CC BY
102К вопросу определения рационального варианта системы управления группировки войск (сил) в операции
Полковник С.В. ПУЧКОВ
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Предлагается методический подход к определению альтернатив (вариантов) построения системы управления группировки войск (сил), сущность которого заключается в учете факторов, определяющих обоснование требований к системе управления; построении математической модели функционирования системы управления с использованием современного математического аппарата; проведении векторной оптимизации (принятия решения при многих критериях) по выбору наиболее рационального варианта системы управления группировки войск (сил) в операции.
The paper proposes a methodological approach to defining alternatives (options) of constructing a system of troop/force grouping control that essentially consists in considering factors, which define the substantiation of requirements for the control system; in building a mathematical model of control system functioning involving the contemporary mathematical apparatus; in vector optimization (decision taking based on multiple criteria) for choosing the most rational version of a troop/force grouping control system in an operation.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Военное управление, система управления, управление войсками (силами), органы военного управления, структура, эффективность, качество системы, оценка эффективности функционирования.
Military control, control system, control of troops/forces, military control bodies, structure, efficiency, system quality, estimate of functioning efficiency.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ рационального варианта системы управления группировки войск (сил) предопределяет применение системно-целевого методического подхода, который предполагает использование1:
• метода аналогий, основанного на использовании опыта организации управления;
• метода структуризации целей, для реализации которого в настоящее время имеются методики, позволяющие обеспечить полноту охвата целей и функций, необходимых для конкретных условий;
• метода задач, который предполагает определение задач исследуемой системы с помощью построения «дерева целей (задач)» и объединения их в более крупные блоки на основе вводимых мер близости;
• метода организационного моделирования, основу которого составляет использование математических моделей, позволяющих учитывать большое количество факторов и связей между ними.
Системно-целевой подход, предлагаемый к определению рационального варианта системы управления группировки войск (сил) в операции, разработан для условий, при которых функционирование систем управления различных уровней должно обеспечить эффективное управление группировкой войск (сил), позволит выполнить оперативные задачи и реализовать боевой потенциал группировки войск (сил) в операции2.
Под системой управления группировки войск (сил) понимается совокупность функционально взаимосвязанных между собой органов военного управления, пунктов управления и средств управления.
Каждый из этих элементов имеет конкретное предназначение и выполняет частные функции, а при нали-
чии определенных взаимоотношений между ними создается новое свойство системы — обеспечение управленческой деятельности органов военного управления.
Система управления группировки войск (сил) развивается и совершенствуется на основе достижений науки и практики оперативной подготовки войск (сил).
Системно-целевой подход к определению рационального варианта системы управления группировки войск (сил) можно разделить на пять этапов проведения исследования, структурная схема которого приведена на рисунке.
Система управления группировки войск (сил) представляет собой сложную иерархическую структуру, исследование которой предполага-
Под системой управления группировки войск (сил) понимается совокупность функционально взаимосвязанных между собой органов военного управления, пунктов управления и средств управления. Система управления группировки войск (сил) развивается и совершенствуется на основе достижений науки и практики оперативной подготовки войск (сил).
Рис. Структурная схема методического подхода к определению рационального варианта системы управления группировки войск (сил) в операции
ет проведение ее декомпозиции на составляющие подсистемы по двум признакам: иерархическому и функциональному предназначению.
Первый этап. Декомпозиция по функциональному предназначению позволяет анализировать влияние различных функциональных подсистем (средств поражения, разведки, связи и АСУ) на качество выполнения всех задач системой управления группировки войск (сил) в операции.
Декомпозиция может быть произведена как на данном уровне иерархии, так и на других уровнях одновременно для всей системы управления группировки войск (сил).
Декомпозиция по иерархическому признаку позволяет анализировать не только систему управления группировки войск (сил) в целом, но и системы обеспечения управления, создаваемые для решения задач на различных уровнях иерархии.
При проведении исследований по данной тематике предлагается использовать методы теории планирования эксперимента, результатом которого является получение математических моделей (математические выражения зависимости показателей системы управления группировки войск (сил) от влияющих факторов) функционирования системы управления группировки войск (сил) для выбранных условий. Для решения большинства прикладных задач целесообразно применять полиноминальные (многочлены) модели3.
Такой подход к формированию системы управления группировки войск (сил) в операции по функциональному и иерархическому признакам, по нашему мнению, присущ формированиям любого вида, рода войск ВС.
Второй этап. При формировании и разработке данных для про-
ведения исследования выбираются: основные факторы, определяющие варианты системы управления группировки войск (сил) в операции; показатели и критерии оценки системы управления группировки войск (сил) (возможности системы); требуемые значения показателей системы управления группировки войск (сил) по уровням иерархии; математические модели проведения исследования.
При определении факторов используется один из методов системного анализа — метод «дерева целей», который представляет инструмент увязки целей и задач высшего уровня с конкретными средствами их достижения на низшем уровне через ряд промежуточных звеньев4.
Каждый фактор имеет область своего определения. Границы этой области могут задаваться ограничениями, которые не должны быть нарушены в процессе проведения исследования. Из области определения факторов находят максимальные и минимальные их значения, используемые в последующем при определении уровней варьирования факторов, что является необходимым условием для проведения вычислительного эксперимента и получения зависимостей влияния факторов на показатели эффективности управления.
Существенное влияние на систему управления группировки войск (сил) в операции могут оказывать факторы, которые можно разделить на две группы5:
• внутренние (зависимые), определяющие основу системы управления группировки войск (сил);
• внешние (независимые), определяющие требования к системе управления группировки войск (сил), такие как количественный и качественный состав ее элементов (сил и средств); показатели операции (военных действий); количественный и качественный состав противостоящей группи-
ровки войск противника (наземная, морская, космическая и воздушная компоненты); масштаб и характер вероятного воздействия воздушно-космическими силами и средствами противника на группировку войск (сил) в операции.
Определение показателей и критериев оценки какой-либо системы всегда было сложной задачей. При проведении исследования по оценке системы управления группировки войск (сил) в операции следует различать качество системы и эффективность реализуемых системой процессов, для чего соответственно вводят понятия «показатели и критерии качества и эффективности системы»6.
Критерии оценки системы управления группировки войск (сил) в операции формируются на основе показателей качества и эффективности системы, которые свидетельствуют о реакции исследуемой системы на воздействие различных факторов и определяются характером и целями военных действий.
Аналитическое выражение, связывающее цель функционирования системы управления группировки войск (сил) и средства ее достижения, является критерием эффективности системы управления группировки войск (сил), целевой функцией, поскольку ее оптимизация представляет отображение цели военных действий.
Математическая модель ведения военных действий группировкой войск (сил) используется для проведения вычислительного эксперимента в соответствии с требованиями теории планирования эксперимента по расчету значений показателей эффективности системы управления группировки войск (сил)7.
При выборе математической модели учитывается ряд общих требований:
• соответствие модели целям исследования по уровню сложности
и организации, а также соответствие реальной исследуемой системе относительно выбранного множества свойств;
• соответствие между требуемой точностью результатов моделирования и сложностью модели, точность результатов модели не может быть выше точности исходных данных;
• соблюдение баланса погрешностей различных видов;
• многовариантность реализаций элементов модели;
• блочное построение модели, что облегчает разработку сложных моделей.
Математическая модель формируется по результатам проведения и обработки вычислительного эксперимента с целью математического описания функционирования системы управления группировки войск (сил) в операции с учетом различных уровней иерархии и используется для определения наиболее рационального варианта ее построения.
Вид математической модели определяется сложностью проведения исследования и опытом работы самого исследователя. Полученные зависимости показателей системы управления группировки войск (сил) в операции от факторов можно считать математическими моделями функционирования системы управления группировки войск (сил) для принятых условий (ограничений).
Определение стоимостных затрат на создание системы управления группировки войск (сил) сводится к прогнозированию стоимости разработки, производства, эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов образцов средств связи и управления, содержания обслуживающего личного состава.
В качестве стоимостного критерия системы управления группировки войск (сил) можно использовать условие минимизации материальных за-
трат на ее создание и поддержания в требуемой степени боевой готовности.
Определение требований к системе управления группировки войск (сил) в операции предполагает ее оценку по уровням иерархии с точки зрения качества и эффективности данной системы. При этом эффективность относят не к самой системе, а к выполняемым ею функциям. Для проведения исследований по оценке системы управления группировки войск (сил) в операции предлагается осуществлять раздельную оценку качества создаваемой (исследуемой) системы управления и эффективности этой системы8 и, используя полученные значения результатов оценок, вырабатывать требования к ней.
Оценка качества системы управления группировки войск (сил) предполагает использование методов теории шкалирования, проводимых в следующей последовательности9:
• выбор группы свойств и уровня качества;
• определение основных свойств системы и выбор для них частных показателей;
• расчет численных значений частных показателей качества;
• расчет обобщенного показателя качества системы;
• определение уровня качественного состояния исследуемой системы.
Частные показатели качества системы управления группировки войск (сил) в операции выбираются с учетом особенностей и условий ее функционирования, при этом каждому свойству системы соответствует свой частный показатель качества. Качество системы управления группировки войск (сил) в операции предлагается определять с использованием ее основных свойств: результативности, ресурсоемкости и оперативности.
Так как свойство результативности характеризуется получаемым ре-
зультатом, ради которого функционирует система, то для исследования показателем качества этого свойства функционирования системы управления группировки войск (сил) в операции предлагается рассматривать обобщенные показатели реализации боевых возможностей группировок войск (сил).
Исходя из того что свойство ре-сурсоемкости характеризуется наличием ресурсов всех видов (людских, материально-технических и т. п.), используемых для достижения целевого эффекта, то для исследования показателем качества этого свойства функционирования системы управления группировки войск (сил) в операции предлагается использовать коэффициенты обеспеченности и укомплектованности органов военного управления оперативным составом, средствами связи и управления, запасом материальных средств.
Показатель оперативности характеризуется ресурсом времени, необходимым для достижения цели. Применительно к системе управления группировки войск (сил) в операции целесообразно ввести показатель «время функционирования системы» с заданной вероятностью (степенью) сохранения ее боеспособности (боеготовности).
Каждый из этих показателей можно представить как совокупность частных показателей укомплектованности и обеспеченности объединений, соединений, воинских частей и подразделений, организационно входящих в боевой состав группировки войск (сил), с учетом коэффициентов важности, значения которых могут быть получены с использованием метода экспертных оценок.
В последующем определяются численные значения частных показателей качества основных свойств системы, которые нормируются для приведения их к одному масштабу
при их сопоставлении. По значениям нормированных частных показателей определяется численное значение обобщенного показателя качества системы (К), которое используется для определения уровня качественного состояния системы управления группировки войск (сил) в операции путем сравнения его с некоторым фиксированным значением.
Уровень качества системы управления можно оценить, используя различные типы шкал (методом шкалирования) — номинального типа, интервального типа, абсолютного типа и др.
В качестве примера предлагается рассмотреть вербальную шкалу Хар-рингтона, числовые значения которой можно использовать для оценки качественного состояния системы управления группировки войск (сил) в операции. Приведенные в таблице числовые значения интервалов получены на основе статистического анализа большого массива данных, благодаря чему шкала Харрингтона имеет универсальное применение и может быть адаптирована для оценки различных качественных состояний системы управления группировки войск (сил) в операции10.
Методика оценки эффективности функционирования системы управления группировки войск (сил) для различных родов войск может отличаться по используемым показателям и критериям в зависимости от влияющих факторов.
В общем случае эффективность функционирования можно определить из отношения значений используемых показателей, полученных при их расчетах до начала моделирования военных действий и по их окончании.
Основные этапы оценки эффективности функционирования системы управления группировки войск (сил) как сложной системы целесообразно выделить следующие11.
Примечание: i — количество рассматриваемых частных показателей.
Таблица
Адаптированная вербальная шкала Харрингтона
№ пп Содержание описания градаций Числовое значение Интервалы шкалы Качественное состояние системы управления группировки войск (сил)
1 Очень высокое 0,8—1,0 0,8 < К. < 1,0 Высокое
2 Высокое 0,64—0,8 0,64 < К < 1,0 / Требуемое
3 Среднее 0,37—0,64 0,37 < К. < 0,64 Допустимое
4 Низкое 0,2—0,37 0,2 < К < 0,37 1 Критическое
5 Очень низкое 0—0,2 0 < К < 0,2 / Не допустимое
Первый. Определение цели оценки, которое должно осуществляться с позиции системы, в которой рассматриваемая система является элементом (подсистемой), т. е. с позиции другой системы. Можно выделить два типа целей: качественная — цель, достижение которой выражается в номинальной шкале или шкале порядка; количественная — цель, достижение которой выражается в количественных шкалах.
Второй. Определение свойств системы, признанных существенными для целей оценки.
Третий. Обоснование предпочтений — критериев качества и критериев эффективности функционирования системы управления группировки войск (сил) в операции.
Четвертый. Оценка системы управления группировки войск (сил) по различным показателям, значения которых рассматриваются как альтернативы, сравниваются по сформированным критериям и в зависимости от целей оценки ранжируются, выбираются, оптимизируются и т. д.
Предлагаемый методический подход позволяет: производить оценку качества исследуемой системы управления группировки войск (сил) до начала военных действий; исследовать отдельные свойства системы управления группировки войск (сил), например устойчивость, живучесть и др.; уточнять требования как к системе управления группировки войск (сил) в целом, так и к отдельным ее подсистемам на основе обобщенного показателя качества или частных показателей качества основных свойств, присущих исследуемой системе.
Вычислительный эксперимент проводится с целью определения зависимостей влияния основных факторов на выбранные показатели оценки эффективности системы управления группировки войск (сил) в операции, подготовка и проведение которого согласно теории планирования эксперимента предполагает: разработку плана вычислительного эксперимента; составление программы его проведения; проведение
вычислительного эксперимента по заданной программе; сбор экспериментальных данных.
План вычислительного эксперимента предусматривает условия проведения всех опытов, которые необходимо выполнить. Как правило, план эксперимента задается в виде матрицы планирования — прямоугольной таблицы, каждая строка которой соответствует условиям определенного опыта, а столбцы — значениям одного из факторов в реальных опытах.
Выбор плана проведения вычислительного эксперимента для различных условий (количества факторов, уровней их варьирования, различных мощностей, вида обобщенной математической модели и т. п.) осуществляется согласно каталогам с использованием вспомогательной матрицы12.
Подготовка исходных данных для проведения вычислительного эксперимента заключается в разработке плана его проведения, который получается в результате замены приведенных уровней варьирования факторов во вспомогательной матрице планирования эксперимента.
Проведение вычислительного эксперимента по заданной программе (построенному плану) заключается в определении (расчете) значений выбранных показателей при различных сочетаниях значений факторов. Расчеты значений показателей эффективности функционирования системы управления группировки войск (сил) в операции проводятся с использованием выбранной математической (имитационной) модели.
В результате проведения вычислительного эксперимента получают выборки значений показателей возможностей системы управления группировки войск (сил) в операции в зависимости от изменения значений факторов, влияющих на данную систему.
Обработка результатов вычислительного эксперимента проводится с целью получения полиномиальных зависимостей значений показателей эффективности функционирования системы управления (возможностей системы) группировки войск (сил) от факторов, т. е. получения математических моделей функционирования вариантов системы управления группировки войск (сил) в определенных условиях, которая заключается в:
• оценке возможности уменьшения количества показателей (скаля-ризация пространства критериев), оказывающих незначительное влияние на рассматриваемую систему управления группировки войск (сил);
• синтезе обобщенной математической модели исследуемой системы управления группировки войск (сил) с целью определения коэффициентов (эффектов) уравнения регрессии (полинома);
• оценке адекватности синтезируемых моделей исследуемой системе управления группировки войск (сил);
• анализе влияния факторов на показатели возможностей исследуемой системы управления группировки войск (сил) и исключение их из дальнейшего рассмотрения.
Оценка возможности уменьшения количества показателей рассматриваемой системы управления группировки войск (сил) заключается в определении корреляции между двумя показателями на основании имеющихся экспериментальных данных. При наличии высокой корреляции между показателями любой из них можно исключить из рассмотрения, так как он не содержит какой-либо дополнительной информации об исследуемой системе, кроме полученной с помощью другого. Исключить целесообразно показатель, который труднее определить методически.
Синтез обобщенной математической модели исследуемой системы
управления группировки войск (сил) заключается в определении коэффициентов (эффектов) уравнения регрессии (полинома). Результатом синтеза являются математические модели функционирования системы управления группировки войск (сил). При определении коэффициентов уравнения регрессии используются стандартные приемы и процедуры, детально рассмотренные ранее13.
При проведении оценки адекватности полученных уравнений регрессии результатам вычислительных экспериментов используется подход, основанный на применении коэффициента множественной корреляции.
Обработку результатов вычислительного эксперимента можно производить с применением возможностей табличного процессора Microsoft Office Excel, в результате чего получим: синтезируемые уравнения регрессии (математические модели, описывающие функционирование системы управления группировки войск (сил)), которые используются на последующем этапе исследования; результаты оценки адекватности синтезируемых математических моделей исследуемой системы управления группировки войск (сил) результатам проведенных экспериментов; результаты оценки характера и степени влияния основных факторов на выбранные показатели возможностей системы управления группировки войск (сил).
Определение вариантов системы управления группировки войск (сил) и выработка предложений и рекомендаций по выбору наиболее рационального варианта проводится с использованием методов теории векторной оптимизации (многокритериальной нелинейной оптимизации).
Принятие решения при многокритериальной нелинейной оптимизации заключается в определении допустимого множества альтернатив
(вариантов), отвечающих требованиям, предъявляемым к исследуемой системе. В допустимом множестве альтернатив (вариантов) существует подмножество «парето-эффектив-ных» (компромиссных) альтернатив исследуемой системы, которые нельзя одновременно улучшить по всем обоснованным показателям эффективности, не ухудшив при этом значения хотя бы одного из них.
Определение альтернатив (вариантов) «парето-эффективных» решений из области допустимых производится с использованием методов, позволяющих определять точки в факторном пространстве области полученных значений.
Для определения вариантов системы управления группировки войск (сил) используются условия решения обратной задачи многокритериальной нелинейной оптимизации, в основе которой лежат следующие допущения:
• степень достижения общей цели возрастает, если возрастает степень достижения всех частных целей (каждая цель представлена соответствующим критерием эффективности);
• степень достижения общей цели возрастает, если возрастает степень достижения некоторых целей, а степень достижения остальных не снижается.
Определение наиболее рационального варианта системы управления группировки войск (сил) проводится с использованием полученных уравнений регрессии и области определения факторов, результаты которых могут быть представлены в виде:
• непрерывной области допустимых решений (множества альтернатив), вариантов системы управления группировки войск (сил) (наборов внутренних факторов);
• множества «парето-эффектив-ных» решений (вариантов системы управления группировки войск (сил);
• наиболее рационального решения (варианта)системы управления группировки войск (сил) в операции по условному критерию предпочтения.
Для определения наиболее рационального варианта системы управления группировки войск (сил) можно предложить два подхода.
Первый — последовательный анализ непрерывной области допустимых решений, который предполагает получение непрерывных областей допустимых решений для двух видов внешних условий — благоприятных (для объекта исследования) и неблагоприятных.
Второй — анализ множества «па-рето-эффективных» решений, из которых можно выбрать любое, так как эти решения получены на основе компромисса.
В заключение необходимо отметить, что подходы к оценке эффективности функционирования системы управления группировки войск (сил) в операции составляют основу методологии оценки эффективности систем управления. Предложенный в публикации системно-целевой подход к определению наиболее рационального варианта системы управления группировки войск (сил) в операции достаточно универсален и позволяет проводить исследования в широком диапазоне решения научно-исследовательских задач.
Таким образом, оценка эффективности функционирования системы управления группировки войск (сил) в операции — это сложная и многоаспектная проблема, актуальность решения которой подтверждается современными условиями ведения военных действий.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Боговик А.В., Игнатов В.В. Теория управления в системах военного назначения: учебник. М.: ВАС, СПб. 2008. 460 с.; Боговик А.В., Игнатов В.В. Эффективность систем и методы ее оценки. М.: ВАС, СПб., 2006. 184 с.
2 Проблемные вопросы теории управления войсками (силами). Военно-теоретический труд. М.: ВАГШ ВС РФ, 1996. 442 с.
3 Маркова Е.В., Лисенков А.И. Планирование эксперимента в условиях неод-нородностей. М.: Наука, 1973. 219 с.
4 Системный анализ и принятие решений: словарь-справочник / под ред. д.э.н., профессора В.Н. Волковой, д.т.н., профессора В.Н. Козлова. М.: Высшая школа, 2004. 86 с.
5 Алтухов П.К., Афонский И.А, Ры-бловский И.В., Татарченко А.Е. Основы теории управления войсками. Военно-теоретический труд. М.: ВИ, 1984. 221 с.
6 Системный анализ и принятие решений.
7 Маркова Е.В., Лисенков А.И. Планирование эксперимента в условиях неод-нородностей.
8 Системный анализ и принятие решений.
9 Там же.
10 Алтухов П.К., Афонский И.А, Ры-бловский И.В., Татарченко А.Е. Основы теории управления войсками; Проблемные вопросы теории управления войсками (силами).
11 Системный анализ и принятие решений.
12 Там же.
13 Боговик А.В., Игнатов В.В. Теория управления в системах военного назначения; Проблемные вопросы теории управления войсками (силами); Глущен-ко В.В., Глущенко И.И. Исследование систем управления. Социологические и экономические исследования. Прогнозные и плановые исследования. Экспериментальные исследования. М.: ООО НПЦ «Крылья», г. Железнодорожный, Московская область, 2000. 415 с.
