Software & Systems

Автоматизация процессов управления в системе технического обеспечения (ТО) войск (сил) позволяет повысить эффективность функционирования существующей системы управления техническим обеспечением, где основным объектом управления выступают системы (образцы) вооружений и военной техники, представляющие собой сложные динамические многопараметрические системы.

Управляющее воздействие на эксплуатируемые системы (объекты управления) осуществляется в соответствии с программой эксплуатации, в виде так называемой позиционной стратегии, соответствующей управлению состоянием системы по принципу обратной связи. Фактически цель управления преследует, с одной стороны, достижение максимальной готовности военной техники к применению по назначению, а с другой – обеспечение минимальных экономических затрат, приходящихся на каждый образец, поддерживаемый в состоянии требуемой готовности. В общем случае изменения состояния сложной системы вооружений носят случайный характер. Поэтому решение задачи синтеза оптимального управления на основе моделей поиска оптимальных стратегий управления в соответствии с выбранной целью должно осуществляться комплексом программного обеспечения автоматизированной системы управления (АСУ) ТО. В данном варианте АСУ связь между наблюдаемыми параметрами и состоянием технической системы может иметь сложный и неоднозначный характер. И тогда стратегия оптимального управления, основанная на управлении по параметрам, может оказаться неадекватной. Следовательно, от систем управления параметрами сложных технических объектов следует перейти к системам управления по состоянию объекта управления.

Сравнение процедуры определения (идентификации) технического состояния объекта управления с задачей распознавания образов показывает, что по своей постановке и принципу решения задача распознавания совпадает с задачей идентификации состояния – определения вида состояния объекта, которое характеризуется набором переменных параметров, изменяющихся под влиянием воздействий и внутренних возмущений. При этом объектом распознавания является состояние системы вооружений, а класс соответствует одному из предполагаемых видов состояний, в которых может находиться данная система. Следовательно, задачу идентификации технического состояния образца вооружений и военной техники можно считать задачей распознавания состояний объекта управления и включить в состав АСУ функциональную подсистему идентификации условий применения и состояния объекта управления, основанную на методах распознавания образов.

В качестве классов распознавания целесообразно взять все возможные требуемые и иные (непригодные) будущие состояния объекта управления АСУ ТО, а в качестве атрибутов – факторы, влияющие на него. В этом случае в модели подсистемы идентификации формируется количественная мера причинно-следственной связи факторов и состояний (признаков и классов), что позволяет по заданному состоянию системы вооружений получить информацию о факторах, которые способствуют или препятствуют переходу системы в это состояние, и на этой основе выработать решение об управляющем воздействии со стороны сил и средств ТО.

В качестве единого показателя эффективности подсистемы идентификации в общем случае могут быть выбраны либо собственно вероятность правильной классификации, либо связанные с ней некоторые функции потерь. Здесь рассматривается вероятность того, что состояние образца вооружений класса y будет отнесено алгоритмом классификации к классу i словаря и равна . Если , то это вероятность правильной классификации, если , то это вероятность ошибочной классификации. Общим результатом оценки качества классификации является матрица классификации, которая содержит число состояний образцов военной техники, корректно классифицированных (на диагонали матрицы) и тех, которые попали не в свои классы агрегированных состояний.

Однако указанный показатель не в полной мере соответствует цели создания АСУ ТО по выработке оптимальных управляющих воздействий на поддержание требуемых (работоспособных) состояний системы вооружений. Это вызвано тем, что показатель должен учитывать свойство, характеризующее эффект (выигрыш) от принятия решения в качестве ответных действий на распознавание.

Составляющими показателя эффективности подсистемы идентификации в АСУ ТО могут служить частные выигрыши от отнесения неизвестного состояния объекта управления к тому или иному классу:

, (1)

где – подмножество классифицированных состояний образца вооружений словаря ; – вариант словаря классов агрегированных состояний; – класс, входящий в данный словарь классов состояний.

Таким образом, для каждого класса назначается выигрыш, соответствующий принятому адекватному решению. В качестве физической реализации данного выигрыша могут выступать различные показатели, характеризующие надежность работы образца вооружений и военной техники в условиях соответствующих управляющих воздействий. Однако обеспечение высоких показателей надежности обычно сопряжено с большими экономическими и техническими затратами и игнорировать их нецелесообразно. Выход представляется в переходе к оптимизации по комплексному показателю при ограничении на ряд других либо в выборе смешанных критериев, учитывающих как показатели надежности, так и затраты, связанные с их обеспечением. Учитывая, что эффективность управления может быть оценена отношением совокупного результата управленческой деятельности к стоимости ресурсов, затраченных на его достижение, математическое выражение для критерия частного выигрыша показателя эффективности управления АСУ ТО, учитывающее длительность нахождения системы вооружений в работоспособном состоянии в качестве суммарного результата управления, будет иметь вид:

, (2)

где KТИ – коэффициент технического использования (комплексный показатель надежности образца); Сср – средние затраты на интервале эксплуатации.

При определении коэффициента технического использования образец вооружений может пребывать в одном из u работоспособных состояний с той или иной эффективностью функционирования, или в одном из состояний технического обслуживания или ремонта (восстановления) . При оценке эффективности подсистемы идентификации целесообразно ограничиться рассмотрением циклических стратегий эксплуатации. Выражение для коэффициента технического использования при циклической стратегии эксплуатации примет вид:

. (3)

Средние затраты на интервале цикла управления определяются выражением:

, (4)

где z – циклическая стратегия; Tp – время пребывания в работоспособном состоянии за один цикл; T – длительность цикла управления; C – затраты за цикл управления.

Отсюда показатель выигрыша за цикл управления может быть представлен в виде:

, (5)

где затраты C на измерения и регулировки системы при наработке t составят:

, (6)

где – соответственно количество срочных, предупредительных регулировок системы и произведенных измерений к моменту t и их стоимости.

Тогда задача условной оптимизации управления состоянием образца вооружений и военной техники заключается в нахождении такой стратегии эксплуатации, при которой обеспечивается значение коэффициента технического использования не ниже некоторого фиксированного уровня при минимальных затратах в цикле управления на техническое обслуживание и ремонт.

В этом случае выигрыш определяется относительным размером экономии возможных дополнительных затрат (издержек) для каждого класса агрегированных состояний при правильной классификации состояния системы вооружений. Учитывая зависимость выигрыша от процедуры распознавания, в качестве оценки эффективности подсистемы идентификации может быть выбрано математическое ожидание величины выигрыша, учитывающей оптимальность управления при правильной идентификации состояния объекта управления системой распознавания подсистемы идентификации АСУ ТО:

, (7)

где ‑ апостериорная вероятность правильного отнесения состояния объекта управления (образца вооружений) к i классу сформированного алфавита классов состояний , представленному вектором словаря признаков (измерений); – выигрыш, характеризующий продолжительность нахождения радиоэлектронной техники в работоспособном состоянии при единичных затратах, в случае выработки управляющего воздействия, адекватного состоянию объекта управления.

Данные сравнительной оценкиусловной эффективности

Следует учесть, что при решении задачи распознавания состояния объекта управления в АСУ ТО на вход подсистемы идентификации подаются данные, описывающие поведение образца вооружений, и обычно имеют вид наборов многомерных векторов большой размерности. Как показано выше, эффективность подсистемы идентификации, а также эффективность функционирования реализованного в ней соответствующего алгоритма распознавания состояний образца вооружений характеризуется степенью достижения цели функционирования. Оценка показателя эффективности зависит от качества алгоритма реализации подсистемы идентификации.

Результаты оценки эффективности двух моделей подсистем идентификации АСУ ТО по предложенному показателю сведены в таблицу.

Синтез и идентификация модели одной подсистемы выполнены на основе информационной модели объекта распознавания и применения разработанного метода селекции признаков (классов) описания объекта управления. Другая система построена на основе классического метода k-ближайших соседей без селекции информативных признаков.

Предлагаемый показатель оценки эффективности подсистемы идентификации АСУ ТО имеет ясный физический смысл, позволяющий адекватно оценить вклад подсистемы в эффективность автоматизированного управления техническим состоянием систем вооружения и военной техники.