Основные направления развития математического обеспечения автоматизированных систем управления войсками и оружием

«Наука и военная безопасность», № 2, 2005 г., с.15-17

Полковник В.М. БУЛОЙЧИК,

начальник кафедры информационно-вычислительных систем

Военной академии Республики Беларусь,

доктор технических наук, профессор

Сложность и динамизм современных боевых действий, сжатые сроки принятия решений должностными лицами органов управления требуют использования в процессах управления передовых информационных технологий. При этом одним из направлений развития систем управления в Вооруженных Силах Республики Беларусь является автоматизация процесса управления с целью обеспечения эффективного выполнения войсковыми формированиями поставленных им боевых задач

Среди видов обеспечения АСУ (технического, математического, программного, информационного и лингвистического) в качестве приоритетного сегодня выделяется математическое, так как именно оно определяет прогностические возможности системы управления и, как следствие, обеспечивает выбор наиболее эффективного варианта принимаемого решения. Тем более что оно непосредственно реализуется в программном обеспечении, в значительной степени определяя его качество.

В настоящее время под специальным математическим обеспечением АСУ понимается совокупность математических моделей операций (боевых действий), информационных и расчетных задач, реализуемых в процессе управления войсками (силами).

Следует дифференцированно оценивать направления развития специального математического обеспечения современных АСУ.

В системах управления оружием преобладают хотя и очень сложные, но в основном детерминированные процессы. В их автоматизации существенная роль принадлежит математическим моделям процессов функционирования как отдельных образцов оружия противоборствующих сторон, так и моделям процессов их системного взаимодействия. При этом они должны быть реализованы в реальном масштабе времени. Особенностью математических моделей реального времени, применяемых для управления современным оружием, в том числе и высокоточным, является то, что они основаны на сверхбыстром решении ряда многокритериальных оптимизационных и трудноформализуемых задач. При этом их решение должно осуществляться на фоне электронной карты местности, представляющей собой значительный массив цифровых данных. К таким задачам можно отнести: выделение информативных признаков цели, распознавание цели, целераспределение, определение координат цели для высокоточного оружия, синтез наиболее эффективного боевого порядка огневых средств, поиск участков местности с требуемыми тактическим свойствами и др. Решение этих и подобных им задач требует применения высокопроизводительных информационно-вычислительных систем.

Оценивая перспективы развития современных информационно-вычислительных систем, в первую очередь следует обратить внимание на нейрокомпьютеры, которые сегодня обеспечивают наибольшее (чем любая другая мыслимая физическая реализация компьютера) распараллеливание процесса обработки информации при сохранении требуемой точности расчетов. В то же время решение задач автоматизированного управления оружием на нейрокомпьютере связано с трудоемким процессом создания их нейросетевых алгоритмов. Из этого можно заключить, что развитие специального математического обеспечения АСУ оружием будет сопровождаться широким применением нейросетевой технологии обработки информации, а вопросы создания нейросетевых алгоритмов военно-прикладных задач будут приоритетными в ближайшем будущем [1].

Главной особенностью АСУ войсками (АСУВ) следует считать мощную информационно-математическую поддержку интеллектуальной деятельности командующего (командира). Следовательно, для специального математического обеспечения АСУВ первостепенное значение приобретают вопросы создания интеллектуальной системы поддержки решений (ИСПР), которая на основе текущей информации об обстановке, имеющихся формализованных знаниях о противнике, своих войсках и логики мыслительной деятельности лица, принимающего решения, должна прогнозировать развитие событий. При этом с помощью математического моделирования боевых действий такая система должна оценить эффективность возможных решений и выработать рекомендации по руководству подчиненными войсками. Командир при выборе способа действий либо соглашается с предлагаемыми рекомендациями, либо отвергает их и принимает свой вариант решения, используя собственную интуицию и опыт. Эта процедура повторяется по мере обновления информации и изменения обстановки.

Одной из важнейших проблем создания ИСПР является разработка методов, обеспечивающих принятие командиром эффективных решений в условиях ограниченной информации и дефицита времени. Она может быть решена путем комплексного рассмотрения следующих вопросов: пересмотр существующих подходов к автоматизации процесса выработки решений; создание высокоадекватных математических моделей, позволяющих вскрыть причинно-следственные связи между отдельными элементами обстановки, элементами принимаемого решения и возможными результатами боев; обеспечение моделирования альтернатив развития событий и логики мышления командира при выборе наилучшего решения. При этом все чаще внимание военных специалистов обращается на возможность использования для этих целей последних достижений логического направления теории искусственного интеллекта.

Обратимся непосредственно к центральному вопросу управления - процессу выработки решения. При этом естественным является желание возложить решение всех задач управления на средства автоматизации. Но это вызывает необходимость создания быстродействующих алгоритмов выработки эффективных рекомендаций по управлению войсками. В то же время возможность алгоритмизации тех или иных задач интеллектуальной поддержки решений определяется достигнутым уровнем познания закономерностей мыслительной деятельности человека. Однако сегодня не представляется возможным создать алгоритмы управления, способные полностью заменить командира, особенно при решении им творческих задач, например таких, как оценка замысла противника, прогнозирование его вариантов поведения и т.п. Поэтому единственно возможным является разумное распределение функций управления между командиром (штабом) и ЭВМ. Это распределение функций необходимо осуществить так, чтобы обеспечить минимум времени принятия решений при максимальной их эффективности с учетом имеющихся ограничений на производительность информационно - вычислительных систем.

Вопрос о возможности рационального распределения функций управления между командиром и ЭВМ и автоматизации процесса решения творческих задач управления сводится фактически к вопросу о возможности моделирования мышления человека-командира на ЭВМ и является центральным в современной теории искусственного интеллекта [2]. Рассмотрим, какие функции мышления командира может уже сегодня выполнить ЭВМ.

В соответствии с современным состоянием теории искусственного интеллекта можно выделить следующие формы мыслительной деятельности человека: эмпирическое мышление, аксиоматическое (аналитическое) мышление, диалектическое мышление.

Сущность эмпирического мышления заключается в накоплении, систематизации и организации опыта. Принимая решение в конкретной ситуации, человек сопоставляет ее с ранее встречавшимися и выбирает такой способ действий, который принес ему успех в прошлом. В процессе накопления опыта осуществляется установление связи «ситуация - решение». При этом происходит отбор наиболее существенных признаков ситуации, оправдывающих принятие того или иного решения. В результате у человека вырабатывается как бы автоматическая реакция на типичные ситуации, не требующая практически никаких умственных усилий.

Возможность моделирования на ЭВМ такой формы мышления сегодня не вызывает сомнений. Для этого необходимо построить программу, позволяющую на этапе обучения анализировать описания ситуаций, выделять их общие признаки, которым соответствует одно и то же лучшее решение, и накапливать их в памяти [3]. В дальнейшем эта программа должна сопоставлять каждую вновь возникшую ситуацию с набором признаков, соответствующих каждому решению, и выбирать то, которое принималось в аналогичных ситуациях в прошлом. При этом обучение программы может осуществляться экспертом (человеком, указывающим наилучшее решение в каждой ситуации) либо может быть организован процесс самообучения, при котором целесообразное решение отыскивается с помощью детальных прогностических моделей боевых действий методом проб и ошибок или методом обратного распространения ошибки. При этом должен быть задан критерий оценки качества решений.

Подобный подход к автоматизации управления уже реализован на практике и используется в технической диагностике, медицине, для управления железнодорожным узлом и другими объектами, характерным для которых является повторяемость ограниченного числа типовых ситуаций. Именно в ограниченности состоит его основной недостаток.

Если условия функционирования АСУ настолько разнообразны, что одинаковые или близкие ситуации практически не повторяются и заранее невозможно предвидеть, какие ситуации могут возникнуть в будущем, то количество возможных решений велико и эмпирическое мышление оказывается бессильным.

Боевые действия характеризуются этими свойствами. Так, например, в связи со стремлением противника скрыть свой замысел и его конкретную реализацию заранее невозможно учесть все многообразие вариантов развития событий и соответствующее им число ситуаций. Тем не менее, в военных АСУ такого рода программы необходимы, они могут быть применены, например, для выработки решений по управлению одиночными огневыми средствами, когда количество управляющих действий (решений) ограничено. Однако с ростом количественного состава огневых средств и соответственно количества целей, которые могут находиться в их зоне действия, количество возможных вариантов решений резко возрастает. Ясно, что построить алгоритм управления по принципу «ситуация - решение» в этом случае не представляется возможным.

Таким образом, хотя моделирование эмпирического мышления человека в принципе возможно, одной этой формы явно недостаточно для реализации ее в такой сложной системе управления, как система управления войсками.

Аксиоматический способ мышления заключается в задании исходной системы предположений, принимаемых тождественно истинными в любой возможной ситуации, и последующем логическом выводе по определенным правилам решения из описания ситуации, целевой установки (боевой задачи) и указанной системы аксиом. Этот способ является более оперативным по сравнению с эмпирическим мышлением, поскольку он основан на предварительном выявлении общих закономерностей, свойственных окружающему миру и зафиксированных в аксиомах, и использовании правил логического вывода, также выработанных в результате накопления опыта.

Военные аксиомы сосредоточены в уставах, наставлениях, инструкциях и отражают накопленный коллективный опыт по управлению войсками. Они не являются безусловно незыблемыми и нуждаются в совершенствовании и развитии по мере развития форм и способов вооруженной борьбы. Преимущество аксиоматического мышления состоит в том, что человеку необходимо знать не то, какое конкретное решение нужно принять в данной ситуации, а как логически вывести это решение из усвоенной им системы общих принципов, положений, правил. Аксиоматическое мышление существенно расширяет диапазон условий, в которых командир может принимать эффективное решение.

Однако аксиоматическое мышление является строго формальным, т.е. при фиксированных системе аксиом и описании ситуаций вывод будет строго однозначным. В этом состоит недостаток аксиоматического мышления, поскольку в военном деле наиболее эффективное решение не всегда является логичным. В нетипичных ситуациях, когда некоторые аксиомы становятся неприемлемыми, может быть получен неверный вывод. Кроме того, недостатком аксиоматического мышления применительно к управлению боевыми действиями является его неполнота, ибо практически невозможно задать систему аксиом, полностью описывающую все закономерности вооруженной борьбы.

Поскольку основу аксиоматического мышления составляет логический вывод, осуществляемый по правилам формальной логики, такая форма мышления поддается моделированию на ЭВМ. В настоящее время известны процедуры автоматического доказательства теорем, реализуемые на ЭВМ и обеспечивающие проверку выводимости того или иного предложения, записанного на формальном языке исчисления предикатов, из исходной системы аксиом [4]. В связи с этим представляется реальной возможность создания алгоритмов управления для АСУ, основанных на аксиоматическом методе. На этой основе, например, могут быть построены алгоритмы оценки обстановки, выработки решения по закреплению средств поражения за целями, алгоритмы организации взаимодействия и т. п.

Преодолеть недостатки, свойственные аксиоматическому мышлению, можно, если предусмотреть быстрое изменение состава аксиом оперативным расчетом в соответствии с изменяющейся обстановкой. Это означает, что недостатки аксиоматического мышления можно скомпенсировать путем участия оперативного расчета в процессе выработки решения, т.е. в процессе управления.

Есть все основания полагать, что в настоящее время возможность моделирования мышления человека ограничивается именно его аксиоматической формой.

Наивысшей формой мышления человека является диалектическое мышление. Оно включает качественные скачки, основанные на обнаружении и преодолении основного противоречия сложившейся ситуации. Если обнаружение противоречия возможно логическим путем или при столкновении с новым эмпирическим фактом, то его преодоление возможно только с позиции диалектики. Все творческие решения обязаны своим появлением именно диалектическому мышлению. Можно считать, что именно такая форма мышления является основной при управлении боевыми действиями. Диалектическое мышление основано на законах диалектической логики, которые в настоящее время еще не формализованы, поэтому пока невозможно моделирование такой формы мышления.

Таким образом, в настоящее время принципиально возможно моделирование эмпирической и аксиоматической форм мышления командира. Для преодоления недостатков аксиоматического мышления необходимо, чтобы в процессе управления принимал участие человек, дополняющий его диалектическим. Это означает, что на управляющую ЭВМ следует возложить решение задач управления в ситуациях, которые предусмотрены исходной системой аксиом, а командир (офицер штаба) должен вмешиваться для принятия творческих решений в нетипичных ситуациях и для коррекции системы аксиом.

Для накопления опыта (в том числе и боевого) и коррекции системы аксиом необходимо иметь прогностические модели боевых действий, обеспечивающие количественную оценку вырабатываемых решений. При этом моделирование должно быть достаточно быстрым, детальным, учитывать возможное противодействие противника, пространственные, вероятностные и временные характеристики управляемых средств, их взаимодействие и осуществляться на основе электронной карты местности [5]. Реализация этих моделей также, как и реализация математического обеспечения для АСУ оружием, должна осуществляться в нейросетевом базисе.

На уровне системы управления оперативно-тактическим объединением ВВС и войск ПВО в качестве основы для ИСПР может использоваться система моделирования «Свислочь-1». Ее внедрение в состав создаваемого специального математического обеспечения компьютерной военной игры будет первым шагом на пути создания полнофункциональной ИСПР и автоматизации процесса решения командиром творческих задач управления. При реализации основных элементов данной системы в нейросетевом базисе, характеризующемся параллелизмом вычислений и эффективной работой с неполной и зашумленной информацией, разработанные прогностические модели в ближайшем будущем могут быть использованы в реальном времени развития боевых действий и составить ядро будущей ИСПР командира.

Подводя итог вышеизложенному, следует заметить, что широкое внедрение современных достижений нейросетевой технологии обработки информации и логического моделирования мыслительной деятельности командира в боевые алгоритмы АСУ оружием и войсками определяет основные направления развития его специального математического обеспечения. Объективная сложность создания такого специального математического обеспечения требует дальнейшей научно-методологической проработки данного вопроса.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Булойчик В.М. Интеллектуальная поддержка решений, принимаемых в антагонистических системах управления. //Известия Национальной академии наук Беларуси. Сер. физ.-техн. наук. - 2004. - №2 -С. 84 - 89.

2. Тейз А., Грибон П., Луи Ж. и др. Логический подход к искусственному интеллекту: от классической логики к логическому программированию. - М.: Мир, 1990. - 432 с.

3. Братко И. Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 560 с.

4. Рейурд-Смит В.Дж. Теория формальных языков: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.

5. Булойчик В.М. Военно-прикладные вопросы математического моделирования. Основы теории математического моделирования боя и боевых действий. - Минск: ВА РБ, 2005. - 252 с.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте