Введение к работе
Актуальность проблемы. Методы моделирования применяются сегодня во всех науках - естественных и гуманитарных, фундаментальных и прикладных- Если рассматривать модель как набор средств описания структуры и функции, организации и поведения моделируемого объекта, очевидны две исследовательские задачи; первая состоит в выборе из существующих или разработке новых средств, вторая - в использовании их применительно к конкретному объекту. Причем термины "моделирование", "модель" применяются для обозначения процесса и результата решения каждой из задач.
Применительно к системам управления воздушным движением решение первой задачи связано с трудностями формализации и описания деятельности диспетчера. Традиционные методы не дают желаемого результата ввиду сложности и "плохой" структурированности объекта моделирования - деятельности человека при управлении логико-динамическими, многообъектными и полифункциональными системами, к которым относятся многие человеко-машинные системы, в том числе и системы УВД. Возникает основная проблема - разработка средств описания деятельности человека в указанных системах, которая,следуя работам по психологии мышления, рассматривается как процесс принятия решений.
Реализованный в работе подход включает несколько этапов. Первоначально на основе концептуальных представлений формируется структурно-функциональная схема модели принятия решений человеком в системах управления. Далее обосновываются возможности и целесообразность описания отдельных блоков и всей модели в целом с помощью аппарата диспозиций. На следующем этапе разрабатываются и проверяются методики конструирования и экспериментальной
идентифжации модели. И. наконец, создается специализированное математическое обеспечение для получения компьютерных версии модели при использовании их для имитации принятия решений в конкретных реальных человеко-машинных системах. Диспозиционные модели принятия решений (ДМПР) относятся к классу активных спринимающих самостоятельно решения) протокольных с генерирующих протоколы, аналогичные регистрируемым при реальной деятельности человека) интеллектуальных с способных планировать, обучаться, накапливать опыт} систем. Адекватность модели реальной деятельности и ее работоспособность проанализированы и экспериментально показаны.
Методика диспозиционного моделирования была применена для описания деятельности авиадиспетчеров аэродромной зоны. Появление нового класса моделей принятия решений обозначило круг проблем, актуальных как для развития методов имитационного моделирования в теории управления воздушным движением, так и для практического применения их при решении исследовательских, проектных и организационных задач. Укажем те из них. которые представлены в работе:
- создание моделирующих программных комплексов для компью
терной имитации УВД в ускоренном масштабе времени и использова
ния в качестве экспертных систем;
- использование имитационных компьютерных экспериментов
(ИКЭ) для прогнозирования поведения систем в типовых и нештатных
условиях при изменении техничэской части системы или организации
воздушного движения-.
- использование результатов МКЭ и категорийной основы дис-
позиционных моделей для уточнения системных понятий с эффектив
ности, пропускной способности, нагрузки на диспетчера), их изме-
рения и прогнозирования;
- использование процедур модели в качестве алгоритмов автоматизации принятия решений с алгоритмы обнаружения и прогнозирования конфликтных ситуаций) и в качестве обучагаих систем с программный тренажерный модуль для имитации проводок воздушных
СУДОВ?;
использование диспозиционных моделей принятия решений для разработки технологии контроля успешности выполнения тренажерных упражнений, успеваемости и профессиональной компетенции авиадиспетчеров;
использование диспозиционных модельных представлений для структурирования деятельности при проведении экспериментальных психофизиологических исследований функционального состояния диспетчеров, при поиске коррелятов напряженности труда с интенсивностью и структурой воздушного движения, с поведенческими и электрографическими показателями.
Разработка метода диспозиционного моделирования принятий решений потребовало рассмотрения круга вопросов, охватывающих такие научные направления, как:
і. общая теория систем и системный анализ.
г. психология мышления и высшая нервная деятельность.
-
семиотика и искусственный интеллект.
-
имитационное моделирование.
-
системы и средства программирования, е. управление движущимися объектами.
-
теория, автоматизация и моделирование систем УВД.
-
моделирующие, обучающие и тренажерные комплексы.
Среди работ первого направления оказали существенное влияние системные представления Месаровича М-. Акоффа А. . Паска Г..
Анохина П. К. . Амосова Н. М- . Кухтенко А. И. . трейдера Ю. А- и др. Из обширного второго направления использованы работы Выгодского
A. С , Рубинштейна С Л. . Прибрама К.. Воронина Л- Г. . Платонова
К. К. , Гальперина П. Я., Зинченко В. П. , Пушкина В. Н. . Напалкова
А.В. и др. Семиотические и процедурные аспекты моделирования ра
ссматривались в работе на основе исследований Карнапа Р., Калуж-
нина Л. А.. Зиновьева А- А. . Заде Л. . Минского М. . Поспелова Д. А-.
Журавлева Ю- И. , Шрейдера Ю. А- . Шенка Р.. Мельчука Н- А. . Виногра
да Т. » Попова Э. В. и др. Из четвертого направления следует отме
тить работы Шеннона Р., Бусленко А. П. . Глушкова В.М.. Моисеева
Н-Н-. Саридиса Д. Н. . Поспелова Г. С Разработка средств програм
мной реализации диспозиционных моделей осуществлялась на базе
работ Хигмана П.. Вирта Н. . Кнута Д. . Ершова А. П. . Штармана
B. С. Михалева В- М.. Последние три научных направления связаны с
практическими применениями диспозиодонных моделей при УВД. Среди
них преаде всего следует назвать работы Анодиной Т. Г. . Крыжанов-
ского Г. А-.Задорожного А-И-.Хопкина В.Д.,Эрада Б.А.,Кузнецова
А.А. .Унгуряна С Г- . Мокшанова В. И. . Дарымова Ю. П. и др.
Таким образом, актуальность темы исследований определяется потребностью разработки новых подходов к моделированию принятия решений человеком в сложных системах управления, разработки методов и создания средств компьютерного моделирования систем УВД. применения имитационных моделей для решения конкретных исследовательских, проектных и организационных задач управления воздушным движением.
Цель работы состояла:
і. в разработке принципов создания активных протокольных интеллектуальных моделей принятия решений человеком в слокных системах управления - метода диспозиционного моделирования при-
НЯТИЯ решений;
г. в разработке диспозиционных моделей принятия решений диспетчерами управления воздушным движением;
-
в создании программного обеспечения ДМПР и компьютерных реализаций диспозиционных моделей систем УВД;
-
в разработке методики и проведении имитационных компьютерных экспериментов с ДМПР;
-
в использовании методики даспозиционного моделирования, категорийного аппарата и процедур ДМПР для решения практических задач УВД.
Общая методика проведения исследований. При формировании структурно-функциональной схемы модели принятия решений человеком в системах управления детально были проанализированы различные концептуальные представления о механизмах деятельности в психологии мышления и высшей нервной деятельности. Особое значение имели работы по когнитивной психологии и сложным системам временных связей. При этом проводились собственные экспериментальные исследования деятельности человека при решении задач. На этапе выработки предложений по формальному описанию моделей дис-позиционными средствами использовались методы, разработанные в теоретической и прикладной семиотике и искусственном интеллекте.
Настройка диспозиционных моделей на конкретную предметную деятельность человека с принятие решение диспетчерами УВД) сопровождалась многочисленными экспериментами в реальных и тренажерных условиях с применением различных методик опросов, регистрации и обработки поведенческих и электрографических показателей деятельности. Иногда это требовало изготовления и оригинальных экспериментальных установок.
Создание компьютерных реализаций моделей осуществлялось пу-
тем разработки системных и программных средств- Выработана собственная технология программирования даспозиционных моделей, базирующаяся на оригинальных языковых и инструментальных решениях.
При практическом использовании даспозиционных моделей выбор и постановка задач осуществлялась на базе теоретических исследований в области УВД. подходов к автоматизации систем, принципов построения тренажерных комплексов. Большое значение при этом имело сотрудничество с рядом коллективов из организаций гражданской авиации и промышленности, прежде всего совместные работы с Анищенко П. М. . Сулеймановым Р. Н. . Муговкиным В. П. и другими. Основными при решении практических задач были методы имитационного компьютерного моделирования, разработки алгоритмов и экспериментального исследования деятельности авиадиспетчеров.
Научная новизна и практическая значимость работы определяется полученными результатами, подробно сформулированными в заключении, которые сводятся к
і. разработке метода диспозиционного моделирования принятия решений человеком в системах управления;
г. созданию диспозиционного моделирущего программного комплекса для имитации принятия решений в человеко-машинных системах и компьютерных версий для моделирования систем УВД;
-
проведению имитационных компьютерных экспериментов с диспозиционными моделями и получению оригинальных данных о поведении систем УВД в разнообразных условиях;
-
применению категорийных основ и процедур даспозиционных моделей для
оценки нагрузок на диспетчера, пропускной способности и эффективности систем УВД.
разработки прототипов экспертных систем оперативного
УВД и алгоритмов обнаружения и прогнозирования конфликтных ситуаций,
создания структурно-деятельностных тренажеров для авиадиспетчеров.
контроля уровня профессиональной подготовки диспетчеров,
психофизиологических исследований деятельности диспетчеров УВД.
Реализация результатов исследований. Работа выполнялась в течении 1970-1996 гг. по ряду Постановлений ГКНТ СССР. Академии наук СССР. Гособразования СССР. Российской академии наук и Комитета по высшей школе РФ. по многолетним хозяйственным договорам с ВНЮТРА и Новочеркасским политехническим институтом и по договорам о научно-техническом сотрудничестве с Академией гражданской авиации и КШГА. Полученные результаты конкретно использовались с подтверждено актами о внедрении): при разработке аппаратуры автоматизированных систем УВД; при оценке предложений по автоматизации систем и обучению диспетчерского состава; при оценке эффективности отечественных АС УВД; при проектировании тренажерных средств с элементами искусственного интеллекта; при разработке технологии контроля уровня профессиональной подготовки диспетчеров.
Метод диспозиционного моделирования излагается при чтении учебных курсов в Академии гражданской авиации и в МГУ им. Ломоносова М. В. .используется при выполнении курсовых, дипломных и диссертационных работ.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы многократно обсуждались на международных, всесоюзных, республиканских и ведомственных конференциях, симпозиумах, совещаниях и семина-
pax. что отражено в более чем 20 тезисах докладов. По материалам диссертации опубликовано 29 печатных работ ев том числе одна монография), указанных в заключительной части автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы с 176 наименований) и приложения с графики экспериментальных зависимостей). Общий объем работы составляет 328 страниц, в том числе 50 рисунков. 15 таблиц. 15 страниц списка литературы и 20 страниц приложения.