции £(61,62,6.3... 6ц... 61) от переменной 6ц назовем монотонной, если функция меняет свои значения с 0 на 1 при изменении значения 6ц с 0 на 1, т.е. (6цл => 6ц) => (Ул- У); У1=1,2,...и; и антимонотонной - если функция меняет свое значение с 1 на 0 при изменении значения 6ц с 0 на 1. (6цл => 6ц) => (У - Ул); У!=1,2,...п; Смешанной будем называть зависимость, если выполняются оба условия.
(6цл => 6ц) => (Ул - У) и (У - Ул); (6цл => 6ц) =>(У - Ул) и (Ул- У). Построим примеры функций, иллюстрирующие введенные виды существенной зависимости Пример 1. Функция £1(61,62,63): 61 62 63 У 0 0 0 0 0 0 10 0 10 1 0 111 10 0 0 10 10 110 1 1111
Легко видеть, что зависимость У от переменной
62 является монотонной существенной зависимостью. Такую функцию обозначим £м 62 (61,62,... 61 1=3) .
Пример 2. Функция £2(61,62,63): 61 62 63 У 0 0 0 1 0 0 11 0 10 1 0 111 10 0 0 10 10 110 0 1110
В примере 2 зависимость У от переменной 61 является антимонотонной существенной зависимостью. Такую функцию обозначим £ам 61 (61,62,... 61 1=3).
Пример 3. Функция £3(61,62,63) 61 62 63 У 0 0 0 1 0 0 10 0 10 1 0 110 10 0 1 10 10 110 1 1110
В данном примере зависимость У от переменной
63 является смешанной существенной зависимостью. Обозначим ее £с 63 (61,62,... 61, 1=3) .
Анализ приведенных примеров показывает, что в общем случае смешанная существенная зависимость может быть представлена как конструктивное уточнение существенности зависимости. Исследование ее различных видов дает возможность применить функции алгебры логики, обладающие свойством внутренней симметричности.
Рассмотрим антимонотонную зависимость с точки зрения поставленной задачи:
Теорема 2: Если существенная зависимость функции f(dl,d2,dз... di ... dI)
от переменной di является антимонотонной, то эта функция не зависит (или существенно не зависит) от всех остальных переменных.
Доказательство. Достаточно показать, что для любой переменной 6± 1\ I V любая пара соседних наборов не удовлетворяет условию (2а):
£(61,62,63... 6ц -1, 1, 6ц +1,... 61) #
£(61,62,63... 6ц -1, 0, 6ц +1,... 61), (2а)
т.е. функция принимает на этих наборах одинаковые значения.
Предположим противное, т.е. предположим, что существует хотя бы одна пара наборов соседних по переменной 6у, для которых выполняется условие (2)
£ (61,62,63... 6у-1 , 1, 6у + 1 ,... 61) #
£(61,62,63...6ч-1, 0, 6ч+1,... 61) (2б)
Из принципа формирования вида переменных ясно, что на этих наборах переменная 6ц принимает одинаковые значения в левой и в правой части выражения (2б), т.е. 0 и 0; 1 и 1. Из определения антимонотонной существенной зависимости функции £(61,62,63...6ч,... 6ц ) от этой переменной следует, что значения аргумента и функции на этих наборах должны быть одинаковыми (в левой и правой частях) и равными 1 и 1 или 0 и 0, соответственно. Отсюда получается, что условие (2б) не выполняется ни для одной пары наборов, соседней по переменной 6у, из чего следует доказательство теоремы.
Для случая монотонной зависимости доказательство этой теоремы аналогично. Из теоремы 2 вытекает теорема 3:
Теорема 3. Если значения функции f(dl,d2,dз... di,... dI) представляют собой чередующиеся группы по 2:га единиц и нулей (нулей и единиц), то эта функция является антимонотонной, существенно зависящей от одной из переменных { di-F-l, при Г=1,2,...,(1-1)}.
В силу теоремы 2 эта функция несущественно зависит от остальных (1-Е) переменных.
Теорема 3 инициирует рассмотрение доопределений различных не всюду определенных функций из класса, определенного теоремой 3. Результатом доопределения является выделение функций, существенно зависящих от одной переменной.
Определение 8. Число пар наборов ^^), на которых меняются значения переменных 6ц , назовем квантом существенности зависимости, если Qdi=2 при 1=1.
Введение Qdi, позволяет ввести, а полученные значения для построенных функций - уточнить, характер существенности зависимости функции £(61,62,63,... 6ц) от переменной 6ц.
Теорема 5. Принцип запрета. Мощность подмножества Qdi, 1=1,2,...Т наборов, определяющих область существенной зависимости функции £(61,62,63,...6ц) изменится при удовлетворении условию: Qdi = 21, 1=1,2,3.. .
Вычисление значений Qdl, Qd2, Qdз позволяет сформулировать теорему:
Теорема 6. Существуют такие 6ц и 6у, что Qdi = Qdv.
Представляет интерес изучение этой зависимости (или зависимостей такого типа) для больших значений I и построение рекуррентных соотношений для четных и нечетных I. При этом выяснено, что при переходе от антимонотонной существенной зависимости функции переменной 6ц к монотонной, выражающемся в изменении числа Qdi пар наборов аргументов, зависимость функции от всех ее переменных изменяется симметрично.
При Q = 0 и Q = 4 имеет место максимальная существенная зависимость от переменной 63 и несущественная зависимость от 61 и 62.
При Q = 1 и Q = 3 наблюдается та же существенная зависимость от переменной 63 и минимальная существенная зависимость от 61 и 62..
При 0 = 2 - имеется максимальная существенная зависимость от 61 и 63 при несущественной зависимости от 61 .
Введенные понятия монотонной и антимонотонной существенных зависимостей позволяют выделить все аргументы и функции инвариантные относительно значений Qdl, Qd2 и Qdз. Таких классов оказалось 5. Понятия антимонотонной и монотонной суще-
ственной зависимости позволяют при анализе реализаций различных функций одного и того же числа переменных перейти от множества пар соседних наборов к числу антимонотонных и монотонных зависимостей, значительно снизить при этом трудоемкость аппарата вычислений.
Заключение
Предлагаемый подход может стать основой для разработки методики анализа существенности параметров {di}, при построении алгоритмов разработки конкретных изделий, в соответствии требованиями максимума живучести цикла «производство
- внедрение». В частности, с его помощью можно показать первоочередные задачи разработки, на которых концентрируется значительная (часто -основная) доля информации, составляющей построение каждой из операций. Надежность и эффективность построения систем разработки в большой степени зависит от функциональной, параметрической, структурной полноты требований к характеристикам агентов, поэтому разработчики должны учитывать функциональное разнообразие и условия их использования в непосредственном приближении к конкретным условиям.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юркевич Е.В. Введение в теорию информационных систем/ М.: ИД Технологии 2007.
2. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике / М.: Иностранная литература, 1963.
3. Магнус Я. Р., Катышев П. К., Пересецкий А. А. Эконометрика. М.: Дело, 2004. 576 с.
4. Юрков Н.К. Параметры экономической безопасности в товарном рынке/ Н.К. Юрков, В.И. Медников // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. — 2015. -Т.1.- С.75-79.
5. Роговой С.П. Надежность гетерогенных структур специальных систем управления /С.П. Роговой, Н.Н. Залещанский, В.В. Смогунов //Труды Международного симпозиума Надежность и качество. - 2005. -С. 34-35.
6. Дискретная математика и математические вопросы кибернетики. Под ред. С.В. Яблонского и О.Б. Лупанова. М., Наука, 1974 г.
УДК 621.396 Бецков А.В,
Академия управления МВД России, Москва, Россия
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ФОРМИРОВАНИЮ КОНЦЕПЦИИ ПРИМЕНЕНИЯ И РАЗВИТИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ В МВД РОССИИ
В интересах формирования предложений в проект Концепции применения и развития робототехниче-ских комплексов в системе МВД России (далее -Концепция) дадим определение некоторым ключевым терминам.
Концепция (от лат. coпceptio — понимание, система) — определённый способ понимания, трактовки каких-либо явлений, основная точка зрения, руководящая идея для их освещения; система взглядов на явления в мире, в природе, в обществе; ведущий замысел, конструктивный принцип в
научной.' художественной, технической' почччччо—
ской и других видах деятельности; комплекс взглядов, связанных между собой и вытекающих один из другого, система путей решения выбранной задачи. Концепция определяет стратегию действий (https://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%EE%ED%F 6%E5%EF%F6%E8%FF). Термин "К." употребляется также для обозначения ведущего замысла, конструктивного принципа в научной, художественной, технической, политической и др. видах деятельности (Большая советская энциклопедия: В 3 0 т. - М.: "Советская энциклопедия", 1969-1978.).
Что же мы подразумеваем под словосочетанием мобильный робототехнический комплекс?
Мобипьный робототехнипеский комплекс (МРК) — дистанционно управляемая безэкипажная оперативно-боевая мобильная единица повышенной проходимости и обладающая возможностью совершения маневра в воздушном пространстве в интересах решения поставленной задачи по обеспечению безопасности объектов, территорий, акваторий, воздушного пространства, в т. ч. правоохранительного свойства (Авторское определение).
Важнейшей концептуальной проблемой стоящей перед системой МВД России является повышение эффективности противодействия преступности! Необходимо определить роль и место робототехнических комплексов в системе МВД России с непременным условиях благотворного влияния на результаты деятельности. Проблемой повышения эффективности деятельности МВД России за счет расширения привлечения современных информационно-технических систем Академия управления МВД России занимается активно и давно. По данному направлению проводятся научные изыскания.
Одной из таких работ, является научное исследование, осуществляющееся на кафедре управления органами внутренних дел в особых условиях Академии управления МВД России с 2007 года на тему: «Теоретические, правовые и организационные основы формирования и функционирования аэромобиль-
ных комплексов МВД России». В процессе исследования, по указанной теме, используются научные подходы различных областей знаний человечества.
В начале научного исследования авторский коллектив использовал естественнонаучные подходы. В научно-исследовательской работе по обозначенной теме, на строгом математическом уровне, обосновывается создание и функционирование новой оптимизируемой системы - аэромобильные комплексы (далее - АМК). Более того, вопросы формирования АМК исследованы с оптимизацией цены, качества и эффективности функционирования, условий их применения при выполнении целевой задачи при осложнении условий их использования.
В ходе исследования определено, что процесс функционирования АМК является совокупностью последовательно выполняемых операций, в ходе которых реализуется его целевое назначение; что повышение уровня безопасности и эффективности выполнения задач АМК зависит от выбора более безопасных условий осуществления операции. Рассматривая вопрос управления созданием и развитием АМК, разработан механизм возникновения проблемы качества и алгоритм контроля элементов качества (образцов) АМК, обоснованы принципы организации управления системой АМК с учетом наземного пункта привязки, сил и средств МВД и субъектов Российской Федерации, а также информационного обеспечения. Данный вопрос является достаточно сложным, поэтому проведен анализ принципов разомкнутого управления, компенсационного управления с адаптацией, обоснован оптимально-эффективный принцип с учетом доступности изменений и воздействий оперативного штаба, структуры наземного пункта управления.
Как известно, любая динамическая система, к которой относится и АМК, должна устойчиво функционировать. Фундаментальный процесс устойчивости зависит от многих воздействующих внешних и внутренних факторов. В исследовании доказательно определены на основе теории робастной устойчивости, применив систему нелинейных дифференциальных уравнений. Это новый подход к оценке безопасности функционирования системы АМК. Он состоит в выделении множества недопустимых значений вектора параметров АМК и вектора его фазовых координат, и позволяет определить обобщенный показатель безопасности функционирования АМК как вероятность того, что в процессе выполнения операций (выполнения целевой задачи) на определенном времени вектор параметров АМК и вектор его фазовых координат не будут принадлежать одному множеству. Для эффективности выполнения операций
