CC BY
95
УДК 338.245:623.618
ФОРМАЛИЗОВАННЫЙ ПОДХОД К ГЕНЕРАЦИИ РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ИСПЫТАНИЙ ТЕХНИКИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ БОРЬБЫ
С.Н. Панычев, Д.М. Бывших, С.В. Суровцев, Н.А. Самоцвет
Рассмотрены вопросы обоснования, путей развития системы испытаний техники радиоэлектронной борьбы. Показана необходимость совершенствования методов формализации и автоматизации процедур генерации целесообразных вариантов совершенствования системы испытаний. С этой целью предложены морфологические модели анализа и синтеза организационно-технических и обеспечивающих структур системы, учитывающие особенности испытываемой техники
Ключевые слова: система испытаний, морфологические модели анализа и синтеза, техника радиоэлектронной борьбы
В настоящее время одной из важнейших составляющих задачи реформирования и оснащения Вооруженных Сил (ВС) РФ высокоэффективным современным вооружением является развитие экспериментально-испытательной базы (ЭИБ) [1]. Оценивая испытания нового вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) как неотъемлемый этап ее создания, в Министерстве обороны РФ уделяют организационным, техническим и технологическим аспектам развития ЭИБ значительное внимание [2]. Однако современное состояние ЭИБ [2,3] зачастую негативно влияет на реализацию Государственной программы вооружения (ГПВ), что обусловливает острую необходимость модернизации ЭИБ путем оснащения новыми испытательными комплексами и внедрения новых методов и технологий измерений. Одной из главных проблем является невозможность экстенсивного развития ЭИБ путем наращивания числа измерительных средств и обеспечивающего испытания оборудования из-за ресурсных ограничений, что обусловливает необходимость внедрения технических и технологических инноваций.
Особую актуальность задача определения рациональных путей развития ЭИБ приобретает для системы испытаний (СИ) техники радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и средств снижения заметности (ССЗ) [4], требующей применения наиболее наукоемких, высокотехнологичных и разнородных методов и средств, которые используются для испытаний перспективных образцов техники РЭБ и ВВСТ на заметность. При этом основополагающим этапом выбора направлений совершенствования (СИ) является генерация адекватных возможных вариантов развития этой системы для последующего комплексного анализа и выбора для реализации наиболее рационального. Проведенный анализ показал, что до настоящего времени предложения по перспективам развития СИ техники РЭБ разрабатыва-
Панычев Сергей Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. 8-915-583-90-02
Бывших Дмитрий Михайлович - НТЦ РЭБ, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. 8-905-653-78-55 Суровцев Сергей Владимирович - НТЦ РЭБ, старший научный сотрудник, тел. 8-905-653-78-55 Самоцвет Николай Андреевич - ВГТУ, аспирант, тел. 8951-871-87-04
лись с использованием преимущественно эвристических методов [5,6].
Постоянное расширение перечня задач испытаний, повышение требований к достоверности, точности измерений, расширение диапазонов измеряемых тактико-технических характеристик (ТТХ) обусловливают постоянное усложнение СИ, которая в среднесрочной перспективе должна представлять собой сложную организационно-техническую систему (рис. 1) [4].
Рис. 1. Система испытаний техники РЭБ
Система испытаний включает как устройства в составе технических средств, так и измерительные комплексы и подсистемы обработки данных и моделирования. Подсистемы, комплексы и средства объединены организационно, технически и информационно и используют совокупность прямых натурных испытаний в комбинации с опытно-теоретическим методом и математическим моделированием.
Особенностью СИ является то, что набор подсистем является варьируемым в зависимости от типа испытываемого образца, вида испытаний и т.п. Технический состав каждой из подсистем также является изменяемым (состав и типы измерительных средств, испытательного оборудования вспомогательного оборудования и т.п.). Кроме то-
го, возможно применение различных методик испытаний, технологий, разнообразных сочетаний непосредственно измерений и моделирования [2]. Поскольку результаты генерации вариантов развития СИ в дальнейшем предполагается использовать для проведения технико-экономического обоснования оптимального варианта, то для точных оценок необходимо учитывать не только технический аспект совершенствования СИ, но и другие необходимые для реализации развития СИ мероприятия, на которые затрачиваются ресурсы. Так, в ходе развития СИ, кроме совершенствования технической структуры, происходит изменение и других структур СИ, что также требует определенных затрат и поэтому требует учета. Это положение показано на рисунке 2, который является отражением варианта структурной динамики [7] для СИ техники РЭБ.
Рис. 2. Структурная динамика СИ
Развитие СИ, как и любой сложной технической системы [7,8], определяется структурной динамикой, которая, в свою очередь, обусловлена целями развития и воздействующими объективными и субъективными факторами или управляющими воздействиями. Под управлением структурной динамикой понимаются процедуры формирования и реализации мероприятий, обеспечивающих переход системы из текущего состояния - кортежа 811
ГТ орг озисп
= (5г1 5г1
г» ипар г» тхл г» тех г» пмо
5г1 5г1 5г1
Г1 инф
, 1 > [9] в
так называемое заданное (ожидаемое в момент 12) многоструктурное состояние - семерку 812 =
ипар тхл
5г2 5г2
орг зисп ипар тхл тех пмо инф
^5 г 2 5г 2 5г 2 5 г 2 5 г 2 5г 2 5 г 2 > [7] Необходимо отметить, что на практике существует некоторое конечное множество состояний 812* =
51 52 5м
{ г2 , г2 , ..., г2 } (верхний индекс относится к состоянию 812), каждое из которых может обеспечить требуемую эффективность СИ. Элементы множества соответствуют различным сочетаниям
орг инф
реализации структур г2 . г2 .
В настоящее время известны различные способы управления структурной динамикой систем [7,8].
Рассматриваемую задачу управления структурной динамикой СИ техники РЭБ в соответствии с классификацией, принятой в [7] можно отнести «... к классу задач структурно-функционального синтеза облика сложных систем и формирования соответствующих программ управления их развитием». Основная особенность решения такой задачи состоит в том, что обоснование рационального управления развитием системы и подсистем СИ возможно лишь при известных задачах и требуемых ТТХ, которые необходимо реализовать в СИ.
Таким образом, придерживаясь принципов морфологического анализа технических систем [10], решение задачи можно условно разделить на этапы:
- этап морфологического анализа или нахождения множеств альтернатив состояния структур и элементов структур СИ;
- этап морфологического синтеза или генерации поля вариантов макроструктуры перспективной СИ, удовлетворяющих требованиям по эффективности и функциональной полноте;
- этап предварительной фильтрации, т. е. выбор альтернатив с набольшей эффективностью, реализуемостью, совместимостью и исключение нереализуемых сочетаний и несовместимых элементов структур;
- этап определения номенклатуры реализующих эти варианты управляющих воздействий или мероприятий, т. е. мероприятий по реорганизации системы испытаний, НИОКР по созданию новых средств и комплексов измерений, разработок программного обеспечения, работ по модернизации средств измерений и средств обработки информации, закупок оборудования, капитального строительства и т. п.;
- этап агрегирования мероприятий.
На этапе морфологического анализа определяются альтернативы для структур СИ. Например, для технической структуры (рисунок 2) определяется перечень существующих и разрабатываемых (планируемых к разработке) средств измерений, измерительных комплексов, средств имитации РЭО, средств управления и обработки результатов, которые могут быть включены в СИ. Составляется морфологическая таблица [10, 11], причем таблица является многоуровневой, поскольку некоторые элементы структур СИ являются также представляют собой структуры, например, измерительные комплексы детализируются на уровнях функциональных подсистем, технических устройств и элементов технических устройств. При построении морфологической таблицы проводится анализ альтернатив в аспектах:
возможности научно-технической реализации;
технологической реализуемости;
возможности реализации в аспекте ресурсов -людских, временных и др. (время реализации, ограниченный личный состав полигона и т. д.);
соответствия параметров измерительных средств и других элементов СИ ТТХ перспективных испытываемых образцов техники РЭБ.
На этапе определения поля вариантов структур перспективной СИ.
На этом этапе возможные состояния структур
(индекс 1 относится к структуре) рассматриваются как переменные, каждое сочетание значений которых может соответствовать отдельному варианту заданного состояния МСИ. Формализованный подход позволяет рассматривать перечисленные совокупности как множества, каждое сочетание элементов которых соответствует отдельному варианту развития. Поле вариантов при этом определится декартовым произведением:
N ~ ^ х^ х^ х... х^ = X , 0)
1=1
где: N - множество допустимых состояний макроструктуры СИ в момент 12;
2 2 2 - множества состояний структур.
На этапе фильтрации происходит определение полного перечня N трудоемко и практически нецелесообразно, поскольку число формально синтезированных вариантов для реальных множеств довольно велико. Поэтому необходим критериальный фильтр, который позволил бы существенно снизить число сочетаний. Такой фильтр в идеале должен учитывать:
совместимость элементов структур - средств, моделей, технологий и т. д.;
возможность реализации в аспекте применения, это необходимо для исключения тех найденных сочетаний средств, методик и технологий, которые, несмотря на ожидаемую эффективность, могут оказаться нереализуемыми в конкретных условиях эксплуатации;
соответствие общей концептуальной линии развития спецтехники.
То есть предварительный анализ смысловых связей между элементами множеств позволяет сократить число возможных значений синтезируемого множества состояний 812*, оставляя для дальнейшего рассмотрения лишь допустимые сочетания:
N ~ {(51,5С,..57) | (ЯВД ПС^3) п.. Л (^РА7)}, (2)
где: N - множество допустимых состояний макроструктуры СИ в момент 12;
Б^Б2,.^7
- элементы множеств состояний
структур;
1 - бинарный предикат (логическая
функция двух переменных), принимающий значе-
ния истинности при технической и технологиче-
и Б1
Обозначим промежуточное состояние макроструктуры как 5г1. Количество рассматриваемых кортежей, моменты наступления состояний т; и значения координат
<
яг 8 :
о ипар 5 т;
б:
8тne'
5 пмо 5 инф
>
определяется числом, сроками и содержанием планируемых мероприятий по совершенствованию СИ (рисунок 3.)
Рис. 3. Анализ информации для генерации исходного поля технологий
В таком аспекте существо задачи обоснования путей развития СИ заключается в нахождения рациональных траекторий структур СИ, которые обеспечили бы возможность испытаний номенклатуры планируемых к созданию образцов. В аспекте фильтрации это помогает определить приоритеты в выборе структурных альтернатив и перечня мероприятий.
Генерация перечня мероприятий, обеспечивающего реализацию структур, является следующим этапом. На рисунке 4 представлена процедура для технической структуры, в частности, для подсистемы измерений. Аналогичные процедуры реализуются для других технических подсистем СИ. Блок задает правила поиска мероприятий (НИОКР, модернизация, закупки), реализующих заданные состояния технической структуры на основе прогнозов о возможных способах и средствах испытаний и номенклатуре испытываемых ВВСТ.
ской совместимости между
[6].
Рис. 4. Процедура формирования мероприятий в обеспечение технической структуры
Последовательное сопоставление перечня перспективных задач испытаний и возможностей имеющихся средств СИ для их решения являются
основой для формирования перечня необходимых мероприятий (НИОКР, модернизация, закупки).
Перечень задач и измеряемых параметров является отправной точкой для формирования перечня возможных методик и технологий испытаний, моделей и расчетных задач по обработке результатов измерений и, следовательно, состава программно-математического и информационного обеспечения. Процедуру формирования условно можно представить следующим образом (рисунок 5).
Рис. 5. Процедура формирования мероприятий
^ тхл
в обеспечение структур '2
о пмо St 2
оинф St 2
Для реального рассмотрения и дальнейшего анализа полученные формальным методом варианты мероприятий могут быть агрегированы, т.е. объединены в группы со сходными признаками, что позволяет:
выявить эффекты от комплексирования технических подсистем;
исключить дублирование в разработках и закупках технических средств;
обеспечить лучшую совместимость (аппаратную, информационную технологическую) средств измерений, методик испытаний и программного обеспечения СИ.
В этих целях использован метод кластерного анализа [11]. Критерий включения объектов в кластер является тесная взаимосвязь объектов внутри при значительных различиях объектов разных кластеров.
Определяющим моментом является выбор меры близости объектов, от которого решающим образом зависит результат кластеризации. Различие мероприятий оценивается как:
в(А в )=^ 1 — zвv)
В(А, в) -
где: ~ " ' - различие мероприятий А и В или «расстояние»;
V- число показателей, по которым сравниваются мероприятия;
ь
- относительная важность или вес у-го показателя;
7А 7В
Z V, Z V
- значения показателя у для мероприятий А и В соответственно.
(2Ау — Zвv) =0,если Z А V = Z в V
- Zвv)= 1, если ZAv Ф Zвv.
Веса показателей ^ определяются методов анализа иерархий [12]. Выполнение условия:
В(А, В) < В (4)
позволяет говорить о целесообразности рассмотрения мероприятий А и В для включения их в группу (кластер) для последующего их агрегирования.
Таким образом, предлагаемый формализованный подход позволит:
- сформировать полный перечень вариантов направлений развития СИ радиоэлектронной техники;
- исключить из него дублирующие и не реализуемые;
- сформировать мероприятия (НИОКР, модернизация, закупки) для реализации варианта развития СИ.
Основные процедуры, представленные в статье, реализованы на ПЭВМ, что позволило существенно снизить временные затраты на построение вариантов развития СИ.
Таким образом, формализация процедур генерации вариантов развития СИ позволила, во-первых, повысить качество обоснования путей развития СИ, во-вторых, автоматизировать эти процедуры, что значительно снизило их трудоемкость. Результаты данной работы целесообразно использовать в качестве исходных данных для проведения в дальнейшем технико-экономического обоснования оптимального варианта развития СИ по показателю эффективность-стоимость.
Литература
1. Буренок В.М. Эволюция и перспективы программно-целевого планирования развития системы вооружения Российской Федерации / «Вооружение и экономика», № 4 (20) 2012, электронный научный журнал, С.6, http://www.viek.ru.
2. Буренок В.М. Найденов В.Г. Испытательная база: выход из кризиса/ «Воздушно-космическая оборона», №1 (44), 2009. http://www.vko.ru.
3. Буренок В.М., Орлов П.П., Найденов В.Г. Некоторые направления реформирования испытательного комплекса МО РФ//Военная Мысль.2004.№9.С33-35.
4. Тимохин В.Н., Соломин Э.А. Испытания техники РЭБ: вопросы организации//Военная мысль. 2005. № 11.С21-27.
5. Буренок В.М., Найденов В.Г. Методы повышения эффективности применения средств и систем обеспечения испытаний вооружения, военной и специальной тех-ники. — М.: Граница, 2006.
6. Луценко А.Д., Годуйко В.А., Бывших Д.М., Суровцев С.В. Метод оптимизации номенклатуры средств измерений радиолокационных измерительных комплексов с учетом выделяемых ассигнований/Вооружение и экономика, № 4 (4) 2008, Электронный научный журнал, С.18, http://www.viek.ru.
7. Охтилев М.Ю. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой
сложных технических объектов / М.Ю. Охтилев, Б.В. Соколов, Р.М. Юсупов. - М.: Наука, 2006. — 410 с.
8. Буренок В.М. Математические методы и модели в теории информационно измерительных систем/ В.М. Буренок, В.Г., Найденов, В.И. Поляков. — М.: Машиностроение, 2011. — 416с.
9. Комков Н.И. Модели программно-целевого планирования — М.:Наука.-1981. — 272 с.
10. Одрин В.М. Метод морфологического анализа технических систем. — М.: ВНИИПИ, 1989. — 312 с.
11. Андрейчиков А. В. Анализ, синтез, планирование решений в экономике / А.В.Андрейчиков, О.Н. Ан-дрейчикова — М.: Финансы и статистика, 2000. — 368 с.
12. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа ие-архий: Пер.с англ. — М.: Радио и связь, 1989. — 316 с.
Воронежский государственный технический университет Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы (Воронежский филиал)
FORMALIZED APPROACH TO THE GENERATION SUSTAINABLE OPTIONS FOR THE DEVELOPMENT OF SYSTEMS'S ELECTRONIC WARFARE EQUIPMENT TEST
S.N. Panychev, D.M. Byvshih, S.V. Surovtsev, N.A. Samotcvet
Considered the issues of justification, the development test systems electronic warfare equipment. Shown the necessity of improving the methods of formalization and automation of procedures of generation of useful-shaped options for improving the system of tests. With this purpose, the proposed morphological model of analysis and synthesis of technical-organizational and providing structures of the system, taking into account the specificity of the test equipment
Key words: testing system, morphological model of analysis and synthesis, techniques of electronic warfare
