CC BY
0
6. ISO/IEC 12207:1995 Information technology — Software life cycle processes [Электронный ресурс] URL: https://www.iso.org/standard/21208.html (дата обращения: 03.11.2023).
7. Хаймович И.Н. Рационализация организации производства машиностроительного предприятия на основе реинжиниринга / И.Н. Хаймович, А.И. Хаймович // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева. 2006. № 3 (11). С. 53-57.
8. Chang W., Fox G., NIST N. NIST Big Data Interoperability Framework: Volume 3, Big Data Use Cases and General Requirements [Version 2], Special Publication (NIST SP), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. 2018. DOI: 10.6028/NIST.SP.1500-3r1.
9. Geoffrey Fox. Data Science Curriculum: Indiana University Online Class: Big Data Open Source Software and Projects - 2015 [Электронный ресурс] URL: http://bigdataopensourceprojects.soic.indiana.edu (дата обращения: 03.11.2023).
10. High Performance High Functionality Big Data Software Stack, Big Data and Extreme-scale Computing (BDEC) - 2014 [Электронный ресурс] URL: https://www.odbms.org/2014/04/high-performance-high-functionality-big-data-software-stack (дата обращения: 03.10.2023).
Черкасов Константин Юрьевич, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
Хаймович Ирина Николаевна, д-р техн. наук, проф., [email protected]. Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
DEVELOPMENT OF INFORMATION SYSTEMS IN THE DESIGN AND TECHNOLOGICAL PREPARATION OF
PRODUCTION
K. Y. Cherkasov, I.N. Khaimovich
The issues of implementation of information systems of design and technological preparation of production to improve the indicators of control over production processes are described. The possibilities of applying a standard describing the software lifecycle in an information system model divided into several stages are considered.
Key words: information system, production preparation, software lifecycle.
Cherkasov Konstantin Yurievich, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University,
Khaimovich Irina Nikolaevna, doctor of technical sciences, professor, [email protected] , Russia, Samara, Samara National Research University
УДК 62-932.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-314-315 АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ И ЧЕЛОВЕКА
Б.А. Данилюк, А.В. Смирнов, М.С. Токарев
В статье рассматриваются достоинства и недостатки алгоритмов взаимодействия робототехниче-ских комплексов и человека, а также формирование общих и частных закономерностей их развития.
Ключевые слова: робот, робототехнический комплекс, алгоритм взаимодействия, управление.
Одной из активно развивающихся областей современной прикладной науки является робототехника. Динамичное развитие робототехники в настоящее время характеризуется лавинообразным созданием робототехниче-ских комплексов (РТК) различного назначения, позволяющих реализовать большинство функций, выполняемых человеком.
При этом РТК являются принципиально новым техническим средством автоматизации процессов функционирования сложных организационно-технических систем, а условия их использования позволяют исключить участие человека как во вспомогательных, так и в основных технологических операциях.
Алгоритмы взаимодействия РТК и человека в настоящее время приобрели особое значение для управления структурами автоматизированных и робототехнических систем [1].
В соответствии с [2] и [3] под РТК понимается комплекс, состоящий из одного или нескольких роботов, их рабочих органов и любых механизмов, оборудования, приборов или датчиков, обеспечивающих выполнение роботом функционального назначения (задания).
Существующая классификация РТК по уровню автономности решения задач может быть представлена в следующем виде [4]:
- РТК первого поколения: устройства с программным и (или) дистанционным управлением, способные функционировать только в специально организованной среде; производительность процессоров данных РТК составляет от 3000 до 1 млн. команд в секунду (MIPS). Основное назначение таких РТК - получение и выполнения только одной целевой задачи, которая программируется заранее.
- РТК второго поколения: устройства с программным и (или) дистанционным управлением, имеющие набор датчиков, позволяющие им выполнять задачи в заранее неизвестных условиях, или приспосабливаться к изменениям текущей обстановки. Данные РТК позволяют реализовать частично адаптивное поведение, производительность процессоров данных РТК составляет от 1 млн до 10 млн MIPS.
- РТК третьего поколения: интеллектуальные устройства, имеющие систему управления с элементами искусственного интеллекта, основу которых составляют процессоры с производительностью от 10 млн. MIPS. Особенность таких комплексов заключается в том, что для выполнения целевых задач требуется обучение РТК на наборе статистических данных;
- РТК четвертого поколения являются дальнейшим развитием РТК третьего поколения и представляют собой устройства, способные принимать самостоятельные решения.
Представленная классификация позволяет человеку выбирать наиболее подходящий тип РТК для конкретной целевой задачи. Однако, различный уровень их автоматизации и различия в процессах функционирования РТК приводят к появлению ограничений на обмен информацией в процессе взаимодействия РТК и человека.
Накладываемые ограничения отражаются в свойствах, характеризующие процесс взаимодействия РТК и человека, основными из которых являются:
- целеустремленность - отдание максимального приоритета достижению поставленной цели функционирования РТК с возможностью изменения задач и средств их реализации;
- самоорганизованность - способность РТК к уменьшению неопределенности после вывода из устойчивого, равновесного состояния под действием различного рода дестабилизирующих факторов.
- адаптивность - приспособление РТК к изменяющимся условиям работы, изменение режима его функционирования, структуры и связей между элементами в соответствии с новыми условиями.
Использование данных свойств в процессе взаимодействия РТК и человека позволяет осуществить правильное разделение функций на различных этапах выполнения целевой задачи и закрепление отдельных задач как за РТК, так и за человеком.
Анализ существующих алгоритмов взаимодействия РТК и человека [5], позволил разделить их на «алгоритмы программируемого взаимодействия» и «алгоритмы взаимодействия в реальном масштабе времени».
Суть алгоритмов программируемого взаимодействия заключается в том, что человек задает стартовую циклограмму функционирования РТК, после активации которой происходит отработка заложенной в него программы. После завершения программы - РТК завершает работу.
Особенностью данного вида является то, что процесс взаимодействия РТК и человека, вне зависимости от его продолжительности, завершается с началом выполнения РТК целевой задачи, возможности дальнейшей её корректировки и получения обратной информации не существует.
Структурная схема алгоритма программируемого взаимодействия РТК и человека представлена на рисунке 1.
ЗАГРУЗКА ЦИКЛОГРАММЫ
АКТИВАЦИЯ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ РТК
/
ОТРАБОТКА ЗАЛОЖЕННОЙ ПРОГРАММЫ
ЗАВЕРШЕНИЕ
РАБОТЫ
Рис. 1. Структурная схема алгоритма программируемого взаимодействия РТК и человека
Данный алгоритм реализован в РТК, в которых все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются, изменение циклограммы работы РТК под любыми внешними воздействиями не предусматривается.
Достоинства данного алгоритма взаимодействия заключаются в том, что после ввода управляющей программы человеку нет необходимости дальнейшего управления РТК, также отсутствует возможность взлома системы управления РТК в процессе выполнения целевой задачи.
Недостатки заключаются в том, что отсутствует возможность внесения коррекции и получения данных с РТК, в том числе о выполнении или невыполнении целевой задачи, невозможность учета всех факторов, оказывающих воздействие на выполнение поставленной задачи.
Дальнейшее развитие алгоритмов взаимодействия РТК и человека привело к возникновению алгоритма программируемого корректируемого взаимодействия, представленного на рисунке 2.
Наиболее существенное отличие данного вида взаимодействия от вида взаимодействия программируемого взаимодействия заключается в наличии обратной связи, что в свою очередь открывает возможность к адаптивному управлению РТК.
ЗАГРУЗКА СТАРТОВОЙ ЦИКЛОГРАММЫ
АКТИВАЦИЙ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ РГК
ОТРАБОТКА ЧАСТИ ЗАЛОЖЕННОЙ ПРОГРАММ!,!
I
ВВЕДЕНИЕ ■ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ . ПРОГРАММЫ WIM СКРИПТА
-i-
V.
ОТРАБОТКА
обновленной
ПРОГРАММЫ
ЗАВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ *
Рис. 2. Структурная схема алгоритма программируемого корректируемого взаимодействия
Человек закладывает стартовую циклограмму в РТК не подразумевая её начальную корректировку, но используя возможность частичной корректировки результатов функционирования по обратной связи.
Данный алгоритм позволяет РТК при выполнении своих функций оперативно изменять в заданных пределах свое состояние, стремясь минимизировать влияние внешней обстановки на результат целевого функционирования.
Достоинства: после ввода управляющей программы человек может скорректировать работу РТК.
Недостатки: при неавторизованном доступе существует возможность несанкционированной корректировки работы РТК, ограниченное количество подаваемых команд, отсутствует возможность получения данных с РТК, в том числе о выполнении или невыполнении целевой задачи.
Наиболее перспективным алгоритмом взаимодействия РТК и человека является алгоритм взаимодействия в режиме реального времени. Типовая схема данного алгоритма представлена на рисунке 3.
В настоящие время большинство РТК используют именно эту схему.
Рис. 3. Типовая схема алгоритма взаимодействия РТК человека в режиме реального времени
Несмотря на достаточно высокую эффективность, данная система взаимодействия требует совершенствования, поскольку при проведении работ в реальных условиях в ряде случаев значительное влияние на управляемый РТК оказывает внешняя среда, воздействие которой необходимо учитывать в реальном масштабе времени.
Дальнейшим развитием алгоритмов взаимодействия РТК и человека являются алгоритмы взаимодействия в реальном масштабе времени с адаптацией. Комплексы использующие алгоритмы взаимодействия в реальном масштабе времени с адаптацией требуют оснащения логическими устройствами, позволяющими производить статистический анализ текущей обстановки и прогнозирование на заданный период, пример подобной системы представлен на рисунке 4.
^-и' ОПЕРАТОР РТК
СИСТЕМА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
ПУЛЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕМЕТРИИ
¡¡3
ОТРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ ЗАДАЧ С УЧЕТОМ КОРРЕКТИ РОВКИ
ПОЛУЧЕНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ
ЗАДАЧ *
КОРРЕКТИРОВКА УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Рис. 4. Типовая схема алгоритма взаимодействия РТК человека в режиме реального времени с адаптацией
Достоинства: после ввода управляющей программы человек может скорректировать работу РТК, есть данные о функционировании РТК, что позволяет планировать дальнейшее его применение и своевременно корректировать. Кроме этого, человек имеет возможность практически неограниченно подавать команды в РТК и постоянно получать обратную информацию.
Недостатки: существует возможность несанкционированной коррекции работы РТК, а при определенных условиях и обнаружение человека - оператора, управляющего РТК.
Перспективы развития алгоритмов взаимодействия. Развитие алгоритмов взаимодействия РТК и человека лежит в области создания гибких, конфигурируемых под конкретную задачу технических устройств, обладающих интеллектуальными возможностями, способных приспосабливаться и работать в неструктурированной среде, эффективно взаимодействовать между собой и с человеком.
Соответствующие этим требованиям пути развития алгоритмов взаимодействия РТК и человека лежат на следующих направлениях:
- повышение способность РТК к восприятию текущей обстановки;
- повышение способности РТК к адаптации (прежде всего, за счёт сенсорного обеспечения),
- представление РТК возможности автоматической реконфигурации оборудования;
- наделение РТК способностью автономно принимать решения;
- совершенствование интерфейса взаимодействия РТК и человека (использование дополненной или виртуальной реальности);
Следует отметить, что при определении перспективных алгоритмов управления РТК, они скорей всего будут представлять совокупность программируемого и адаптивного управления, при которой человек РТК ставит цели вместо задач и имеет возможность их коррекции, при этом выбор методов их решения остаются за РТК.
Заключение. Современные тенденции развития информационных технологий все больше заставляют внедрять различные РТК во все сферы жизнедеятельности человека. С учетом множества существующих алгоритмов взаимодействия РТК и человека, число которых стремится превысить количество самих РТК в данной статье был выделен ряд основных обобщающих алгоритмов, рассмотрены их особенности, достоинства и недостатки.
Проведенный анализ показывает, что ведущие технологически развитые страны, разрабатывают РТК, способные с высокой степенью автономности функционировать без участия человека. Однако, анализ перспективных проектов демонстрирует, что в недалеком будущем РТК самого разного назначения уверено займут свое место в наземной, морской и даже в космической сфере.
При этом уже сейчас можно констатировать тот факт, что широкое применение РТК приведет к коренному пересмотру применяемых технологий, открывая новые возможности их применения.
Список литературы
1. Каляев И.А. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов / А. Р. Гайдук, С. Г. Капустян. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 280 с.
2. ГОСТ Р 60.0.0.4-2019 Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : разработан Федеральным государственным автономным научным учреждением «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики» (ЦНИ РТК). Москва: Стандартинформ, 2019. 28 с.
3. ГОСТ Р 60.0.0.2-2016. Роботы и робототехнические устройства. Классификация : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : дата введения 2018-01-01. Москва: Стандартинформ, 2018. 15 с.
4. Макаренко С.И. Робототехнические комплексы военного назначения - современное состояние и перспективы развития. // Системы управления, связи и безопасности №2. 2016 sccs.intelgr.com №2. 2016. С. 73-132.
5. Урванов Г.А. Система взаимодействия с человеком, как агентом мобильного робототехнического комплекса / В. В. Даньшин, А. А. Дюмин, Е. В. Чепин; Программные системы и вычислительные методы, 2015. 120 с.
Данилюк Богдан Александрович, адъюнкт, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского,
Смирнов Алексей Вадимович, канд. воен. наук, преподаватель, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского,
Токарев Максим Сергеевич, канд. воен. наук, старший преподаватель, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
ANALYSIS OF ALGORITHMS FOR THE INTERACTION OF ROBOTIC COMPLEXES AND HUMANS
В.A.Danilyuk, A.V. Smirnov, M.S.Tokarev
The article discusses the advantages and disadvantages of algorithms for the interaction of robotic complexes and humans, as well as the formation of general and particular patterns of their development.
Key words: robot, robotic complex, interaction algorithm, control.
Danilyuk Bogdan Aleksandrovich, adjunct, [email protected], Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space
Academy,
Smirnov Alexey Vadimovich, candidate of militaring sciences, lecturer, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy,
Tokarev Maxim Sergeevich, candidate of militaring sciences, senior lecturer, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy
УДК 621.396
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-317-318
ПРОЦЕДУРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИТУАЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРОВ
Н.П. Удальцов, П.А. Агеев, Е.В. Михейкина
В статье рассматриваются основные процедуры применения ситуационных тренажеров на основе моделирования деятельности должностных лиц органов управления с целью совершенствования способов и методов работы и повышения качества управления.
Ключевые слова: должностное лицо, орган управления, организация, ситуационное моделирование, обстановка, сценарий, специальное программное обеспечение.
Подготовка должностных лиц органов управления различных уровней кропотливый и сложный процесс. Для этих целей широко используются различные технические средства обучения, в том числе и компьютерные тренажеры [1].
Специфика деятельности должностных лиц дежурной смены органа управления предполагает необходимость обучения их основам ситуационного анализа и управления. Для данной цели целесообразно использовать ситуационные тренажеры. Базовый вариант ситуационного тренажера показан на рис. 1.
Состав ситуационного тренажера:
автоматизированные рабочие места обучаемых (АРМ ДЛ);
модуль ситуационного моделирования функционирования органа управления;
база данных и генератор ситуаций;
база данных и генератор событий;
модуль оценки действий должностных лиц дежурной смены;
модуль управления ситуационным тренажером.
Количество автоматизированных рабочих мест обучаемых может варьироваться от одного до максимально необходимого количества, соответствующего численности должностных лиц (ДЛ - обучаемых) дежурной смены органа управления (ОУ). В качестве рабочих мест должностных лиц (АРМ ДЛ) могут использоваться штатные АРМ органа управления
