Методика формирования комплекса средств управления сложной организационно-технической системой Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 681.5

ББК 32.965

© А.В. Данеев

Бурятский государственный университет, Улан-Удэ E-mail: daneev@mail.ru

© А.А. Воробьев, А.Е. Куменко, Д.М. Лебедев, А.Б. Мастин

ОАО «НПО «Орион», Московская область, Краснознаменск E-mail: kumenko@yandex.ru

Методика формирования комплекса средств управления сложной организационно-технической системой

Статья посвящена описанию оригинальной методики формирования структуры комплекса средств управления сложными организационно-техническими системами, позволяющей обеспечить требуемое качество функционирования сложных систем и учитывающей внедрение современных информационных технологий и заданные ресурсные ограничения.

Ключевые слова: информационные технологии, организационно-техническая система, управление, биматричная игра

© A.V. Daneev

Buryat State University, Ulan-Ude E-mail: daneev@mail.ru

© A.A. Vorobyov, A.E. Kumenko, D.M. Lebedev, A.B. Mastin

Scientific Industrial Company “Orion”, Moscow region, Krasnoznamensk E-mail: kumenko@yandex.ru

Methods of forming of control means of complex organizational-technical system

The article is devoted to describing of original techniques of forming of structure of control means of complex organizational technical system which allows providing the necessary quality of functioning of complex systems. It takes into account the application of modern informational technologies and limitation of data resource.

Key words: informational technologies, organizational technical system, control, bimatrix game.

Введение

Широкое внедрение информационных технологий во все сферы жизнедеятельности экономически развитых государств и сопутствующая ему повсеместная интеграция средств вычислительной техники (СВТ) определили существенную зависимость важнейших процессов в экономической, политической, промышленной, военной, социальной деятельности от качества функционирования сложных организационно-технических систем (СОТС). Прогрессирующее усложнение СОТС, резко повышая возможности реализации основных государственных процессов, одновременно определяет их уязвимость от воздействия неблагоприятных факторов (НФ) самой различной природы. В связи с этим практически значимой становится задача обеспечения требуемого качества функционирования СОТС как при целенаправленном (умышленном) воздействии НФ, так и при проявлении природных НФ.

Существенная разнородность архитектур современных СОТС, определяемая их целевым назначением, обусловила также многообразие применяемых аппаратных и программных

средств, территориально распределенных на больших расстояниях и объединенных посредством коммуникационного оборудования. Данное обстоятельство существенно усложняет создание единых методических решений по обеспечению требуемого качества функционирования таких систем и определяет актуальность проведения исследований в данной области.

1. Постановка задачи

В общем виде постановка задачи формирования комплекса средств управления СОТС может быть сформулирована следующим образом. Пусть заданы:

S={si, s2, ■■■, si, ..., sk} - множество объектов СОТС (автоматизированных рабочих мест);

Y={y1, y2,..., yj,..., ym} - множество средств управления, применяемых в СОТС;

X={x1, x2,..., Xi,..., xn} - множество НФ, воздействующих на объекты СОТС;

Bk={ bih Ь2ь..., bjk,..., bmk} - множество показателей стоимости реализации средств

управления yjeY на объектах СОТС skeS.

Необходимо найти для любого объекта СОТС skeS такие варианты построения комплексов средств управления y*jeY, при которых:

Qk (xik (tX y *k (0) = maxQk(xik (tX yjk (o'), (1)

y.eY ^ J J

где Qk (xik(t X y}k(t)) - показатель качества функционирования СОТС,

при ограничении:

i^Bk < BaM, (2)

k=1

где Вдир - лимитные ограничения стоимости реализации комплекса средств управления.

При этом варианты построения комплекса средств управления могут рассматриваться в виде последовательности независимых включений:

Y=<A, 0 Д х¥>,

где А - подсистема установки, настройки, применения и модернизации программных и технических средств СОТС;

0 - подсистема разграничения доступа пользователей, задач, процессов к ресурсам;

Д - подсистема контроля функционирования СОТС;

W- подсистема восстановления функций при возникновении нештатных ситуаций.

На рис. 1 приведена общая структура разработанной авторами методики формирования комплекса средств управления СОТС, позволяющей выбрать лучший по критерию (1) вариант комплекса с учетом заданных стоимостных ограничений (2). Практическое применение методики связано с последовательным выполнением следующих этапов.

1 этап: подготовка исходных данных

При использовании методики на первом этапе формируются исходные данные, необходимые для формирования моделей процессов функционирования СОТС. При этом определяются:

— перечень объектов СОТС (автоматизированных рабочих мест) skeS;

— значения Ck информационной ценности объектов СОТС;

— перечень НФ xeX, проявление которых возможно на объектах СОТС skeS;

— значения /nik е [0; 1] показателей эффективности реализации НФ x^eX на объектах skeS;

— состав и общая структура Y=<A, 0 Д х¥> средств управления yjeY;

- значения е [0; 1[ показателей нейтрализации НФ л^еХ средствами управле-

ния У]еУ на объектах зиеБ.

На основе этих исходных данных для каждого объекта СОТС яеЗ формируются модели процессов их функционирования в условиях воздействия НФ, задаваемые графами многошаговой игры.

2 этап: построение матрицы выигрышей для первого шага позиционной игры

На втором этапе применения методики осуществляется расчет матриц А{0к и О^бк,

определяющих выигрыш от реализации НФ и потери стороны, ответственной за эксплуатацию СОТС соответственно. Таким образом, первый шаг многошаговой игры представляется в виде биматричной игры, платежные функции которой определяются директивно на основе исходных данных, сформированных на первом этапе применения методики.

3 этап: построение матриц выигрышей для последующих шагов

На основе значений биматричной игры, описывающей функционирование СОТС в условиях воздействия НФ на первом шаге многошагового процесса, а также с учетом конкретного вида теоретико-игровой модели, описывающей этот процесс, осуществляется построение матриц выигрышей для всех последующих шагов, включая конечные. При этом многошаговая игра сводится к совокупности связанных биматричных, имеющих детерминированные матрицы выигрышей.

Таким образом, в отличие от традиционных многошаговых игр, платежные функции для которых задаются лишь для конечных позиций (вершин графа), предлагаемая методика позволяет получить оценочные функции всех промежуточных вершин графа. Это обстоятельство открывает новые возможности для практического применения многошаговых игр (в том числе игр с неполной информацией и большой размерности) при исследовании процессов функционирования сложных систем. Появляется новая возможность изучения таких сложных процессов, выявления неустойчивых промежуточных состояний, а также поведения системы в целом в любом промежуточном состоянии. Применение робастного алгоритма расчета оценочных функций промежуточных позиций многошаговых игры в рамках настоящей методики является существенно новым теоретическим результатом, определяя научную новизну и теоретическую значимость работы.

4 этап: анализ «узких мест» процесса функционирования СОТС на основе использования игровых моделей

На четвертом этапе применения методики осуществляется моделирование процесса функционирования объектов СОТС. При этом для различных сценариев реализации НФ определяется возможный ущерб, и на основе этого выявляются наиболее опасные неблагоприятные и их совокупности. В дальнейшем выбор тех или иных средств управления производится целенаправленно, для нейтрализации, в первую очередь тех НФ, реализация которых наносит максимальный ущерб функционированию СОТС.

Подготовка исходных данных

Формирование перечня объектов СОТС - Формирование перечня НФ -► Формирование перечня средств управления

1 * 1 *

Определение ценности объектов Определение показателей НФ Определение показателей средств упр-я

2 Построение матрицы выигрышей (А) и (0) для первого шага

3 Построение матриц выигрышей для следующих шагов (Аг) и (0г)

1

4 Анализ «узких мест» процесса функционирования СОТС на основе использования игровых моделей

1

5 Выбор варианта построения комплекса средств управления на основе анализа расчетных показателей

6 11| оверка Ц| ШИПИ! ИМЯ —' требований к качеству — функционирования сотс

7 Принятие решения о структуре комплекса средств управления

Рис. 1. Общая структура методики формирования комплекса средств управления

5 этап: выбор варианта построения комплекса средств управления на основе анализа расчетных показателей

Выбор варианта построения комплекса средств управления осуществляется с использованием моделей функционирования СОТС в условиях воздействия НФ и основан на анализе расчетных показателей, полученных на четвертом этапе. При этом для различных вариантов построения комплексов средств управления, задаваемых различными параметрами последовательности включений множеств <Л, 0 Д Ч>, определяются следующие расчетные показатели качества функционирования:

- показатели эффективности применения комплексов средств управления в

СОТС;

- показатели — стоимости реализации пригодного варианта построения комплекса средств управления для объекта СОТС;

- возможный ущерб Сук от реализации НФ при применении различных вариантов построения комплекса средств управления;

- показатели качества О-вк (ув ) различных вариантов построения комплексов средств управления.

Пригодный вариант построения комплекса средств управления может определяться на основе различных стратегий, например:

- минимизация ущерба при реализации законченных сценариев воздействия НФ, то есть на основе анализа платежных функций для конечных вершин графа, как в классической теории многошаговых игр;

- нейтрализация наиболее опасных НФ и их частных совокупностей на основе выявления уязвимых мест СОТС и их устранения за счет целенаправленного использования средств управления;

- использование комбинированной стратегии с различными приоритетами нейтрализации законченных сценариев воздействия НФ и наиболее опасных НФ.

6 этап: проверка выполнения требований к качеству функционирования СОТС

На шестом этапе осуществляется проверка выполнения заданных требований по качеству функционирования объектов СОТС Овк ( У в ) при применении различных вариантов

построения комплексов средств управления, а также стоимостных ограничений (2). При этом стоимостные ограничения могут задаваться как непосредственно в директивном виде (2), так и быть дифференцированными для объектов СОТС, например, на основе учета различия объектов по их ценности, обусловливаемого различием в иерархической структуре сложной системы и вкладом в решение целевой задачи. Например, возможно задание лимитных стоимостных ограничений для каждого объекта вида

В * N

Вк < ---- . (3)

к=1

Необходимо отметить, что в ряде случаев достижение заданного качества функционирования может быть невыполнимым при заданных исходных данных. Тогда необходимо вносить соответствующие корректирующие изменения:

- перечня средств управления у у е У;

- требований к качеству функционирования объектов СОТС;

- стоимостных ограничений ВаМ на создание комплекса средств управления.

Кроме того, выполнение требований к качеству функционирования может оказываться не выполненным в процессе эксплуатации СОТС, что может быть обусловлено совершенствованием методов средств реализации целенаправленных (умышленных) воздействий, появлением новых типов воздействий, выявлением новых уязвимых мест самой СОТС и т.п. В ряде случаев это обстоятельство может потребовать изменения перечня рассматриваемых средств управления (лицензионных, сертифицированных и т. п.).

7 этап: принятие решения о структуре комплекса средств управления

При выборе расчетного варианта построения комплекса средств управления, обеспечивающего требуемое качество функционирования СОТС и удовлетворяющего стоимостным ограничениям (2), фиксируется набор средств управления, формирующих кортеж У=<Л, 0 Д *Р>, а также сценарий их применения, определяющий особенности установки и на-

стройки средств. После этого осуществляются мероприятия по проверке совместимости средств.

Заключение

Таким образом, разработана оригинальная методика формирования структуры комплекса средств управления СОТС, позволяющая обеспечить требуемое качество функционирования сложных систем и учитывающая внедрение современных информационных технологий и заданные ресурсные ограничения.

Литература

1. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. - М.: Наука, 1981. - 488 с.

2. Иванов В.А. Актуальные вопросы моделирования управления комплексными технологическими процессами / Институт проблем управления РАН // Идентификация систем и задачи управления: тр. 81С-РЯ0’09. VIII Международная конференция - М., 2009. - С. 705-735.