CC BY
162
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОГРАММНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ревин
Сергей Алексеевич,
к.т.н., доцент, профессор Академии военных наук, старший научный сотрудник Центрального научно-исследовательского института Военно-воздушных сил Минобороны Российской Федерации, г. Щелково, Россия, [email protected]
Ключевые слова:
программное планирование; автоматизированная система, эффективность автоматизированной системы; структура автоматизированной системы; траектория развития автоматизированной системы.
и ?
О л л С
Качественные изменения, происходящие в сфере автоматизации управления, вызванные применением новых инфокоммуникационных технологий, проникновением автоматизации в элементы, ранее не относящиеся к автоматизированным системам, привели к тому, что возможности экспертной оценки программ развития сложных автоматизированных систем военного назначения уже не соответствуют возникшим синергетическим эффектам. Это привело к формированию новой, относительно самостоятельной, области научных исследований как результат преодоления диалектического противоречия между достигнутым масштабом и уровнем развития автоматизированных систем военного назначения и устаревшим способом управления их созданием. Объектом научных исследования являются автоматизированные системы военного назначения, представляемые как организационно-технический комплекс сил и средств, взаимоувязанный с точки зрения технического, математического, программного, информационного, лингвистического и других видов обеспечения. На начальном этапе формирования рассматриваемой области научных исследований, предлагается рассмотреть три предмета исследования: структуру автоматизированных систем военного назначения, эффективность применения управляемых сил и средств, определяемая с учетом характеристик автоматизированных систем военного назначения, и траекторию развития автоматизированных систем военного назначения во времени. Вербальная постановка задачи определения структуры автоматизированных систем военного назначения формулируется следующим образом: для заданного алгоритма преобразования (обработки) информации в процессе управления необходимо определить вариант построения автоматизированных систем военного назначения, соответствующий современным возможностям обработки (передачи) информации и позволяющий реализовать процессы управления с учетом обеспечения требований к системе. В основу решения задачи положен компромисс между требованием обеспечения устойчивости управления и минимизацией суммарных информационных потоков в системе. При оценке эффективности автоматизированных систем военного назначения, объект исследования представляется точкой в фазовом пространстве его характеристик, которая в последующем проецируется в критериальное пространство, отражающее влияние системы управления на эффективность применения управляемых сил и средств.
Задача обоснования стратегии создания (развития) автоматизированных систем военного назначения состоит в выборе такой траектории движения системы в фазовом пространстве её состояний, которая соответствует экстремальному значению функции определяющей эффективность применения управляемых сил и средств. При этом траекторию движения системы в фазовом пространстве можно представить как вариант Государственной программы вооружения, реализующийся как последовательность согласованных Государственных оборонных заказов.
Возрастание масштабов автоматизации управления войсковыми формированиями и оружием как по номенклатуре разрабатываемых комплексов средств автоматизации (КСА), так и глубине проникновения автоматизации в процессы управления привели к необходимости использования согласованных методов, моделей и методик программного планирования создания (развития) автоматизированных систем военного назначения (АС ВН). В настоящее время разработано значительное количество методик, решающих спектр задач от обоснования необходимости автоматизации до определения целесообразности модернизации комплексов средств автоматизации, находящихся в эксплуатации. Данные методики использовались также и при решении частных задач программного планирования создания (развития) АС ВН. Но с возрастанием масштабов автоматизации применение частных методик, в целом не согласованных по критериям, методам и исходным данным, приводило к получению неадекватных результатов. В результате это привело к отказу от их совместного применения и переходу к экспертной оценке. В то же время, качественные изменения, происходящие в сфере автоматизации управления, вызванные применением новых инфокоммуникационных технологий, проникновением автоматизации до элементов, ранее не относящихся к АС ВН, объединение различных автоматизированных систем привели к тому, что возможности экспертной оценки программ развития АС ВН уже не соответствуют возникшим синергетическим эффектам. Следует констатировать, что фактически в настоящее время формируется новая, относительно самостоятельная, область научных исследований как результат преодоления диалектического противоречия между достигнутыми масштабами и уровнем развития АС ВН и устаревшими способами управления их созданием.
Исходя из этого сформулирована и решена следующая научная проблема: повышение качества программного планирования создания (развития) АС ВН и уровня обоснования предложений в Государственную программу вооружения (ГПВ) на основе обоснования структуры АС ВН и определения оптимальной траектории их развития во времени.
Объектом исследования являются автоматизированные системы военного назначения, представляемые как организационно-технический комплекс сил и средств, взаимоувязанный с точки зрения технического, математического, программного, информационного, лингвистического и других видов обеспечения.
Комплексное рассмотрение АС ВН, находящихся на различных этапах жизненного цикла, требует руководствоваться некоторой топологической моделью объекта исследования, позволяющей системно увязать решения частных задач. В настоящее время, при рассмотрении АС ВН, общепризнанным является представление систем согласно ГОСТ 34.003-90, с выделением различных видов обеспечения (лингвистического, информационного, математического, программного, технического и т.д.), реже используется эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ-ВОС ) ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99.
Представление АС ВН, согласно положениям ГОСТ
34.003-90, существенно важно при проектировании составных частей систем, но имеет ряд недостатков при программном планировании создания (развития) систем, к основным из которых следует отнести:
отсутствие целевой направленности создания и функционирования АС ВН;
отсутствие возможности иерархической увязки различных видов обеспечения АС ВН;
отсутствие механизма обоснования и изменения структуры АС ВН исходя из возможностей обработки информации, в том числе распределенной обработки.
Эталонная модель взаимодействия открытых систем разрабатывалась в интересах проектирования, прежде всего, систем связи и оправдывает свое назначение, но при исследовании АС ВН имеет ограниченное применение в силу обобщенного характера описания процессов управления [4].
С целью нивелирования указанных недостатков, предлагается альтернативное девятиуровневое структурирование объекта исследования с группированием на трех слоях: информационном, системном и физическом [1]. Данное представление АС ВН и результат сопоставления предлагаемой декомпозиции АС ВН с положениями ГОСТ 34.003-90 и ЭМВОС представлен в табл. 1. Автор не претендует на законченный характер топологического представления АС ВН. Данный вопрос достаточно сложен и требует широкого обсуждения, но в данных исследованиях именно такое представление позволило разработать основы программного планирования создания АС ВН с единых концептуальных позиций [5].
Сложный характер объекта исследования предполагает предметную область представить тремя относительно независимыми сегментами. Каждый из сегментов характеризуется своим предметом исследования, которыми соответственно являются: структура АС ВН, эффективность применения управляемых сил и средств, определяемая с учетом характеристик системы управления, и траектория развития АС ВН по этапам программного периода.
В первом сегменте исследуется структура объекта исследования, и разрабатываются теоретические основы обеспечения её рациональности. Примем, что процессы управления могут быть реализованы различными вариантами построения АС ВН. Тогда вербальная постановка задачи определения структуры АС ВН формулируется следующим образом: для заданного алгоритма преобразования (обработки) информации в процессе управления необходимо определить такой вариант построения АС ВН, назовем его рациональным, который будет соответствовать современным возможностям обработки (передачи) информации и позволит реализовать процессы управления с учетом обеспечения требований к системе. В основу обеспечения рациональности структуры АС ВН положен компромисс между требованием обеспечения устойчивости управления и принципом минимизации суммарных информационных потоков в системе, что повышает оперативность управления, снижает нагрузку на каналы и сети связи, а также способствует снижению суммарных затрат на её разработку. На основе данного принципа разработан метод синтеза информационных структур, в основу которого положено
Таблица 1
Топологическая декомпозиция АС ВН
Слой № п/п Уровень Описание уровня Виды обеспечения АСУВ (ГОСТ 34.003-90) Уровень ЭМВОС
IX 1 Операционный (процессный) Взаимосвязанная совокупность операций по преобразованию информации в интересах обеспечения применения сил (средств) Информационное, математическое Прикладной
X X о X в £ 5ч о # К 2 И н фор м ацион н о-л и н гв истичес кий Классификаторы, взаимосвязанная совокупность баз данных и их связи с источниками и потребителями информации с учетом организации хранения и доступа к информации Информационное, лингвистическое 11редставительный
3 Программный Совокупность алгоритмов преобразования информации, выраженная в программном виде Программное
4 Функциональный Взаимосвязанная совокупность должностных лиц Организационное, правовое,
-С к 5 Организационный Система пунктов обработки информации, должностные лица, распределенные по пунктам обработки информации методическое
Р о ж и 6 Технический Взаимосвязанная совокупность комплексов средств автоматизации Техническое, эргономическое Сеансовый
7 Транспортный Совокупность каналов н сетей связи между пунктами обработки информации Сеансовый, транспортный, сетевой
=Х Б ■л О 8 Материальный (ресурсный) Совокупность материальных средств, необходимых для выполнения войсковыми формированиями задач по предназначению Канальный, физический
X СО К © 9 Целевой Совокупность средств поражения (воздействия на противника), в процессе выполнении задач по предназначению
графоаналитическое представление процессов преобразования информации (информационных потоков) [2]. Фактически данный метод является расширением методологии структурного анализа и проектирования 8АБТ (ГОЕРО). В графическом представлении система ГОЕРО-моделей -это иерархически организованная совокупность диаграмм, состоящих из блоков, соединенных дугами, где верхняя диаграмма является наиболее общей, а нижние диаграммы являются детализацией предыдущих.
Во втором сегменте АС ВН представляется точкой в фазовом пространстве её характеристик, которая в последующем проецируется в критериальное пространство, отражающее влияние системы на эффективность применение управляемых сил и средств. В основу исследования положен следующий принцип: развитие обеспечивающих
систем, к которым в данном контексте относится и АС ВН, определяется требованием максимальной реализации эффективности применения войсковых формирований и оружия (ВФиО) [3]. Многообразие КСА, разрабатываемых в интересах обеспечения применения сил и средств, представляет определенную трудность при проведении сравнительного военно-экономического анализа. Особенно это относится к КСА, обеспечивающим решение задач различного физического содержания. Например, при обосновании предложений в Государственную программу вооружения представляет сложность сравнить вклад в приращение боевых возможностей авиации КСА пункта сбора и обработки данных воздушной разведки и КСА группы боевого управления, разворачиваемой при КП мотострелкового подразделения. Но данные средства принадлежат
одному разделу ГПВ и в рамках бюджетных ограничений могут рассматриваться как альтернативные решения при распределении ассигнований на разработку и серийные поставки (СП). Выходом из этой ситуации является оценка эффективности автоматизации управления в показателях эффективности надсистемы. Анализ показал, что целесообразно выделить три уровня оценки: оценка элемента АС ВН;
оценка составных частей (подсистем) АС ВН (функциональная эффективность);
оценка АС ВН как элемента надсистемы (интегральная эффективность).
Методический аппарат оценки эффективности АС ВН должен обеспечить решение следующих задач:
выявление «узких мест» в процессе функционирования системы управления и обоснование необходимости разработки автоматизированных подсистем и комплексов управления; обоснование рациональной структуры АС ВН; предъявление тактико-технических требований к системе в целом и её подсистемам (элементам); программное планирование развития АС ВН; принятие решение о целесообразности модернизации КСА. В третьем сегменте АС ВН рассматривается как сложная многофункциональная территориально-распределенная
организационно-техническая система, требующая обоснования траектории изменения структуры и состава АС ВН во времени. Задача обоснования стратегии создания (развития) АС ВН состоит в выборе такой траектории движения системы в фазовом пространстве её состояний, которая соответствует экстремальному значению функции, определяющей эффективность применения управляемых сил и средств. При этом траекторию движения системы в фазовом пространстве её состояний можно представить как вариант Государственной программы вооружения, реализующийся как последовательность согласованных Государственных оборонных заказов. По сути, речь идет о количественно-качественной оптимизации состава АС ВН по этапам жизненного цикла. Основной принцип исследования - скользящее планирование - предполагает учитывать как предысторию процесса создания системы, так и изменение условий её разработки и эксплуатации. При этом задача обоснования траектории изменения структуры и состава АС ВН ставится как задача оптимального управления.
В основу программного планирования создания АС ВН предлагается положить научно-методический аппарат, структура которого соответствует рассмотренному представлению предметной области и представлена на рис. 2.
Апробация научно-методического аппарата проведена
Рис. 1. Структура научно-методического аппарата программного планирования создания (развития) АС ВС
на примере АСУ оперативно-тактической авиации. Исследования проводились на основе комбинаторного и логического анализа, структурно-функциональной декомпозиции объекта исследования, были использованы методы кластерного анализа и исследования операций (в частности метод динамики средних, аналитический аппарат теории массового обслуживания, методы теории игр), сетевое планирование, многокритериальная оптимизация, оптимальное управление, математическое моделирование, а также современные средства компьютерного моделирования, включая имитационное моделирование.
В качестве инструмента создания моделей и их прототипов использовались модули «Поиск решения» и «Анализ данных» MS Excel 2007, пакеты AnyLogic 6.4 Professional, MathCAD 7, среда объекгно-ориентирован-ного программирования Delphi 7. При разработке теоретических положений обоснования структуры АС ВН использовались онтологический подход к представлению знаний и методология структурного анализа и проектирования SADT (IDEF0).
Литература
1. Ревин С.А. Топологическое представление автоматизированных систем управления войсками // Вестник Академии военных наук. 2014. № 2 (47). С. 53-56.
2. Ревин С.А., Сарычев А.П. Теоретические положения обоснования структуры автоматизированных систем управления специального назначения II Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2014. Т. 6. №3. С. 38-43.
3. Фунтиков А.Г. и др. Основы теории вооружения / Под ред. А.Г. Фунтикова. М.: Воениздат. 1993. 456 с.
4. Легков К.Е. Основные теоретические и прикладные проблемы технической основы системыуправления специального назначения и основные направления создания инфоком-муникационной системы специального назначения II Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт. 2015. Т. 7. № 6. С. 42.
5. Смирнов Б.П., Зверев А.Б., Легков К.Е. К вопросу о создании информационного пространства автоматизированных систем специального назначения II Труды СевероКавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. 2014. №1. С. 53-57.
Для цитирования:
Ревин С. А. Научно-методические аспекты программного планирования создания автоматизированных систем военного назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2016. Т. 8. № 6. С. 42-46.
SCIENTIFIC-METHODICAL ASPECTS OF PROGRAM PLANNING OF THE CREATION OF AUTOMATED MILITARY SYSTEMS
Sergey A. Revin,
Shelkovo, Russia, [email protected]
Abstrae
Qualitative changes occurring in the field of automation control, caused by the use of new information and communication technologies, by the penetration of automation to elements, that were not previously associated with automated systems, have led to the fact that opportunities of expert evaluation of development programs for complex automated military systems (AMS) already do not correspond to a synergistic effects arising. This led to the shaping of new, relatively independent field of scientific research, how a result of overcoming the dialectical contradiction between the achieved scale and the level of development of automated military systems and outdated way of controlling with their creation. The object of scientific research is automated military systems submitted as organizational and technical complex of forces and means, interrelated with the point of view of technical, mathematical, software, information, linguistic and other types of ensure. At the initial stage of shaping of the considered area of scientific research, it is proposed to consider three subjects of study: the structure of the automated military systems, the efficiency of the application managed force and means, defined with due account to characteristics of the automated military systems, and the trajectory of development of the automated military systems in time. Verbal formulation of the problem of determining the structure of the automated military systems is formulated as follows: for a given transformation algorithm (processing) of information in the management process necessary to the variant to determine of constructing of automated military systems, appropriate with current modern capabilities processing (transmission) of information and allowing to realize the management processes with due account of the ensure to requirements to system. To the basis of solving the task puted the compromise between the ensure of requirement of sustainability management and the minimization of the total information flow in the system. When assessing the effectiveness of the automated military systems, the object of
study is represented by a point in phase space of its characteristics, which in subsequent is projected into the criteria! space, reflecting the impact of management systems on the efficiency of the application managed force and means. Herewith possible the trajectory of movement of the system in phase space to represented as a variant of the Government program of armament, which is realized as a sequence of agreed Government programs of armament. Keywords: program planning; automated systems; the efficiency of automated systems; the structure of automated systems; the trajectory of development of automated systems.
References
1. Revin S.A. Topological representation of automated command and control systems by troops. Vestnik Akademii voennykh nauk. 2014. No. 2 (47). Pp. 53-56. (In Russian).
2. Revin S.A., Sarychev A.P. The theoretical framework of the study structure of automated control system of special designation. H&ES Research. 2014. Vol. 6. No. 3. Pp. 52-55. (In Russian).
3. Funtikov A.G. Osnovy teorii vooruzheniya [Fundamentals of the theory of arms]. Moscow, Voenizdat. 1993. 456 p. (In Russian).
4. Legkov K.E. Main theoretical and applied problems of a technical basis of a control system of a special purpose and main directions of creation of infokommunikatsionny system of a special purpose. T-Comm. 2015. Vol. 7. No. 6. 42 p. (In Russian).
5. Smirnov B.P., Zverev A.B., Legkov K.E. K voprosy o sozdanii informatsion-nogo prostranstva avtomatizirovannykh spetsial'nogo naznacheniya [To a question of creation of information space of the automated systems of a special purpose]. Trudy Severo-Kavkazkogo filiala Moskovskogo tekhichesko-go universiteta cvyazi I informatiki [Works of the North Caucasian branch of the Moscow technical university of communication and informatics]. 2014. No. 1. Pp. 53-57. (In Russian).
Information about authors:
Revin S.A., Ph.D., associate professor, senior researcher Central research institute of Air forces of Department of defense of Russian Federation.
For citation:
Revin S.A. Scientific-methodical aspects of program planning of the creation of automated military systems. H&ES Research. 2016. Vol. 8. No. 6. Pp. 42-46.
