Военно-технические проблемы и основные принципы создания мобильных АСУ ВВС
ВМ №12.2004г.(стр. 21-29)
Военно-технические проблемы и основные принципы создания мобильных АСУ ВВС
В. И. КОЛЕСНИЧЕНКО, кандидат технических наук
СОЗДАНИЕ автоматизированных систем управления (АСУ) войсками и оружием ВВС в целом является сложной военно-технической проблемой. В их развитии можно выделить три основных периода: первый - от середины 50 до конца 80-х годов XX века; второй - от конца 80 до конца 90-х годов; третий - от конца 90-х годов по настоящее время. До середины 50-х годов прошлого столетия никаких средств автоматизации для управления оружием и войсками создано не было, существовали лишь объективные предпосылки для их разработки.
В первый период создания и развития АСУ средства воздушно-космического нападения становятся одними из основных средств вооруженной борьбы. Массовое применение ударной авиации, планируемое в рамках практически всех концепций, которые были приняты в тот период США и странами НАТО, требовало сокращения времени на подготовку расчетов для уничтожения воздушных целей, а также централизованного управления зенитными ракетными комплексами и авиацией. Неавтоматизированные способы управления уже не могли обеспечить эффективное управление силами и средствами, ведущими боевые действия в воздухе, и осуществлять взаимодействие между ними. Именно это и явилось одной из основных причин разработки в этот период основ теории автоматизированного управления.
В конце 50-х годов командные пункты истребительных авиационных дивизий и полков стали оснащаться комплексной системой оповещения, управления и наведения, а для командных пунктов зенитных ракетных войск были созданы первые автоматизированные системы управления. Они позволили повысить эффективность, оперативность, устойчивость и скрытность управления силами и средствами, ведущими боевые действия в воздухе. Устойчивость системы управления в этот период достигалась созданием защищенных стационарных командных пунктов управления, на которых размещались в основном подвижные средства автоматизации. Но требование к устойчивости АСУ коренным образом изменилось после появления космических систем разведки и высокоточного «проникающего» оружия. Оно стало основным средством уничтожения стационарных КП различных звеньев управления, что предопределило необходимость поиска новых путей сохранения устойчивости управления войсками и силами авиации и ПВО.
Во второй период на вооружение ВВС и Войск ПВО поступили самолеты четвертого поколения (МиГ-29, Су-27, МиГ-31). Командные пункты истребительных авиационных полков стали оснащаться многофункциональными автоматизированными системами управления, созданными на основе специализированных ЭВМ третьего поколения. Принятие на вооружение зенитной ракетной системы С-300 потребовало совершенствования имеющихся автоматизированных систем управления, и в войска ПВО страны поступают автоматизированные системы управления смешанными группировками ЗРВ.
Автоматизация управления боевыми действиями соединений и частей ЗРВ и авиации существенно повысила эффективность их применения и заложила основу для более успешного решения задач взаимодействия между ними. Однако в этот период создаются в основном только подвижные АСУ войсками и оружием на основе вычислительной техники третьего поколения.
В третий период развития АСУ главной проблемой для России стала организация противовоздушной обороны в условиях количественного и качественного перевеса в силах и средствах вероятного противника. Воздушно-космическая сфера становится основной сферой вооруженной борьбы.
Массированное применение сил и средств, ведущих боевые действия в воздухе, в условиях дефицита времени на оценку обстановки и принятие решения потребовало автоматизации этих процессов уже в оперативном звене управления. Именно поэтому начинают создаваться АСУ оперативного уровня на основе технологий нового поколения, позволяющие существенно расширить круг решаемых ими задач. Однако и эти системы не в полной мере учитывали высокоманевренный характер современных боевых действий и широкое применение ВТО, хотя также создавались в подвижном варианте.
Появление новых видов оружия и изменение характера вооруженной борьбы потребовали существенного пересмотра требований к перспективным АСУ. Одним из возможных вариантов решения проблемы управления войсками и силами авиации и ПВО в таких войнах становится переход на мобильную противовоздушную оборону, которая предусматривает последовательное решение задач противовоздушной обороны страны всеми имеющимися силами и средствами авиации и ПВО с применением маневра.
Таким образом, практика ведения современных локальных войн и вооруженных конфликтов подтверждает, что мобильность АСУ является главным качеством, которое может обеспечить устойчивость и живучесть системы управления в войнах настоящего и будущего в условиях широкого применения противником ВТО.
По перечню задач обработки информации и управления мобильные АСУ не имеют отличий от стационарных систем. Основными факторами, определяющими этот перечень задач, являются: принципиальная невозможность полной формализации творческой составляющей процесса управления войсками; ограниченные вычислительные ресурсы комплекса средств автоматизации (КСА); невозможность создания автоматической системы управления войсками из-за персональной ответственности должностных лиц органов и пунктов управления за принимаемые решения (т.е. на автоматизацию управления войсками накладывает свои ограничения юридический аспект).
Эти же факторы обусловливают военно-технические проблемы проектирования мобильных АСУ ВВС, основными из которых являются: определение состава, назначения АСУ и порядка взаимодействия ее элементов; рациональное распределение функций управления между лицами боевого (оперативного) расчета и средствами автоматизации; организация взаимодействия лиц боевого (оперативного) расчета со средствами автоматизации при решении задач обработки информации и управления; алгоритмизация задач управления, решение которых возлагается на КСА; автоматизация процессов съема, обработки и передачи информации о воздушной обстановке.
Известно, что АСУ ВВС должна соответствовать сложившейся организационной структуре войск и принятым способам управления. Однако внедрение средств автоматизации может в свою очередь повлиять на организационную структуру войск, способствовать увеличению количественного состава подчиненных сил и средств, управляемых с одного командного пункта (КП), пункта управления (ПУ) или пункта наведения (ПН), изменить порядок подчиненности средств, привести к появлению новых способов управления. Поэтому выбор рациональной структуры АСУ ВВС требует всестороннего анализа эффективности системы управления для различных вариантов ее построения.
Проблема рационального распределения функций управления между лицами боевых (оперативных) расчетов КП и средствами автоматизации в АСУ тесно связана с методологией моделирования мышления человека, имеющей принципиальное значение в кибернетике. Несмотря на то, что вычислительные средства позволяют воспроизводить отдельные стороны мыслительных процессов человека, им свойственно принципиальное ограничение, связанное с тем, что воспроизведение этих процессов возможно только на формально-логическом уровне. Преобразование информации в вычислительных средствах осуществляется по законам формальной логики, заложенным в ЭВМ. В то же время командир, решая ту или иную задачу управления войсками, опирается не только на правила формальной логики, но и охватывает процесс боевых действий в целом, в его неопределенности и противоречивости, что недоступно машине. Только человек способен при управлении войсками (силами) и средствами учесть такие факторы, как моральный дух своих войск, разгадать замысел противника и др. Именно поэтому только командующий (командир) несет полную ответственность за исход операции (боя).
Таким образом, решая проблему распределения функций управления между лицами боевых (оперативных) расчетов и средствами автоматизации, необходимо исходить из того, что средства автоматизации должны служить рабочим инструментом командующего (командира), лиц боевых (оперативных) расчетов, обеспечивающим их исчерпывающей информацией об обстановке, что позволяет им своевременно принять правильные (обоснованные) решения.
При организации взаимодействия лиц боевого (оперативного) расчета КП со средствами автоматизации следует исходить из того, что из комплекса задач обработки информации и управления в первую очередь подлежат автоматизации задачи, носящие массовый характер, поддающиеся формализации и требующие выполнения большого числа вычислительных и логических операций за ограниченное время. При определении целесообразной степени автоматизации решения тех или иных задач учитывается относительная эффективность их решения человеком и ЭВМ, экономические затраты, имеющийся запас времени
Основные задачи обработки информации и управления, автоматизируемые в АСУ ВВС, условно можно разделить: на расчетные задачи, решаемые по запросам лиц боевых (оперативных) расчетов ПУ (подготовка данных для оценки общей воздушной обстановки, штурманские расчеты, оценка и прогнозирование радиационной обстановки и т. д.); на задачи боевого управления отдельными средствами или нижестоящими КП (ПУ, ПН) в динамике боевых действий (целераспределение СВН в ударе и т.д.); на задачи наведения средств поражения на воздушные цели (например, истребителей-перехватчиков) и задачи взаимодействия.
Результаты решения расчетных задач выдаются на устройства отображения информации и являются вспомогательным материалом для лиц боевого расчета при выработке решения. Рекомендации ЭВМ по целераспределению также представляются на устройствах отображения для оценки и коррекции лицами боевого (оперативного) расчета. При этом предусматривается возможность их вмешательства в процесс целераспределения путем задания отдельных параметров алгоритма, изменения его логики, ввода дополнительных ограничений по отдельным целям. Целеуказание осуществляется обычно автоматически в соответствии с утвержденным вариантом целераспределения. Команды наведения истребителей-перехватчиков обычно вырабатываются автоматически под контролем офицеров боевого управления (наведения). Задачи взаимодействия могут решаться с помощью средств автоматизации либо непосредственно лицами боевого расчета в зависимости от степени автоматизации КП (ПУ).
В конкретных АСУ может быть автоматизировано решение всех или части из перечисленных задач в соответствии с назначением КП (ПУ, ПН), их пропускной способностью и составом подчиненных войск (сил) и средств.
Проблема алгоритмизации задач управления состоит в разработке математических моделей, методов, алгоритмов и программ, соответствующих данным задачам. При этом вырабатывается система формальных правил, однозначно определяющих поведение АСУ и вырабатываемые ею команды управления в любой ситуации.
Проблема автоматизации процессов съема, обработки и передачи информации сводится к разработке методов автоматического обнаружения отраженных от цели сигналов на выходе РЛС, алгоритмов завязки траекторий, их сопровождения, объединения информации от нескольких источников и к построению надежных помехоустойчивых систем передачи дискретной информации.
Основными путями решения указанных военно-технических проблем создания мобильных АСУ ВВС могут быть следующие:
дальнейшая разработка фундаментальных основ теории управления войсками (силами) и средствами, а также проверка основных ее положений на войсковых и командно-штабных учениях, командно-штабных военных играх, а также с помощью методов математического моделирования боевых действий объединения ВВС в операциях;
улучшение организационной структуры системы управления; развитие организационных форм, способов и методов работы лиц боевых (оперативных) расчетов, технического персонала КП (ПУ, ПН) и должностных лиц штабов;
разработка и внедрение высокоэффективных программно-технических средств автоматизации управленческих процессов;
проведение военно-научных исследований на протяжении всего жизненного цикла АСУ в целях получения информации, необходимой для принятия обоснованных решений по проектированию новых и модернизации эксплуатируемых систем.
Неверное или недостаточно обоснованное решение на какой-либо стадии жизненного цикла АСУ сказывается на всех последующих стадиях и этапах. Особенно важны решения, принятые на первых двух стадиях жизненного цикла: предпроектной стадии (изыскания путей и обоснования облика АСУ в процессе выполнения прикладных НИР), а также на стадии проектирования (непосредственной разработки АСУ, ее подсистем и элементов в процессе выполнения соответствующих ОКР). Качество и степень обоснованности принятых на указанных стадиях решений определяют эффективность применения, стоимость и эксплуатационные показатели проектируемой АСУ ВВС.
Высокое качество выполнения указанных мероприятий может быть достигнуто лишь при наличии специально организованного непрерывного научно-технического сопровождения АСУВ в течение всего ее жизненного цикла.
Совокупность задач, решаемых при научно-техническом сопровождении АСУВ, можно представить двумя большими взаимосвязанными группами: задачами научно-технического и организационно-технического характера.
Первая группа задач имеет целью в результате исследований получить научные данные, необходимые для принятия обоснованных решений оперативно-тактического, технического, военно-экономического и организационного характера, а также информационно и методически поддержать выполнение мероприятий по формированию, обеспечению и поддержанию необходимого уровня качества АСУВ и других мероприятий по всем видам обеспечения, проводимых в течение жизненного цикла системы.
Вторая группа задач непосредственно связана с реализацией организационно-технических мероприятий по взаимоувязанному изменению состояния АСУВ от начала исследований и обоснования ее разработки до окончания эксплуатации системы.
В целом научно-техническое сопровождение АСУВ требует выполнения научных исследований и проведения организационно-технических мероприятий, связанных с управлением качеством и с эффективным ее применением по целевому назначению.
Помимо вышеуказанного важным условием создания высокоэффективной АСУ ВВС является реализация в процессе ее проектирования и разработки основных принципов построения АСУВ. При этом оперативно-тактические требования, предъявляемые к системе, могут выступать как оперативно-тактические принципы ее построения. Основными из них, на наш взгляд, являются следующие.
Первый. Соответствие возможностей АСУВ организационной структуре и боевым возможностям войск (сил) и средств, а также составу и структуре системы управления войсками. Этот принцип отражает эволюционный характер развития систем управления. В свою очередь внедрение автоматизированного управления оказывает обратное влияние на организационную структуру войск, органов и пунктов управления.
Второй. Сохранение ведущей роли командующего (командира) в процессе управления войсками (силами) и боевыми средствами. Этот принцип отражает необходимость создания не автоматических, а автоматизированных систем управления войсками, преднамеренное ограничение степени автоматизации управления, сохранение определяющей роли человека в сложном «человеко-машинном» процессе управления. Принятие решения, выбор оптимального (рационального) варианта решения на боевые действия из всех возможных всегда должны осуществляться человеком.
Третий. Удобство работы должностных лиц органов и пунктов управления на средствах автоматизации. Данный принцип отражает необходимость создания условий, обеспечивающих максимальную эффективность интеллектуальной деятельности должностных лиц при работе на средствах автоматизации.
Четвертый. Сохранение основных алгоритмов работы командиров, штабов, органов и пунктов управления при внедрении средств автоматизации. Данный принцип предполагает обеспечение преемственности методов работы должностных лиц органов и пунктов управления в различных звеньях управления при переходе от неавтоматизированного способа управления войсками (силами) и средствами к автоматизированному, разумную унификацию алгоритмов их работы на автоматизированных рабочих местах.
Пятый. Рациональное сочетание централизованного и децентрализованного способа управления, возможность быстрого перехода от одного к другому, а также от автоматизированного управления к неавтоматизированному и наоборот. Этот принцип отражает конечную надежность АСУ В, а также нецелесообразность полной автоматизации во всех звеньях управления деятельности всех должностных лиц органов и пунктов управления.
Шестой. Обеспечение устойчивости, адаптации и самоорганизации АСУВ в соответствии с изменениями внутренних и внешних параметров ее функционирования. Данный принцип предусматривает: создание и согласованное применение основной, дублирующей и резервной систем АСУВ; возможность управления войсками (силами) и средствами через инстанцию (а в некоторых случаях и через несколько инстанций); возможность перераспределения функций управления между командными пунктами (пунктами управления) и пунктами наведения в одном звене управления, а в некоторых случаях - передачу их на КП (ПУ) и ПН низших уровней управления; возможность изменения конфигурации АСУВ при переподчинении войск (сил) или выходе из строя некоторых ее подсистем и элементов.
Общесистемные принципы построения АСУВ в общем случае формулируются на основе экспертных суждений, опыта создания подобных систем, сложившихся взглядов на проектируемую АСУВ. Практика проектирования АСУВ показывает, что достаточной оказывается двухуровневая систематизация принципов, предполагающая выделение на первом уровне группы принципов создания всей системы (или ее подсистем), а на втором уровне - группы, включающей специфические принципы построения различных видов обеспечения АСУВ.
Основными общесистемными принципами построения АСУВ являются принципы системности, открытости (развития), совместимости, стандартизации (унификации), адаптивности и эффективности.
Принцип системности заключается в том, что при декомпозиции должны быть установлены такие связи между структурными элементами системы, которые обеспечивают ее цельность и взаимодействие с другими системами как по горизонтали (на одном уровне), так и по вертикали (между уровнями).
Принцип развития {открытости) заключается в том, что АСУВ должна создаваться с учетом возможности пополнения и обновления функций и состава без нарушения процесса функционирования. Данный принцип отражает возможность модификации АСУВ, которая может сводиться как к замене отдельных ее подсистем и элементов, так и к добавлению либо изъятию любых других подсистем и элементов.
Принцип совместимости заключается в том, что при создании АСУВ должны быть реализованы информационные интерфейсы, благодаря которым она может взаимодействовать с другими системами управления в соответствии с установленными правилами. Данный принцип отвергает автономную разработку различных подсистем и элементов АСУВ, как бы ни были высоки показатели их качества. Принцип совместимости естественным образом дополняет первые два принципа, обеспечивая возможность создания новых, более совершенных систем на базе имеющихся.
Принцип стандартизации {унификации) заключается в том, что при создании АСУВ должны быть рационально применены типовые, унифицированные и стандартизованные элементы, проектные решения, пакеты прикладных программ, комплексы, компоненты. Этот принцип распространяется также на все основные виды обеспечения АСУВ (техническое, информационное, лингвистическое, математическое, программное).
Стандартизация и унификация всегда сопряжена с увеличением избыточности ресурсов системы. Чем выше уровень унификации, тем больше избыточность системы. При этом издержки от избыточности системы возрастают с увеличением ее сложности. Поэтому при создании АСУВ, придерживаются принципа «умеренной» (разумной) стандартизации и унификации.
Принцип адаптивности заключается в необходимости создания АСУВ, обладающей способностью к изменению своих параметров в зависимости от характеристик внешней среды. Адаптивное поведение системы повышает ее живучесть и устойчивость.
Рассмотренные общесистемные принципы в равной мере могут быть распространены на подсистемы и элементы, составляющие АСУВ. Это утверждение вытекает из возможности представления каждой подсистемы или элемента самостоятельной системой при снижении уровня общности рассмотрения. Различия могут заключаться лишь в значимости того или иного принципа применительно к той или иной подсистеме.
Высокий уровень общности изложенных принципов позволяет отнести их и к отдельным видам обеспечения АСУВ. Однако более полное представление о каждом виде обеспечения можно составить путем дополнения указанных общесистемных принципов специфическими принципами.
Применительно к техническому обеспечению специфическими принципами проектирования АСУВ являются принципы достаточной производительности, согласованности пропускной способности и надежности элементов, агрегатируемости и эволюционности.
Принцип достаточной производительности обязывает подходить к выбору или построению комплексов технических средств (КТС) исходя из требований по обеспечению своевременности обработки информации, т.е. вводит ограничения на минимальную вычислительную мощность (производительность) технических средств.
Соблюдение принципа согласованности пропускной способности и надежности элементов, составляющих КТС, создает условия для обеспечения равномерной загрузки оборудования, облегчает решение вопросов технической совместимости, а также способствует повышению эффективности использования КТС в системе.
Принцип агрегатируемости предполагает построение КТС в виде совокупности функционально и конструктивно завершенных устройств, блоков, узлов. Функциональная завершенность облегчает модификацию КТС и их элементов в процессе совершенствования
(модернизации) АСУВ. По существу выделение в составе технического обеспечения некоторых подсистем (центрального вычислительного комплекса, КТС отображения, КТС передачи данных, КТС документирования, КТС системы единого времени и др.), а также придание КТС некоторой автономности означает практическое осуществление функциональной агрегатируемости. Следует иметь в виду, что агрегатируемость, подобно стандартизации и унификации, как правило, связана с увеличением избыточности систем и комплексов. Поэтому правомерно ставить и решать задачу определения оптимального уровня агрегатируемости.
Принцип эволюционностиразвития предполагает построение КТС на основе последовательной автоматизации элементов организационной структуры системы управления. Данный принцип проектирования технического обеспечения не отвергает альтернативного пути их развития - революционного, который требует обычно значительно больших затрат, а иногда может привести к нарушению требования непрерывности управления. Значимость этого принципа тем выше, чем больше сложность (размерность) АСУВ или чем выше степень ответственности выполняемых ею функций.
Применительно к программному обеспечению (ПО) специфическими принципами проектирования являются: модульность, наращиваемость, предсказуемость, эргономичность, совместимость, функциональная избыточность.
Принцип модульности предполагает разделение большого комплекса программ на отдельные части, поддающиеся анализу, что упрощает разработку отдельных программ в целом, но требует четкой организации работ по проектированию.
Принцип наращиваемости определяется динамичностью АСУВ. Он позволяет использовать разработанное ПО как базовую систему для проектирования более совершенных систем.
Принцип предсказуемости означает, что разработанные программы должны реагировать определенным образом на любые действия должностных лиц органов и пунктов управления.
Принцип эргономичности (удобства использования) предполагает проектирование дружественного и интуитивно понятного интерфейса взаимодействия пользователя системы с АСУВ. Данный принцип реализуется посредством учета основных психологических и физиологических факторов человека при осуществлении управленческой деятельности в составе АСУВ.
Принцип совместимости предполагает возможность применения созданных программ в другой вычислительной среде.
Принцип функциональной избыточности предполагает проектирование таких программных средств, которые содержат несколько вариантов программ, реализующих одни и те же функции с различными параметрами. Реализация рассматриваемого принципа позволяет предоставить пользователю возможность выбора одного из вариантов программной реализации алгоритмов работы в соответствии с условиями применения АСУВ. По существу, принцип функциональной избыточности реализует принцип адаптируемости применительно к программному обеспечению.
Особенность информационного обеспечения заключаются в широком использовании современной концепции построения баз данных (БД). Доминирующая роль БД в определении свойств этого вида обеспечения позволяет ограничиться рассмотрением только специфических принципов ее построения, основными из которых являются произвольность структур данных, минимизация информационной базы, единство информационной базы, независимость информационной базы от специального программного обеспечения (СПО).
Произвольность структур данных отражает стремление разработчиков к созданию БД, инвариантных к структуре данных, т. е. баз, способных хранить и выдавать данные, на структуру которых не накладывается ограничений. Однако подобное требование в ряде случаев может оказаться невыполнимым. Поэтому степень его категоричности снижают, вводя конечную номенклатуру структур хранимых данных. При этом БД обеспечиваются средствами генерации более сложных структур данных на основе хранимых данных.
Минимизация информационной базы преследует цель сокращения объема данных, которое может осуществляться лишь за счет устранения их избыточности. Предельный случай минимизации достигается тогда, когда данные хранятся в единственном экземпляре. В полностью не избыточной информационной базе помимо очевидных преимуществ, связанных с уменьшением времени доступа к информации и требуемых объемов запоминающих устройств, достигается максимальная простота алгоритмов актуализации данных. Следует иметь в виду, что уменьшение избыточности данных сопровождается снижением устойчивости БД, т.е. при создании распределенной БД затруднен, а иногда делается невозможным процесс восстановления информации в случае ее разрушения.
Следовательно, усиление одних свойств и ослабление других при изменении степени избыточности данных в базе побуждает ставить и решать задачу определения оптимального уровня избыточности. Поэтому принцип минимизации должен восприниматься не абсолютно, а как требование поиска минимально допустимого уровня избыточности данных.
Принцип единства информационной базы приобретает свою актуальность в АСУВ, ориентированных на обслуживание достаточно большого числа различных пользователей. Этот принцип отвергает создание общей базы в виде простой совокупности частных баз. В этом случае неизбежно присутствует пересечение данных, т. е. непреднамеренная избыточность, что противоречит принципу минимизации информационной базы. Единая информационная база должна рассматриваться, как и всякая система, в виде целостной совокупности взаимосвязанных элементов.
Соблюдение принципа независимости информационной базы от СПО обеспечивает в известном смысле универсальность информационной базы, ибо становится возможным ее использование в совокупности с различными версиями СПО. Изменение программ отдельных пользователей и реорганизация информационной базы при соблюдении рассматриваемого принципа становятся независимыми процедурами. В результате возникают предпосылки независимого развития информационного обеспечения и СПО.
Синицын В.П. ВВС: проблемы становления и развития //Военная Мысль. 1998. № 4. С. 4-8.
Противовоздушная оборона страны (1914-1995 гг.): Военно-исторический труд. Тверь: ВУПВО, 1998.
Корабельников А.П. Разработка теоретических основ создания мобильной противовоздушной обороны. Калинин: ВКА ПВО, 1991.
Алтухов П.К. Основы теории управления войсками (силами). М.: ВАГШ, 1980.
Под научно-техническим сопровождением АСУВ понимают процесс планирования и выполнения заказчиком в тесном взаимодействии с пользователем и разработчиком системы комплекса научных, технических и организационных мероприятий, которые направлены на своевременное обоснование требований к ней, эффективные разработку, испытания, эксплуатацию, выявление направлений совершенствования и модернизации АСУВ.
