Software & Systems

Автоматизированная система управления техническим обеспечением кораблей ВМФ (АСТОК) представляет собой совокупность органов и объектов управления, деятельность которых направлена на поддержание и восстановление технической готовности кораблей в условиях мирного и военного времени.

Целенаправленное   функционирование АСТОК осуществляется с помощью иерархически организованной системы управления, представляющий четыре контура управления.

При анализе проблем управления сложных систем организационного типа принято различать координирующие и управляющие органы и объекты управления.

Координирующий орган - это орган системы, согласовывающий действия нижестоящих органов и объектов управления.

Управляющий орган - орган, непосредственно воздействующий на объект управления.

Объект управления - составная часть в декомпозиции системы, выполняющая определенные функции.

Основным объектом управления в АСТОК является корабль (судно), определяющий первый контур управления в системе. Следует отметить, что корабль (судно) также является объектом управления и в других системах - оперативного, тылового и других видов обеспечения, совокупность действий которых обеспечивает боеготовность и использование корабля как системы вооружения.

Второй контур управления представлен органами управления объединения (соединения) кораблей.

К третьему контуру управления относятся органы флота, выполняющие одновременно координирующие функции по отношению к органам второго контура управления и органов управления по отношению к объектам управления данного контура.

В четвертый контур управления входят органы центрального подчинения, выполняющие координирующие функции по отношению к нижестоящим контурам управления и функции органов управления по отношению к объектам управления данного контура.

Приведенная выше структурная декомпозиция АСТОК является в некоторой степени условной и определена характером (направленностью) анализа функций и организации функционирования АСТОК. Например, судоремонтные и специализированные заводы, судоремонтные комплексы в свою очередь являются сложными системами организационного типа, в которых имеют место как органы управления, так и объекты управления.

Динамика функционирования АСТОК определяется функционированием ее объектов (управляющих и управляемых) и их взаимодействием в процессе этого функционирования. В результате функционирования и взаимного воздействия объектов системы друг на друга они меняют свое внутреннее состояние, положение в пространстве, изменяются их структурные связи, собственная и внешняя среды функционирования.

Для характеристики этих процессов обозначим структурные компоненты (объекты) системы символом i = I.I, где i - номера (идентификаторы) объектов системы, а I - число объектов в системе.

Отношение двух любых объектов в контурах управления рассматриваемой системы определим вектором бинарных отношений г 1Ц, где ц = I.I и ц= i. Вектор пц - нуль-единичный вектор-столбец, указывает на наличие или отсутствие связей, учитываемых при анализе между i и всеми це1. Удобно все многообразие связей, присущих объектам АСТОК, представить связями по информации пм, управлению п^, материальным потокам пц, финансовому обмену пц и комплектации, по профессиональной подготовке личного состава пц,.

Тогда

!             !

 riM

I ri, I. При необходимости более подробного анализа каждая составляющая вектора rij, в свою очередь может быть представлена соответствующим вектором, отражающим структуру информационных, управляющих и других связей (например структуру связей в судоремонтном комплексе при планировании и управлении межпоходовыми ремонтами на уровне объединения кораблей). Количество объектов и связей между ними определяется уровнем анализа системы. В системе бинарных отношений между объектами помимо прямых связей (например передача информации вышестоящим контуром управления нижестоящему) пн существуют и обратные связи г^ (передача информации снизу вверх).

Множество riH и г^ для всех объектов системы определяет ее структурное состояние на выбранном уровне анализа. Этот многомерный массив определим как матрицу структурного состояния АСТОК.

О Г 1,2 . . .Til . . .

О

(1.1)

I rMi                              0 I .

Здесь строка фиксирует наличие, если пц=1, или отсутствие, если пм=О, каких-либо прямых связей i-ro объекта с другими объектами системы, а столбец - наличие при г^=1 или отсутствие при r^i=O обратных (по отношению к i-му объекту) связей объектов системы с объектом i. Матрица S описывает совокупность всех уже рассмотренных организационных структур АСТОК. Любая организационная структура (например финансовая служба АСТОК) может быть выделена для анализа из S с помощью задания соответствующих компонент бинарных отношений (для рассматриваемого примера -

Для АСТОК важное значение имеет пространственное расположение объектов и их взаимное расположение, то есть топология системы на момент принятия решений, например на случаи:

а) расположения кораблей и частей технического обеспечения в местах постоянного ба зирования и дислокации;

б)  расположения кораблей в местах маневренного базирования или на боевой службе, а частей технического обеспечения в опера тивных пунктах МТО и т.д. В этом случае вза имное пространственное расположение объек тов Гпм определим вектором % , составляющими которого являются расстояние между объекта ми и ориентация объекта i относительно объек та ц: % = qiM(qi, %).

Совокупность пространственного расположения объектов qi и их взаимное расположение qiH полностью определяют топологию системы, которую можно представить в виде матрицы ее пространственного состояния Q.

qi                          qii I

(1.2)

Важнейшей характеристикой АСТОК является внутреннее состояние ее объектов (например объявленная степень готовности кораблей, их техническое состояние, наличие запасов на складах и базах и т.п.). Внутреннее состояние объекта обозначим вектором Pi, определяющим из области возможных наборов значений параметров состояния объекта на момент принятия решений по управлению.

Матрицу внутреннего состояния объектов системы представим вектором-столбцом: Pi I

Р=         ft                                              (1.3)

Г Г. |

Г= Г;                                                    (1.5)

П

Переменные S,Q,P,W и Г образуют фазовое пространство состояний системы. Точку в этом фазовом пространстве H={S,Q,P,W,r} назовем состоянием системы на текущий момент времени:

ш

Pi

Одним из параметров состояния является характеристика собственной среды, в которой функционируют объекты АСТОК (например повседневная эксплуатация, приведение сил в повышенные степени готовности, функционирование в условиях рассредоточения технических частей и т.п.).

По аналогии с предыдущим параметром вектор состояния среды W, в которой действует объект i, запишется в таком виде: |

W = Wi I                                                (1.4)

I Wi

Учитывая, что АСТОК является составной частью более общей системы, системы управления ВМФ, то последняя постоянно оказывает на нее целенаправленное воздействие (например по финансированию, обеспечению планов боевого использования кораблей и т.п.). Это воздействие можно учитывать двумя способами.

Во-первых, представить АСТОК как подсистему системы управления ВМФ. Тогда с помощью матрицы структурного состояния S можно зафиксировать все существенные связи в явной форме, то есть между объектами системы управления ВМФ и объектами АСТОК. В данном случае для системы управления ВМФ должны быть определены S,P и W.

Во-вторых (и это более предпочтительно в нашем случае), для каждого i-ro объекта АСТОК может быть задан вектор Л , составляющие которого ji характеризуют различные воздействия на объект со стороны внешней си стемы. Совокупность векторов для всех объектов АСТОК представим матрицей Г состояния внешней среды:

Н= in                                                    (1.6)

I m где ni - состояние объекта i.

Компонентами вектора ni являются: вектор связи объекта п с другими объектами системы, вектор пространственного расположения объекта Qj, вектор внутреннего состояния объекта Pi , вектор состояния собственной среды Wi и вектор воздействия внешней среды П

ni={ri,Qi,Wi,Pi,ri})                                     (1.7)

где п - i-я строка (прямые связи) и i-й столбец (обратные связи) матрицы S.

Если i-й объект не имеет прямых связей по управлению с другими объектами АСТОК, то есть п = О, то этот объект является объектом управления. В зависимости от уровня анализа в качестве объектов управления могут фигурировать объекты низших контуров управления АСТОК (например склад, база, полигон и т.п.), внутреннее строение которых несущественно на выбранном уровне анализа.

Выражение (1.6) представляет формальное описание состояния АСТОК на произвольный момент времени для любого ее контура управления. Понятие "состояние" определяет систему через ее организационно-функциональную структуру, пространственное положение, внутреннее состояние объектов, состояние собственной и внешней среды.

Процесс функционирования АСТОК теперь можно представить через эволюцию ее состояния Н = {S, Q, P, W, Г} во времени.

Для АСТОК свойственно, как правило, поступательно-цикличное функционирование, предполагающее последовательное прохождение ряда состояний, составляющих цикл, и попадание к концу цикла в новое исходное состояние (это связано с горизонтами планирования боевого использования кораблей, заводского ремонта, заявочных кампаний и т.п.).

Вследствие этого в качестве математической схемы описания динамики функционирования системы можно принять дискретный метод представления процессов, происходящих в АСТОК.

Цикл управления в АСТОК включает циклы управления всех контуров в иерархической структуре системы. Продолжительность цикла определяется периодически возникающей необходимостью вмешательства в управляемый процесс для корректировки его целей и характера функционирования. В целом АСТОК присущи циклы долгосрочного планирования - годового, полугодового, квартального и месячного (например, планирование технического обеспечения кораблей боевой службы, заявочная кампания и т.п.).

Кроме постоянных циклов управления, возможны циклы оперативного управления, связанные с циклами технологии и решением текущих задач (например планирование замены аккумуляторных батарей, активных зон реакторов и др.).

Цикл управления в любом контуре иерархии АСТОК состоит из ряда последовательных этапов, на каждом из которых принимается решение. В общем виде содержание этапов циклов управления для любых двух смежных контуров АСТОК представляется следующим образом.

Цикл управления начинается с этапа получения от органов управления вышестоящего контура задания (директивы, распоряжения и пр.), уяснения поставленных задач и оценки возможности их выполнения по имеющимся ресурсам и условиям. На втором этапе производится декомпозиция общей задачи управления в задачи подчиненных органов и объектов управления, то есть распределяются работы между подразделениями согласно их функциональному назначению и возможностям. Задачи согласовываются и координируются по объемам и срокам и распределяются выделенные для их выполнения ресурсы. Определяются (если это требуется) нормативы и условия деятельности на период выполнения задания. Распределяется ответственность за выполнение заданий, определяются сроки и формы контроля. Эта деятельность составляет процесс принятия решений на данном этапе цикла управления.

Следующий этап начинается с передачи по информационным каналам принятых решений. Подчиненным органам и объектам управления передается подробное задание, а вышестоящему органу управления сообщается обобщенная характеристика принятого решения и прогноз его возможных последствий. Если вышестоящий

орган управления удовлетворен принятым решением, то начинается его согласование с подчиненными на данном контуре органами и объектами управления.

Если же вышестоящий орган управления считает, что с помощью данного решения его цели не достигаются или достигаются со значительными затратами ресурсов (в том числе финансовых), то он или корректирует свое задание и условие его выполнения, или ограничивает число приемлемых альтернативных решений.

В этом случае второй этап цикла управления повторяется, и принимается новое решение, которое сообщается вышестоящему органу управления, и далее до окончательного решения. Число операций процесса согласования зависит от сложности решаемой проблемы.

Параллельно описанному процессу происходит разработка планов работы подчиненных нижестоящих органов и объектов управления контура системы, то есть осуществляются первый и второй этапы цикла управления. Этап заканчивается согласованием планов деятельности нижестоящих органов и объектов управления с общим планом деятельности системы.

Далее следует этап оперативного управления, который должен обеспечить нормальное функционирование системы в процессе выполнения принятого плана. Оперативные координирующие и управляющие воздействия возникают на этом этапе как реакция системы управления на изменение внешних и внутренних условий функционирования. Например, аварии кораблей, поломки техники, отсутствие необходимого ЗИП на складах и базах и прочее изменяют условие деятельности системы. Если возникающие проблемы решаются за счет внутренних возможностей подразделений контура управления, то цикл управления завершается выполнением работ за плановый период. Если внутренних ресурсов на контуре управления недостаточно для решения возникших проблем, то их решение передается на вышестоящий контур управления, который может выделить дополнительные ресурсы или изменить условия выполнения задания. Контроль и корректировка деятельности подразделений контура управления образуют внутренние малые циклы управления.

Следует отметить некоторые особенности формирования решений на контурах управления АСТОК:

•во-первых, некоторые решения принимаются в ситуациях, ранее не встречавшихся;

•во-вторых, выбор вариантов решений происходит нередко (особенно в вышестоящих контурах управления) в условиях значительной неопределенности, то есть при недостаточных знаниях о текущей ситуации и тенденциях ее развития;

•в-третьих, отдельные решения (подчас самые ответственные) принимаются в условиях жесткого ограничения во времени.

В связи с этим все задачи, решаемые в АСТОК, можно разделить на два класса. К первому относятся сравнительно стабильные (традиционные) задачи, связанные с периодически повторяющимися циклами управления. Второй класс задач определяется априорной неопределенностью изменения внешней среды в каждый последующий момент времени, и для их решения целесообразно использовать методы ситуационного управления.

В заключение следует отметить, что целенаправленное функционирование АСТОК осуществляется с помощью иерархически организованной структуры управления. Все многообразие связей, присущих объектам АСТОК,

представляется связями по информационному обмену, управлению, материальным потокам, финансовому обмену, по комплектации и профессиональной подготовке личного состава. Процессы управления в АСТОК можно представить как циклические процессы информационного обмена и принятия решений по контурам управления. При этом имеют место как постоянно действующие циклы планирования (девятилетние, годовые, полугодовые, квартальные, месячные), так и оперативное (ситуационное) планирование, определяемое условиями деятельности объектов АСТОК. В качестве математической схемы описания динамики функционирования системы можно принять дискретный метод представления процессов, происходящих в АСТОК.