Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время на предприятиях промышленности серийно выпускаются комплексы средств автоматизированного управления огнем артиллерии (КСАУ): «Машина», «Фальцет», «Машина-М», «Капустник-Б».
Постоянно возрастающие требования к оперативности управления, составу решаемых функциональных задач все в большей степени требуют комплексного подхода к вопросам повышения эффективности КСАУ в условиях неопределенности и нестационарности внешней среды, под воздействием которой могут возникнуть отказы отдельной аппаратуры, либо полный выход из строя пунктов управления (ПУ), входящих в состав КСАУ.
В этих условиях для сохранения уровня работоспособности и возможностей системы, необходимо проводить реконфигурацию структуры КСАУ. При этом передача функций управления отказавшего ПУ другим (работоспособным) требует формирования на этапе применения принципиально новых работоспособных конфигураций КСАУ. Другими словами, на этапе применения надо оперативно сформировать новую структуру системы. В реальных условиях выполнение мероприятий по реконфигурации структуры КСАУ занимает большой интервал времени, так как процедуры не автоматизированы. Решение этой задачи возлагается на операторов.
По своему содержанию задача реконфигурации близка к классу задач структурно-функционального синтеза сложных систем. Исследованию данного класса задач посвящены работы многих ученых: Цвиркуна А.Д., Акинфиева В.И., Додонова А.Г., Землякова С.Д., Рудковского В.Ю., Андрейчикова А.В., Юсупова P.M., Охтилева М.Ю. Однако, все ранее полученные результаты слабо учитывают динамику изменения внешнего мира на этапе применения систем по целевому назначению, когда фактор времени является определяющим. В данных работах не учитывалась распределенность элементов системы на этапе применения; при перераспределении функций между работоспособными элементами систем не проводилось согласование выбранных способов применения объектов с целевыми возможностями системы. В приведенных выше работах не учитывались физиологические ограничения человека, которые делают его «узким» звеном при принятии ответственных решений при возникновении нештатных ситуаций в условиях неопределенности и нестационарности внешней среды.
Таким образом, актуальной задачей является совершенствование реконфигурации КСАУ за счет разработки методического обеспечения на основе системного подхода и концепции ситуационного моделирования, базирующейся на технологиях обработки знаний.
Цель диссертационной работы - обеспечение непрерывности процесса управления и минимальных потерь эффективности КСАУ при выходе из строя отдельных ПУ.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
- анализ существующих КСАУ и определение направлений их
совершенствования;
выбор показателей оперативно-тактической эффективности КСАУ;
разработка математического аппарата поддержки принятия решений на основе двухэтапного кластерного подхода;
разработка многоуровневой функциональной модели реконфигурации на основе IDEF0 технологии;
- разработка концептуальной модели базы знаний и структуры
экспертной системы поддержки принятия решений (ЭСППР);
- разработка имитационной модели функционирования КСАУ в режиме
реконфигурации, построенной на базе сетей Петри.
Методы исследования
Решение поставленной задачи проводилось на основе методов системного аналюа, теории вероятности, теории графов и элементов комбинаторики, теории принятия решений и искусственного интеллекта.
Научная новизна диссертационной работы обеспечивается за счет разработки методического обеспечения реконфигурации КСАУ, включающего:
- систему показателей оперативно-тактической эффективности
КСАУ;
математический аппарат поддержки принятия решений на основе двухэтапного кластерного подхода;
концептуальную модель базы знаний, содержащей описание типовых отказов и возможных вариантов реконфигурации для выполнения КСАУ поставленной задачи;
- имитационную модель функционирования КСАУ в режиме
реконфигурации, построенной на базе сетей Петри.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанное методическое обеспечение и построенная на его основе ЭСППР для организации реконфигурации КСАУ, позволяют сократить затраты времени на принятие решений о выборе рационального варианта реконфигурации структуры КСАУ, повышение качества, обоснованности и своевременности принимаемых решений.
На защиту выносятся:
Система показателей оперативно-тактической эффективности КСАУ.
Математический аппарат поддержки принятия решений на основе двухэтапного кластерного подхода.
Концептуальная модель базы знаний.
Структура ЭСППР.
Имитационная модель функционирования КСАУ в режиме реконфигурации.
Реализация и внедрение результатов работы
Экспертная система поддержки принятия решения для организации реконфигурации структуры КСАУ прошла экспертизу и зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ при Федеральном агентстве по образованию (№ государственной регистрации 50200900280).
Полученные в диссертации результаты использовались при разработке комплекса средств автоматизированного управления 1В181 во ФГУП «ВНИИ «Сигнал».
Модель базы знаний ЭСППР и математическое обеспечение реконфигурации КСАУ были применены в научно-исследовательской работе «Разработка программного обеспечения модернизируемого комплекса «Печора-2М» в ОАО «Прибор РСТ».
Алгоритм проведения реконфигурации КСАУ и оценка эффективности выполнения боевой задачи КСАУ в режиме реконфигурации реализованы в ОКР «Коалиция», проводимой ОАО ЦНИИ «Буревестник».
ЭСППР внедрена в учебный процесс ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева» на кафедре «Приборостроение» и используется в лекционном курсе и лабораторном практикуме по дисциплинам «Информационное обеспечение систем управления» и «Методы искусственного интеллекта».
Внедрение результатов подтверждено соответствующими актами.
Апробация результатов работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции молодых ученых отрасли «Основные направления развития артиллерийского вооружения в современных условиях и конкурентоспособные разработки по конверсии» (Н. Новгород, 2004); X Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности» (Санкт-Петербург, 2007), научно-технической . конференции «Вооружение, автоматизация, управление» (КГТА, 2006); на конкурсе научно-технической деятельности молодежи (ФГУП ВНИИ «Сигнал», г. Ковров, 2007, 2008); научно-
технической конференции «Перспективы и научно-технические проблемы создания высокоэффективных средств АСУ РВ и А, ВДВ, ПВО и ТО СВ» (Москва, 2008); Всероссийской научно-технической конференции «Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация приборных устройств военной техники» (ВлГУ, г. Владимир, 2008); Международной конференции по математической теории управления и механике (г.Суздаль, 2009).
Публикации
По теме диссертации, опубликовано 11 статей, в том числе 2 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы. Общий объем диссертации 127 страниц. Работа содержит 36 рисунков, 10 таблиц, библиографический список из 76 наименований.
