CC BY
35Оптимизация параметров долгосрочных программ и планов развития системы вооружения противовоздушной обороны на основе генетических алгоритмов
Подполковник В.С. ПАХОМОВ, кандидат технических наук
Полковник запаса Н.М. ТОЛКАЧЕВ
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Представлен подход к оптимизации параметров долгосрочных программ и планов развития системы вооружения противовоздушной обороны (ПВО) на основе технологий искусственного интеллекта.
The paper presents an approach to optimizing the parameters of long-term programs and development plans for AD armaments system on the basis of artificial intelligence technologies.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Вооружение и военная техника, система вооружения ПВО, программно-целевое планирование, стратегия планирования, система поддержки принятия решений, моделирование, искусственный интеллект, генетические алгоритмы.
Armaments and military equipment, AD armaments system, target program planning, planning strategy, system of decision taking support, modeling, artificial intelligence, genetic algorithms.
ОДНИМ из основных направлений развития военной организации государства является поддержание и совершенствование технического уровня вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) в соответствии с задачами и предназначением Вооруженных Сил и других войск. При этом для органов военного управления повышенную значимость имеют вопросы развития системы вооружения посредством формирования и реализации соответствующих программ и планов.
На эффективность таких программ значительное влияние оказывает качество информационно-аналитического обеспечения, используемого при их подготовке. Изменение условий, в которых осуществляется развитие
системы вооружения, как правило, предопределяет необходимость совершенствования состава и содержания используемых методик в направлении удовлетворения новых прикладных потребностей при
обосновании соответствующих управленческих решений.
В условиях ограниченности выделяемых ассигнований наиболее сложным с научно-методической точки зрения для решения задачи оптимизации предложений в долгосрочные программы и планы развития системы вооружения ПВО представляется разработка долгосрочной стратегии планирования, определяющей приоритетные направления использования ресурсного потенциала и оптимальных пропорций распределения программных мероприятий. Сложность долгосрочного планирования мероприятий по обеспечению требуемого состояния вооружения ПВО обусловлена необходимостью проведения многовариантной технико-экономической оценки эффективности предложений в перспективные программы и планы развития системы вооружения1.
Используя существующие подходы к программно-целевому планированию, управлению развитием системы вооружения, под стратегией долгосрочного планирования мероприятий по обеспечению требуемого состояния вооружения ПВО следует понимать упорядоченную во времени и по важности систему программных мероприятий, которая в рамках существующих условий и ограничений определяет приоритетные направления использования ресурсного, научно-технического и производственного потенциала в целях эффективного решения комплекса задач по обеспечению требуемого количественного и качественного состояния системы вооружения в течение заданного периода планирования.
Поддержка принятия решений по управлению развитием системы вооружения составляет неотъемлемый элемент процесса обоснования и формирования комплекса программно-плановых документов
в рамках реализации военно-технической политики государства2. Ключевым в этом процессе является выбор управленческих решений из числа существующих альтернатив развития ВВСТ с использованием соответствующих методов, методик и моделей. Их совокупность образует основу методологии, ориентированной на обоснование перспективного облика системы вооружения и повышение эффективности управления процессом развития ВВСТ.
Наиболее сложным для решения задачи оптимизации предложений в долгосрочные программы и планы развития
системы вооружения ПВО представляется разработка
долгосрочной стратегии планирования, определяющей приоритетные направления
использования ресурсного потенциала и оптимальных
пропорций распределения программных мероприятий.
Важнейший элемент программно-целевого планирования развития системы вооружения ПВО — научно-техническое прогнозирование, —
которое является крайне сложным процессом, особенно в военно-технической сфере и тем более на отдаленную перспективу. В первую очередь это связано со значительной размерностью задачи прогнозирования развития высокотехнологичных организационно-технических систем, к которым относится система вооружения ПВО. Сложность данной системы, ее уникальность, отсутствие адекватного математического аппарата для создания моделей приводит к необходимости поиска новых направлений моделирования и синтеза эффективных управленческих решений.
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДОЛГОСРОЧНЫХ ПРОГРАММ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ВООРУЖЕНИЯ ПВО НА ОСНОВЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
Эти направления в настоящее время активно разрабатываются и составляют содержание понятия искусственный интеллект. Именно на основе применения перспективных интеллектуальных информационных технологий возможно решение остро стоящих проблем и задач в различных сферах деятельности. При этом к числу важнейших задач относятся оптимизация программ развития сложных организационно-технических систем военного назначения и построение автоматизированных систем поддержки принятия решений (СППР).
Для выработки решений в СППР используются методы из различных областей знаний, в том числе разработанные в рамках концепции вычислительного интеллекта. В том случае, когда в качестве основы СППР используются методы искусственного интеллекта, возникает понятие интеллектуальная СППР. К наиболее эффективным методам вычислительного интеллекта, используемым в интеллектуальных СППР, относятся нейросети и эволюционные алгоритмы, основу которых составляют генетические алгоритмы3.
В основе генетических алгоритмов лежит использование природного принципа естественного отбора, который заключается в том, что наименее приспособленные организмы умирают раньше и в больших количествах, а наиболее приспособленные выживают и дают потомство. Это потомство оказывается в среднем уже более приспособленным к окружающей среде, и среди его особей опять выделяются наиболее приспособленные и т. д.
Применительно к оптимизации параметров долгосрочных программ и планов развития системы вооружения ПВО задача формулируется как формирование гипотез развития, из которых необходимо выбрать луч-
шую. Есть функция приспособленности, которая определяет, насколько хорошо по заданному критерию тот или иной вариант решения приспособлен к «окружающей среде». Есть набор генетических операций, при помощи которых генерируются новые решения, а также некоторое целевое значение функции приспособленности — к нему мы стремимся. Как только оно достигается, то работу алгоритма можно прекратить.
Целью генетической оптимизации в процессе синтеза стратегии планирования мероприятий по обеспечению требуемого состояния вооружения войск ПВО является формирование оптимальной комбинации параметров управляющего воздействия на систему вооружения ПВО в течение периода планирования на основе определения оптимальной последовательности образцов ВВСТ ПВО при моделировании динамики изменения состояния системы вооружения ПВО.
Целью генетической оптимизации в процессе синтеза стратегии планирования мероприятий по обеспечению требуемого состояния вооружения войск ПВО является формирование оптимальной
комбинации параметров управляющего воздействия на систему вооружения ПВО в течение периода планирования на основе определения оптимальной
последовательности образцов ВВСТ ПВО при моделировании динамики
изменения состояния системы вооружения ПВО.
Выход на указанную оптимальную последовательность предполагает использование двух вариантов значений целевой функции: первый — минимум суммарной стоимости реализации программных мероприятий по обеспечению требуемого состояния системы вооружения; второй — максимум боевого потенциала системы вооружения при реализации программных мероприятий по обеспечению требуемого состояния системы вооружения. В обоих вариантах задается сложная целевая функция, которая зависит от нескольких аргументов (переменных) — комбинации управляющих воздействий на систему вооружения ПВО в течение периода планирования. Задаются также значения объемов программных мероприятий управляющего воздействия на систему вооружения в течение периода планирования. Они определяют граничные области изменения объемов программных мероприятий управляющего воздействия для каждого типа ВВСТ ПВО в течение периода планирования. Требуется найти такие значения аргументов, при которых целевая функция достигает соответствующего экстремального значения.
Используя терминологию генетических алгоритмов, каждый вариант комбинации программных мероприятий управляющего воздействия на систему вооружения ПВО в течение периода планирования (набор значений переменных, характеризующих объемы планируемых мероприятий по каждому типу ВВСТ ПВО) можно представить в виде некоторой особи (варианта решения). В качестве показателя приспособленности может использоваться значение суммарной стоимости реализации варианта программных мероприятий или значение показателя боевого потенциала, достигаемого при реализации варианта программных мероприятий.
Начальный вариант комбинации программных мероприятий управляющего воздействия на систему вооружения ПВО в течение периода планирования (набор значений переменных, характеризующих объемы планируемых мероприятий) определяется на основе имитационного моделирования динамики изменения состояния системы вооружения ПВО в течение периода планирования, что позволяет учесть основные особенности процессов изменения состояния образцов ВВСТ ПВО.
Значения объемов программных мероприятий определяют граничные
области изменения объемов программных мероприятий управляющего
воздействия для каждого типа ВВСТ ПВО в течение периода планирования.
Для решения задачи оптимизации параметров стратегии планирования мероприятий по обеспечению требуемого состояния вооружения войск ПВО необходимо выполнить следующее: определить способ кодирования потенциальных решений; составить целевую функцию, которую алгоритм будет минимизировать (максимизировать); определить параметры реализации операций кроссинговера и мутации. Структура потенциального решения генетической оптимизации представляет собой некоторую последовательность образцов ВВСТ ПВО в составе системы вооружения в определенный момент периода планирования.
В процессе работы генетического алгоритма используются типовые
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДОЛГОСРОЧНЫХ ПРОГРАММ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ВООРУЖЕНИЯ ПВО НА ОСНОВЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
операторы генетической оптимизации, которые применяются многократно и ведут к постепенному изменению исходного множества решений. Поскольку все операторы, по своей сути, направлены на улучшение каждой отдельной комбинации программных мероприятий управляющего воздействия на систему вооружения ПВО в течение периода планирования, то результатом их работы является постепенное улучшение — эволюция к локально-оптимальному решению.
После работы генетического алгоритма из конечного множества решений выбирается тот вариант комбинации программных мероприятий управляющего воздействия на систему вооружения ПВО в течение периода планирования, который дает минимальное (или максимальное) значение целевой функции и является в итоге результатом работы генетического алгоритма.
Предлагаемый подход к оптимизации параметров долгосрочных программ и планов развития системы вооружения ПВО на основе генетических алгоритмов с высокой эффективностью может быть использован для решения практических задач по определению оптимальных по заданному критерию вариантов Государственной программы вооружения в части системы вооружения ПВО. Данный подход позволяет учитывать специфические особенности процес-
Начальный вариант комбинации программных мероприятий управляющего
воздействия на систему вооружения ПВО в течение периода планирования определяется на основе имитационного моделирования динамики изменения состояния системы вооружения ПВО в течение периода планирования, что позволяет учесть основные особенности процессов изменения состояния образцов ВВСТ ПВО.
сов изменения состояния системы вооружения ПВО. Его практическая реализация на современных ПЭВМ не вызывает затруднений, а время, требующееся для получения практически приемлемых результатов, находится в разумных пределах.
Использование вышеизложенного подхода будет способствовать повышению достоверности и объективности прогнозов изменения состояния системы вооружения ПВО при различных вариантах долгосрочных программ и планов развития системы вооружения ПВО, а также обоснованности принимаемых решений при выборе приоритетов развития системы вооружения ПВО.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Буренок В.М., Косенко А.А., Лаври-нов Г.А. Техническое оснащение Вооруженных Сил Российской Федерации: организационные, экономические и методологические аспекты. М.: Издательский дом «Граница», 2007.
2 Буренок В.М., Ляпунов В.М., Мудрое В.И. Теория и практика планирования и управления развитием вооружения / под ред. А.М. Московского. М.: Граница, 2005.
3 Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект: современный подход / пер. с англ. 2-е изд. М.: Издательский дом «Ви-льямс», 2006.
