CC BY
23
УДК 623.4.01
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ХАРАКТЕРИСТИКАМ КОМПЛЕКСОВ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Р.Н. Акиншин, Ю.И. Вареница, С.М. Цыбин
Предложена схема взаимосвязи формальных и неформальных процедур, используемых при программном планировании развития испытательной базы (ИБ). Рассмотрены принципы построения динамического графа целей и задач ИБ. Разработана методика анализа зависимостей, имеющих более общую структуру, чем иерархическая, и допускающих существование взаимосвязанных показателей.
Ключевые слова: испытательная база; средства обеспечения испытаний; квазииерархические модели.
Основными характеристиками испытательной базы (ИБ), которые находят отражение в плановых документах, являются: номенклатура, стоимость, количество и сроки поставки средств обеспечения испытаний. Для определения этих характеристик используются следующие формальные процедуры: оценка стоимости образцов сложных технических систем (СТС); определение требований к точности прогноза характеристик средств обеспечения испытаний; определение необходимого уровня характеристик комплексов средств обеспечения испытаний (СОИ); выбор варианта состава испытательной базы и др. [1].
На рис. 1 представлена схема взаимосвязи некоторых формальных и неформальных процедур, используемых при программном планировании развития ИБ. Из этой схемы видно, что важной задачей, возникающей при программно-целевом планировании развития ИБ, является задача обоснования требований к характеристикам комплексов СОИ. Её решение предшествует основному этапу планирования развития ИБ - определению состава СОИ и стратегии их размещения на различных регионах в программный период.
Укрупненная математическая модель ИБ позволяет определять её эффективность на этапе долгосрочного планирования в условиях неполной и неточной информации. Вторая задача, использующая в виде исходной информации результаты решения первой задачи, применительно к измерительному комплексу достаточно полно решена в ряде работ [2-3].
Особенности разрабатываемой укрупненной математической модели ИБ определяются особенностями долгосрочного планирования её развития:
- перспективы развития ИБ определяются перспективами развития систем СТС, поступающих на испытания в программный период;
- исходная информация, используемая для разработки долгосрочных планов развития ИБ, является, как правило, неполной и "расплывчатой": перечень перспективных образцов СТС, их характеристики зачастую подвергаются корректировке;
- существенную роль играет субъективный фактор, так как в условиях неполной информации и отсутствия необходимой статистики возрастает роль экспертов.
Указанные особенности делают целесообразным описание субъективных и качественных оценок различных параметров модели в виде расплывчатых величин с помощью теории нечётких множеств [4-5]. Это позволяет, в частности, ввести понятие достоверности принимаемых решений, которая определяется достоверностью исходной информации и алгоритмами её обработки.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИИ ОБРАЗЦОВ СТС
1 уровень
Рис. 1. Схема взаимосвязи целей и задач ИБ
Испытательная база характеризуется рядом показателей: точностью, достоверностью оценок, временем обработки результатов испытаний, длительностью проведения испытаний [1, 2] и т.д. Отмеченные выше особенности процесса долгосрочного планирования, отсутствие на данном этапе моделей испытываемых систем вооружения и средств обеспечения
44
испытаний ограничивают возможности детального исследования указанных показателей с помощью хорошо разработанных вероятностных методов анализа сложных систем [6], и делают необходимой разработку специального подхода, использующего нечёткие множества. Одной из задач работы является описание эффективности ИБ в рамках этого подхода с целью использования полученных результатов для долгосрочного планирования развития ИБ.
Для исследования эффективности ИБ как функции от характеристик комплексов СОИ предлагается её квазииерархичеокая модель (КИМ). Элементами модели являются показатели качества испытаний отдельных образцов СТС, показатели качества решения отдельных задач испытаний, характеристики комплексов СОИ, а также некоторые промежуточные показатели, вводимые для удобства построения и последующего анализа модели (см.рис. 1).
При этом показателем качества решения отдельной задачи испытаний образца вооружения (оценки некоторой характеристики образца) может служить величина, обратно пропорциональная дисперсии оценки этой характеристики.
Показатель качества испытаний отдельного образца вооружения определяется как наименьшее из значений показателей качества решения отдельных задач испытаний образца вооружения, взвешенных с некоторыми коэффициентами. Показатель эффективности ИБ в некоторый период определяется как наименьшее из взвешенных с некоторыми коэффициентами значений показателей качества испытаний отдельных образцов вооружения в данный период.
Параметрами модели являются расплывчатые характеристики перспективных образцов СТС, испытания которых планируются в программном периоде, расплывчатые коэффициенты важности испытаний отдельных образцов и др.
Между элементами КИМ существуют определенные связи, формализуемые далее в виде специальных кусочно-линейных функций с насыщением, которые могут содержать расплывчатые параметры. Данные функции определяются либо на основе известных аналитических соотношений, либо с помощью вспомогательных имитационных моделей, либо экспертным путем [6]. В отличие от иерархических моделей [7] здесь допускаются связи между элементами как несмежных уровней, так и между элементами внутри одного уровня. По этой причине модели данного класса названы в [8] квазииерархическими.
В квазииерархической модели ИБ на верхнем уровне находится показатель эффективности ИБ, на нижнем - технические характеристики комплексов СОИ. Поскольку параметрами этой модели являются расплывчатые величины (неточно известные характеристики перспективных об-
разцов и т.д.), то различные значения характеристик комплексов СОИ с различной достоверностью обеспечат достижение одного и того же значения показателя эффективности ИБ.
Основной задачей, решаемой при планировании испытаний, является следующая задача А: определить минимальные значения характеристик комплексов СОИ, обеспечивающие с заданной достоверностью достижение заданного значения показателя эффективности ИБ.
При решении данной задачи полагаются заданными:
1. Перечень образцов СТС, поступающих на испытания в программном периоде.
2. Характеристики целей, для борьбы с которыми создается вооружение.
3. Моменты программного периода, в которые выходят на испытания образцы В и ВТ.
4. Основные характеристики образцов СТС, используемые как параметры модели.
5. Состояние комплексов СОИ в начальный момент программного периода, т.е. номенклатура и значения характеристик комплексов СОИ.
6. Структура квазииерархической модели ИБ.
7. Функции связи между элементами модели.
8. Коэффициенты важности образцов СТС и значения некоторых других параметров модели.
Часть исходных данных, указанных в пп. 2, 4, 5, 7, 8, может быть задана в расплывчатом виде. В связи с этим решается задача В - частный случай задачи А при нерасплывчатых исходных данных и функциях связи стандартного вида, решается более общая задача Б при расплывчатых исходных данных и функциях связи стандартного вида. Для решения этих задач предлагается также метод определения коэффициентов важности объектов по результатам расплывчатых экспертных оценок (задача Е) и метод вычисления функций от расплывчатых переменных (задача С).
Рассмотрим принципы построения динамического графа целей и задач ИБ (см.рис. 1). Пусть Т ={1,2,..., Т} есть плановый период, на глубину которого планируется развитие ИБ. При этом глобальная цель ИБ (нулевой уровень графа целей и задач) - обеспечение испытаний образцов СТС во всем периоде Т - достигается путем решения задач обеспечения испытаний в каждом интервале АТ планового периода Т.
Поскольку во всех плановых и программных документах динамика изменения технико-экономических характеристик ИБ отражается с интервалом в один календарный год, то считаем АТ = 1 год. Таким образом, в графе целей и задач ИБ целям 1-го уровня соответствуют совокупности задач обеспечения испытаний СТС в каждом году планового периода. Достижение целей 1-го уровня осуществляется решением задач испытаний и оценки классов образцов.
Разделение всей совокупности образцов, планируемых к испытаниям в Г-периоде, производится по принципу выявления общих типовых задач ИБ при испытаниях, методов их решения, однотипности состава средств обеспечения испытаний. Классы задач ИБ - обеспечение испытаний классов образцов - составляют 2-й уровень графа целей и задач. Поскольку каждому образцу СТС при его испытаниях присущи какие-то особенности, влияющие на состав средств технологического обеспечения испытаний (например, требования к характеристикам трасс полета мишени, составу её бортовой аппаратуры и т.д.), 3-му уровню графа целей и задач ИБ соответствуют задачи обеспечения испытаний конкретного образца СТС.
В связи с тем, что испытания образцов СТС продолжаются в течение длительного времени и предъявляют повышенные требования к характеристикам ИБ. Анализ методов и процедур испытаний уникальных образцов СТС указал на возможность выявления типовых процедур при испытаниях таких образцов, что используется при декомпозиции задач ИБ, в виде типовых задач испытаний и оценки.
4-му уровню графа целей и задач соответствуют типовые задачи испытаний и оценки, учитывающие специфику каждого испытываемого образца. В графе на рис. 1 приведены некоторые типовые задачи ИБ, соответствующие оценке основных характеристик СТС, являющиеся типовыми и требующие привлечения специальных технологических средств, задачи развития которых представлены на 5-м уровне графа.
Сложность современных образцов СТС, высокая стоимость создания опытных образцов для испытаний, невозможность имитации условий боевого применения таких образцов обусловили разработку специального опытно-теоретического метода испытаний и оценки [1-3], где наряду с натурными экспериментами широко используется моделирование. При этом натурный эксперимент в большинстве случаев является инструментом для калибровки математических моделей и оценки частных характеристик испытываемых образцов. Это обстоятельство привело к «стандартизации» испытательных процедур и уменьшению количества натурных экспериментов, обеспечиваемых ИБ при испытаниях.
Анализ испытаний образцов СТС позволяет определить множество типовых экспериментов с устойчивым составом привлекаемых средств ИБ. Кроме того, типовые эксперименты в графе целей и задач могут быть поставлены в соответствие задачам ИБ 4-го уровня. Состав средств ИБ, задействованных в типовом натурном эксперименте, обладает определенными техническими характеристиками и в условиях известного метода испытаний определяет качество оценки типовой характеристики испытываемого образца. Такая интерпретация состава ИБ позволяет представить её в виде множества типовых модулей, каждый из которых описывается характеристиками средств ИБ, привлекаемых к натурному эксперименту.
Изложенные принципы построения графа целей и задач ИБ позволяют представить весь граф в виде совокупности отдельных фрагментов, соответствующих задачам обеспечения испытаний классов или образцов СТС и включающих в себя отдельные типовые модули, характеризующие состав технологических средств ИБ.
Если степень выполнения каждой из указанных задач или достижения целей будет количественно описана показателем, то данный граф иллюстрирует зависимость показателя эффективности ИБ от показателей качества решения отдельных задач испытаний и характеристик комплексов СОИ. Для выявления структуры этой зависимости перейдем к рассмотрению ориентированного графа, отображающего граф целей и задач ИБ. Ориентированный граф схематично представлен на рис. 2.
Рис. 2. Схема графа целей и задач ИБ
Вершинами этого графа являются: на уровне «1» - показатель эффективности ИБ; на уровне «2» - показатели эффективности ИБ в каждом году планового периода Т;
на уровне «3» - показатели эффективности ИБ при испытаниях и оценке класса образцов;
на уровне «4» - показатели качества испытаний отдельных образцов вооружения;
на уровне «5» - показатели качества решения классов задач испытаний (оценка точностных характеристик, оценка потенциала, оценка помехозащищенности);
на уровне «6» - показатели качества решения отдельных задач испытаний;
на уровне «7» - частные показатели качества решения отдельных задач испытаний;
на уровне «8» - технические характеристики комплексов ИБ, влияющие на качество оценки характеристик испытываемых образцов.
Особенностью данной структуры является наличие связей как между элементами внутри одного уровня, так и между элементами не смежных уровней. Например, взаимосвязаны требования к точностным характеристикам измерительного комплекса и геометрическим характеристикам мишеней, числом натурных экспериментов; требования по канальности измерительного комплекса и числом целей в налете. Указанная особенность вынуждает рассматривать структуры более общие, чем иерархические.
Совокупность показателей эффективности, качества решения задач испытаний, а также характеристик комплексов СОИ образует множество У = {У[, У2,.. УУп }, элементы которого обладает численными характеристиками, образующими вектор у = {у1,у2,...Уп}. При этом У]~у. Между элементами множества У существует бинарное отношение Я «непосредственно зависеть от»: У1Я У) тогда и только тогда, когда значение у1 непосредственно зависит от значения у]-. Это бинарное отношение удобно представлять в виде ориентированного функционально взвешенного графа [3] G = (У, Ц) с множеством вершин У и множеством дуг Ц = {(у, Уj)/ УiЯУj ;У, Уj е У}
(рис. 3). Каждой вершине Уi е У графа G может быть поставлена в соответствие функция ^(у^ ,...,УiS) зависимости характеристики уг-, этой вершины от характеристик вершин, входящих в множество ^^ ^ }= ГУг:
Уi = (Уi1,..., у^).
Здесь функции fi, носят название функций связи. Если в графе G существуют пути из вершины У, в вершину У]-, и из вершины У]-, в вершину Уг-, то характеристики у( и у]- зависят друг от друга: изменение одной из них приводит к изменению другой, что, в свою очередь, приведет к изменению первой и т.д.
Наличие таких связей, как указывалось выше, приводит к необходимости разработки методов анализа зависимостей, имеющих более общую структуру, чем иерархическая [5], и допускающих существование взаимосвязанных показателей (образующих бикомпоненты [7, 8] графа G) и зависимостей величин одних показателей от величины других показате-
лей или характеристик, расположенных на несмежных уровнях. Общая структура таких зависимостей приведена на рис. 3 и названа квазииерархической [5]. Обозначим через Gi = (У, и), / = 1,г, все бикомпоненты функционально-взвешенного графа G (на рис. 3 нетривиальные бикомпоненты обведены пунктиром).
Рис. 3.
графа
При этом, если вершина Уу = У не взаимосвязана ни с одной из других вершин графа G, то соответствующая ей бикомпонента G'j = (Уу,П'у) называется тривиальной и определяется соотношением У у = {Уу}, Ц'у = 0.
На множестве всех бикомпонент графа G естественным образом вводится частичный порядок «>»: по определению, Gi = Gj тогда и только тогда, когда вершины множества У у достижимы из вершин множества У/. Это позволяет иерархически упорядочить бикомпоненты графа G и ввести формальное определение уровней модели. Обозначим через Ь/, множество би-компонент, лежащих на уровне /.
При этом множества Ь1, ..., ^ определяются рекуррентно следующим образом:
Ог е Ll : Ок > Ог, k = 1, г;
Gi е L2 & ^ е Ll: Gк > Gi, k = 1, г;
S-1
Gi е Ls е Ц : Gk > Gi, k = 1, г.
P=1
Число s уровней определится из условия
Ll и L2 и... иLs-1 и Ls = ^1,G2,...,Gг} ^ Ll и L2 и... и -1.
(На рис. 3 s = 5). Заметим, что «физическое» выделение уровней в модели на рис. 2 совпадает с определенным выше формальным выделением.
Если элементы функционально-взвешенного графа являются отображениями показателей и характеристик, описывающих элементы реальной сложной системы, а функции связи / отображают взаимосвязь между элементами этой системы, то такой граф, по существу, является моделью системы.
Таким образом, в целях долгосрочного планирования развития испытательной базы сформулирована задача обоснования требований к техническим характеристикам комплексов средств обеспечения испытаний учитывающая неполноту исходной информации. Предложена квазииерархическая модель испытательной базы, устанавливающая связь между показателем эффективности испытательной базы и основными характеристиками комплексов средств обеспечения испытаний.
Список литературы
1. Основы военно-технической политики РФ на период до 2015 года и дальнейшую перспективу. М.: МО РФ, 2003. 28 с.
2. Методологические основы испытаний сложных систем / А.И.Иванов, А.С.Иванющенко, Н.Н.Козлов, В.С.Михайлов [и др.]. Кн. II. Автоматизированные информационно-управляющие системы. М.: Технологии информационных систем, 2002.
3. Иванющенко А.С., Козлов Н.Н., Соколюк В.Л. Методологические основы испытаний сложных систем. Кн. I. Математическое обеспечение испытаний летательных аппаратов. М.: Технологии информационных систем, 2002.
4. Вешан Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976.
5. Саати Т.Д. Взаимодействия в иерархических системах // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1980. № I.
6. Шаракшанэ А.С., Железнов И.Г. Испытания сложных систем. М.: Высшая школа, 1974.
7. Месаревич М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973.
8. Куренков Н.И.. Мыркин А. А., Роганов А. А. Метод оценки эффективности систем сбора и обработки информации // Сборник научных трудов института. М.: 3 ЦНИИ МО РФ, 1997.
Акиншин Руслан Николаевич, д-р техн. наук, доц., начальник отдела, rakinshin@yandex. ru, Россия, Москва, СПП РАН,
Вареница Юрий Иванович, нач. отдела, wuiv@yandex. ru, Россия, Железнодорожный, АО НИТИ,
Цыбин Станислав Михайлович, ведущий инженер, infa cdhae.ru, Россия, Тула, АО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения»
THE DEFINITION OF THE PERFORMANCE REQUIREMENTS OF THE FACILITIES FUNDS ENABLE TESTING OF COMPLEX TECHNICAL SYSTEMS
R.N. Akinshin, Yu.I. Varenitsa, S.M. Tsyhin
The proposed scheme of interconnection of formal and informal procedures, is-used during software development planning, testing hase. Banded version of the principles of the dynamic count of the goals and objectives of IB. The method of dependency analysis with a more General structure than ierarhica sky and allowing the existence of interrelated indicators.
Key words: test hase, means of testing, quasihierarchical model.
Akinshin Ruslan Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, head of Department, rakinshinayandex. ru, Russia, Moscow, SPP RAS,
Varenitsa Yuri Ivanovich, head of department, wuiv@yandex. ru, Russia, Zhelezno-dorozhny, JSC FILAMENT,
Tsyhin Stanislav Mikhailovich, lead engineer, infa cdhae.rii, Russia, Tula, JSC
CDBAE
