Программные продукты и системы

На различных этапах военно-научного обеспечения работ по созданию перспективной АСУ техническим обеспечением (ТО) вида Вооруженных сил в составе единой информационной АСУ ТО Вооруженных сил решается ряд взаимосвязанных вопросов, суть которых можно свести к трем научным задачам анализа и синтеза АСУ ТО:

–      оценка вариантов построения АСУ ТО по совокупности показателей эффективности и качества;

–      оптимизация параметров функциональной, технической и информационной структур АСУ ТО по критерию «эффективность–стоимость»;

–      оптимизация способов применения АСУ ТО по критерию эффективности.

Рассмотрим формализованные постановки этих задач.

Пусть АСУ ТО как сложная система имеет конечное множество S={Si}, i=l, ..., n, системных свойств, определяющих ее качество. Примем, что каждое свойство Si имеет количественную характеристику – системный показатель качества К. Тогда качество системы КАСУ ТО в общем виде может быть описано функционалом от системных показателей качества КАСУ ТО=Kf ({Ki}).

Проведем декомпозицию системы на L подсистем (1=1, ..., L) (такими подсистемами могут быть, например, ракетно-артиллерийское, автотехническое, метрологическое и т.п. обеспечения). Каждая подсистема обладает собственными свойствами, SПl={Slg}, и описывающими их показателями качества, КПl={Klg}, где g=l, …, Gl, Gl – количество свойств l-й подсистемы. В свою очередь, показатели качества подсистем определяются значениями параметров системы Klg=Klg(P), где P={Pj}, j=l, ..., m – множество параметров системы (характеристик элементов системы).

Процесс взаимодействия подсистем определяется множеством системных взаимосвязей Y={Yh}, h=l, ..., H. Поэтому системные показатели качества определяются не только показателями качества подсистем, но и характером системных взаимосвязей:

Ki=ψi[{КПl(P)}, {Yh}].                                             (1)

Тогда с учетом приведенных выше соотношений качество системы может быть описано функционалом

KACУ ТО=K(P, Y).                                                     (2)

В ходе применения АСУ ТО в деятельности органов военного управления качество системы реализуется через ее эффективность:

KACУ ТО=F[K(P, Y), Ф(t), V(t), U(t), T],          (3)

где Ф(t)={Фz(t)} – множество автоматизируемых процессов (функций, задач) управления, z=1, ..., Z; V(t)={E, B(t)} – множество условий функционирования АСУ ТО, включающее Е – качество эксплуатации, B(t) – множество внешних факторов, воздействующих на АСУ ТО в процессе ее функционирования; U(t)={D, A, R, I, Ra, Фa(t)} – множество параметров, характеризующих организацию (способы) применения АСУ ТО: D – режим функционирования системы, А – состав применяемых технических средств, R – состав применяемых задач специального ПО и информационных технологий, I – состав используемой информации, Ra – распределение задач специального ПО по АРМ, Фа(t) – последовательность автоматизированного выполнения функций (задач) в ходе процесса управления; Т – продолжительность применения АСУ ТО.

Оптимизация параметров структуры АСУ ТО по критерию «эффективность–стоимость» заключается в решении задачи построения системы с такими Р*, системными взаимосвязями Y* и, соответственно, качеством K*=(P*, Y*), которые обеспечивают максимальную эффективность (Э) АСУ ТО:

Э=max F[K(P, Y), Ф(t), V(t), U(t), T]=

=F[K*, Ф(t), V(t), U(t), T].                                     (4)

При заданных условиях функционирования V(t)=V0(t), T=T0, способах применения U(t)=U0(t) и ограниченной стоимости АСУ ТО

C=FC(K*)≤Co,                                                         (5)

где FC(K) – стоимость разработки, внедрения и эксплуатации АСУ ТО с качеством К; Со=Ср+Св+ +Сэ – ограничение на стоимость АСУ ТО: Ср – стоимость разработки, Св – стоимость внедрения, Сэ – стоимость эксплуатации АСУ ТО.

При выработке рекомендаций по применению системы в деятельности органов управления решается аналогичная оптимизационная задача в следующей постановке.

Для системы с заданным качеством К* заданных автоматизируемых функций Фz(t)ÎФ(t) определить такой вариант применения АСУ ТО U*(t), при котором обеспечивается максимальная эффективность системы

Эmax=maxuFq[K*,Фz(t), V(t), U(t), T]=

=Fq[U*(t)]                                                          (6)

при известных условиях функционирования V(t)=V0(t) и ограниченном времени применения системы Т=Т0.

При решении поставленных задач возникает необходимость расчета и оптимизации функционала эффективности относительно входящих в него характеристик. Однако сделать это в явном виде не представляется возможным по следующим причинам.

1.     Эффективность АСУ ТО как многоцелевой системы не может быть оценена для различных областей применения (процессов управления) одним и тем же показателем. Поэтому для множества автоматизируемых процессов (функций, задач) управления Ф(t)={Фz(t)} целесообразно использовать множество показателей эффективности ЭАСУ ТО ={ЭZ}.

2.     Показатель эффективности АСУ ТО, как и любой другой системы управления, не является одномерным. Как правило, для оценки таких систем используются два основных показателя – обоснованность (Q) и оперативность (своевременность) (W) принимаемых решений (выполняемых функций, решаемых задач), то есть

ЭАСУ ТО ={Q, W}.

При этом под обоснованностью понимается степень приближения выбранного решения к оптимальному (правильному), а под оперативностью – способность органов управления своевременно вырабатывать и доводить до управляемых объектов принятые решения, планы их реализации и корректировки при изменениях обстановки.

3.     Входящие в состав функционала эффективности аргументы сами являются достаточно сложными функциями. Снижение уровня сложности функционала может быть достигнуто фиксацией отдельных аргументов или декомпозицией их на составные части.

Представим эффективность в виде двух показателей:

Q=Fq[КАСУ ТО, Ф(t), V(t), U(t), T],

W=FW[КАСУ ТО, Ф(t), V(t), U(t), T].                       (7)

Приняв в качестве доминирующего показатель обоснованности (Q), решение оптимизационных задач (4), (6) сводится к решению задачи

Q→max при W≤Wзад.                                           (8)

Учитывая, что эффективность АСУ ТО должна оцениваться для конкретного автоматизированного процесса (функции, задачи) управления, научные задачи анализа и синтеза АСУ ТО могут быть представлены в следующих постановках.

Задача оценки вариантов построения АСУ ТО, характеризуемых параметрами (Р) и системными взаимосвязями (Y):

QZ=Fq[K(P, Y), Фz(t), V(t), Uz(t)],

WZ=FW[K(P, Y), Фz(t), V(t), Uz(t)]                          (9)

при z=l, ..., Z, V(t)ÎV0(t), Uz(t)ÌU(t).

Задача оптимизации параметров структуры АСО ТО: для заданных Фz(t), V(t), Uz(t) определить

Qz max=maxP,YFG[Kf{ψi[{КПl(P)}, Y]}, Фz(t), V(t), Uz(t)]                                                      (10)

при W≤Wz зaд, С≤C0.

Задача оптимизации способов применения АСОУ: для заданных К* и Фz(t) определить

Qz max=maxY Qzy=

=maxYFq[K*, Фz(t), V(t), UY]                           (11)

при W≤W зaд.

Поставленные задачи (9)–(11)решаются на различных этапах создания АСУ ТО. При этом в зависимости от целей исследований постановки задач могут подвергаться детализации, упрощению или уточнению. Предложения по использованию задач (9)–(11) представлены далее в таблице.

Обоснование совокупности характеристик, определяющих эффективность и качество АСУ ТО

Как следует из постановок задач, для описания внутренней структуры и оценки возможностей АСУ ТО должна использоваться совокупность взаимозависимых характеристик, отражающих различные аспекты построения и функционирования системы.

Обоснование этой совокупности целесообразно провести в следующей последовательности:

а) выполнить классификацию характеристик по степени влияния на достижение конечных целей функционирования системы и иерархии взаимосвязей этих характеристик;

б) выбрать показатели, описывающие характеристики, и дать рекомендации по их использованию при решении задач анализа и синтеза АСУ ТО;

в) провести уточнение состава и ранжирование характеристик, определяющих эффективность и качество системы в целом, методом экспертных оценок;

г) провести факторный анализ и сократить размерность описания АСУ ТО за счет исключения из рассмотрения характеристик, слабо влияющих на эффективность и качество системы в целом.

В основу классификации характеристик положим признак их принадлежности к различным элементам системы. При таком подходе все характеристики можно разделить на следующие группы:

–      показатели эффективности системы;

–      показатели стоимости системы;

–      системные свойства и системные показатели качества;

–      свойства подсистем и описывающие их показатели качества;

–      показатели, характеризующие системные взаимосвязи;

–      параметры системы (характеристики элементов функциональной, информационной и технической структур).

Эффективность системы оценивается показателями обоснованности (Q) и оперативности (W). Существует ряд подходов к количественному описанию этих характеристик.

Обоснованность характеризует качество принимаемых решений. Критерии обоснованности можно разделить на внешние и внутренние. Внешние критерии по существу являются критериями управляемых объектов (процессов). Внутренние критерии характеризуют сам процесс управления.

В качестве внешнего критерия в литературе описывается критерий, определяющий степень приближения выбираемого решения (X) к оптимальному по значению эффективности управляемого процесса: Р=1–[Э0–Э(Х)]/Э0.

Существуют и другие разновидности этого критерия для исследования частных вопросов.

Учитывая предназначение и целевую направленность функционирования АСУ ТО, в качестве внешних критериев эффективности системы целесообразно использовать следующие:

ΔЭ вида вс – приращение эффективности группировки вида Вооруженных сил за счет рационального осуществления ТО с использованием АСУ ТО;

ΔЭбу – приращение эффективности управления ТО за счет заблаговременного обоснования вариантов ТО группировок вида Вооруженных сил с использованием АСУ Вооруженных сил.

К внутренним критериям обоснованности следует отнести

–      критерии, характеризующие степень автоматизации процессов управления;

–      степень полноты искомых результатов для принятия решения;

–      отношение числа фактически рассмотренных вариантов решения к заданному числу;

–      вероятность выбора оптимального (правильного) решения (Р);

–      сокращение трудоемкости управленческих работ за счет автоматизации.

При всех достоинствах и недостатках указанных критериев невозможно выбрать один из них и использовать при решении всех задач анализа и синтеза АСУ ТО.

С практической точки зрения целесообразно применять различные показатели в зависимости от характера автоматизируемого процесса. С учетом этого в дальнейших исследованиях могут быть использованы следующие показатели обоснованности: ΔЭто – при оценке эффективности АСУ ТО по автоматизации процесса организации ТО; ΔЭбу – при оценке эффективности АСУ ТО по автоматизации процесса ТО подготовки операции (боевых действий); Р – при оценке эффективности АСУ ТО по автоматизации процессов (функций, задач) управления, имеющих упорядоченный цикл управления; Sa – при оценке эффективности АСУ ТО по автоматизации процессов, не имеющих упорядоченного цикла управления (повседневная деятельность органов управления ТО).

В качестве критериев оперативности практически во всех исследованиях используются продолжительность цикла управления Тц и вероятность своевременного принятия решения Е=Р (t≤tзад).

Эти же показатели оперативности применяются для оценки эффективности АСУ ТО.

В качестве показателей стоимости АСУ ТО используются традиционные: Ср – стоимость разработки, Св – стоимость внедрения, Сэ – стоимость эксплуатации.

К системным свойствам, характеризующим АСУ ТО в целом, можно отнести следующие.

1.      Функциональная целенаправленность – степень соответствия функциональных возможностей системы поставленным целям функционирования.

2.      Устойчивость функционирования – способность системы выполнять возложенные на нее функции в условиях возмущающих воздействий (живучесть, помехозащищенность, надежность).

3.      Коммуникативность – наличие устойчивых взаимосвязей с внешними системами.

4.      Открытость – способность системы к изменениям внутренней структуры при изменении целей функционирования.

5.       Информационная безопасность – способность системы к защите информации от несанкционированного доступа, искажения и разрушения.

При постановке задач анализа и синтеза АСУ ТО принято допущение, что каждое системное свойство Si имеет количественную меру – системный показатель качества Ki. Однако на самом деле тесная взаимосвязь между различными свойствами позволяет описать всю совокупность свойств множеством системных показателей качества, имеющим размерность, отличную от размерности множества свойств.

Анализ опыта разработки, испытаний и эксплуатации ряда систем, аналогичных АСУ ТО, показывает, что для оценки качества АСУ ТО целесообразно использовать следующие частные системные показатели качества:

а)   функциональные:

–      количество охватываемых звеньев управления;

–      количество автоматизируемых органов управления;

–      состав автоматизируемых процессов (функций, задач) управления;

–      степень интеграции с системой боевого управления;

–      степень унификации СПО в различных звеньях управления;

–      адаптивность к изменениям выполняемых функций;

б)   информационные:

–      полнота охвата информационной предметной области органов управления;

–      количество внешних абонентов;

–      оперативность сбора информации от первичных источников;

–      достоверность информации;

–      безопасность информации;

–      степень унификации баз данных различных уровней;

–      адаптивность к изменениям информации предметной области;

в)   технические:

–      количество локальных вычислительных сетей;

–      тип сети обмена данными;

–      тип внешней сети обмена данными;

–      степень стандартизации и унификации технических средств;

–      способность к наращиванию и модификации технических средств;

г)   эксплуатационные:

–      коэффициент готовности;

–      коэффициент живучести;

–      уровень помехозащищенности;

–      количество обслуживающего персонала.

Свойства и показатели качества подсистем зависят от способа декомпозиции системы. При выборе в качестве подсистем комплексов средств автоматизации объектов системы управления в перечень их показателей качества целесообразно включить следующие:

а)   функциональные:

–      количество автоматизируемых должностных лиц;

–      состав задач специального математического обеспечения;

–      возможности СМО по автоматизации функций управления;

–      состав новых информационных технологий, реализованных в комплексе средств автоматизации;

–      адаптивность СМО к изменению выполняемых функций;

б)   информационные:

–      состав и емкость информационного фонда;

–      полнота охвата информационной предметной области;

–      количество источников информации;

–      количество потребителей информации;

–      достоверность информации;

–      безопасность информации;

в)   технические:

–      количество локальных вычислительных сетей;

–      количество АРМ по типам;

–      количество каналов связи по типам;

–      пропускная способность каналов связи по типам;

–      производительность вычислительных средств по типам;

–      количество средств коллективного пользования по типам;

–      количество устройств ввода/вывода информации по типам;

–      уровень стандартизации и унификации ТС;

г)   эксплуатационные:

–      коэффициент готовности комплекса средств автоматизации;

–      коэффициент живучести комплекса средств автоматизации;

–      удобство работы пользователей;

–      эргономичность;

–      ремонтопригодность;

–      безопасность работы персонала;

–      потребляемая мощность;

–      количество обслуживающего персонала;

–      площадь, занимаемая техническими средствами.

Приведенный состав свойств и показателей качества системы и подсистем является опорным и требует уточнения по результатам экспертного опроса.

Состав параметров системы и системных взаимозависимостей (характеристик элементов функциональной, информационной и технической структур) отличается большим многообразием и определяется в методических исследованиях применительно к конкретным направлениям автоматизации. Для сокращения размерности описания параметров системы могут быть использованы методы многомерной статистики.

Литература

Научно-методические материалы по автоматизации технического обеспечения. Тверь: Изд-во НИИ «Центрпрограммсистем», 2004.

References

Automated hardware methodological matters, Tver, R&D Inst. «Centrprogrammsystem» Publ., 2004.