CC BY
25
УДК 681.3
Андрончев И.К., Перевертов В.П.
Администрация Губернатора Самарской области
ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет путей сообщения», Самара, Россия
СТРАТЕГИЯ ИНТЕРСУБЪЕКТНОЙ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Железнодорожный транспорт России является одним из элементов мировой транспортной системы со своими возможностями и технологическими процессами развития. На внешнем рынке оказания услуг и перевозок он конкурирует с другими видами транспорта. Определяющими факторами в любой конкуренции всегда были такие понятия как надежность и качество работ и услуг.
Именно системная научная организация управленческого труда на всех уровнях производства позволила выпускать надежную и качественную ракетно-космическую продукцию, позволившую СССР опередить США в ракетно-космической программе. Составными элементами этой системы являются наука, образование и транспорт (железнодорожный, авиационный, автомобильный, речной, морской).
В настоящее время надежность и качество сложных технических систем железнодорожного транспорта России также является его конкурентным преимуществом [1,2,3]. Для того, чтобы сохранять лидерские позиции в жесткой конкурентной борьбе, необходимо активное проведение прорывных исследований в области надежности и качества.
На кафедре "Электрический транспорт" Самарского государственного университета путей сообщения (СамГУПС) разработана Программа прорывных исследований в области надежности и качества сложных систем железнодорожного транспорта, которая является одним из направлений большой работы по сохранению лидерских позиций железных дорог в конкурентной борьбе на рынке перевозок.
В Программе продолжены традиции научной школы первого ректора железнодорожного ВУЗа д.т.н,, профессора Павловича Е.С. в области надежности и качества систем железнодорожного транспорта, отличительными особенностями которой всегда были приверженность к новым научным и педагогическим направлениям: разработка новых научных положений теории надежности для систем железнодорожного транспорта и подготовка кадров для внедрения новых научных разработок в эксплуатацию в многочисленных предприятиях РЖД.
Предпосылки прорывных исследований в области надежности и положения теория интерсубъектной надежности
К предпосылкам создания Программы следует отнести то, что развитие производительных сил современной экономики строится на принципах получения нового знания с последующим их преобразованиям в новые технологические процессы, а затем в новую продукцию, которая должна отвечать международным стандартам качества.
К такому новому знанию следует сегодня отнести теорию интерсубъективного управления (ТИУ), предложенную профессором Виттих В.А.[4,5], которая активно разрабатывается в Самарском государственном университете путей сообщения (СамГУПС) применительно для обеспечения надежности и качества сложных систем железнодорожного транспорта. Новое направление получило условное название теория итерсубъектной надежности (ТИН).
Составными частями любой системы управления надежностью обьекта является: 1.система контроля исследуемых параметров; 2.система диагностирования, предназначенная для определения технического состояния (норма, риск, отказ)
Новизна научных положений нового направления определяется широким применением информатизации и элементов искусственного интеллекта при проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте сложных систем железнодорожного транспорта.
Известные положения теории надежности сложных систем в этом случае приобретают новый смысл, претерпевают изменения в сторону большей конкре-
тизации и детализации. Например, от простого перебора вариантов решений появляется возможность перехода к сетевым схемам поиска оптимального варианта решения по обеспечению надежности на основе привлечения человека-исполнителя в качестве структурной единицы системы. А это по нашему мнению и есть развитие теории надежности для современных условий 21 века.
Основные научные положения теории интерсубь-ектной надежности (ТИН) можно представить в виде принципов, которые заключаются в следующем:
1.человек участвует в обеспечении надежности системы как субъет этой системы;
2.управляющие воздействия по обеспечению надежности обеспечивают люди с применением элементов исскуственного интеллекта по алгоритму самоорганизации;
3.управляющие воздействия по обеспечению надежности производят в режиме реального времени и направлены на самоорганизацию системы и разрешение конфликтных противоречий между субъектами системы в плане обеспечения надежности;
4.горизонтально-ориентированные схемы принятия решений обеспечивают оперативность по обеспечению надежности на всех этапах жизненого цикла системы;
Теория интерсубьективного управления надежностью исходит из того, что резервы повышения эффективности управления надежностью следует искать не модернизации бюрократической машины, а в самих людях, в каждом человеке, в использование его интеллектуальных и волевых ресурсов.
Данные научные положения позволяют по-новому взглянуть на взаимодействие многочисленных субъектов сложных систем железнодорожного транспорта и применить к ним новые подходы к организации их взаимодействия с использованием информатизации и элементов искусственного интеллекта.
В основе научных положений ТИН лежат принципы самоорганизации и эволюции взаимодействия отдельных субъектов сложной системы путем разрешения конфликтных противоречий обеспечения надежности, причем в отличии от ранее известных научных подходов человек считается внутренней составляющей такой системы.
Конфликтные противоречия всегда сопровождают сложные системы на всех этапах ее развития. На этапе проектирования - это конфликтное противоречие между прочностью и весом детали (узла, изделия). На этапе изготовления - между сроками выпуска и комплектацией деталей и узлов. Решение задачи по преодолению таких конфликтных противоречий на основе «соглашений и договоренностей» на уровне исполнителей приводит к эффекту самоорганизации и является залогом надежного и качественного функционирования сложной системы с большим количеством элементов.
В отличие от современных вертикально-ориентированных систем типа УРРАН, где решение принимает руководитель [6,7] новый подход использует горизонтально-ориентированные схемы принятия решения, где решение принимает исполнитель в режиме реального масштаба времени. Это является определяющим и принципиальным в новом подходе, так как быстрая смена текущей обстановки ранее делала бессмысленными применение оперативных исполняющих воздействий. А значит, появляется новая категория в теоретических положениях - это "время".
На основе обозначенных новых теоретических положений представляется возможным разработка и новых технологий повышения надежности и качества сложных технических систем.
Новизна таких технологий определяется широким применением информатизации и элементов ис-
кусственного интеллекта при проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте сложных систем. Применение информационных технологий современного уровня при таком подходе позволяет получать в сложных системах эффект эволюции и самоорганизации по аналогии с процессами живой природы (эффект роя пчел, колонии муравьев, стаи рыб).
Решение задач надежности и качества сложных систем происходит и самоорганизуется постепенно, за счет целеполагаемого взаимодействия большого числа так называемых «агентов», непрерывно конкурирующих и кооперирующихся друг с другом для решения общей целевой для всех задачи обеспечения надежности.
Новые технологии для теории интерсубъектной надежности
Сегодня необходимо и возможно организовать для повышения надежности и качества систем железнодорожного транспорта современную интегрированную информационно-технологическую среду (ИИТС) надежности на этапах жизненного цикла
транспортной ситуации, гибкую и эффективную, избавляющую человека от простых рутинных операций и обеспечивающую поддержку принятия решений в масштабе реального времени, в том числе и в сложном, быстро изменяющемся перевозочном процессе.
Новая технология повышения надежности и качества сложных систем основана на применении мультиагентных автоматизированных систем (МАС) [8.9], которые сегодня по своей значимости постепенно выходят на уровень развивающихся нано-и биотехнологий (www.agentlink.org). В последние годы в мире активно развиваются концепции Internet of Things («Интернет вещей») и Ambiguous Intelligence («Повсеместного интеллекта»), которые позволят уже в ближайшем будущем «агентам» подвижного состава взаимодействовать с «агентами» служб управления движением, эксплуатации и ремонта, а также с «агентами» логистики движения пассажиров и грузов и т.д. Это направление призвано создать новую более качественную и совершенную среду доставки и обслуживания пассажиров и грузов, состоящую из «системы систем».
(Рис.1). Среду умную и чуткую к изменениям
Рисунок 1 - Интегрированная информационно-технологическая среда (ИИТС) надежности на этапах жизненного цикла
В создаваемых новых мультиагентных системах надежности (МАС-Н) разрабатываются и реализуются новые методы распределенного решения сложных задач (distributed problem solving) обеспечения надежности, когда любая такая сложная задача (например, задача распределения, планирования и оптимизации ресурсов локомотивного депо) декомпозируется на более простые автономно решаемые подзадачи (выполнения одного заказа, загрузки одного рабочего или единицы оборудования и др.). Далее между полученными частными решениями происходит взаимное согласование, для чего определяются и разрешаются конфликты участников, что реализуется путем «переговоров, взаимных уступок и бонусов», в интересах достижения наиболее эффективного решения исходной общей задачи обеспечения надежности, например, выпускаемых локомотивов.
Формирующаяся отрасль мультиагентных технологий, начавшаяся развиваться не так давно. В информатике еще не сформированы свои стандарты в этой области, еще не сформировались мировые лидеры, которые скоро появятся и займут рынок. Это дает возможность на прорыв в этом направлении науки и образования Самарской области.
В настоящее время Самарская школа мультиа-гентных технологий уже добилась важных результатов, которые опубликованы как в стране, так и за рубежом (разработана концепция ПВ-сетей, метод компенсаций, метод сопряженных взаимодействий и др.), и получила первое международное признание, как коллектив ученых и инженеров, сумевших одними из первых в мире создать и вывести мультиагентные технологии из лаборатории в про-
мышленные применения - в настоящее время завершается подготовка рукописи монографии для публикации в Великобритании (на английском языке).
Задачи подготовки кадрового потенциала для рассматриваемых систем нового поколения могут решаться лишь в объединении усилий науки, бизнеса и образования, что уже постепенно решается в Вузах области, где формируется новый коллектив специалистов-единомышленников, некоторые из которых составляют основу ЦНК [8,9,10].
Новые продукты прорывных исследований проблем надежности и качества сложных систем
Основная цель прорывных исследований настоящей Программы - создание исследовательского проекта мирового уровня для разработки прикладных онтологий и мультиагентных технологий в области надежности и качества сложных систем .
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1.генерация научных знаний в области надежности и качества сложных систем, а также развитие нового сектора научных исследований и разработок, включая разработку и реализацию самоорганизующихся интеллектуальных систем нового поколения для управления надежностью и ресурсами на основе мультиагентных технологий;
2.становление исследовательского Центра мирового уровня в области надежности и качества на основе разрабатываемых онтологий и мультиагент-ных технологий;
3.развитие кадрового потенциала ученых и специалистов в области надежности и качества сложных систем;
4.развитие научного, материально-технического и производственного потенциала для выполнения масштабных проектов ;
5.установление первенства, пропаганда и популяризация отечественных достижений в области надежности и качества, а также мультиагентных систем надежности путем проведения конференций, выпуска сборников и подготовки монографий в стране и за рубежом;
б.защита интеллектуальной собственности отечественных разработок, в особенности, при выходе на международный рынок;
7.развитие международного сотрудничества, включая ассоциацию непрерывного инженерного образования.
Для решения поставленных задач организован Центр прорывных исследований в области надежности и качества сложных систем железнодорожного транспорта («Smart a complex system of rail transport »)» (ЦНК).
ЦНК создан на базе Самарского государственного университета путей сообщения (СамГУПС) в тесном сотрудничестве с ООО «НПК «Разумные решения» ( НПК «Разумные решения») и ОАО «Интеллектуальные системы безопасности» (ОАО «ИСБ») для решения задач повышения надежности и качества сложных систем железнодорожного транспорта.
Центр входит в состав межвузовского Научно-образовательного центра «Развитие», организованного и работающего по планам и направлению развития науки и образования Администрации Губернатора Самарской области.
В Программе задействованы Вузы Самарской области, которые обладают мощными информационными, техническими, технологическими и кадровыми ресурсами, способными осуществлять прорывные исследования в области надежности и качества сложных систем .
К приоритетным направлениям реализации прорывных исследований ЦНК относятся:
1. Научно-исследовательская работа:
1.1.Разработка научных положений теории интерсубъектной надежности сложных систем для различных периодов их жизненного цикла;
1.2.Разработка новой концепции сетевого управления надежностью и качеством сложных систем;
1.3.Развитие принципов построения корпоративных онтологий и мультиагентных технологий для приложений;
1.4.Развитие научных исследований в сфере интеллектуальных систем и технологий обеспечения надежности;
1.5.Разработка концепции и экспериментальное изучение феноменов «эмерджентного интеллекта», применение принципов нелинейной термодинамики для построения сложных самоорганизующихся и эволюционирующих систем искусственного интеллекта;
1.6.Разработка методического обеспечения для внедрения технологии «точного попадания» в про-ектно-производственную деятельность в отрасли (Concurrent Engineering);
1.7.Разработка принципов создания единого информационного пространства (ЕИП) предприятий и сети железных дорог для решений проблем надежности;
1.8.Разработка моделей, методов и алгоритмов распределения, планирования и оптимизации ресурсов в реальном времени на основе применения мультиагентных технологий обеспечения надежности;
1.9.Оценка возможностей использования суперкомпьютерных вычислений и grid-технологий и систем в процессе формирования электронных моделей сборочных единиц изделий большой размерности, интерактивных описаний изделий высокого уровня сложности и единого информационного пространства предприятия и системы эксплуатации;
1.Ю.Оптимизация методов управления в ЕИП с целью повышения эффективности производственной деятельности предприятия в области повышения надежности.
2. Производственно-технологические разработки:
2.1.Разработка методов и средств интерсубъектной надежности сложных систем;
2.2.Разработка программной платформы для реализации прикладных онтологий и мультиагентных технологий для повышения надежности и эффективности разработки прикладных систем по выбранным направлениям;
2.3.Разработка концепции «Smart Enterprise» («Умного предприятия»), управляемого на основе знаний в реальном времени с учетом параметров надежности выпускаемой продукции;
2.4.Создание линейки интеллектуальных систем управления надежностью на основе онтологий и мультиагентных технологий надежности, причем как в традиционной, так и в SaaS версии (продукт как сервис):
Smart Projects - управление проектами в реальном времени;
Smart Factory - управление цехами предприятий в реальном времени;
Smart Design - управление проектированием новых процессов и изделий в реальном времени;
Smart Satellites - управление роем заказчиков , поставщиков (в том числе и грузоотправителей, объектов и станций ) в реальном времени.
2.5.Развитие мультиагентной платформы для реализации выскопроизводительных вычислений;
2.6.Внедрение высокоточного математического моделирования во все этапы жизненного цикла подвижного состава и постоянных устройств.
3. Учебно-методическая работа:
3.1.Подготовка специалистов для работы в области надежности и качества, а также интеллектуальных систем и технологий (до 20 специалистов в год), работа со студентами и аспирантами (подготовка 5 аспирантов), переподготовка специалистов (по запросам от железных дорог - до 25 специалистов в год);
3.2.Разработка рекомендаций по модернизации учебных планов ключевых для подготовки инженеров железнодорожных специальностей и обеспечение эффективной работы молодых специалистов в условиях информатизации предприятий.
3.3.Подготовка учебных курсов и научных и инженерных кадров (студенты, аспиранты, переподготовка кадров специалистов с отрывом и без);
3.4.Разработка международных курсов дистанционного обучения для привлечения отечественных и зарубежных студентов и специалистов (переподготовка).
4. Маркетингово-рекламная деятельность:
4.1.Разработка стратегии укрепления и развития на отечественном рынке и выхода на международный;
4.2.Подготовка обзоров перспективных направлений науки и техники, экономики и бизнеса, требующих применения онтологий и мультиагентных технологий (подвижной состав, наземные транс-портно-технологические средства, робототехника, энергетика и др.);
4.3.Создание презентационно-рекламных материалов по направлениям деятельности (Интернет сайт, печатная продукция, видео ролики для YouTube );
4.4.Продвижение продукции и услуг Центра на отечественном и зарубежном рынке при поддержке руководства и специалистов КБШ железной дороги;
4.5.Участие в отечественных и международных ярмарках, выставках,миссиях.
5. Публикации и конференции:
5.1.Подготовка публикаций в ведущих отечественных и зарубежных изданиях.
5.2.Проведение на базе ЦНК научных конференций российского и международного уровня.
5.3.Участие сотрудников ЦНК в научных конференциях российского и международного уровня.
5.4.Подготовка трех монографий по тематике надежности и качества сложных систем железнодорожного транспорта.
6. Международная деятельность:
6.1.Участие в международных ассоциациях и комитетах, научных проектах по надежности и качеству и мультиагентным технологиям, включая международную ассоциацию непрерывного инженерного
образования (МАНИО) под эгидой Юнеско для под- протоколов взаимодействия для виртуального
готовки научных и педагогических кадров. «круглого стола»; оптимизация на дискретном мно-
6.3.Поиск заказчиков и партнеров на зарубеж- жестве номиналов параметров
ном рынке по надежности и качеству и мультиа- 4.использование онтологий для самообучения
гентным технологиям. мультиагентной системы надежности, обучением из
Заключение опыта, а также переходом к высокопроизводитель-
Направления дальнейших исследований и разра- ным вычислениям в облачных приложениях.
боток в области проблем надежности и качества Итак, прорывные исследования проблем надеж-
связываются с развитием принципов многокритери- ности и качества с позиций ТИН позволяют на ос-
ального подхода к оценке и обеспечению надежно- нове нового знания о теории интерсубъективного
сти с участием специалистов различного профиля: управления разрабатывать новую технологию обес-
1.выбор стратегии параметрического синтеза и печения надежности с помощью МАС-Н для сложных методов решения задачи с использованием детер- систем. Новая технология рождает линейку новых минированных и стохастических критериев; продуктов обеспечения надежности и качества
2.принятием решения об управляющих воздей- сложных систем на всех этапах их жизненного ствиях по надежности на основе совместного ви- цикла.
дения ситуации и сотрудничества многих исполни- Предлагаемый подход позволяет сделать первый
телей; шаг в создании совершенно новых интеллектуальных
3.созданием сетецентрических систем для под- систем класса «эмерджентного интеллекта», по-держки механизмов принятия и согласования реше- строенного на основе фундаментальных принципов ний по надежности на основе развития логики и нелинейной термодинамики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стратегия развития транспортной системы России/ Правительство Российской Федерации. Распоряжение от 11 июня 2014 года N 1032-р./Режим доступа : http://docs.cntd.ru/document/4 20202382
2. Методология анализа работы структурных подразделений. /В.А.Гапанович, Б.Ф.Безродный, А.В.Горелик, Д.В.Шалягин //АСИ.- 2013.- №1.- С.2-5
3. На основе оптимизации стоимости жизненного цикла. / В.А.Гапанович // Железнодорожный транспорт.- 2013.- №6.- С.26-34.
4. Виттих В.А. Введение в теорию интерсубъективного управления. - Самара: Самарский научный центр РАН, 2013. -64с.
5. Виттих В.А. Целостность сложных систем // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: Труды IV международной конференции (17-23 июня 2002 г., Самара, Россия). - Самара: Самарский НЦ РАН, 2002. - С. 48-58.
6. Система УРРАН. Универсальный инструмент поддержки принятия решений. / В.А.Гапанович //Железнодорожный транспорт.- 2012.- №10.- С.16-22
7. Создание АС УРРАН. /И.Н.Розенберг, А.М.Замышляев, С.В.Калинин // Железнодорожный транспорт.-2012.- №10.- С.41-44
8. Баклашов В.И., Казанская Д.Н., Скобелев П.О. Шпилевой В.Ф., Шепилов Я.Ю. Мультиагентная система Smart Factory для адаптивного стратегического и оперативного управления цехами производства «точно в срок» и «под заданную стоимость» // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 16, №1(5), 2014. - С. 1292-1295.
9. П.О. Скобелев, П. Лейтао, Д.Н. Казанская, Я.Ю. Шепилов. Холоническая архитектура мультиаегнт-ной системы управления ресурсами предприятия // Труды XVI Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах», Самара, 30 июня-03 июля 2014г. - Самара: СНЦ РАН, 2014.
10. Андрончев И.К., Красинская Л.Ф. Подготовка специалистов для транспортной отрасли: проблемы и перспективы. //Высшее образование в России. 2013. № 7. С. 10-15.
11. Андрончев И.К. Формирование и развитие организационно-экономического механизма конкурентоспособности современных вузов. //Вестник Самарского государственного университета. 2015. № 5 (127) . С. 188-193.
12. Кобяков А. Вызовы XXI века: как меняет мир четвертая промышленная революция. Подробнее на РБК: http://www.rbc.ru/opinions/economics/12/02/2016/56bd9a4a9a7 947 4ca8d33733
13.Андрончев И.К., Красинская Л.Ф., Перевертов В.П. Плюсы и минусы уровневой подготовки специалистов в транспортном университетском комплексе // Тр. междунар. симпоз. "Надежность и качество". Пенза, 2013, т.1.С.54 - 57.
14.Андрончев И.К., Перевертов В.П. Некоторые аспекты повышения качества подготовки специалистов на современном этапе // Тр. междунар. симпоз." Надежность и качество". Пенза, 2016, т.1. С.94 -96.
15.Перевертов В.П. Труд руководителя на железнодорожном транспорте: конспект лекций / В.П.Пере-вертов.-Самара: СамГУПС, 2016.- 145 с.
УДК 621.3+629.78+004.9
Бозриков В.С., Абрамов Г.А., Пиганов М.Н., Лофицкий И.В.
ФГБОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» (Самарский университет), Самара, Россия
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ НА БОРТОВУЮ АППАРАТУРУ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В статье в соответствии с проектируемым приложением выдвинуты требования к технологической платформе приложения (программной составляющей). Произведен обзор существующих решений. Сделан выбор наиболее оптимального варианта. Разработаны алгоритмы и программный комплекс оценки влияния электромагнитных полей вызванных электростатическими разрядами, на бортовую аппаратуру космических аппаратов. Проведены тесты быстродействия выполнения команд
Ключевые слова:
Программное обеспечение, аппаратные требования, быстродействие, алгоритм, космическая аппаратура, электростатический разряд, операционная система
Введение помех, отрицательного влияющих на элементы,
Одной из проблем современной ракетно- косми- устройства и бортовые системы в целом. Поэтому ческой техники является внешняя и внутренняя вся бортовая аппаратура (БА) проходит испытания
электризация космического аппарата (КА) [1-5] . на устойчивость к воздействию факторов ЭСР на
Электризация оболочки КА вызывает электростати- этапе наземной отработки [4]. Результат испыта-ческие разряды (ЭСР) на поверхности электродных
