CC BY
12
Г. И. Зверев
МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СТРУКТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ОРГАНОВ МВД РОССИИ)
MODEL OF FUNCTIONING OF ERGATIC CONTROL SYSTEMS UNDER STUCTURE TRANSFORMATIONS (ON THE EXAMPLE OF INFORMATION CENTERS OF TERRITORIAL BODIES OF THE MINISTRY OF THE INTERIOR OF RUSSIA)
В статье описывается модель функционирования эргатических систем управления в условиях структурных преобразований различного характера. Также приведены типовая структура информационного центра территориального органа МВД России, его задачи и основные функции. В заключении приведен состав программного комплекса для решения задач оценки живучести эргатических систем управления.
In this article describes a model of the functioning of ergatic control systems under conditions of structural transformations of a different nature. The typical structure of the information center of the territorial body of the Ministry of Internal Affairs of Russia, its tasks and main functions are also given. In conclusion, the composition of the software package for solving problems of assessing the survivability of ergatic control systems is given.
Введение. Организация работы в любой структуре осуществляется через системы управления. Зачастую они представляют собой эргатические системы, так как их функционирование невозможно без наличия человека-оператора, который осуществляет координацию всех действий. В сложившихся обстоятельствах функционирование таких систем происходит в условиях их структурных преобразований.
Особое место среди указанных систем занимают системы критического применения, элементы которых характеризуются возможностью перехода к выполнению альтернативных задач при изменении условий функционирования системы, в частности в условиях структурных преобразований. Примерами систем критического применения могут выступать информационные центры территориальных органов Министерства внутренних дел Российской Федерации.
Актуальность данной работы состоит в том, что системы управления органов внутренних дел, к которым относятся информационные центры, функционируют в условиях возникновения новых угроз, различных организационных изменений, в том числе в результате чрезвычайных обстоятельств либо в условиях сложной эпидемиологической обстановки в Российской Федерации. В этой связи необходимо разработать механизм повышения живучести указанного вида систем.
Для эффективной работы, повышения живучести систем и возможности оперативного решения возникающих нештатных ситуаций в сложившихся условиях необходимо выбрать оптимальный набор альтернативных функций многофункциональных элементов системы.
Функционирование рассматриваемых систем определяется выбором одного из наборов альтернативных функций элементов системы. При этом предполагается, что каждая функция элемента определяет в том числе и совокупность его связей с другими
элементами. Таким образом, наборы альтернативных функций должны быть согласованы: выбор функции для одного элемента ограничивает возможности выбора функций для других элементов так, чтобы сохранялись их связи с данным элементом.
Оценка живучести эргатических систем управления. Как описано в [1, 2], в качестве структурно-параметрических моделей эргатических систем управления (далее — ЭСУ) целесообразно использовать взвешенные гиперграфы [3] следующего вида:
О ( Е ) = ( Е (Е ), Р, К ( Е )), (1)
где 5 — элементы ЭСУ, Е (Е) — связи в ЭСУ, Р — веса вершин ЭСУ, К (Е) — веса связей ЭСУ.
Эффективность функционирования ЭСУ характеризуется важностью (вкладом в общую эффективность системы) конкретных элементов ЭСУ в зависимости от выбранной функции / .
1
Функциональные возможности ЭСУ можно оценить выражением:
Н (ор), Е, А(Е)), (2)
где А (Е) = « (/^ ), ..., ап( /ы )| — вклад в общую эффективность элементов системы,
в зависимости от выбранной функции, Е = (/ , ..., /м ) — набор выбранных функций.
Применительно к численным значениям весов формула (2) принимает следующий вид:
п / \ т ! \ Н (о (Е), е , А (Е)) = X« (/ у. к} /) (3)
Как было сказано выше, различные структурные преобразования могут являться причиной снижения эффективности функционирования ЭСУ. В этой связи возникает задача выбора оптимального набора функций элементов ЭСУ, максимизирующего эффективность её функционирования. Для этого введем переменные хи , отвечающие за
выбор конкретных альтернативных функций для элементов ЭСУ:
Г1, если выбрана ;
х* Чп р (4)
1 [0, если иначе.
Обозначим X =
Таким образом, задача оптимизации выбора функций элементов ЭСУ принимает вид нахождения
п П ( т 1-т ( ТГ\
V- V- (Е) X = argmax^рг^хй. а,(/и ) + ^ -п
2 и1] ]=1 А]
(5)
при ограничениях:
±хщ = 1, (6)
п.
и =1
■ х,ч = Чр„. ■ хА.- (7)
1=1 и1=1 V
Здесь необходимо пояснить, что:
П — число функций элемента системы ;
1, если / предполагаетналичие связи ^;
I 0, если иначе;
п п,
Я^ = — число элементов, выбранные функции которых предполага-
,=1 ь =1
ют наличие связи е..
Необходимо отметить, что (6) показывает, что для каждого элемента выбрана одна из альтернативных функций, а (7) отражает наличие согласованности выбранных функций элементов системы по взаимосвязи.
Для решения задач (5) — (7) разработан численный метод, основанный на использовании схемы ветвей и границ, описанный в [1], в соответствии с которым в качестве оценки вершины О предлагается
п т
Е«тахР, + Е £ (Р )' (8)
1=1 ]=1
где
« тах = таХ
Г
{«(/,)..... «П (/..)}. (9)
В качестве оценок вершин (/ . ..., /Л предлагается
1 п т £ (Г)
Е« / )Р + Е «тахР, . (10)
г=1 ' г=1+1 .=1 '
где
ПЩ} =1
пир для выбранных функций ,..., / 1, для остальных функций.
(11)
Структура и задачи информационных центров территориальных органов МВД России. В соответствии с Типовым положением об информационном центре территориального органа Министерства внутренних дел Российской Федерации (далее — ИЦ), утвержденным приказом МВД России от 7 декабря 2012 г. № 1088 [4], информационный центр территориального органа МВД России является структурным подразделением соответствующего территориального органа МВД России и непосредственно подчиняется заместителю руководителя (начальника) этого территориального органа МВД России, ответственному за деятельность ИЦ.
Основными задачами ИЦ являются:
1. Информационное обеспечение в установленном порядке соответствующего территориального органа МВД России, территориальных органов иных федеральных органов исполнительной власти, расположенных на территории субъекта Российской Федерации,
органов исполнительной власти субъекта Российской Федерации, иных государственных органов и органов местного самоуправления оперативно-справочной, розыскной, криминалистической, дактилоскопической, статистической и архивной информацией.
2. Обеспечение исполнения соответствующим территориальным органом МВД России законодательства Российской Федерации об архивном деле, а также ИЦ на региональном уровне законодательства Российской Федерации о реабилитации граждан, подвергшихся политическим репрессиям в административном порядке.
3. Оказание методической и практической помощи подразделениям соответствующего территориального органа МВД России по вопросам, отнесенным к компетенции ИЦ.
ИЦ имеет типовую структуру, представленную на рисунке 1.
Отдел статистической информации и контроля
Рис. 1. Типовая структура ИЦ
В связи с тем, что в ходе реализации задач, возложенных на ИЦ, сотрудниками, работниками и федеральными государственными гражданскими служащими центров используются различные электронно-вычислительные средства, а также автоматизированные информационные системы, можно однозначно сказать, что любой ИЦ является ЭСУ. В этой связи задачу повышения живучести ЭСУ в условиях структурных преобразований можно решать и в отношении ИЦ.
Описание предметно-функциональной структуры информационных центров территориальных органов МВД России. Описывая модель функционирования ЭСУ, можно применить комплексный подход. Так, рассматривается структурно-параметрическая модель системы, возможные структурные преобразования системы и последствия конкретных преобразований. Элементам системы в указанном случае соответствуют отделы из типовой структуры ИЦ.
Так как каждый из отделов ИЦ может выполнять различные альтернативные задачи, а также работать консолидированно с другими отделами ИЦ для достижения конкретной цели, использование гиперграфа в качестве структурно-параметрической модели полностью оправданно.
В соответствии с вышеуказанным положением, для каждого из отделов ИЦ можно определить и альтернативные функции, которые описаны в [5]. Структурно-функциональная модель ИЦ представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Предметно-функциональная структура ИЦ
Описание структурно-параметрической модели информационных центров территориальных органов МВД России. Исходя из информации, представленной в предыдущем разделе, можно построить таблицы альтернативных функций для каждого из элементов системы (табл. 1).
Путем проведения обработки экспертных оценок на предмет важности выполнения альтернативных функций для каждого отдела получаем таблицу важности альтернативных функций (табл. 2).
Таблица альтернативных функций элементов системы
Таблица 1
81 Гц Ъэ Ьб
е1 1 1 1 1 1 0
е7 0 0 0 0 0 1
е9 1 1 0 1 0 1
Э2 Г21 Гг2 ?23 ?24
е2 0 0 1 0
е7 1 1 0 1
е9 1 1 0 1
8з Гз1 fз2 fзз fз4 fз5
ез 0 0 1 1 1
е7 1 1 0 0 0
е8 1 1 0 0 0
е9 1 1 0 1 1
84 Г41 f42
е4 0 1
е8 1 0
е9 1 1
85 Г51 f52 f53
е5 0 1 1
е8 1 0 0
е9 1 1 1
8б fб1 fб2 fб3 ^4 fб5 ^б fб7
еб 0 1 1 1 1 1 1
е9 1 1 1 1 1 1 1
Таблица 2
Важности альтернативных функций элементов системы
0,8 fз5 0,5
fl2 0,2 f41 0,5
fl3 0,5 f42 0,6
0,5 f51 0,9
fl5 0,2 f52 0,6
fl6 0,9 f53 0,4
0,5 Г61 0,5
Г22 0,6 f62 0,5
0,5 f63 0,7
0,5 f64 0,8
fзl 0,9 f65 0,7
fз2 0,6 ^6 0,7
0,2 f67 0,2
fз4 0,8
10 - V Важности /и
Веса вершин примем за значение -'-, а веса связей примем
Количество /и
численно равными количеству альтернативных функций, задействующих связь. Таким образом важности вершин и связей представлены в таблице 3.
Таблица 3
Важности вершин и связей элементов системы
81 5,16 е1 5
Э2 4,25 е2 1
Эз 6 ез 3
Э4 7,5 е4 1
Э5 6,33 е5 2
Эб 5,86 еб 6
е7 6
е8 4
е9 23
Исходя из приведенных выше таблиц, можно построить структурно-параметрическую модель ИЦ в виде гиперграфа [6], представленного на рисунке 3, где отделам статистической информации и контроля, оперативно-справочному, криминальной информации, биометрических учетов, реабилитации жертв политических репрессий и спецфондов, компьютеризации и технического обслуживания соответствуют вершины — Б6.
Используя данные, представленные в таблицах 1—3, рассчитаем значение вершины О по формуле (8). Так, агтах () находится из таблиц альтернативных функций и соответствует максимальному по важности /и для каждого элемента системы.
I
Таким образом, получаем, что значение О = 80,729.
Рис. 3. Структурно-параметрическая модель ИЦ
Нахождение дерева решений представлено на рисунке 4.
77,117 78,665 78,665 77.117
X X X X
КО,729
Рис. 4. Дерево решений
Как видно из рисунка, оптимальным набором функций для указанного примера
является {16, /22, /31, /41, /51, /б4 }.
Заключение. Дальнейшее развитие изложенных идей требует разработки программной реализации как приведенного алгоритма в целом, так и отдельных его элементов, таких как схема ветвей и границ, для расчета базовой эффективности О и выбора варианта реструктуризации системы после структурных преобразований.
Для исследования живучести ЭСУ в условиях их структурных преобразований необходимо произвести следующие действия:
1. Сформировать структурно-параметрическую модель ЭСУ, в отношении которой будет вестись исследование.
2. Произвести расчет исходной живучести сформированной ЭСУ.
3. Произвести моделирование структурных преобразований ЭСУ.
4. Определить оптимальный вариант перестроения структуры ЭСУ.
5. Рассчитать живучесть реструктурированной ЭСУ, сравнить ее с исходным значением живучести ЭСУ.
6. Сделать вывод о целесообразности дальнейшего функционирования ЭСУ.
Таким образом, программный комплекс должен включать в себя программы,
позволяющие выполнять действия из пп. 1—5. Для этого в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Федеральный институт промышленной собственности» (ФИПС) зарегистрированы следующие программы:
1. «Генерация структурно-параметрических моделей эргатических систем» [7].
2. «Использование схемы ветвей и границ для выбора оптимального набора альтернативных функций элементов эргатических систем» [8].
3. «Моделирование структурных воздействий на эргатические системы управления» [9].
4. «Поиск оптимального варианта реструктуризации эргатических систем управления» [10].
ЛИТЕРАТУРА
1. Меньших В. В., Зверев Г. И. Выбор функций элементов эргатических систем для обеспечения их функционирования в условиях деструктивных воздействий // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. — 2020. — Т. 8. — № 3 (30). — С. 28—29. — БОТ 10.26102/2310-6018/2020.30.3.004.
2. Zverev G. I., Menshikh V. V. Optimizing the selection of combination of alternative functions of ergatic system multifunctional elements // Journal of Physics: Conference Series. — Voronezh : IOP Publishing Ltd, 2020. — P. 012062. — DOI 10.1088/1742-6596/1479/1/012062.
3. Menshikh V. V., Zverev G. I. Simulating the Evaluation of Survivability of Ergatic Systems Based on the Use of Weighted Hypergraphs // XXI International Conference "Complex Systems: Control and Modeling Problems" (CSCMP) : Proceedings. — Samara : Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2019. — P. 541—544. — DOI 10.1109/CSCMP45713.2019.8976840.
4. Об утверждении Типового положения об информационном центре территориального органа Министерства внутренних дел Российской Федерации : приказ МВД России от 07.12.2012 № 1088 (ред. 17.03.2020) // СТРАС «Юрист».
5. Зверев Г. И. Описание структурно-функциональной модели информационных центров МВД России // Преступность в сфере информационных и телекоммуникационных технологий: проблемы предупреждения, раскрытия и расследования преступлений.
— 2021. — № 7. — С. 31—37.
6. Дискретная математика : учебник : рекомендован ЮгРОУМО вузов по образованию в области информационной безопасности для студентов высших учебных заведений, обучающихся по УГС НП 10.00.00 «Информационная безопасность» / В. В. Меньших, А. Н. Копылов, В. А. Кучер, С. А. Телкова. — Воронеж : Воронежский институт МВД России, 2016. — 228 с. — ISBN 978-5-88591-410-9.
7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021613131 Российская Федерация. Генерация структурно-параметрических моделей эргатических систем : № 2021610960 : заявл. 21.01.2021 : опубл. 02.03.2021 / Г. И. Зверев, В. В. Меньших.
8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021615343 Российская Федерация. Использование схемы ветвей и границ для выбора оптимального набора альтернативных функций элементов эргатических систем : № 2021614049 : заявл. 19.03.2021 : опубл. 07.04.2021 / Г. И. Зверев, В. В. Меньших.
9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021662813 Российская Федерация. Моделирование структурных воздействий на эргатические системы управления : № 2021661927 : заявл. 22.07.2021 : опубл. 05.08.2021 / Г. И. Зверев.
10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021667051 Российская Федерация. Поиск оптимального варианта реструктуризации эргатической системы управления : № 2021666169: заявл. 04.10.2021 : опубл. 25.10.2021 / Г. И. Зверев.
REFERENCES
1. Menshih V. V., Zverev G. I. Vyibor funktsiy elementov ergaticheskih sistem dlya obespecheniya ih funktsionirovaniya v usloviyah destruktivnyih vozdeystviy // Modelirovanie, optimizatsiya i informatsionnyie tehnologii. — 2020. — T. 8. — # 3 (30). — S. 28—29. — DOI 10.26102/2310-6018/2020.30.3.004.
2. Zverev G. I., Menshikh V. V. Optimizing the selection of combination of alternative functions of ergatic system multifunctional elements // Journal of Physics: Conference Series.
— Voronezh : IOP Publishing Ltd, 2020. — P. 012062. — DOI 10.1088/17426596/1479/1/012062.
3. Menshikh V. V., Zverev G. I. Simulating the Evaluation of Survivability of Ergatic Systems Based on the Use of Weighted Hypergraphs // XXI International Conference "Complex Systems: Control and Modeling Problems" (CSCMP) : Proceedings. — Samara : Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2019. — P. 541—544. — DOI 10.1109/CSCMP45713.2019.8976840.
4. Ob utverzhdenii Tipovogo polozheniya ob informatsionnom tsentre territorialnogo organa Ministerstva vnutrennih del Rossiyskoy Federatsii : prikaz MVD Rossii ot 07.12.2012 # 1088 (red. 17.03.2020) // STRAS «Yurist».
5. Zverev G. I. Opisanie strukturno-funktsionalnoy modeli informatsionnyih tsentrov MVD Rossii // Prestupnost v sfere informatsionnyih i telekommunikatsionnyih tehnologiy: prob-lemyi preduprezhdeniya, raskryitiya i rassledovaniya prestupleniy. — 2021. — # 7. — S. 31—37.
6. Diskretnaya matematika : uchebnik : rekomendovan YugROUMO vuzov po obra-zovaniyu v oblasti informatsionnoy bezopasnosti dlya studentov vyisshih uchebnyih zavedeniy, obuchayuschihsya po UGS NP 10.00.00 «Informatsionnaya bezopasnost» / V. V. Menshih, A. N. Kopyilov, V. A. Kucher, S. A. Telkova. — Voronezh : Voronezhskiy institut MVD Rossii, 2016. — 228 s. — ISBN 978-5-88591-410-9.
7. Svidetelstvo o gosudarstvennoy registratsii programmyi dlya EVM # 2021613131 Rossiyskaya Federatsiya. Generatsiya strukturno-parametricheskih modeley ergaticheskih sis-tem : # 2021610960 : zayavl. 21.01.2021 : opubl. 02.03.2021 / G. I. Zverev, V. V. Menshih.
8. Svidetelstvo o gosudarstvennoy registratsii programmyi dlya EVM # 2021615343 Rossiyskaya Federatsiya. Ispolzovanie shemyi vetvey i granits dlya vyibora optimalnogo nabora alternativnyih funktsiy elementov ergaticheskih sistem : # 2021614049 : zayavl. 19.03.2021 : opubl. 07.04.2021 / G. I. Zverev, V. V. Menshih.
9. Svidetelstvo o gosudarstvennoy registratsii programmyi dlya EVM # 2021662813 Rossiyskaya Federatsiya. Modelirovanie strukturnyih vozdeystviy na ergaticheskie sistemyi upravleniya : # 2021661927 : zayavl. 22.07.2021 : opubl. 05.08.2021 / G. I. Zverev.
10. Svidetelstvo o gosudarstvennoy registratsii programmyi dlya EVM # 2021667051 Rossiyskaya Federatsiya. Poisk optimalnogo varianta restrukturizatsii ergaticheskoy sistemyi upravleniya : # 2021666169: zayavl. 04.10.2021 : opubl. 25.10.2021 / G. I. Zverev.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
Зверев Георгий Игоревич. Преподаватель кафедры автоматизированных информационных систем ОВД.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: georgiyzverev@gmail.com
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-51-28.
Zverev Georgiy Igorevich. Lecturer of the chair of Automated Information Systems of the Department of Internal Affairs.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: georgiyzverev@gmail.com
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. 200-51-28.
Ключевые слова: эргатические системы; информационный центр; живучесть; деструктивные воздействия; гиперграф.
Key words: ergatic systems; information center; survivability; destructive influences; hypergraph.
УДК 004.5, 519.17
