КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-19-00767

НазваниеРазработка и исследование теоретических основ синтеза технологий и программ проактивного управления функционированием и модернизацией сложных технических систем

РуководительЮсупов Рафаэль Мидхатович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2024 г. 

Конкурс№68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-601 - Теория, методы проектирования и эффективность функционирования технических систем

Ключевые словаСложная техническая система, модернизация, системно-кибернетический и сервис-ориентированные подходы, комплексное моделирование, комплексное планирование, многокритериальный динамический структурно-функциональный синтез, структурная динамика, интеллектуальное управление, предсказательное моделирование, сервис-ориентированная архитектура, проактивное управление информационными процессами, проактивное управление материальными процессами, комбинированные методы многокритериальной оптимизации

Код ГРНТИ50.47.02

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках проекта основным объектом исследования являются сложные технические системы (СТС), которые входят, как правило, в состав сложных организационно-технических систем (СОТС), где уже непосредственно присутствуют субъекты (социальные структуры). В гранте в качестве прикладных примеров рассматриваются существующие и перспективные СТС, используемые в авиационно-космической и транспортно-логистической сферах применения. Они характеризуются большой размерностью, нестационарным и нелинейным функционированием, многомерностью, полиструтурностью, неопределенностью, иерархически-сетевой организацией, избыточными связями, разнообразием реализуемых в них функций, задач и процессов, мобильностью, неоднородностью и пространственной распределенностью компонентов. Объективно основные элементы и подсистемы СТС (например, материальные, энергетические, информационные ресурсы и т.п.) на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) подвержены физическому и моральному старению, что приводит к необходимости проведения их планомерного обновления или, другими словами, модернизации. При реализации данного этапа жизненного цикла (ЖЦ) СТС (этапа модернизации) переход от «старого» (существующего) варианта СТС к «новому» (модернизированному) варианту СТС не может быть проведен мгновенно. Это на практике приводит к тому, что на достаточно длительном интервале времени (периоде модернизации СТС) происходит совместное функционирование элементов и подсистем существующей и «новой» СТС. При этом весьма важно, чтобы в этих условиях, показатели качества и эффективности целевых и обеспечивающих процессов, происходящих в модернизируемой СТС, планомерно улучшались по сравнению со «старым» вариантом ее функционирования. Однако для этого необходимо заранее решить комплекс взаимосвязанных научно-технических задач, в состав которых должны войти: задача структурно-функционального синтеза нового облика модернизируемой СТС; задача определение срока, к которому необходимо завершить модернизацию; задача синтеза технологий проведения модернизации СТС; задача синтеза комплексного плана функционирования и модернизации СТС; задача синтеза управляющих воздействий, обеспечивающих реализацию совместного плана функционирования и модернизации СТС. Главная особенность и сложность их решения состоит в следующем. Определение оптимальных программ управления элементами и подсистемами СТС при их параллельном функционировании и модернизации может быть выполнено лишь после того, как станут известными перечень и структура взаимосвязей указанных элементов и подсистем, в которых будут реализованы соответствующие функции и алгоритмы управления материальными, энергетическими и информационными процессами, происходящими в СТС на рассматриваемом этапе их жизненного цикла. В свою очередь, распределение функций и алгоритмов по элементам и подсистемам СТС зависит от структуры и параметров законов управления данными элементами и подсистемами, а также процессами, происходящими в них. Трудность разрешения данной противоречивой ситуации усугубляется тем, что под действием различных причин во времени изменяется состав и основные структуры СТС на различных этапах ЖЦ. Анализ результатов, полученных зарубежными и отечественными учеными при решении перечисленных выше задач, показал, что они содержат теоретические и практические разработки, нацеленные на изолированное решение задач синтеза технологий и планов функционирования и модернизации отдельных элементов и подсистем СТС, а также их исключительно фрагментарное согласование. Указанный уровень исследований традиционно объясняется большой размерностью рассматриваемых задач, наличием структурной динамики СТС, а также сложностью учета факторов многокритериальности при оценивании эффективности СТС в условиях неопределенности и воздействия факторов внешней среды. Следовательно, особую актуальность и значимость сегодня приобретает постановка и решение новой научно-технической проблемы разработки методологических и методических основ совместного решения задач многокритериального синтеза технологий и программ (планов) проактивного управления функционированием и модернизацией СТС для различных сценариев изменения внешней обстановки. В данном научном проекте предлагается новая системно-кибернетическая методология, а также комплекс логико-динамических моделей, методов, алгоритмов и методик комбинированного совместного решения рассматриваемых в гранте задач, базирующихся на фундаментальных и прикладных результатах, полученных к настоящему моменту времени в междисциплинарной отрасли системных знаний и, прежде всего, в таких ее направлениях как системология, неокибернетика и информатика. Опора на подобный комплексных подход, а не на предложенные ранее частные решения, позволит обеспечить доказательное обоснование полноты, замкнутости и непротиворечивости результатов, которые планируется получить в ходе выполнения данных исследований.

Ожидаемые результаты
В рамках проекта буду разработаны: 1. Теоретические основы комплексного моделирования, многокритериального оценивания, а также синтеза технологий и программ (планов) совместного проактивного управления функционированием и модернизацией СТС на основе сервис-ориентированного и функционально-стоимостного подходов. Разрабатываемые в проекте теоретические основы будут включать в себя методологию и методическое обеспечение совместного (в отличие от существующих подходов) описания и решения задач многокритериального синтеза технологий и комплексных программ (планов) проактивного управления функционированием и модернизацией СТС, базирующиеся на новых научных результатах, полученных в современной системологии, кибернетике, информатике. Так, в основу разрабатываемой методологии будут положены три главных системно-кибернетических концепций – концепция комплексного моделирования СТС, проактивного управления СТС, концепция интеллектуализации управления СТС. При этом за счет предлагаемой в проекте логико-динамической интерпретации рассматриваемых процессов соответствующие задачи синтеза технологий и планов можно свести к задачам оптимального управления сложными процессами и динамическими объектами. Главное достоинство такого подхода состоит в том, что в этом случае для решения указанных выше задач появляется возможность на конструктивном уровне использовать фундаментальные и прикладные результаты, полученные к настоящему времени в современной теории управления. В проекте при решении различных классов прикладных задач синтеза технологий и программ (планов) функционирования и модернизации СТС планируется широко использовать полученные в классической кибернетике и модифицированные авторами проекта (с учетом рассматриваемой предметной области) условия управляемости, достижимости, необходимые и достаточные условия оптимальности, а также устойчивости программных проактивных управлений СТС, что позволит по сравнению с традиционными подходами, базирующимися на эвристических правилах и приемах, повысить качество и обоснованность синтезируемых технологий и планов. Результаты научного проекта будут отличаться как согласованностью совместных многокритериальных решений задач синтеза технологий и комплексных планов проактивного управления материальными и информационными процессами, так и опорой на принципы системно-кибернетического, сервис-ориентированного и функционально-стоимостного подходов. Разрабатываемые методологические и методические основы позволят выполнить корректную интегративно-управленческо-стоимостную интерпретацию процессов функционирования и модернизации СТС на модельно-алгоритмическом и программно-информационном уровнях, что не удавалось сделать ранее в рамках существующих парадигм управления жизненным циклом. 2. Обобщенное концептуальное и формальное полимодельное описание процессов проактивного управления функционированием и модернизацией СТС с использованием комбинированных аналитико-имитационных логико-динамических моделей и системно-кибернетического подхода. В проекте будет проведено оригинальное формальное описание общей проблемы многокритериального структурно-функционального синтеза и управления развитием СТС (включая этапы функционирования и модернизации) как проблемы проактивного управления их структурной динамикой, которое позволит с единых методологических, методических и технологических позиций подойти к анализу и обоснованному выбору путей решения уже конкретных классов задач синтеза технологий и программ проактивного управления функционированием и модернизацией СТС, полученных в результате декомпозиции исходной проблемы. Одновременно с этим предлагается выполнить графическое и теоретико-множественное описание данных задач, включающие описание как задач параметрической и структурной адаптации программно-математического обеспечения проактивного управления СТС, так и задач синтеза технологий и программ (планов) проактивного управления функционированием и модернизацией СТС. Кроме того, в разработанный полимодельный комплекс войдут аналитико-имитационные логико-динамические модели (ЛДМ) проактивного управления движением, каналами, ресурсами, комплексами и параметрами целевых, обеспечивающих и вспомогательных операций, потоками и структурами СТС. Данная система моделей будет иметь трехуровневую иерархическую структуру, в которой на верхнем (третьем) уровне расположатся ЛДМ проактивного управления целевыми (бизнес) процессами, реализуемыми в СТС, на среднем (втором) уровне ЛДМ проактивного управления обеспечивающими процессами, а на первом уровне – ЛДМ проактивного управления собственно процессами модернизации ресурсов и структур СТС. Одну из главных особенностей ЛДМ составит использование непрерывного времени при их описании. Данный подход позволит в условиях разномасштабной и разноуровневой реализации асинхронных событий, происходящих в СТС в период их модернизации, получать автоматически времена их наступления в ходе решения задач оптимизации, основанного на принципе максимума Л.С. Понтрягина и метода локальных сечений В.Г. Болтянского. Вместе с тем в обобщенном виде данный многомодельный комплекс будет представлен в виде многоуровневого альтернативного динамического системного графа с перестраиваемой структурой. Основное достоинство предложенного полимодельного описания состоит в том, что, во-первых, в его рамках удается осуществить взаимную компенсацию недостатков и ограничений каждого из используемых классов моделей (например, аналитических и имитационных) и на этой основе по сравнению с существующими (одномодельными) подходами обеспечит повышение качества управления СТС на рассматриваемом этапе ЖЦ. Во-вторых, в рамках предлагаемого комплекса можно обеспечить корректное согласование разрабатываемых математических (аналитико-имитационных) моделей проактивного управления структурной динамикой СТС с их логико-алгебраическими и логико-лингвистическими аналогами (моделями), построенными на основе интеллектуальных информационных технологий не только на программном и информационных уровнях детализации (как до этого осуществлялось в рамках традиционных подходов), но и на концептуальном и модельно-алгоритмических уровнях. 3. Система показателей качества и эффективности проактивного управления СТС, а также комбинированные методы и алгоритмы совместного многокритериального решения задач синтеза технологий и скоординированных программ (планов) проактивного управления материальными и информационными операциями, потоками, ресурсами, структурами СТС при ее модернизации. В рамках проекта будет, во-первых, разработана и обоснована система внешних и внутренних показателей качества и эффективности проактивного управления функционированием и модернизацией СТС. Во-вторых, предложена методика динамического многокритериального оценивания качества и эффективности комплексных планов (программ проактивного управления) функционирования и модернизации СТС и выбора из них наиболее предпочтительных на основе предварительно проведенной геометрической интерпретации внутренних и внешних структурно-управленческо-стоимостных показателей качества и эффективности управления СТС в рамках сервисно-ориентированного, функционально-стоимостного и нечетко-возможностного подходов. В третьих, при реализации проекта будут использованы фундаментальные научные результаты, полученные в теории управления, не только для непосредственного решения задач синтеза технологий и программ управления, но и для проведения анализ возможностей получения такого решения на основе построения и аппроксимации областей достижимости обобщенных динамических систем в пространстве их системотехнических параметров, оценивания робастности синтезированных управляющих воздействий по отношению к интервально заданным возмущающим воздействиям. В-четвертых, разработанные в рамках проекта комбинированные методы синтеза технологий и проактивных планов функционирования и модернизации СТС, базирующиеся на принципе максимума Л.С. Понтрягина и методе локальных сечений Болтянского В.Г., обеспечат обобщение всех ранее известных методов и подходов, традиционно используемых при решении прикладных задач в рассматриваемой предметной области, т.к. они включены в состав обобщенной процедуры выбора управляющих воздействий при максимизации соответствующих частных функций Гамильтона. Предложенные комбинированные методы и алгоритмы также позволят в параллельном режиме решить пять основных задач, связанных с организацией эффективного управления функционированием и модернизацией СТС в динамически изменяющих условиях. К указанным задачам относятся: задача многокритериального структурно-функционального синтеза нового облика модернизируемой СТС; задача определение срока, к которому необходимо завершить модернизацию; задача многокритериального синтеза технологий проведения модернизации СТС с учетом одновременной работы унаследованных и внедряемых элементов (физических и информационных) на различных стратах СТС; задача многокритериального синтеза комплексного проактивного плана функционирования и модернизации СТС; задача многокритериального синтеза управляющих воздействий, обеспечивающих реализацию плана в различных условиях обстановки. С точки зрения научно-технического развития и необходимости реального перехода к новым интеллектуальным производственным решениям разрабатываемые комбинированные модели, методы и алгоритмы представляют принципиально новый подход к повышению эффективности управления ЖЦ существующих и перспективных СТС на новом этапе их развития. 4. Имитационно-моделирующий стенд многокритериального синтеза технологий и комплексных планов (программ) проактивного управления конфигурацией и реконфигурацией СТС на этапе их функционирования и модернизации, базирующийся на сервис и событийно-ориентированной архитектуре. В рамках проекта будут разработаны вычислительные компоненты создаваемого имитационно-моделирующего стенда, а именно: модуль одновременного синтеза технологии и планов (программ) проактивного управления функционированием и модернизацией СТС, модуль учёта факторов неопределённости, имитационный модуль синтеза технологии и планов (программ) проактивного управления функционированием и модернизацией, модуль мониторинга технических характеристик узлов СТС. Будет предложен новый способ формального логико-динамического описания процессов функционирования СТС в сущностях нотации и модели бизнес-процессов (BPMN, Business Process Model and Notation), используя только стандартные механизмы её расширения. Такая запись позволит решить острую проблему высоких требований к уровню математической подготовки потенциальных пользователя систем такого класса, открыв бизнес-аналитикам, инженерам, и разработчикам доступ к функциям системы, а также предоставит возможность широкого выбор стороннего программного обеспечения, которое может быть применено для формирования исходных данных и реализации синтезированной технологии и комплексных программ проактивного управления материальными и информационных процессов в СТС. В проекте будет предложен оригинальный метод применения современной технологии контейнерной виртуализации для автоматизации процессов конфигурирования и реконфигурирования вычислительной среды под синтезированную технологию управления СТС. 5. Результаты решения прикладных задач и соответствующие новые прикладные результаты и эффекты. В рамках разработанного имитационно-моделирующего стенда будет продемонстрирована его работоспособность и конструктивность предложенных теоретических основ решения задач многокритериального синтеза технологий и программ проактивного управления функционированием и модернизацией сложных технических систем на трех практических примерах, связанных с авиационно-космической и транспортно-логистической сферах. В рамках первого примера будет разработан и исследован прототип программно-математического обеспечения решения первой прикладной задачи, связанной с многокритериальной структурно-функциональной конфигурацией и реконфигурацией наземных и бортовых систем (БС) маломассогабаритного космического аппарата (МКА) в штатных и заданных условиях эксплуатации, а также предложена методика гибкого перераспределения функций между бортовым и наземным комплексами управления (БКУ, НКУ) в рамках проектируемой отечественной многоспутниковой орбитальной группировки (ОГ) МКА. Предполагается, что реализованные в виде общесистемного программного обеспечения (сервисной шины) и соответствующего прототипа специального программно-математического обеспечения инженерно-технические решения, основанные на комплексной автоматизации моделирования процессов функционирования и модернизации существующей системы управления наземными и орбитальными космическими средствами (СУ НКСр и ОКСр) позволят, во-первых, обосновать наиболее предпочтительные сценарии развития данной СУ, а также варианты гибкого перераспределения функций управления между НКСр и ОКСр, во-вторых, повысить показатели оперативности, обоснованности и достоверности решения задач оценивания, анализа и прогнозирования показателей надежности и живучести БС, равно как и выработки соответствующих рекомендаций (в том числе и управляющих воздействий), обеспечивающих гарантированное восстановление их работоспособности в условиях возможных сбоев, отказов, штатных и нештатных аварийных полетных ситуаций. Второй и третий примеры реализации разработанного методического обеспечения связаны с авиационной и транспортно-логистической сферами. В настоящее время в различных аэропортах РФ происходит широкомасштабное внедрение комплексов отечественных интеллектуальных наземных транспортно-технологических средств (ИТТС) сервисного обслуживания судов гражданской авиации в рамках создаваемого единого цифрового пространства (ЕЦП) каждого их них. Новизна ИТТС, как СТС нового поколения, состоит в её интеллектуальной системе упреждающего управления с использованием кибер-физических устройств и цифровых интерфейсов, эффективно решающей задачи группового взаимодействия и одиночного функционирования ИТТС, управления их техническим состоянием и обслуживанием, видеофиксации, геопозиционирования и предотвращения столкновений. При этом реализация проактивного управления техническим состоянием ИТТС позволит перейти от технологий аварийного и планово-предупредительного технического обслуживания и ремонтов к технологиям обслуживания по фактическому техническому состоянию ИТТС. Широкомасштабное внедрение ИТТС, а также создание соответствующего ЕЦП требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат, а также разработки соответствующих комплексных планов модернизации существующих инфраструктур аэропортов, не останавливая их функционирование. В указанных условиях в рамках разработанного имитационно-моделирующего стенда будут сформулированы и решены две важные научно-технические задачи. Первая задача связана с организацией гибкого планирования группового функционирования существующих транспортно-технических средств обслуживания судов гражданской авиации совместно с созданными и поэтапно внедряемыми ИТТС. При этом логистическая составляющая данной задачи будет состоять в организации взаимодействии существующих и перспективных ИТТС с территориально-распределенными складами, расположенными в каждом аэропорте по-разному. Результатом решения данной задачи будут новые синтезированные технологии и планы совместно функционирования существующих и перспективных ИТТС. Вторая задача, которую планируется решить в проекте, связана с модернизацией существующей инфокоммуникационной структуры типового отечественного аэропорта при создании ЕЦП, необходимого для группового функционирования ИТТС. Результатом её решения будут планы совместно функционирования унаследованной и модернизированной информационно-аналитических систем типового отечественного аэропорта. В целом теоретическая значимость результатов проекта будет заключаться в разработке и широкой практической реализации системно-кибернетического подхода к решению проблемы синтеза технологий и комплексных планов (программ) проактивного (упреждающего) управления функционированием и модернизацией СТС в различных условиях изменяющейся обстановки, базирующегося на фундаментальных и прикладных результатах, полученных к настоящему моменту времени в междисциплинарной отрасли системных знаний, что обеспечит полноту, замкнутость и непротиворечивость будущих результатов. Концепции, принципы, подходы, методы, модели, алгоритмы, методики и программные средства решения задач многоэтапного многокритериального выбора допустимых топологических, технических, функциональных и программно-информационных структур СТС, которые будут предложены в проекте, а также методики многокритериальной оптимизации программ функционирования и модернизации СТС являются новыми и не имеют аналогов в мире. Данный результат позволяет сделать вывод о том, что разрабатываемый в проекте научно-методический аппарат представляет собой важный научно-технологический задел, на основе которого будет создана новая технология создания и модернизации существующих и перспективных СТС, используемых в различных сферах производственной деятельности, которая будет иметь долгосрочные перспективы для обеспечения экономического роста и социального развития Российской Федерации. Указанная технология на практике обеспечит возможность перехода на новый качественный уровень автоматизации и интеллектуализации поддержки принятия управленческих решений при функционировании и модернизации существующих и перспективных СТС в интересах повышения их эффективности.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В отчетном периоде в ходе исследований по проекту все пункты плана выполнены в полном объеме. 1. Проведен системный анализ и выполнена формализация задач комплексного моделирования, многокритериального оценивания, синтеза технологий и разработки комплексных планов проактивного управления функционированием и модернизацией сложных технических систем (СТС). В результате системного анализ современного состояния исследований задач синтеза технологий и планов функционирования и модернизации СТС было установлено, что к настоящему времени разработано большое разнообразие частных моделей, методов и алгоритмов решения указанных задач для отдельных элементов рассматриваемых систем без учёта их взаимного влияния друг на друга и, как правило, без учёта влияния возмущающих воздействий внешней среды. В этом случае вопросы доказательства полноты, замкнутости и непротиворечивости предлагаемых проектных и оперативных управленческих решений не рассматриваются. Предложено оригинальное обобщенное формальное описание общей проблемы многокритериального структурно-функционального синтеза и управления развитием СТС как проблемы проактивного управления их структурной динамикой, которое позволяет с единых методологических и методических позиций подойти к анализу и обоснованному выбору путей решения конкретных классов задач комплексного моделирования, многокритериального оценивания, синтеза технологий и программ (планов) управления функционированием и модернизацией СТС, полученных в результате декомпозиции исходной проблемы и являющихся основными объектами исследования в рассматриваемом проекте. При этом предварительные исследования показали, что предлагаемое в проекте совместное решение задач синтеза технологий и программ проактивного управления функционированием и модернизацией СТС, в рамках разработанного системно-кибернетического описания данных задач, исключает полный перебор и традиционное использование тех или иных эвристических алгоритмов. Данный результат стал возможен за счет динамической декомпозиции рассматриваемых задач синтеза при их трансформации из дискретно-событийного описания в непрерывное описание. 2. Проведено концептуальное и теоретико-множественное описание процессов проактивного управления функционированием и модернизацией СТС. Выполнено полимодельное описание процессов проактивного управления функционированием и модернизацией СТС. Разработан комплекс оригинальных аналитико-имитационных логико-динамических моделей программного проактивного (упреждающего) управления движением, каналами, ресурсами, комплексами и параметрами целевых, обеспечивающих и вспомогательных операций, потоками и структурами СТС, дополненный соответствующим комплексом стохастических и интервальных дискретно-событийных моделей, которые будут объединены на втором этапе в рамках разрабатываемого исполнителями имитационно-моделирующего стенда. При таком подходе отсутствуют методические ошибки в результатах решения задач планирования по сравнению с традиционными подходами, в рамках которых проводится независимое решение задач оптимизации программ функционирования и программ модернизации информационных систем (в общем случае самой СТС) на основе той или иной эвристической декомпозиции, которые ранее предлагались другими авторами. 3. Сформированы и обоснованы системы показателей качества синтезируемых технологий и комплексных программ проактивного управления функционированием и модернизацией СТС. Разработана и обоснована новая система внешних и внутренних показателей качества и эффективности проактивного управления функционированием и модернизацией СТС. Отличие предложенной системы показателей качества и эффективности от предложенных ранее состоит в их оригинальной интегративной структурно-управленческо-стоимостной интерпретация, проведенной в рамках сервисно-ориентированного, функционально-стоимостного и нечетко-возможностного подходов и позволившей с единых позиций подойти к формализации и решению многокритериальных задач синтеза технологий и программ проактивного управления структурной динамикой (ПУСД) многоуровневыми СТС. Разработаны требования к структуре, составу вариантам функционирования имитационно-моделирующего стенда, предназначенного для решения задач синтеза технологий и комплексных планов совместного проактивного управления функционированием и модернизацией СТС. Определены общие требования к программно-математическому и информационно-техническому обеспечению (ПМИТО). Основной новый научный результат заключается в том, что формулировка и обоснование полноты и непротиворечивости перечисленных требований, базируется на трех базовых системно-кибернетических концепциях, а именно концепции комплексного моделирования, проактивного управления, интеллектуализации процессов управления, а также конкретизирующих их принципов, дополнительности Н. Бора, неокончательных решений Д. Габора, принципов минимальной заблаговременности, опережающего отражения (разнообразия) П. Анохина, принципа необходимого разнообразия Ст Бира и Р. Эшби. Показано, что в наибольшей степени данным требованиям удовлетворяет архитектура, ориентированная на так называемые имитационные системы, одна из которых будет разработана на втором этапе проекта. В ее основу будет положена разработанная унифицированная многофункциональная модель динамического описания процессов управляемого изменения различных классов функций, структур и параметров СТС, а также возможные схемы координации (согласования) моделей и показателей качества и эффективности применения СТС, отличающиеся друг от друга: способами генерации допустимых альтернативных решений в задачах проактивного управления структурной динамикой СТС; правилами проверки алгоритмически и аналитически заданных ограничений; способами перехода от одного шага интерактивного сужения множества допустимых альтернатив к другому шагу. 4. Разработаны методы и алгоритмы параметрической и структурной адаптации аналитико-имитационных логико-динамических моделей проактивного управления модернизацией и функционированием СТС в различных условиях обстановки. Новый научный результат составляет комбинированный подход (методы и алгоритмы), который отличается от классических тем, что разработана процедура случайного варьирование компонент не вектора состояний СТС, а вектора сопряженной системы. В основу предлагаемых обобщенных процедурах параметрической и структурной адаптации ЛДМ проактивного управления СТС был положен метод локальных сечений, являющийся модификацией принципа максимума Л.С. Понтрягина на случай задания смешанных ограничений. Главное достоинство использования данного метода, отличающее его от существующих решений, состоит в том, что сопряженные переменные являются динамическими приоритетами, определяющими значимость соответствующих структур, параметров, режимов функционирования объекта-оригинала (в нашем случае СТС) и моделей, входящих в состав развивающейся ситуаций, описывающих данный объект-оригинал в конкретных условиях обстановки. Подробнее с результатами проекта можно ознакомиться на сайте: litsam.ru

 

Публикации

1. Вивчарь Р.М., Птушкин А.И., Соколов Б.В. Методика многокритериального оценивания эффективности функционирования стохастических сложных технических систем Авиакосмическое приборостроение, №7, с. 3-14 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.25791/aviakosmos.7.2022.1286

2. Зеленцов В.А., Ковалев А.П. Оценивание эксплуатационных затрат при расчете совокупной стоимости владения распределенными техническими комплексами Изв. вузов. Приборостроение, №11,т. 65, с.789-795 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-11-789-795

3. Лукинский В., Лукинский В., Иванов Д., Соколов Б., Базина Д. A probabilistic approach to information management of order fulfilment reliability with the help of perfect-order analytics International Journal of Information Management, Volume 68, Febrary; on-line August (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.ijinfomgt.2022.102567

4. Мурашов Д.А., Ушаков В.А. Постановка и анализ путей решения задачи синтеза программ управления и параметров информационно-вычислительной сети на основе полимодельного описания Авиакосмическое приборостроение, №8, с. 23-32 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.25791/aviakosmos.8.2022.1293

5. Охтилев М.Ю., Охтилев П.А., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Методологические и методические основы проактивного управления жизненным циклом сложных технических объектов Изв. вузов. Приборостроение, №11, т. 65, с. 781-788 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-11-781-788

6. Скобцов В.Ю., Соколов Б.В. Гибридные нейросетевые модели в задаче мультиклассовой классификации данных телеметрической информации малых космических аппаратов Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии, №3, с. 93-114 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.17308/sait/1995-5499/2022/3/99-114

7. Ковтун В.С., Соколов Б.В., Охтилев М.Ю., Юсупов Р.М. Отечественная информационно-аналитическая платформа проактивного управления жизненным циклом сложных технических объектов Восьмой Белорусский космический конгресс, 25–27 октября 2022 года, Минск: материалы конгресса: в 2 т. — Минск: ОИПИ НАН Беларуса, 2022. — Т.1., Т. 1, с. 72-75 (год публикации - 2022)

8. Потрясаев С. А., Соколов Б. В., Степанов П. В., Стыскин М. М. Разработка и внедрение отечественных интеллектуальных наземных транспортно-технологических средств обслуживания самолетов в едином цифровом пространстве аэропорта Конференция «Информационные технологии в управлении» (ИТУ-2022). Сборник материалов. 5 – 6 октября 2022 г., С. 108-110 (год публикации - 2022)

9. Соколов Б., Захаров В., Мурашов Д., Мурашова М. An Approach to Fusing Strategic Objectives into Agent-Level Decision Making in Load Balancing Proceedings of the Sixth International Scientific Conference “Intelligent Information Technologies for Industry” (IITI’22). IITI 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, Vol. 566, p. 519-528 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1007/978-3-031-19620-1_49

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1.5.1. Разработаны новые комбинированные методы и алгоритмы и соответствующая многоэтапная процедура решения задач многокритериального синтеза технологий и программ проактивного управления материальными и информационными операциями, потоками, ресурсами, структурами сложных технических систем (СТС) при ее функционировании и модернизации. Для краткости данные задачи будем именовать как задачи синтеза технологий и программ проактивного управления модернизацией и функционированием СТС (ПрУМФ СТС). Базируясь на методе локальных сечений В.Г. Болтянского (модификация принципа и метода Л.С. Понтрягина для случая задания смешанных ограничений в задачах оптимального управления) удалось исходную динамическую задачу многокритериального структурно-функционального синтеза облика СТС и управления ее модернизацией свести к многоточечной краевой задаче. Для ее решения была разработана многоэтапная процедура. При этом в ходе ее реализации удается одновременно определить, как сам облик модернизированной СТС, так и конкретную технологию, а также программу (план) перехода от исходного к синтезированному многоструктурному макросостоянию. При этом данная технология и программа (план) при их реализации обеспечивают непрерывность выполнения целевых, обеспечивающих и вспомогательных процессов, связанных с текущим функционированием СТС, несмотря на проводимую модернизацию ее элементов и подсистем. 1.5.2. Разработано формальное логико-динамическое описание процессов функционирования и модернизации СТС в сущностях нотации и модели бизнес-процессов (BPMN, Business Process Model and Notation), используя для этого только стандартные механизмы расширения нотации BPMN. Этот способ описания позволяет на практике решить весьма острую проблему предъявления высоких требований к уровню программно-математической подготовки потенциальных пользователей систем такого класса, обеспечивая доступ таких их категорий, как бизнес-аналитики, инженеры, разработчики к решению задач проактивного управления. 1.5.3. Разработаны и обоснованы требования к программной реализации отдельных модулей имитационно-моделирующего стенда (ИМС). В отличие от существующих эвристических подходов к выбору базовой архитектуры ИМС в проекте предложен новый подход, в основу которого положена идея совместного использования нечетких продукционных моделей предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР), а также теории планирования экспериментов, направленных на извлечение экспертных знаний о заданной предметной области. В качестве частных показателей качества рассматриваемой архитектуры использовались показатели модульности, допустимой гетерогенности, производительности, многопользовательского режима и масштабируемости. В итоге была обоснованно выбрана сервис-ориентированная архитектура (СОА) создаваемого прототипа ИМС. 1.5.4. Проведена разработка обобщенной архитектуры, базирующейся на сервис и событийно-ориентированной архитектуре (СОА). Проведенные исследования показали, что на концептуально-модельном уровне описания архитектура прототипа ИМС должна базироваться на специальном моделирующем комплексе, получившим название имитационной системы (ИС). На программно-техническом и информационном уровнях описания архитектура прототипа ИМС должна быть сервис-ориентированной. Для реализации указанной архитектуры был разработан соответствующий прототип программного модуля (ППМ), являющийся центральной подсистемой создаваемого ИМС и получивший название модуля «Координация». Предложенная в рамках ППМ «Координация» технология автоматизации вычислительного процесса позволяет выполнить согласование исходных и выходные данных на концептуальном, методическом, информационном и программном уровнях. Снижение их противоречивости и неполноты реализуется за счёт строгого разделения исходных и выходные данные в рамках заранее зафиксированных структур и соответствующих сценариев моделирования, выбираемых в интерактивном режиме ЛПР. 1.5.5. Разработаны и программно-реализованы ППМ, обеспечивающие решения прикладных задач, связанных с проактивным управлением СТС на различных этапах ЖЦ. Так, в ППМ одновременного синтеза технологии и программ (планов) ПрУМФ СТС была осуществлена реализация разработанных новых комбинированных методов и алгоритмов поиска оптимальных управляющих воздействий (синтезированных технологий и программ ПрУМФ СТС), основанных на принципе максимума Л.С. Понтрягина. В данном ППМ в каждый момент времени, принадлежащий заданному интервалу программного ПрУМФ СТС, для максимизации функции Гамильтона проводится параллельное решение задач оптимизации нескольких классов, в том числе и задач оптимизации, в которых целевая функция и ограничения являются линейными/билинейными (так называемые задачи линейного программирования и/или задачи линейного бивалентного программирования). Второй ППМ предназначен для оценивания учёта влияния факторов неопределённости на устойчивость и робастность синтезируемых технологий и программ ПрУМФ СТС в условиях воздействия на них интервально заданных возмущающих воздействий. Для этого были построены и исследованы аппроксимированные области достижимости соответствующих логико-динамических моделей (ЛДМ), описывающих функционирование и модернизацию СТС в пространствах возмущающих функций и показателей качества функционирования данных систем. С помощью третьего ППМ решаются задачи многокритериального оценивания, анализа и оптимизации параметров СТС, а также показателей качества функционирования и модернизации СТС. 1.5.6. Разработаны и программно реализованы модуль снабжения (генерации) ИМС исходными данными; модуль интеграции, обеспечивающего вызов всех остальных ППМ; ППМ интегрированного пользовательского интерфейса. Данные модули вместе с ППМ “Координация” входят в качестве основных компонент в систему организации вычислений, сопряжения и интерпретации (СОВСИ), являющейся одной из главных подсистем ИМС, обеспечивающей автоматизацию процессов моделирования, а также интерактивное взаимодействия с ЛПР. Отличительная черта данных ППМ, как и самой СОВСИ состоит в том, что они ориентированы на решение задач синтеза технологий и программ ПрУМФ группировками активными подвижными объектами, представляющими важнейший вид СТС, ориентированных на применение в аэрокосмической сфере. 1.5.7. В ходе разработки прототипа полнофункционального ИМС для решения задач многокритериального синтеза технологий и комплексных планов (программ) проактивного управления конфигурацией и реконфигурацией СТС на этапе их функционирования и модернизации были разработаны два базовых ППМ, получивших название «Структурная конфигурация и реконфигурация», а также «Динамическая конфигурация и реконфигурация». Для решения задачи управления структурной конфигурации и реконфигурации СТС был разработан метод и программно реализующий его алгоритм вычисления значений частных и обобщенных (многокритериальных) оценок показателей структурно-функциональной надежности и живучести СТС в условиях изменяющихся режимов функционирования и деструктивных воздействий. Новизна предложенного метода заключается в возможности преобразования исходных многокритериальных задач конфигурирования и реконфигурации СТС, интерпретируемых как задачи дискретного математического программирования с нелинейными целевыми функциями, к одной обобщенной однокритериальной частично-булевой линейной задачи математического программирования. В результате проведенных вычислительных экспериментов получены эффективные (паретовские) варианты конфигурации (реконфигурации) СТС для различных сценариев проведения ее модернизации. Второй разработанный ППМ - «Динамическая конфигурация и реконфигурация» обеспечивает решение одновременно двух задач – синтез технологий и программ функционирования и модернизации СТС для фиксированного сценария воздействия внешней среды. Подробно результаты исследований выполнения гранта и публикации представлены на сайте http://litsam.ru

 

Публикации

1. Вивчарь Р.М., Птушкин А.И., Соколов Б.В. Методика оценивания адекватности статистических имитационных моделей Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика, Т. 15. № 3. С. 5-14 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.14529/mmph230301

2. Захаров В.В., Баранов А.Ю., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Модели и алгоритмы централизованного и децентрализованного планирования применения группировки подвижных объектов на основе теории дифференциальных игр Морские интеллектуальные технологии, №4. Част 1. С. 171-178 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.37220/MIT.2023.62.4.021

3. Зеленцов В.А. Методический подход к интегральному оцениванию качества трудно-формализуемых объектов Известия высших учебных заведений. Приборостроение, №2 (год публикации - 2024)

4. Зеленцов В.А., Павлов А.Н. Распределение требований к надежности функциональных элементов бортового оборудования космического аппарата с учетом возможности их реализации Авиакосмическое приборостроение, 2022. № 12. С.3-13 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.25791/aviakosmos.12.2022.1310

5. Зеленцов В.А., Пиманов И.Ю., Потрясаев С.А. Интеграция разнородных информационных ресурсов и данных дистанционного зондирования земли при мониторинге и управлении развитием территорий Информатика и автоматизация, Т. 22. № 4. С. 906-940 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15622/ia.22.4.8

6. Кимяев И.Т., Соколов Б.В. Проблемы и методические подходы к повышению жизнеспособности производственных объектов на основе концепции эволюционного управления Информационные технологии, Т.29. №1. С.23-32 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.17587/it.29.23-32

7. Павлов А.Н., Колесник Д.Ю., Гордеев А.В., Воротягин В.Н. Исследование потенциальных возможностей системы управления движением и навигации малого космического аппарата в условиях существенной неопределенности реализации режимов ориентации Авиакосмическое приборостроение, №8. С. 23-37 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.25791/aviakosmos.8.2023.1355

8. Соколов Б.В., Миронов А.Н., Шестопалова О.Л. Проактивная модернизация информационных систем на основе мониторинга функционального устаревания Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии, №2, с. 5-21 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.17308/sait/1995-5499/2023/2/5-21

9. Охтилев М.Ю., Охтилев П.А., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Концепции и технологии проактивного управления жизненным циклом сложных технических объектов на судостроительном предприятии Седьмая международная научно-практическая конференция «Имитационное и комплексное моделирование морской техники и морских транспортных систем» (ИКМ МТМТС-2023). Труды конференции., CС. 163-168 (год публикации - 2023)

10. Соколов Б.В., Юсупов Р.М., Охтилев М.Ю., Охтилев П.А. Комплексное моделирование, автоматизация и интеллектуализация проактивного управления жизненным циклом сложных объектов Одиннадцатая всероссийская научно-практическая конференция по имитационному моделирования и его применению в науке и промышленности «Имитационное моделирование. Теория и практика» (ИММОД-2023). Труды конференции, С. 65-67 (год публикации - 2023)

11. Юсупов Р.М., Соколов Б.В., Захаров В.В. Основы теории проактивного управления функционированием и модернизацией сложных технических объектов XVI Всероссийская мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2023). Материалы мультиконференции, С.86-89 (год публикации - 2023)

12. Юсупов Р.М., Соколов Б.В., Захаров В.В., Семенов А.И. Petri net dynamic interpretation Proceedings of the 35th European Modeling & Simulation Symposium (EMSS 2023), 20th International Multidisciplinary Modeling & Simulation Multiconference, 5 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.46354/i3m.2023.emss.014