CC BY
35
Список литературы
1. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стандар-тинформ, 2016. 63 с.
2. ГОСТ Р 56111-2014. Интегрированная логистическая поддержка экспортируемой продукции военного назначения. Номенклатура показателей эксплуатационно-технических характеристик. М.: Стандартинформ, 2014. 24 с.
Любимов Владимир Алексеевич, канд. воен. наук, доцент, lubimov@mail.ru, Россия, Орел, Академия ФСО России
COMPLEX ESTIMATION OF READINESS OF DIFFICULT TECHNICAL OBJECT
V.A. Lyubimov
In article approaches to a complex estimation of readiness of difficult technical object, being on various operation phases are considered: preparation for application, application to destination, maintenance service (planned, not planned), repair. Thus except an estimation of internal state of difficult technical object it is estimated and the accepted system of the integrated logistical support (technical maintenance).
Key words: difficult technical object, readiness HUNDRED, technical readiness, readiness ofpreparation for application, system of the integrated logistical support.
Lyubimov Vladimir Alekseevich, candidate of military sciences, docent, lubimov@mail.ru, Russia, Orel, Academy of FSS of Russia
УДК 004.94
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-140-146
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЯ И РАЗВЕДКИ ТАНКОВЫХ ЦЕЛЕЙ
Н.С. Акиншин, Е.А. Пафиков, Д.В. Смыляев, А.Е. Романюта
Рассмотрена задача поиска целей в секторе ответственности системы наблюдения и разведки целей (СНРЦ). Определены показатели эффективности такой системы при решении задач обнаружения и распознавания целей оператором на гарантированных дальностях. На основе предложенного показателя эффективности СНРЦ танка были сформулированы типовые задачи синтеза системы, связанные с выбором рационального состава, технических характеристик ее подсистем и элементов, а также способов ее применения.
Ключевые слова: поиск целей, целераспределение, целеуказание, обнаружение, распознавание, дальность обнаружения, фоноцелевая обстановка, оператор.
Опыт локальных конфликтов, исследований и испытаний танков показывает, что их вооружение, в принципе, обеспечивает эффективное поражение целей на поле боя [1-4]. Однако, серьезным недостатком танков являются малые дальности действия приборов наблюдения и разведки целей, значительные затраты времени на их поиск, существенная зависимость эффективности функционирования систем наблюдения от внешних условий, наличия естественных и искусственных помех [5]. В то же время современный бой, характеризующийся скоротечностью, быстротой изменения обстановки, ведущийся в любое время суток и в разнообразных погодных условиях, требует наличия у танков высокоэффективных средств поиска целей, что, в конечном итоге, должно обеспечивать эффективное решение огневых задач в минимальное время.
Решение этой проблемы может быть, очевидно, осуществлено на основе исследований в следующих двух взаимосвязанных направлениях: в оснащении танка более совершенной собственной системой наблюдения и разведки целей (СНРЦ) и создании эффективной автоматизированной информационной системы подразделения, предназначенной для разведки целей, це-лераспределения и целеуказания на поле боя [6-9].
Множество Е случайных неопределенных факторов (физические условия), объединяет подмножество Е1 (астрономические условия), подмножество Е2 (погодные условия) и подмножество Ез (условия местности). Большое количество элементов множества Е и отсутствие законов распределения случайного вектора значений их параметров приводят к необходимости использования при исследовании СНРЦ танка его частичных подмножеств, элементы которых (наборы условий М, И2, ..., Ип) образуют полную группу несовместных событий (гипотез). При этом и законы распределения параметров процессов решения задач разведки, и их числовые характеристики зависят от того, какое событие из полной группы несовместных событий М, И2, ..., Ип имело место. Численные значения элементов подмножеств множества Е могут быть определены по результатам ранее выполненных исследований.
Поскольку функционирование СНРЦ из танка протекает в условиях значительного влияния внешних случайных факторов, то оценку ее эффективности обычно производят на основе различных вероятностных характеристик. При этом задача анализа состоит в изучении поведения и свойств системы при заданных характеристиках внешней среды (элементы множества Е(£о)), стратегиях противника (элементы множества Z(So)), фиксированных факторов (элементы множества Л^0)), структуре системы и параметрах ее подсистем и элементов (элементы множества Л^о)) и, как правило, сводится к расчету численного значения показателя эффективности системы и оценке его соответствия заданным требованиям. Общая задача синтеза оптимальной СНРЦ из танка формулируется следующим образом: определить состав и характеристики элементов системы (то есть выбрать такой элемент г множества Л^о) возможных ре-
sup(inf) 3 (г, г, а)
шений), при котором достигается геЕ с учетом ограничений, формируе-
мых на основе анализа множества фиксированных факторов (здесь г ^ Л^о) , г ^ Z(Sо), а ^ ^^о) - "текущие" элементы множества; 3 - значение показателя эффективности системы, определяемое с учетом законов распределения случайных факторов).
В настоящее время для оценки эффективности танковых СНРЦ, их подсистем и элементов используются различные показатели, наиболее представительными из которых являются:
на уровне элементов системы - обобщенные параметры процессов их функционирования;
на уровне подсистем Sо,/í^, I = 1, 2, 3,у = 1, 2, ..., К1, - математические ожидания, средневзвешенные и гарантированные значения дальностей обнаружения (распознавания) целей и времени их поиска оператором с помощью его у-го прибора наблюдения, а также значения соответствующих функций распределения при заданном времени поиска г = 4;
на уровне систем Sо,l (50 в целом) - математические ожидания, средневзвешенные и гарантированные значения дальностей обнаружения (распознавания) целей оператором с помощью всех приборов, установленных на его рабочем месте (экипажем с помощью всех технических средств разведки танка), значения соответствующих функций распределения в фиксированных условиях поиска, а также значение полной (усредненной) функции распределения ^() времени разведки цели оператором (экипажем) при г = 4:
в(Г) = ЪРгСг (г),
г=1 (1) здесь рг - вероятность поиска цели в г-х условиях (вероятность гипотезы Иг), а Ог(г) - соответствующее значение функции распределения.
При этом основной формой аналитического представления функции распределения Gг(t) времени выполнения простейших операций и более сложных процессов поиска, объединяющих различные параллельные и последовательные операции, является выражение
( г \
Ог (г) = 1 - ехр -¡Хг (т)й?т
I о
141
где МО - функция интенсивности процесса.
Источником поискового поля и танка является система наблюдения и разведки целей, и поисковые возможности (или потенциал) в каждой точке поля определяются влиянием всех компонент системы "экипаж - приборы (системы) разведки целей - внешняя среда - фоноцеле-вая обстановка", а объектом воздействия поля - элементы поискового объема, из которых экипаж танка получает информацию о фоноцелевой обстановке [6-9].
Известно, что при исследовании скалярных стационарных полей (или нестационарных, которые при определенных допущениях можно привести к стационарным) процессов различной физической природы обычно приходят к линейным дифференциальным уравнениям в частных производных 2-го порядка (эллиптического типа), среди которых наиболее распространенным является уравнение Пуассона А и = р(х, у, г) и его частный случай - уравнение Лапласа Аи = 0. Функции, удовлетворяющие уравнению Пуассона, должны быть непрерывными и иметь непрерывные частные производные 1-го и 2-го порядков.
Если р(х, у, г) непрерывная функция, и при удалении точки поля в бесконечность 5 ^ да функция и достаточно быстро стремится к нулю, то решением уравнения Пуассона является ньютонов потенциал им функции р(х, у, .^определяемый по формуле
ии = _ 4_,£&М> ^
4% V 5
где 5 - расстояние элемента объема & от точки М; V- область интегрирования.
Для случая поискового поля танка функция и представляет собой скалярное поле интенсивности X обнаружения (распознавания), а область V- поисковый объем.
При исследования поискового поля танка в работе приняты следующие допущения:
1. Этапы процесса поиска (обнаружение и распознавание) цели каждым членом экипажа представляют собой последовательные операции, а совместная разведка командиром, наводчиком, механиком-водителем и автоматическими системами поиска (например, РЛС) объединяет взаимозависимые параллельные процессы.
2. При наличии на рабочем месте оператора нескольких приборов он выбирает лучший из них по информативности в зависимости от внешних условий поиска.
3. Для стационарного случая за время поиска цели не происходит существенных изменений физических и тактических условий наблюдения.
4. Объект поиска - гипотетическая цель (эквивалентная по своим энергетическим и геометрическим параметрам реальному объекту), может находиться в любой точке поискового пространства.
Анализ результатов расчетов показал, что функции интенсивности обнаружения и распознавания цели оператором с помощью приборов наблюдения в зависимости от дальности Х(Ь) в фиксированных условиях поиска (или в стационарном случае) могут быть с достаточной для инженерных расчетов точностью аппроксимированы полиномами ЦЬ) = аоЬ3 + аЬ + атЬ + аз, которые удовлетворяют уравнению Пуассона. При этом функция р(х, у, г) будет иметь вид
„ ч 6а0(х2 + у2 + г2) + 3а1Л/ х2 + у2 + г2 + а2
р( х, у, г ) = —^---, 1У ^-2
12 2 2 д/х + у +2
или
2
6а0Ь + ЗацЬ + а2 р(Ь) = --1-2 .
Ь (2)
Поскольку функция р(х, у, г) является непрерывной (за исключением точки Ь = 0) и при Ь ^ да функция и достаточно быстро стремится к нулю (что соответствует физике исследуемого процесса), то интенсивность Х(Ь) для каждой точки поискового поля и представляет собой ньютонов потенциал функции (2).
Потенциальные поисковые возможности танковой СНРЦ в фиксированных физических и тактических г-х условиях поиска будет характеризовать некоторый объем пространства поиска V, в котором экипаж танка с использованием приборного комплекса может решить с заданной вероятностью Оз задачу разведки цели при заданном времени поиска 4 и ограничениях по динамическим углам обзора, непросматриваемым пространствам с рабочих мест, а также при ряде других ограничений (например, при ограничениях по минимальной (максимальной) дальности, выше (ниже) которой вероятность решения задачи поиска должна быть не менее Ози т.п.). Очевидно, что
Лу
V =Т^п,
п=1
где Лу - количество элементов объема поиска АУп (п = 1, 2, ..., Лу), в которых выполняется неравенство Оп,г(АУп, ¿з) > Оз'; Оп,г(АУп, ¿з) - значения функции распределения в фиксированных г-х внешних условиях поиска при заданном времени ¿з разведки цели в п-м элементе объема АУп.
Устремляя величину АУп к о (или стягивая элемент объема АУп в точку с декартовыми координатами х, у, г, в качестве начала которых может быть выбран танк, оснащенный исследуемой системой), получим трехкратный (объемный) интеграл по объему Уг
Лу
Уг = Пт ^АУп = йгйуйх = | ЗУ,
&Уп п=1 Уг Уг
Ыу^ю г г (3)
в каждой точке Зу (с координатами х, у, г) которого выполняется неравенство Ог(х, у, г, гз) > Оз.
Отношение этого объема Уг к заданному объему поискового пространства Уз будет представлять собой показатель эффективности СНРЦ танка в фиксированных г-х внешних условиях поиска
= ^.
эф, г У
у з
Величина заданного объема поискового пространства Уз определяется аналогично выражению (3), с тем лишь отличием, что пределы интегрирования трехкратного интеграла представляют собой в общем случае функции, определяющие границы объема Уз
х2 Ф2 (х)^ 2 (ху) Уз =| | | ЗгЗуЗх,
х1 Ф1(х) У1(x,у)
здесь г = ^1(х, у), г = у2(х, у) - уравнения нижней и верхней частей поверхности, ограничивающей объем Уз; у = ф1(х), у = ф2(х) - уравнения частей кривой, являющейся проекцией изображения объема Уз на плоскость хоу, то есть частей, ограниченных точками х = Х1, х = Х2.
Поскольку границы объема пространства поиска Уг (в пределах которого экипаж танка с использованием приборного комплекса может решить задачу разведки цели с заданной вероятностью Оз) неизвестны и определяются в каждом конкретном случае техническими характеристиками приборов наблюдения, физическими и тактическими условиями поиска, величина Уг может быть определена как часть объема Уз с помощью введения функции
- , .Г1, Ог(x, У, г, гз) ^ Оз; Ьг (х, у, г) = <
[о, Ог (х, у, г, гз) < Оз
(аналог единичной функции) следующим образом:
х2 Ф2(х)^2( х у) Уг =| | ¡Зг (х, у, г)ЗгЗуЗх.
х1 Ф1( х)Щ( x, у) (4)
Для того чтобы учесть "вес", вносимый каждой точкой поискового пространства в объем Уг, следует ввести под знак интеграла в формуле (4) весовой коэффициент Ог(х, у, г, ¿з). С учетом этого показатель эффективности СНРЦ танка в фиксированных г-х условиях поиска будет равен
х2 Ф2 (2(x,у)
| | \5г (х, у, г)Ог (х, у, г, ¿з)ЗгЗуЗх г° _ х1 Ф1(хМ(x,у)
Ж
эф, г у
г
| Зг (х, у, г)Ог (х, у, г, г з )Зу
Уг
Уг (5)
На основе формулы (5) может быть получено аналитическое выражение для обобщенного показателя эффективности системы с использованием полной (усредненной по совокупности внешних условий) функции распределения О(г) времени разведки цели. При этом показатель эффективности с учетом формул (1) и (5) будет иметь вид
143
J 5( х, y, z )G( х, y, z, t3)dv
W°. = V- или
эф Vr
Г R
J 5(х, y, z) £ prG(х, y, z, t3) dv ro Vr Lr=1
W ф = --,
эф V
~ Vr (6)
|1, G(x,y,z,t3) >G3;
где 0(x, y, z) = < ~ (следует различать с or (x, y, z)), а pr - вероятность
|0, G(x, y, z, t3) < G3 поиска в r-х условиях.
Задача анализа (оценки) танковой СНРЦ, как правило, сводится к расчету численного
значения показателя эффективности системы, имеющей фиксированную структуру и параметры подсистем и элементов в определенных физических и тактических условиях поиска (или по их совокупности), включающих размеры поискового пространства, при заданном времени поиска tз, с целью оценки его соответствия заданным требованиям или изучения поведения и свойств системы.
Правило (критерий) принятия решения по выбору оптимальной СНРЦ танка можно сформулировать следующим образом: наиболее эффективна будет та система, которая во всех физических итактических условиях поиска в заданном поисковом объеме Vr при фиксированном времени поиска tз и ограничениях на динамические углы обзора в вертикальной а/и горизонтальной^ плоскостях, не просматриваемые пространства dl с рабочего места /-го члена экипажа танка (/ = 1, 2, 3) обеспечит наибольшее значение показателя эффективности (6), то есть задача выбора оптимальной системы связана с определением максимума функционала (см. общую постановку задачи)
х2 Ф2( х) V 2 (х y) 1
J = = J J J — 8(х, y, z)G (х, y, z, t)dzdydx
х1 Ф1(x) Vi(x, y) r
при следующих ограничениях:
xi < x < x2, Ф1(x) < y <Ф2(x), Vi(x,y) < z <V2(x,y),
«/ <«з, Р/ ^ Ll,x,y,z >dl(x,У,z)-
При решении задач выбора рационального состава СНРЦ танка, параметров его подсистем также могут вводится дополнительно ограничения на объем, массу и стоимость СНРЦ.
На основе предложенного показателя эффективности СНРЦ танка были сформулированы типовые задачи синтеза системы, связанные с выбором рационального состава, технических характеристик ее подсистем и элементов, а также способов ее применения:
1. Определить рациональный состав танковой СНРЦ на заданном (для каждого рабочего места членов экипажа танка) множестве возможных типов приборов наблюдения, имеющих различные технические характеристики, с учетом ограничений на массогабаритные и стоимостные показатели.
2. Выбрать рациональные технические параметры отдельного прибора системы
So,/.
3. Определить для существующей (заданной) структуры СНРЦ параметры оптимального управления процессом поиска целей различными операторами и экипажем в целом.
Для вычисления значений показателя эффективности целесообразно разработать си-стемувзаимосвязанных математических моделей, содержащую модели, позволяющие определять функции распределения G(t) времени поиска на основе известного метода аналитического решения системы интегральных уравнений полумарковского процесса, который обеспечивает: учет нестационарности и наличия последействия реальных процессов; определение вероятностей состояний при различных законах распределения времени пребывания системы в каждом состоянии за счет применения метода псевдо-состояний и формирование обобщенных законов распределения параметров процессов функционирования систем.
Список литературы
1. Степанов В.В., Зайцев Е.Н. Состояние и тенденции развития танковых парков России и стран НАТО до 2025 года // Известия РАРАН. № 4. 2015. С. 52 - 58.
2. Борюшин Ю., Соколенко В. Приоритетные программы развития бронетанкового вооружения и техники США // Зарубежное военное обозрение. № 10. 2017. С. 46 - 55.
3. Шишкин Н.К. Танки в локальных войнах и вооруженных конфликтах. 38 НИИ МО, 2003. 105 с.
4. Панов В.В. Новые технологии и их влияние на развитие средств вооруженной борьбы // Вооружение. Политика. Конверсия. № 1. 1999. С. 22-26.
5. Проектирование оптико-электронных приборов. Учебник для вузов / Ю.Б. Перву-люсов, С.А. Родионов, В.П. Солдатов и др. Под ред. Ю.Г. Якушенкова. 2-е изд. М.: Логос, 2000. 488 с.
6. Основной боевой танк Leopard-2 - перспективы развития // Реферативный журнал по зарубежным периодическим изданиям. М.: ЦИВТИ МО РФ, 2001. Вып. 2 (17). С. 44.
7. Филиппов В.Л., Белозеров А.Ф., Яцык B.C. Проблемно-ориентированные базы данных, для моделирования оптико-электронных систем // Вооружение. Политика. Конверсия. № 6 (30). 1999.
8. Иванов В.П., Белозеров А.Ф., Бугаенко А.Г., Новоселов В.А. Комплекс измерительных и метрологических средств в тепловидении // Военный парад. Июль-август. 1999. С. 118120.
9. Цырульник А.А., Середин А.Н. Выбор критериев оценки работы тепловизионного прибора // Научно-технический сборник по материалам межведомственной конференции «Гра-ница-2006». М.: ПНИИТЦ, 2006. С. 245-250.
Акиншин Николай Степанович, д-р техн. наук, профессор, начальник отдела, nakin-shin@yandex.ru, Россия, Тула, АО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения»,
Пафиков Евгений Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, докторант, evgeniy_pafikov@mail.ru, Россия, Пенза, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения,
Смыляев Дмитрий Вячеславович, старший помощник начальника отдела (организации научной работы и подготовки научно-педагогических кадров), Smdm28@mail.ru, Россия, Пенза, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения,
Романюта Александр Евгеньевич, начальник, nakinshin@yandex.ru, Россия, Москва, НИИЦ ФГБУ «46 ЦНИИ» МО РФ
EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF THE SURVEILLANCE AND RECONNAISSANCE SYSTEM FOR TANK TARGETS
N.S. Akinshin, E.A. Pafikov, D.V. Smyshlyaev, A.E. Romanyuta
The task of finding targets in the sector of responsibility of the target surveillance and reconnaissance system (SNRC) is considered. The indicators of the effectiveness of such a system in solving the tasks of detecting and recognizing targets by the operator at fixed ranges are determined. On the basis of the proposed efficiency indicator of the SNRS of the tank, typical tasks of system synthesis related to the choice of rational composition, technical characteristics of its subsystems and elements, as well as methods of its application were formulated.
Key words: target search, target distribution, target designation, detection, recognition, detection range, phono-target situation, operator.
Akinshin Nikolay Stepanovich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, nakinshin@yandex.ru, Russia, Tula, «Central Design Bureau of Apparatus Building»,
PafikovEvgenyAnatolyevich, candidate of technical sciences, associate professor, doctoral student, evgeniy_pafikov@mail.ru, Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics,
145
Smilyaev Dmitry Vyacheslavovich, senior assistant to the head of the department (Organization of Scientific Work and Training of Scientific and Pedagogical Personnel), Smdm28@mail.ru, Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics,
Romanyuta Alexander Evgenievich, head of the research center, nakinshin@yandex.ru, Russia, Moscow, Federal State Budgetary Institution "46 Central Research Institute" of the Ministry of Defense of the Russian Federation
УДК 007.52
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-146-150
МУТУАЛИЗМ И СИНЕРГИЗМ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
В.Ю. Волков
Практически все системы управления химико-технологическими процессами можно считать сложными. Проанализировано проявление эффекта синергии и мутуализма в сложных технических системах управления. На примере системы управления температурой на выходе теплообменника показано, что применение синергетического подхода позволяет создавать системы управления, способные совместными усилиями работы своих элементов, обеспечить приемлемое качество управления, несмотря на то, что в каждом отдельном контуре не хватает для этого величины управляющего воздействия. Указано, что синергетический эффект возникает как только управляющий элемент такой системы становиться сам управляемым, или попадает под действие другого управляющего элемента системы.
Ключевые слова: система, мутуализм, синергия, синергизм, управление, сложность.
Анализ систем управления химико-технологическими процессами показывает, что все системы управления, даже одноконтурные, можно считать сложными, так как у них присутствуют все признаки сложных систем [1-7]. Такие исследователи как Herbert Alexander Simon, Pierre-Jacques Courtois, Mark W. Maier, Eberhardt Rechtin, John Gall, А.С. Муратов, Э.А. Смирнов, Т.А. Акимова, Г.Р. Латфуллин, А.В. Райченко, Дж.К. Лафта, Ю.Н. Лапыгин и другие в своих работах уделяли внимание анализу сложных систем. В последнее время актуальным считается направление исследований, связанных с поведением сложных систем в состоянии неустойчивого равновесия, проявляющееся в динамике их самоорганизации. Для этого используют понятие синергии или синергизма. Обычно под этими понятиями понимают совместное, «содружественное», взаимозависимое действие двух или нескольких сил, агентов, элементов сложной системы и (или) ее факторов в каком-либо одном направлении. Совместное действие нескольких факторов, агентов или элементов почти всегда отличается от суммы действия их по отдельности. Закон синергии: любая сложная динамическая система стремится получить максимальный эффект за счет своей целостности, стремится максимально использовать возможности кооперирования для достижения эффектов. Это в первую очередь относится к биологическим и социальным системам. Синергизм играет очень большую роль в живых системах всех видов и уровней организации. Он долго не получал достойной оценки, из-за того, что часто существует в скрытом виде. Биологи разных направлений рассматривали и обозначали такие явления как симбиоз, мутуализм, ко-эволюция, но при тщательном анализе этих явлений можно сделать вывод, что в их основе лежит совместное действие, синергия.
Парадигма синергизма исходит из признания того факта, что в процессе развития выгодные результаты, получаемые целостностью сложной системы, отвечают за «благополучие» ее элементов и частей. В сущности, учение о синергизме представляет собой «экономическую» теорию сложности. Таким образом, закон синергии вытекает из принципа эмерджентности сложных систем: совместное действие нескольких элементов и (или) факторов всегда или почти всегда отличается от суммы раздельных эффектов их действия. Для любой сложной системы (технической, биологической или социальной) существует такой набор ресурсов, при котором ее потенциал всегда будет либо существенно больше простой суммы потенциалов входящих в нее ресурсов (технологий, персонала, компьютеров и т.д.), либо существенно меньше. Однако, важны не только и не столько сочетания потенциалов, сколько их согласованное поведение и взаимоподдерживающие связи.
