CC BY
17
МЕТОД ТЕХНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
© Мистров Л.Е.*, Первухин Д.А.Ф, Ильюшин Ю.В.*
Центральный филиал Российской академии правосудия, г. Воронеж Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург
В статье рассматривается вопрос технического синтеза обеспечивающих функциональных организационно-технических систем. Рассмотрены основные принцип обеспечения работы функциональных систем. Рассмотрены принципы декомпозиции в условиях неопределенности.
Ключевые слова: управление, устойчивость, системотехнический синтез.
Обеспечивающая функциональная организационно-техническая система (ОФС), актуальность создания которой обоснована в [1-3], представляет совокупность объединенных единством цели обеспечивающих организационно-технических систем (ООТС), технических обеспечивающих систем (ТОС) и комплексов управления, добывания информации и исполнения, предназначена для реализации с заданной эффективностью применения целевых функциональных систем (ФС) в конфликтах за перераспределение (овладение) определенного вида (типа) материального, энергетического или информационного ресурса. Синтез ОФС осуществляется на аспектах организационно-технического, системотехнического и технического синтеза [1].
Техническую основу ОФС составляют ТОС, синтез которых проводится с учетом [1] на аспекте технического синтеза. ТОС представляет собой совокупность объединенных единством цели средств управления, добывания информации и исполнения, применяемую в интересах целевой организационно-технической системы (ОТС) для решения одной или нескольких задач в условиях конфликта. Основу ТОС составляют комплексы информационной индивидуальной и групповой безопасности (КИБ, КГБ) отдельных и групп элементов целевой ОТС от активного воздействия элементов противодействующей ОТС (для определенности, ОТС {5}) на основе снижения эффективности её информационных систем и средств добывания информации
* Доцент Центрального филиала Российской академии правосудия, доктор технических наук, доцент.
* Заведующий кафедрой Системного анализа и управления Национального минерально-сырьевого университета «Горный», доктор технических наук, профессор.
" Ассистент кафедры Системного анализа и управления Национального минерально-сырьевого университета «Горный», кандидат технических наук.
и управления исполнительными элементами на различных этапах конфликта. Особенность применения ТОС заключается в выполнении задач по детерминированным алгоритмам функционирования для определенных ООТС целей, задач, критериев, ресурсов и условий внешней обстановки.
Постановка задачи аспекта технического синтеза
В соответствии с теорией исследования операций [4,5] методы исследования эффективности ТОС {А} включают уровни исследования: средств по информационным ПЭ; комплексов по информационно -интегральным ПЭ и ТОС по интегральным ПЭ, учитывающим ее целевое предназначение.
С учетом приведенных особенностей синтез ТОС проводится по интегральным ПЭ на основе методологии синтеза сложных систем [2]. В соответствии с теорией эффективности сложных систем [4, 5] решение подобного рода задач предполагает построение модели конфликта двух ОТС, каждая из которых стремится обеспечить себе максимальный выигрыш путем выбора и реализации оптимальных составов, структуры и алгоритмов по управлению средствами добывания информации и исполнения, рассчитывая на средства (меры) и способы противодействия другой стороны, преследующей свои цели в конфликте ФС. Модель разрабатывается для анализа стратегий поведения ОТС в конфликте и парирования неопределенности исходных данных (возможных способов противодействия, степени информированности и т.п.). Ее создание базируется на методах теорий исследования операций, игр и максимина, адекватно отображающих существо конфликта, в которых на предполагаемый ход одной стороны (принятие решений на выбор средств (мер) и способов противодействия) осуществляется оптимальное противодействие (с учетом априорной осведомленности о предстоящем ходе противоположной стороны) другой стороны (выбор оптимальных стратегий действий). Применение этих методов для оценки итогов конфликта обеспечивает получение «гарантированного» результата, поскольку из всего множества возможных стратегий поведения ОТС {В} выбираются такие, в которых ТОС {А} оказывается в наиболее «тяжелых» условиях функционирования.
Траектория синтеза ТОС представляет возвратно-поступательный процесс принятия решений в виде совокупности формализованных процедур с обратной связью, позволяющий создать конструктивные математические модели. Она базируется на последовательном решении задач:
постановка задачи на основе декомпозиции цели синтеза на систему задач «допустимой» сложности; разработка описательной модели применения ТОС в виде взаимосвязанных пространственно-временных условий ее применения и действий ОТС {В}; определение объектов воздействия в структуре ОТС { В}; обоснование ограничений, критерия и ПЭ; генерация вариантов ТОС, конкурирующих по эффективности с учетом достижимого уровня технических характеристик ее средств и формирование собственно физиче-
ской и математической постановки задачи; разработка методики оценки эффективности в виде набора варьируемых параметров, составляющих структурно-параметрическую модель оценки эффективности ТОС, и иерархической системы моделей функционирования ее элементов; формализация задачи синтеза, т.е. получение строгой математической модели, обеспечивающей формирование области поиска решения и учет принципов оптимальности заказчика при выборе предпочтительного варианта ТОС.
Структура ТОС формируется на основе отношений «целое - часть» и принципов «права вмешательства верхнего уровня» и «зависимости решения верхнего уровня от нижних уровней». Это позволяет структуру ТОС представить в виде системы взаимоупорядоченных отношений по управлению (подчиненности), информации и взаимодействию ее элементов, совместное применение которых является решением поставленной задачи. Перечисленные принципы совместно с известным в теории исследования операций принципом «гарантированного результата» [5] (или принципом максимина) обеспечивают выбор предпочтительного варианта ТОС.
Приведенный метод решения задачи синтеза ТОС позволяет «разобраться» в большом количестве конкурирующих по эффективности элементов и исключить ошибки в создании систем, связанные со значительными, неоправданными расходами на создание неэффективных или ненужных средств.
Метод решения задачи технического синтеза
Синтез ТОС проводится реализацией внешнесистемного и внутрисистемного факторов метода системотехнического синтеза [1-3]. Внешнесис-темные факторы (Щ) определяют место ТОС в структуре ООТС на основе учета отношений по управлению (У), информации (И) и взаимодействию (В). Внутренние факторы характеризуют состав образующих ее средств, технические параметры, способы взаимосвязи и функционирование во времени и пространстве. Синтез ТОС заключается в обосновании такой системы, которая в условиях конфликта обеспечивает выполнение задач, поставленных ООТС с заданной эффективностью. Выполнение внешнесистемных требований и определение внутрисистемных характеристик составляет цель и содержание структуры синтеза ТОС.
Противодействующей ОТС на основе априорной информации проводятся мероприятия по совершенствованию состава, характеристик, алгоритмов функционирования и способов применения своих технических систем в части их адаптации к изменению параметров внешней обстановки, получению недостающей информации о дислокации, типах и характеристиках ОТС {А}, а также о возможных стратегиях поведения. Это позволяет ей для получения максимального качества применения варьировать составом (В), характеристиками (В) и способами (В) применения ТОС в прогнозируемой целевой и помеховой обстановке.
Целью же применения ТОС является обеспечение заданного качества применения ОТС {А} в конфликте на основе распределения ресурсов средств исполнения - средств КИБ и КГБ [1-3] и комплексов средств безопасности привлекаемых ТОС для реализации эффективных действий отдельных и групп элементов ОТС.
Это позволяет противодействующие ОТС представить противоборствующими системами, их цели - противоположными, а взаимодействие -конфликтным. Учет данных факторов обусловливает рассмотрение задачи синтеза ТОС на основе максиминного подхода, реализация которого обеспечивает получение гарантированного результата для множества способов поведения ОТС {В} в условиях наличия информации об элементах ОТС {А}, вариантах состава, характеристиках, алгоритмах функционирования и способах применения ТОС.
В качестве критерия эффективности синтезируемой ТОС выбирается максиминное значение среднего числа выполненных задач ОТС, где максимум определяется вариантом (составом, характеристиками, алгоритмами функционирования и способами применения) ТОС, а минимум - аналогичными параметрами ОТС {В}.
В условиях действия жестких массогабаритных ограничений на размещение средств ТОС на элементах ОТС, априорной неопределенности о дислокации объектов воздействия и способах применения ОТС {В} синтез ТОС проводится применительно к возможным вариантам состава и способов применения по оптимальным, заранее определенным характеристикам составляющих средств. Эти варианты формируются эвристически, основываясь на идеях раздельного и комплексного применения различных средств с учетом заданных ограничений на ТОС, возможности технической реализации и конструктивных особенностей с использованием специализированных методик оценки эффективности.
Исходя из этого, физическая постановка технического синтеза ТОС формулируется в следующем виде.
Требуется при заданных:
- составе, структуре и способах применения ОТС {A};
- отношениях ОТС {A} по управлению (У), информационному обеспечению (И) и взаимодействию (В) в структуре ФС;
- номенклатуре, характеристиках и эффективности средств КИБ и КГБ ТОС по обеспечению действий элементов ОТС (U m);
- массогабаритных ограничениях по размещению средств ТОС на элементах ОТС;
- составе, структуре (Ag, g = 1, G, g ф к) и эффективности (U g) комплексов средств защиты привлекаемых ТОС по обеспечению действий групп элементов ОТС {A};
- составе, характеристиках и расположении элементов ОТС {В}из множества возможных вариантов Q определить множество допустимых k-ых вариантов Qk ТОС { A = {A, Ak, A} } (состав ( A ), характеристики ( A ), алгоритмы функционирования и способы применения ( A )), которые обеспечивают максиминное значение среднего числа выполненных задач ОТС (Uk) в конфликте с противоборствующей ОТС {В}, не менее заданного U3, и выбрать из него предпочтительный k -й вариант системы, обладающий минимальной стоимостью (C к).
То есть, из множества Q возможных вариантов ТОС при заданных внеш-несистемных отношениях по управлению (У), информационному обеспечению (И) и взаимодействию (В) в структуре ОТС {A} (У, И, В е W) требуется определить множество допустимых Qk (Qk е Q) вариантов, обеспечивающих заданную эффективность применения ОТС (U) в конфликте:
Q = {k : к = [Arg max rnmUk (Ak, Ag, Am ,Ug,Um, Bk ) > U3 ]}
Aeil BkilB (1)
и из него выбрать предпочтительный вариант (к), обладающий минимальной стоимостью:
к * = А^тт Ск (2)
_ ~ _ Ьк при ^А = {^А^А}; = {Ми : < ак};
Q е n'; Q е n'A
k* ~k е n A
N0 Rk
nkB = {nB.nB.nB}; Q =!! Bt \\KT ; n£ =!! By || ; QB = : X X ¿JL ± Vk}
n=1 r=1
(3)
(4)
k = 1, K ; g = 1, G; m = 1, M ; n = 1, N ; r = 1, R; s = 1, S
где Uk(Ak, Ag, Am, Ug*, Um*, Bk) - среднее число задач, выполненных ОТС при k-м варианте ТОС и B = {Bk, Bk, Bk} -м составе ( Bk ), характеристиках ( Вк ) и стратегиях поведения ( Bk ) ОТС {В} в конфликте, равное:
No
U (Ak, Ag, Am ,U*,U*, Bk ) = £ PL (Ak, vkrs)
n=1
U3 - требуемое среднее число задач, подлежащих выполнению ТОС; Qa, ПА, Qa - множество составов, характеристик и способов применения k-го варианта ТОС, соответственно;
i=i
Q.kB, QkB, Qk - множество (вектор) параметров, характеризующих изменение состава, характеристик и способов применения ОТС {В} в зависимости от к-го варианта ТОС, соответственно;
Mki - количество средств 1-го типа в к-м варианте состава ТОС; qkl - массогабаритные характеристики 1-го средства k-го варианта ТОС; Qk - массогабаритные ограничения на размещение к-го варианта ТОС; QB* - множество реализуемых характеристик 1-х средств, включаемых в состав k-го варианта ТОС;
^k* Il B* 7 k* и « ,
Q = t , d || - вектор параметров, характеризующий временные ( t, )
и пространственные ( df ) ограничения на применение 1-х средств в k-м варианте состава ТОС;
Rs - общее количество средств s-го типа в составе ОТС {В}; r - номер средства ОТС {В};
vk„rs - число воздействий на n-ый элемент ОТС s-го типа r-го средства ОТС {В} в условиях применения k-го варианта ТОС;
ysr - число возможных воздействий на n-ый элемент ОТС s-го типа r-х средств ОТС {В}, обусловленное применением k-го варианта ТОС, равное:
1, если n-ый элемент ОТС может обслуживаться s - го типа r-м средством ОТС {B}; (5)
0, в противном случае;
YB : inrs
P„rs(Ak, vk„rs) - средняя вероятность воздействия на n-ый элемент ОТС s-го типа r-го средства ОТС (В), зависящая от k-го варианта ТОС;
М - число вариантов средств КИБ, используемых для обеспечения действий одиночных элементов ОТС;
Ck - стоимость k-го варианта ТОС.
Если из-за завышенных требований заказчика по эффективности множество Qk = 0, осуществляется корректировка задачи (1)-(4) с учетом выделения дополнительного ресурса ОТС (N0) для вывода из строя наиболее важных объектов воздействия ОТС {В} в конфликте для реализации применения ТОС с эффективностью, не ниже требуемой.
Сформулированная задача (1)...(4) является многопараметрической оптимизационной задачей с нелинейной целевой функцией, связанными переменными и взаимозависимыми ограничениями. Ее решение в общем случае может быть получено за счет декомпозиции на частные задачи «допустимой» сложности, решение которых возможно с использованием известных математических методов.
Исходя из этого, представим внутреннюю задачу минимизации в (1) последовательностью задач дискретного программирования, соответствующих многоуровневости принятия решений в структуре ОТС {В}, в которых
решения вышестоящих являются обязательными для нижестоящих уровней (осуществляется реализация отношений по управлению, информации и взаимодействию) и, в свою очередь, зависят от решений (исходных данных) нижестоящих уровней.
Внешняя задача максимизации в (1) решается отдельно для каждого варианта ТОС с постепенным наращиванием сложности ее структуры от КИБ до КГБ. Включение в состав ТОС КГБ Nq(Ak) основывается на проведении предварительного анализа условий выполнения требований по заданной эффективности ее применения с помощью КИБ:
Ub (AB , BB ) < U3 ; N(Ab ) + Nq (Ak ) = N0(Ak ) aN(Ak ) > U3 (6)
При невыполнении данных условий рассматривается задача о выделении дополнительного ресурса ОТС (N0) для вывода из строя наиболее важных элементов ОТС {В} при
N(Ak) + Nq(AB) + No(AB) = No(AB) aN(Ak) > U3 (7)
после чего проводится новая итерация процедуры синтеза ТОС.
Список литературы:
1. Мистров Л.Е. Аналитический метод синтеза функциональной организационно-технической системы / Л.Е. Мистров // Наукоемкие технологии. -
2004. - № 11, Т. 5. - С. 51-58.
2. Мистров Л.Е. Метод системотехнического синтеза иерархических обеспечивающих функциональных систем / Л.Е. Мистров // Авиакосмическое приборостроение. - 2006. - №8. - С. 38-45.
3. Мистров Л.Е. Метод аналитического решения задачи системотехнического синтеза конфликтно-устойчивых обеспечивающих функциональных организационно-технических систем / Л.Е. Мистров // Машиностроитель. -
2005. - № 1. - С. 25-33.
4. Николаев В.И. Системотехника: методы и приложения / В.И. Николаев, В.М. Брук. - Л.: Машиностроение, 1985.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
© Нигмедзянова Н.И.*
ООО «Инфолинк», г. Чебоксары
В статье рассматриваются значение и роль информационных и телекоммуникационных технологий на развитие экономики страны, как в
* Руководитель отдела по работе с операторами связи ООО «Инфолинк», соискатель Института экономики, управления и права (г. Казань).
