CC BY
9
В. В. Меньших, доктор физико-математических наук, профессор Г. И. Зверев
СОСТАВ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ОЦЕНКИ ЖИВУЧЕСТИ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОРГАНОВ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ В УСЛОВИЯХ СТРУКТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
COMPOSITION OF THE SOFTWARE COMPLEX FOR ASSESSING THE SURVIVABILITY OF ERGATIC CONTROL SYSTEMS OF INTERNAL AFFAIRS UNDER CONDITIONS OF STRUCTURAL TRANSFORMATIONS
В статье описывается состав программного комплекса для решения задач оценки живучести эргатических систем управления органов внутренних дел, приведены алгоритмы, принципы и условия работы отдельных программ, входящих в описываемый комплекс, а также графики зависимостей живучести эргатических систем управления от различных параметров.
This article describes the composition of the software package for solving problems of assessing the survivability of ergatic control systems of internal affairs bodies, provides algorithms, principles and operating conditions for individual programs included in the described complex, and also shows graphs of dependencies of the survivability of ergatic control systems on various parameters.
Введение. Организация работы в любой структуре, в том числе в органах внутренних дел, в современных условиях осуществляется с использованием эргатических систем управления (ЭСУ), так как их функционирование, с одной стороны, невозможно без наличия человека-оператора, который осуществляет координацию всех действий, а с другой стороны, всё в большей степени используются информационно-технические средства, обеспечивающие ускорение информационных процессов [1].
Особое место среди указанных систем занимают системы, относящиеся к классу систем критического применения, функционирующих в условиях возникновения различных угроз или организационных изменений, элементы которых должны обладать возможностью перехода к выполнению альтернативных задач при изменении условий функционирования всей системы, например, в условиях ее структурных преобразований [2].
В этой связи возникает необходимость производить оценку живучести систем указанного вида в интересах оптимизации процесса их функционирования. С этой целью авторами разработан комплекс моделей, численных методов и алгоритмов, позволяющий осуществлять получение количественных оценок живучести ЭСУ органов внутренних дел (ЭСУ ОВД) [3, 4, 5].
В настоящей статье обосновывается состав программного комплекса для оценки живучести ЭСУ ОВД, описывается схема работы программ, входящих в разработанный комплекс, а также приводятся графики зависимостей живучести ЭСУ ОВД для различ-
ных вариантов сложности построения структурно-параметрической модели системы и мощности структурного преобразования ЭСУ ОВД.
Обоснование состава программного комплекса для оценки живучести эрга-тических систем управления органов внутренних дел. Для исследования живучести ЭСУ ОВД в условиях структурных преобразований необходимо произвести следующие действия:
1. Сформировать структурно-параметрическую модель ЭСУ ОВД, в отношении которой будет вестись исследование.
2. Произвести расчет исходной живучести сформированной ЭСУ ОВД.
3. Произвести моделирование структурных преобразований ЭСУ ОВД [6].
4. Определить оптимальный вариант реструктуризации ЭСУ ОВД [7].
5. Рассчитать живучесть реструктурированной ЭСУ ОВД и сравнить ее с исходным значением живучести указанной системы [8].
6. Сделать вывод о целесообразности дальнейшего функционирования ЭСУ ОВД.
Таким образом, программный комплекс [9] должен включать в себя программы,
позволяющие выполнять действия из пп. 1—5. Для этого в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Федеральный институт промышленной собственности» (ФИПС) были зарегистрированы в установленном порядке следующие программы:
1. «Генерация структурно-параметрических моделей эргатических систем» [10].
2. «Использование схемы ветвей и границ для выбора оптимального набора альтернативных функций элементов эргатических систем» [11].
3. «Моделирование структурных воздействий на эргатические системы управления» [12].
4. «Поиск оптимального варианта реструктуризации эргатических систем управления» [13].
Описание работы отдельных программ, входящих в комплекс. Программа «Генерация структурно-параметрических моделей эргатических систем» предназначена для генерации случайной структурно-параметрической модели ЭСУ с использованием гиперграфов. Она может использоваться при разработке и проектировании систем управления различного вида с участием оператора в работе. Функциональные возможности программы: генерация случайной структурно-параметрической модели ЭСУ с использованием гиперграфов по формуле
где £ — элементы ЭСУ, Е (^) — связи в ЭСУ, Р веса вершин ЭСУ, К (^) — веса связей ЭСУ.
Также в программе предусмотрен вывод изображения структуры, построение матрицы инциденции для дальнейшей работы с ней. Программа задействована при работе комплекса программ в исследовательском режиме и используется для генерации случайной модели ЭСУ ОВД и дальнейших манипуляций над ней. Выходными данными работы программы являются матрица инциденции рассматриваемой ЭСУ ОВД, веса вершин, связей, а также их важности.
Программа «Использование схемы ветвей и границ для выбора оптимального набора альтернативных функций элементов эргатических систем» предназначена для выбора оптимальной комбинации альтернативных функций многофункциональных
(1)
элементов ЭСУ с использованием метода, основанного на использовании схемы ветвей и границ. Программа может использоваться при проектировании ЭСУ и при возможных реструктуризациях указанных систем. Выходные данные из предыдущей программы комплекса, а также информация о многофункциональности элементов рассматриваемой ЭСУ ОВД поступают на вход указанной программы. Используем численный метод, описанный авторами в [4], в соответствии с которым в качестве оценки вершины Q предлагается
n m
Z« max Pi +Z k (F )' (2)
i=1 j=1
где
aimax = таХ {«1 (fh ) . «n (fntn )} • (3)
Далее происходит определение оптимального набора альтернативных функций многофункциональных элементов ЭСУ ОВД для максимизации исходного значения живучести системы.
Программа «Моделирование структурных воздействий на эргатические системы управления» предназначена для моделирования структурных преобразований на ЭСУ. В ходе выполнения программы можно произвести выбор типа структурного преобразования. Далее происходит визуализация выбранного преобразования системы. Входными данными рассматриваемой программы являются выходные данные предыдущей рассмотренной программы и информация о возможных видах структурных преобразований системы.
На вход программы «Поиск оптимального варианта реструктуризации эргатиче-ских систем управления» поступают выходные данные из двух описанных выше программ, а именно:
1. Деформированная графовая или гиперграфовая модель ЭСУ ОВД.
2. Исходное значение живучести ЭСУ ОВД.
В ходе процесса работы программы определяется оптимальный вариант реструктуризации ЭСУ ОВД после структурного преобразования [0, 0]. Далее происходит сравнение трех параметров: исходная живучесть ЭСУ ОВД, живучесть ЭСУ ОВД непосредственно после структурного воздействия и живучесть ЭСУ ОВД после реструктуризации. На основе этих данных принимается решение об эффективности реструктуризации и целесообразности продолжения функционирования ЭСУ ОВД [0].
Описание работы разработанного программного комплекса. Рассматриваемый программный комплекс может осуществлять свою работу в двух режимах: исследовательском — режим, в ходе работы которого возможно исследование живучести случайно сгенерированной ЭСУ ОВД с заданными параметрами; оценочном — режим, в ходе работы которого происходит оценка живучести конкретной ЭСУ ОВД.
На рисунке 1 представлена схема работы программного комплекса в исследовательском режиме.
На рисунке 2 представлена схема работы программного комплекса в оценочном режиме.
Рис. 1 . Структурная схема работы программного комплекса в исследовательском режиме
Рис. 2. Структурная схема работы программного комплекса в оценочном режиме
Как видно из структурной схемы работы, программный комплекс состоит из четырех независимых программ, связанных между собой по принципу перенаправления ввода/вывода: выходные данные одной программы являются входными данными для другой программы.
Выявление зависимостей различных параметров на значение живучести эр-гатических систем управления органов внутренних дел. С помощью разработанного комплекса программ в данном разделе будет проведено исследование влияния различных параметров на повышение живучести указанных систем при структурных преобразованиях. В качестве рассматриваемых параметров можно выделить:
1. Сложность структурно-параметрической модели системы;
2. Мощность структурного преобразования системы.
Так, на рисунках 3 и 4 представлены зависимости приведенного значения живучести ЭСУ ОВД от выделенных выше параметров. Так сложность структурно -параметрической модели ЭСУ ОВД можно условно разделить на три категории: 10— 15 элементов и связей, 16—25 элементов и связей, более 25 элементов и связей. Таким же образом можно подойти к разделению на категории мощности структурных преобразования ЭСУ ОВД: преобразование, направленное на 5% элементной базы ЭСУ ОВД, 10% и 15%. На соответствующих графиках категории представлены по описанному порядку
Как видно из представленных графиков зависимостей, в каждом случае итоговая живучесть систем ниже изначальной, однако при различных вариантах построения систем и вида структурных преобразований систем можно добиться наибольших значений итоговой живучести.
Рис. 3. Зависимость от сложности структурно-параметрической модели ЭСУ ОВД
Рис. 4. Зависимость от мощности структурных преобразований ЭСУ ОВД
Заключение. На основе разработанных математических моделей, численных методов и алгоритмов создан комплекс программ, работа с которым может происходить в двух режимах: исследовательском и оценочном. Данный комплекс программ позволил выявить зависимость приведенного значения живучести ЭСУ ОВД в условиях структурных преобразований от сложности структурно-параметрической модели ЭСУ ОВД и от мощности структурных преобразований ЭСУ ОВД. Согласно полученным результатам, оптимизация перестроения ЭСУ ОВД в условиях структурных преобразований позволяет повысить живучесть ЭСУ ОВД в зависимости от сложности построения от 20% до 26,6%, а в зависимости от мощности структурного преобразования — от 25% до 29%, однако при структурных преобразованиях, направленных на 15% элементной базы ЭСУ ОВД, значение живучести не превышает критическое даже с оптимизацией.
ЛИТЕРАТУРА
1. О мерах по реализации постановления Правительства Российской Федерации от 24 мая 2010 г. № 365 : приказ МВД России от 28.08.2017 № 675 (ред. 06.02.2018) // СПС «КонсультантПлюс».
2. Зверев Г. И. Модель функционирования эргатических систем управления в условиях структурных преобразований (на примере информационных центров территориальных органов МВД России) // Вестник Воронежского института МВД России. — 2021. — № 4. — С. 89—98.
3. Zverev G. I., Menshikh V. V. Optimizing the selection of combination of alternative functions of ergatic system multifunctional elements // Journal of Physics: Conference Series, Vo-
ronezh, 11—13 ноября 2019 года. — Voronezh : IOP Publishing Ltd, 2020. — P. 012062. — DOI 10.1088/1742-6596/1479/1/012062.
4. 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). — DOI 10.26102/2310-6018/2020.30.3.004.
5. 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, 03—06 сентября 2019 года. — Samara : Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2019. — P. 541—544. — DOI 10.1109/CSCMP45713.2019.8976840.
6. Зверев Г. И. Оценка эффективности функционирования эргатической системы при деструктивном воздействии // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем : сборник материалов всероссийской научно-практической конференции, Воронеж, 06 июня 2019 года. — Воронеж : Воронежский институт МВД России, 2019. — С. 142—143.
7. Зверев Г. И. , Меньших В. В. Оптимизация выбора комбинаций альтернативных функций многофункциональных элементов эргатических систем // Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики : сборник трудов международной научной конференции, Воронеж, 11—13 ноября 2019 года / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет». — Воронеж : Научно-исследовательские публикации, 2020. — С. 807—809.
8. Зверев Г. И. К вопросу о механизме оценки живучести эргатических систем // Информатика: проблемы, методы, технологии : материалы XXI Международной научно-методической конференции, Воронеж, 11—12 февраля 2021 года. — Воронеж : Вэ-лборн, 2021. — С. 1177—1182.
9. Зверев Г. И. Состав программного комплекса для оценки живучести эргатиче-ских систем управления // Дифференциальные уравнения, математическое моделирование и вычислительные алгоритмы : сборник материалов международной конференции, Белгород, 25—29 октября 2021 года. — Белгород : БелГУ, 2021. — С. 119—121.
10. 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.
11. 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.
12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021662813 Российская Федерация. Моделирование структурных воздействий на эр-гатические системы управления : № 2021661927 : заявл. 22.07.2021 : опубл. 05.08.2021 / Г. И. Зверев.
13. 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.
14. Меньших В. В., Зверев Г. И. Оптимизация выбора вариантов реструктуризации систем управления с многофункциональными элементами в условиях деструктивных воздействий // Информационные системы и технологии ИСТ-2020 : сборник материалов XXVI Международной научно-технической конференции, Нижний Новгород, 24—28 апреля 2020 года / Нижегородский государственный технический университет
им. Р. Е. Алексеева. — Нижний Новгород : Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, 2020. — С. 601—606.
15. Зверев Г. И. Особенности выбора оптимального набора функций элементов эргатических систем // Техника и безопасность объектов уголовно-исполнительной системы : сборник материалов международной научно-практической конференции : в 2 т., Воронеж, 20—21 мая 2020 года. — Воронеж : Научная книга, 2020. — С. 456—458.
16. Зверев Г. И. Выбор вариантов реструктуризации систем управления в зависимости от вида деструктивного воздействия // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем : сборник материалов всероссийской научно-практической конференции, Воронеж, 11 июня 2020 года. — Воронеж : Воронежский институт Министерства внутренних дел Российской Федерации, 2020. — С. 89—90.
REFERENCES
1. O merah po realizacii postanovleniya Pravitel'stva Rossijskoj Federacii ot 24 maya 2010 g.
# 365 : prikaz MVD Rossii ot 28.08.2017 # 675 (red. 06.02.2018) // SPS «Konsul'tantPlyus».
2. Zverev G. I. Model' funkcionirovaniya ergaticheskih sistem upravleniya v usloviyah strukturnyh preobrazovanij (na primere informacionnyh centrov terri-torial'nyh organov MVD Rossii) // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2021. — # 4. — S. 89—98.
3. 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, 11—13 noyabrya 2019 goda. — Voronezh : IOP Publishing Ltd, 2020. — P. 012062. — DOI 10.1088/1742-6596/1479/1/012062.
4. Men'shih V. V., Zverev G. I. Vybor funkcij elementov ergaticheskih sistem dlya obespecheniya ih funkcionirovaniya v usloviyah destruktivnyh vozdejstvij // Modelirovanie, opti-mizaciya i informacionnye tekhnologii. — 2020. — T. 8. — # 3(30). — DOI 10.26102/23106018/2020.30.3.004.
5. 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, 03—06 sentyabrya 2019 goda. — Samara : Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2019. — P. 541—544.
— DOI 10.1109/CSCMP45713.2019.8976840.
6. Zverev G. I. Ocenka effektivnosti funkcionirovaniya ergaticheskoj sistemy pri des-truktivnom vozdejstvii // Aktual'nye voprosy ekspluatacii sistem ohrany i zashchishchennyh tele-kommunikacionnyh sistem : sbornik materialov vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii, Voronezh, 06 iyunya 2019 goda. — Voronezh : Voronezhskij institut MVD Rossii, 2019. — S. 142—143.
7. Zverev G. I., Men'shih V. V. Optimizaciya vybora kombinacij al'ternativnyh funkcij mnogofunkcional'nyh elementov ergaticheskih sistem // Aktual'nye problemy prikladnoj ma-tematiki, informatiki i mekhaniki : sbornik trudov mezhdu-narodnoj nauchnoj konferencii, Voronezh, 11—13 noyabrya 2019 goda / FGBOU VO «Voronezhskij gosudarstvennyj universi-tet». — Voronezh : Nauchno-issledovatel'skie publikacii, 2020. — S. 807—809.
8. Zverev G. I. K voprosu o mekhanizme ocenki zhivuchesti ergaticheskih sistem // In-formatika: problemy, metody, tekhnologii : materialy XXI Mezhdunarodnoj nauchno-metodicheskoj konferencii, Voronezh, 11—12 fevralya 2021 goda. — Voronezh : Velborn, 2021.
— S. 1177—1182.
9. Zverev G. I. Sostav programmnogo kompleksa dlya ocenki zhivuchesti ergaticheskih sistem upravleniya // Differencial'nye uravneniya, matematicheskoe modelirovanie i vychislit-el'nye algoritmy : sbornik materialov mezhdunarodnoj konferencii, Belgorod, 25—29 oktyabrya 2021 goda. — Belgorod : BelGU, 2021. — S. 119—121.
10. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM # 2021613131 Rossijskaya Federaciya. Generaciya strukturno-parametricheskih modelej ergaticheskih sistem :
# 2021610960 : zayavl. 21.01.2021 : opubl. 02.03.2021 / G. I. Zverev, V. V. Men'shih.
11. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM # 2021615343 Rossijskaya Federaciya. Ispol'zovanie skhemy vetvej i granic dlya vybora optimal'nogo nabora al'ternativnyh funkcij elementov ergaticheskih sistem : # 2021614049 : zayavl. 19.03.2021 : opubl. 07.04.2021 / G. I. Zverev, V. V. Men'shih.
12. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM # 2021662813 Rossijskaya Federaciya. Modelirovanie strukturnyh vozdejstvij na ergaticheskie sistemy uprav-leniya : # 2021661927 : zayavl. 22.07.2021 : opubl. 05.08.2021 / G. I. Zverev.
13. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM # 2021667051 Rossijskaya Federaciya. Poisk optimal'nogo varianta restrukturizacii ergaticheskoj sistemy up-ravleniya : # 2021666169 : zayavl. 04.10.2021 : opubl. 25.10.2021 / G. I. Zverev.
14. Men'shih V. V., Zverev G. I. Optimizaciya vybora variantov restrukturizacii sistem upravleniya s mnogofunkcional'nymi elementami v usloviyah destruktivnyh vozdejstvij // Infor-macionnye sistemy i tekhnologii IST-2020 : sbornik materialov XXVI Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii, Nizhnij Novgorod, 24—28 aprelya 2020 goda / Nizhegorodskij gosu-darstvennyj tekhnicheskij universitet im. R. E. Alekseeva. — Nizhnij Novgorod : Nizhegorodskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet im. R. E. Alekseeva, 2020. — S. 601—606.
15. Zverev G. I. Osobennosti vybora optimal'nogo nabora funkcij elementov ergaticheskih sistem // Tekhnika i bezopasnost' ob"ektov ugolovno-ispolnitel'noj sistemy : sbornik materialov mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii : v 2 t., Voronezh, 20—21 maya 2020 goda. — Voronezh : Nauchnaya kniga, 2020. — S. 456—458.
16. Zverev G. I. Vybor variantov restrukturizacii sistem upravleniya v zavisimosti ot vida destruktivnogo vozdejstviya // Aktual'nye voprosy ekspluatacii sistem ohrany i zash-chishchennyh telekommunikacionnyh sistem : sbornik materialov vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii, Voronezh, 11 iyunya 2020 goda. — Voronezh : Voronezhskij institut Ministerstva vnutrennih del Rossijskoj Federacii, 2020. — S. 89—90.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Меньших Валерий Владимирович. Профессор кафедры математики и моделирования систем. Доктор физико-математических наук, профессор.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: menshikh@list.ru
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-10.
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) 200-51-90.
Menshikh Valeriy Vladimirovich. Professor of the chair of Mathematics and Systems Modeling. Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: menshikh@list.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-10.
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. (473) 200-51-90.
Ключевые слова: эргатические системы; живучесть систем; структурные преобразования.
Key words: ergatic systems; survivability; structural transformations.
УДК 004.5, 519.17
