CC BY
11Автамонов П.Н. Охтилев М.Ю. Соколов Б.В. Юсупов P.M.
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ УНИФИЦИРОВАННОЙ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ИНФОРМАЦИОННОМ И ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ
В статье представляются результаты междисциплинарных исследований, направленные на комплексное рассмотрение системо-технических факторов, связанных с автоматизированным управлением объектами военного назначения, в частности, космическими комплексами. При этом рассматриваются интегрированные интеллектуальные системы поддержки принятия решений как основной элемент в составе систем информационного и информационно-телеметрического обеспечения автоматизированных систем управления космическими комплексами. Предлагаемый в статье интегративный подход базируется на основе реализации концепций системного моделирования и интеграции знаний.
Ключевые слова: унифицированная комплексная система поддержки принятия решений, национальная интеллектуальная аналитическая платформа, информационное и информационно-телеметрическое обеспечение, автоматизированная система управления космическими комплексами.
В современных условиях успешное развитие любой сложной организационно-технической системы (СОТС), в том числе и орбитальных группировок космических аппаратов (ОГ КА) различного целевого назначения, во многом определяется эффективностью функционирования соответствующих автоматизированных систем управления (АСУ), обеспечивающих процессы обработки разнородных потоков информации и управления, как КА, так и наземными техническими средствами, входящими в состав наземного комплекса управления (НКУ). При этом важная роль при решении различных классов задач управления КА и НКУ отводится задачам организации и проведения моделирования указанных систем. Анализ результатов многочисленных исследований по вопросам
моделирования показал, что для описания таких сложных объектов как АСУ указанными космическими комплексами (КК) должны использоваться полимодельные комплексы, создаваемые в рамках соответствующих интегрированных систем поддержки принятия решений (СППР) [6,7, 10, 11, 12].
Характерной особенностью названных современных СОТС является наметившаяся устойчивая негативная тенденция, вызванная дальнейшим обострением одного из основных противоречий технико-экономической сферы в XXI веке, связанного с разрывом между уровнем и масштабами общественного производства и уровнем управления этим производством. Это объясняется, прежде всего, нарастающим усложнением объектов и процессов управления и,
МБЛН 01? СОММиШСЛТКЖ Б((ШРМБШ: Iss. 1 (141). 2018
соответственно, повышением меры ответственности за принимаемые решения (выбираемые управляющие воздействия), что настоятельно требует строгой регламентации и структуризации технологии управления или, другими словами, индустриализации управления на основе дальнейшей комплексной автоматизации всех видов деятельности, создания различных классов автоматизированных и информационных систем. При этом автоматизация предполагает применения комплекса технических, программных, организационных и прочих методов и средств с целью полного или частичного высвобождения человека от непосредственного участия в получении, передаче, хранении, обработке и использовании материалов, энергии и информации.
Временные задержки и ошибки в управлении, вызванные неверным решением задачи анализа состояний и выдачи управляющих воздействий СОТС, могут привести к необратимым негативным последствиям — срыву боевой задачи, отказам, различным по свои последствиям авариям и даже катастрофам (примеры — катастрофа на Чернобыльской АЭС, гибель АПЛ «Курск», многие авиакатастрофы). В наибольшей степени эта проблема обостряется при возникновении нештатных ситуаций — отклонении поведения СОТС от ожидаемого, вызванного различными внешними и внутренними факторами. В большинстве случаев процедуры анализа состояния и формирования управляющих воздействий СОТС в таких ситуациях не автоматизированы. Решение этой задачи возлагается на операторов. Практика управления различными СОТС показывает, что именно в этих ситуациях операторы не справляются с задачей оценки и контроля функциональных состояний СОТС, что и приводит кразличным негативным последствиям.
Увеличение количества контр олируемых параметров и требование обеспечить управление СОТС в реальном масштабе времени (РМВ), в том числе при возникновении нештатных ситуаций, обуславливают необходимость постоянного совершенствования процессов сбора, обработки, интерпретации и анализа (технологии мониторинга) измерительной информации, а также — создания специальных, принципиально новых по идеологии построения и функциональ-
ным возможностям комплексов автоматизированной интеллектуальной обработки и анализа информации, функционирующих в РМВ [15,8, 9]. Создание и внедрение таких комплексов в наибольшей степени актуально там, где мониторинг состояний СОТС осуществляют операторы по показаниям десятков и более датчиков, донесений и пр. При этом в условиях ограниченных финансово-временных ресурсов особо актуальными становятся вопросы проектирования и внедрения унифицированных языковых средств и методов представления и обработки знаний о процессах функционирования СОТС в РМВ, использование которых позволит в масштабах, например, Вооруженных сил, создать единый многофункциональный комплекс автоматизации, заменяющий все существующие ныне узкоспециализированные программные системы анализа и контроля состояния СОТС. Все это обуславливает необходимость оперативного формирования таких процедур мониторинга состояния и управления (МСУ), при которых обнаружение, локализация и ликвидация сбоев, отказов нештатных аварийных ситуаций будет происходить значительно раньше, чем станут проявляться возможные их последствия.
На основе анализа современного состояния исследований и практической реализации в РФ вопросов проектирования и эксплуатации программных комплексов (ПК) как функционального ядра АСУ СОТС, предназначенных для автоматизации процессов МСУ СОТС, можно сделать вывод, что они, как правило, имеют узкую специализацию, жестко связаны с соответствующими СОТС. Указанные тенденции в настоящее время проявляются в том, что сейчас существует большое количество родственных по своим функциональным возможностям ПК, входящих в состав АСУ СОТС и отличающихся друг от друга лишь по способу организации вычислительного процесса и виду используемой операционной среды. При этом на их эксплуатацию, модернизацию и сопровождение ежегодно в масштабах, в частности, Вооруженных сил расходуются огромные финансовые средства. Из-за ведомственной разобщенности проектировщиков названных систем возникает параллелизм и дублирование в разработке единых по содержанию и назначению ПК МСУ объектов контроля. В случае создания унифицированных языковых
средств и методов представления и обработки знаний о процессах функционирования СОТС в РМВ появляется возможность существенной экономии затрачиваемых на разработку и постановку на информационное обслуживание новых и модификацию существующих объектов контроля.
Проведенный анализ существующих и проектируемых средств МСУ СОТС за рубежом, в частности, в США, показал, что, в первую очередь, в интересах министерства обороны и NASA в рассматриваемом направлении достаточно широко ведутся исследования, интенсивность которых, судя по количеству доступных публикаций, постоянно возрастает, что свидетельствует об актуальности и нетривиальности данной проблемы. Так, еще в начале 2010 года в МО США принята в эксплуатацию объединенная информационная система, что подтверждает намерения США достигнуть не только информационного превосходства, но и осуществить накопление знаний, то есть достигнуть превосходства в интеллектуальной сфере.
Это, по мнению руководства МО США, позволит опережать противника в информационной осведомленности, качестве (обоснованности) принятия решений и результативности (эффективности) применения сил (средств).
Путь, который прошли вооруженные силы США за последнее десятилетие, можно отразить следующим образом: от телекоммуникационной связности — к связности информации; от связности информации — к результатам ее обработки; от результатов обработки информации — к накоплению и использованию знаний.
Вызывает большие опасения, что в области создания автоматизированных систем проектирования и управления, в области создания и развития других информационных технологий (ИТ) для соответствующих автоматизированных систем мониторинга состояния и управления (АСМСУ) в промышленной сфере и военном деле российских фирм в числе мировых лидеров, как правило, нет. Подавляющее большинство российских фирм, как новых, так и вышедших из недр оборонных предприятий и работающих в области информационных и компьютерных технологий, являются распространителями продуктов западных фирм. Немногие компании предлагают конкурентно-способные отече-
ственные разработки. Но, к сожалению, их продукты, с позиций научной и инженерной мысли, зачастую не являются новаторскими, а лишь используют ИТ, появившиеся за рубежом, и отличаются от последних, возможно, лишь большей степенью учета специфики конкретных условий применения.
Очевидно, что для того, чтобы остаться независимым государством и иметь достаточный уровень обороноспособности, такое положение дел устраивать не может. Аргументом в пользу актуальности ИТ может служить факт о том, что холодную войну западные страны выиграли без применения «горячих» средств, а благодаря превосходству именно в ИТ. Более того, тотальная зависимость от кого-либо в информационных технологиях выливается в зависимость государства.
Комплексность и сложность моделей и методов в подобной интеллектуальной системе, ориентированной на цепочку «моделирование — прогнозирование — принятие решения», очевидна. Эта интеллектуальная система может стать регулирующим центром, распределяющим ограниченные ресурсы. И работать она будет в интересах тех, кто сумел создать реализованные в ней ИТ. Поэтому необходимо формулировать задачи соответствующей стратегической инициативы, предусматривающей ориентироваться на создание элементов будущей интеллектуальной системы для моделирования, прогнозирования и принятия решений по актуальным проблемам [1, 2, 5,8,9].
Работы по проектированию и использованию СППР с самого начала их возникновения велись и ведутся весьма интенсивно в государственных и коммерческих НИИ, а также в промышленных организациях и в нашей стране. Среди указанных организаций в РФ, которые ориентируют свои разработки в области СППР на задачи МО РФ, можно, в первую очередь, выделить следующие организации РАН: ВЦ РАН, ИСАРАН, ИПУ РАН, СПИИРАН; среди высших учебных заведений — МГУ, СПбГУ, ЛЭТИ, ГУАП, ВоенМех, МАИ, МВТУ, ТГТУ; среди промышленных организаций можно назвать — ЦНИИ ЭИСУ, Военно-промышленная корпорация «Научно-производственное объединение машиностроения» (г. Реутов Московской области); Государственный ракетный центр име-
МБЛН 01? соммишслткж Б(.)иГ1]Е>:М/1:БТ«ГТ. Iss. 1 (141). 2018
ни академика В.П.Макеева (г. Миасс Челябинской области); «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнева (г. Железногорск, Красноярский край); Концерн «Гранит-Электрон» (г. Санкт-Петербург); Концерн «Моринформсистема-Агат» (г. Москва); Концерн ПВО «Алмаз-Антей» (г. Москва); Концерн радиостроения «Бега» (г. Москва); Концерн «Созвездие» (г. Воронеж); Объединенная авиастроительная корпорация (Москва); Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королева (г.Королев Московской области); Государственная акционерная компания «Обо-ронпромкомплекс» (г. Москва,); ОАО «Концерн «Системпром» (г. Москва); Концерн «Научно-производственное объединение «Аврора» (г. Санкт-Петербург); Объединенная судостроительная корпорация (г. Санкт-Петербург); Центр технологии судостроения и судоремонта (г. Санкт-Петербург) и ряд других [1 — 12].
Центральная роль в обеспечении необходимого качества управления СОТС принадлежит интегрированным системам поддержки принятия решений (СППР) и их ядру — специальному программно-математическому обеспечению (СПМО) поддержки принятия решений [8].
СППР предназначена для информационной, методической и инструментальной поддержки процессов подготовки и принятия решений лицом, принимающим решение (ЛПР) на всех этапах управления.
Целью внедрения СППР является повышение оперативности и эффективности деятельности органов управления за счет использования передовых ИТ, оперативного формирования на их основе комплексной аналитической информации, необходимой для выработки и принятия решений.
Для достижения этой цели в рамках внедряемой СППР должны быть решены следующие задачи:
— создание единого признакового пространства и показателей, характеризующих состояния объекта управления на базе централизованного информационного хранилища данных, обеспечивающего накопление, хранение и доступ к экспертным и историческим данным;
— интеграция существующих локальных баз данных в рамках централизованного информационного хранилища данных;
— сбор, накопление и применение знаний опытных экспертов в распределенных базах знаний для формирования выводов и рекомендаций;
— постоянный мониторинг (комплексный анализ) текущей ситуации;
— прогнозирование (сценарное и целевое) развития ситуации;
— повышение оперативности и качества управленческих решений на основе использования аналитических и прогнозных инструментальных средств;
— автоматизация процессов подготовки аналитической отчетности;
— визуализация данных с использованием средств когнитивной графики (в том числе с применением геоинформационных систем и пр.);
— инструментальная и информационная поддержка экспертно-аналитической деятельности ЛПР и экспертов.
В связи со сложностью и многовариантностью проблем управления СОТС и разработки соответствующей СППР необходимо, прежде всего, выработать и обосновать требования, предъявляемые как к СППР в целом, так и к ее основным элементам и подсистемам, исходя из специфики тех задач, которые будут решаться как в процессе управления СОТС, так и в процессе функционирования АСМСУ СОТС.
К числу таких требований, предъявляемых к СППР, можно отнести следующие.
1. Обоснованность принимаемых с использованием СППР решений на различных этапах жизненного цикла АСМСУ СОТС.
2. Обеспечение гармоничного взаимодействия ЛПР с вычислительной средой (создание интеллектуального интерфейса, когнитивной графики).
3. Обеспечение открытости СППР и ее способности к адаптации, самоорганизации и развитию.
4. Своевременность выработки управляющих воздействий.
5. Обеспечение требуемой степени адекватности моделирования АСМСУ СОТС.
Проведенный анализ перечисленных требований показывает, что создание СППР в рамках какого-либо одного класса моделей (математических, логико-лингвистических, логико-алге-
браических и т.п.) приводит к недостоверным, а в ряде случаев, и ошибочным результатам, вызванным низкой степенью адекватности и открытости, отсутствием необходимых программных и информационных средств, обеспечивающих адаптивность одномодельных систем принятия решений.
Выход из создавшейся ситуации состоит в реализации на практике концепции системного моделирования, которая, применительно к процессу управления жизненным циклом АСМСУ СОТС, предполагает полимодельное многоуровневое описание данной системы, а также разработку многоэтапных распределенных процедур принятия решений в условиях многокритериальности и неопределенности.
Анализ показывает, что применительно к задачам принятия решений в АСМСУ СОТС на различных этапах ее жизненного цикла в качестве потенциальных средств автоматизации принятия решений, которые в совокупности образуют распределенную СППР, могут использоваться:
— имитационные системы;
— интеллектуальные информационно-поисковые системы;
— экспертные системы поддержки принятия решений;
— расчетно-логические системы;
— инструментальные САБЕ—средства автоматизации проектирования.
Конкретный состав и структура взаимодействия данных систем на каждом иерархическом уровне АСМСУ СОТС и для каждого этапа применительно к каждой функции управления должны определяться с учетом специфики функционирования соответствующих элементов и подсистем рассматриваемой системы. Кроме того, при формировании конкретного состава и структуры СППР необходимо учитывать следующую зависимость свойств процедур принятия решений в зависимости от уровня иерархии АСМСУ СОТС (при движении от ее нижнего уровня к верхнему уровню): значимость и цена последствий (с точки зрения конечного предназначения АСМСУ СОТС) принимаемых решений возрастает; требуемые уровни точности и детализации представления информации снижаются; длительность реализации принимаемых решений возрастает.
Учитывая все вышесказанное, можно констатировать, что СППР является основным и, пожалуй, единственно возможным перспективным средством поддержки и принятия решений ЛПР для МСУ в АСУ СОТС военного и промышленного назначения в критических приложениях. Следуя тенденциям мирового развития ИТ, прикладная СППР (для конкретной предметной области) должна быть построена на основе некоторого упоминавшегося выше базового СПМО, которым может стать предлагаемая здесь национальная интеллектуальная аналитическая платформа (НИАП).
Необходимость использования и внедрения НИАП для решения задач проектирования и эксплуатации СППР продиктована неудовлетворительным состоянием в областях военного, государственного и промышленного управления по следующим основным причинам:
— отсутствие единой многоуровневой системы МСУ СОТС на территории РФ;
— отсутствие единой политики в области автоматизации задач МСУ;
— отсутствие единого информационного пространства, единых форматов и технологий обработки информации, единой сети передачи данных, единых корпоративных хранилищ данных;
— наличие разнородных, несовместимых информационных систем, функционирующих на различных программно-аппаратных платформах;
— отсутствие единых механизмов контроля за полнотой, достоверностью, целостностью используемой при МСУ СОТС разнородной информации;
— отсутствие регламентов информационного взаимодействия информационных систем и систем мониторинга;
— недостаточный уровень использования современных ИТ.
Ключевыми принципами построения НИАП должны быть следующие:
— объектно-ориентированный подход к описанию рассматриваемой предметной области;
— сервисно-ориентированные технологии построения систем сбора, обработки, анализа информации и дистрибуции знаний;
— организационное, информационное и функциональное единство в рамках единого ин-
МБЛШ 01? соммишслткж Б((ШРмБШ: Iss. 1 (141). 2018
формационного пространства н унифицированной программной платформы на базе единой модели представления данных;
— технологии распределенной разработки, непосредственное участие экспертов (аналитиков) и инженеров по знаниям в концептуальном и логическом проектировании онтолого-ориен-тированных баз знаний, построении сценариев интеллектуальной оперативно-аналитической обработки информации с опорой на принцип «Программирование без программирования»;
— имитационно-аналитический комплекс с широким набором описательных и предсказательных моделей;
— открытый исходный код и отсутствие лицензионных отчислений зарубежным производителям;
— кросс-платформенная поддержка.
Новизна предлагаемой технологии использования НИАП при построении прикладных СППР обеспечивается:
— внедрением интеллектуальных технологий аналитической обработки и анализа данных и знаний, интеллектуальных систем поддержки принятия решений;
— реализацией концепции единых инфор-мационныхресурсов, единого информационного пространства, обеспечивающих интеграцию разнородной полной, непротиворечивой, достоверной и актуальной информации;
— развертыванием систем сбора и хранения разнородной информации на основе оперативно-аналитической и интеллектуальной обработки данных с использованием технологий потоковой обработки;
— использованием единых стандартов сбора, передачи, хранения, обработки и анализа данных и знаний, ориентация на национальные и международные стандарты и протоколы.
Технология обработки и анализа данных при решении задач СППР МСУ СОТС на базе НИАП предполагает наличие следующих основных этапов:
1. Количественная и качественная параметризация разнородных данных, консолидация данных.
2. Предметная ориентация, формирование онтологии предметной области.
3. Поиск, извлечение, интерпретация знаний, формирование репозитария знаний.
4. Построение системы моделей объектов предметной области.
5. Разработка и проверка гипотез, имитационное моделирование.
6. Формирование модельных оценок.
Архитектура СППР АСМСУ СОТС на базе
НИАП предполагает наличие следующих основных элементов, выполняющих соответствующие функции:
1. Подсистема сбора — загрузка и консолидация данных из разнородных ресурсов.
2. Подсистема хранения — оперативное и долговременное хранение.
3. Подсистема обработки и анализа — интеллектуальный анализ данных (ИАД).
4. Подсистема прогнозирования — преди-ктивная аналитика.
5. Подсистема генерации решений — генерация и выбор решений, генерация планов, объяснительная возможность.
6. Подсистема визуализации и отчетности — интерпретация знаний.
Тем самым, НИАП МСУ СОТС призвана сформировать единую информационно-технологическую инфраструктуру проектирования, разработки, развертывания и эксплуатации СППР АСМСУ СОТС на базе отечественных технологий и на основе внедрения технологической цепочки «данные — информация — знания — решения».
К настоящему времени имеется не только необходимость, но и возможность разработки и внедрения унифицированной комплексной интегрированной СППР для АСМСУ СОТС в критических приложениях. У организаций РАН и отечественных предприятий промышленности появился достаточный задел для разработки и внедрения рассматриваемой системы в общегосударственном масштабе.
С целью обеспечения функционирования СППР АСМСУ ВС понадобятся группы экспертов, которые смогут осуществить коррекцию циркулирующей в системе обработки данных информации.
1. Группа изменения исходныхданных/знаний.
2. Группа анализа проведенных мероприятий и корректирования методологии функционирования СППР АСМСУ ВС.
С появлением новых средств вооруженной борьбы, изменением подходов к ведению войн
и военных конфликтов, возникнет необходимость изменения методологии принятия решения на применение сил и средств.
В целях подготовки необходимых данных/ знаний для внесения изменений в действующую СППР АСМСУ ВС понадобятся экспертные группы, создаваемые при организациях, ответственных за сопровождение введенной в эксплуатацию СППР АСМСУ ВС и органах
оперативного, оперативно-стратегического и стратегического уровней управления.
Контроль и оказание помощи в разработке новых походов к управлению и применению сил и средств должны осуществляться рабочими группами, создаваемыми при соответствующих органах военного управления и военно-научных организациях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вагин В.Н., Еремеев А.П. Некоторые базовые принципы построения интеллектуальных систем поддержки принятия решений реального времени. // Изд. РАН. Теория и системы управления, 2001, №6, с. 114 — 123.
2. Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектному управлению // Теория и системы управления, 2001. — № 1. — С.5-22; № 2. — С.5-21.
3. Гаврилов A.B. Гибридные интеллектуальные системы. Новосибирск.: Изд-во НГТУ, 2003. — 164 с.
4. Гаврилова Т.А. Использование онтологий в системах управления знаниями. Труды Международного конгресса «Искусственный интеллект в XXI веке». Россия, Дивноморское, 2001. с. 21 — 32.
5. Городецкий В.И. Многоагентные системы: современное состояние исследований и перспективы применения // Новости искусственного интеллекта, 1996, № 4, с. 44 - 59.
6. Калинин В.Н, Соколов Б.В. Многомодельный подход к описанию процессов управления космиче-
скими средствами //Теория и системы управления. -,1995.-№1.-с. 56-61.
7. Калинин В.Н., Резников Б.А. Теория систем и управления (структурно-математический подход). — Л.: ВИКИ, 1987.
8. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Юсупов P.M. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных объектов — М.: Наука, 2006,- 410 с.
9. Попов Э. В., Фоминых И. Б., Кисель Е. Б., Ша-пот М. Д. Статические и динамические экспертные системы. // М.: Финансы и статистика, 1996.
10. Ростовцев Ю.Г. Основы построения автоматизированных систем сбора и обработки информации. - СПб.: ВИКИ, 1992. - 717 с.
11. Ростовцев Ю.Г., Юсупов P.M. Проблема обеспечения адекватности субъектно-объектного моделирования// Известия ВУЗов. Приборостроение. — № 7, 1991. - С.7-14.
12. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993. 350 С.
