О выборе критериев оценки эффективности функционирования системы управления тактического звена
«Военная мысль» №10.2004г. (стр. 37-43)
О выборе критериев оценки эффективности функционирования системы управления тактического звена
Полковник О.А. ДЕМКИН, кандидат военных наук
ДЕМКИН Олег Анатольевич родился 8 августа 1963 года в селе Гусанапох Анийского района Республики Армения. Окончил Харьковское гвардейское высшее танковое командное училище (1985) и Военную академию бронетанковых войск (1994). Проходил службу на различных командных и штабных должностях. С 1997 года - на научной и преподавательской работе. В настоящее время - заместитель начальника кафедры управления войсками и службы штабов Общевойсковой академии ВС РФ.
СОВРЕМЕННЫЙ общевойсковой бой носит динамичный, высокоманевренный характер, и достижение успеха в выполнении боевых задач во многом зависит от оперативности, устойчивости и непрерывности управления подразделениями и частями. В этой связи назрела острая необходимость выработки научно обоснованных критериев оценки эффективности функционирования системы управления (СУ) тактического звена (ТЗ), что позволит более целенаправленно решать задачи как по совершенствованию существующих, так и по созданию перспективных СУ, в том числе четко формулировать требования к ним, определять эффективность конкретных СУ, сравнивать и выбирать наилучшие из них.
В общем случае критерии могут задаваться двумя различными способами. Первый основан на анализе современных достижений в конкретной области и заключается в рассмотрении свойств системы аналога и потенциальных возможностей их улучшения. Однако этот способ, как правило, не учитывает воздействие внешней среды. Второй способ базируется на анализе условий функционирования СУ и воздействия внешней среды, как на элементы СУ, так и на процесс управления в целом. Именно внешняя среда (прежде всего воздействие противника), как правило, обусловливает необходимость изменения параметров СУ, пересмотр, корректирование или формирование новых требований к ней.
Требования к СУ могут быть общего и частного характера. В научной литературе по теории управления войсками общие требования (высшего уровня) как к процессу управления, так и к СУ в целом определены и общеизвестны. Формирование же требований в целях получения показателей, отражающих отдельные стороны управления, взаимосвязь и взаимозависимость подпроцессов или элементов управления, целесообразно осуществлять в такой логической последовательности: в первую очередь формирование требований к процессу управления, затем - к СУ.
Рассматривая различные СУ с точки зрения их целевой направленности, можно выделить два типичных подхода. Первый - когда СУ стремится к достижению вполне определенного результата, который может быть только достигнут или не достигнут (по схеме «да-нет»). В этом случае естественным критерием эффективности (W) может быть вероятность достижения желаемого результата R (А):
Второй - когда система стремится к увеличению (или уменьшению) значения некоторой величины. В этом случае критерием эффективности может считаться среднее значение (или математическое ожидание) оптимизируемой (исследуемой) величины:
По-видимому, при исследовании такой сложной высокодинамичной системы, как СУ ТЗ, подход с определением качественных целей практически не позволяет определить степень их достижения, что для исследования очень важно. Тем не менее, так называемый качественно-количественный подход к определению критериев не исчерпывает их разнообразие. Важным основанием классификации является физический смысл критерия, характеризующий тот или иной аспект функционирования СУ. С этой точки зрения для оценки систем управления чаще всего используются следующие группы критериев: информационные - определяющие качество (адекватность) информации, циркулирующей в СУ; оперативные - характеризующие скорость решения задач, например, продолжительность цикла управления и общую производительность системы (число одновременно обрабатываемых сообщений или запросов); связанные с надежностью (устойчивостью), т.е. способностью системы бесперебойно работать в течение заданного времени, не допускать утечки секретных сведений и т.п.; экономические - стоимостные затраты на разработку, исследование, внедрение и эксплуатацию СУ.
Следует отметить, что каждая из перечисленных групп критериев характеризует, как правило, только одну сторону функционирования СУ. Наиболее часто в качестве основных оптимизируемых критериев оценки СУ (информационных систем) выбираются информационные и оперативные, поскольку в одних задачах желательна максимальная полнота и достоверность информации, в других - требуется минимизировать время реакции системы. При этом значения других критериев должны находиться в допустимых (определенных) пределах. В ряде случаев исследователи используют так называемые «множественные» критерии, оценивающие эффективность системы сразу с нескольких точек зрения.
Большинство исследований требуют, чтобы критерий охватывал систему как можно полнее, отражая влияние как можно большего количества факторов. Однако он не должен быть шире, чем это необходимо для решения поставленной задачи исследования, чтобы влияние интересующих исследователя значений (параметров) не потерялось в совокупности влияния многих других факторов. На практике при поиске компромиссного решения пытаются объединить несколько частных критериев в один обобщенный (составной), иногда в качестве дроби (где в числителе стоят те критерии, чье увеличение желательно, а в знаменателе - те, которые желательно уменьшить), иногда в виде «взвешенной суммы» отдельных критериев (положительными принимаются те, которые желательно максимизировать, отрицательными - требующие минимизации). Оба этих типа составных критериев обладают одними и теми же недостатками: возможность взаимной компенсации и вероятность серьезных ошибок в оценке эффективности при их некритическом использовании. Однако в некоторых случаях, используя отдельные методики, возможно получение результатов ограниченной ценности.
Для выбора предпочтительных критериев существует также редко используемый подход, основывающийся на соотношении абсолютных и относительных критериев. Частным случаем последних являются нормированные критерии, полученные путем сравнения с эталонной (идеальной) СУ.
Обзор классификации критериев показывает, что на сегодня в теории исследования управления не существует универсальных критериев оценки его эффективности. Но несмотря на многообразие подходов, их выбор применительно к СУ ТЗ как информационной системе представляется вполне реальной возможностью.
Наиболее целесообразный порядок (метод) оценки почти всех информационных систем заключается, на наш взгляд, в следовании принципа от простого к сложному: оценка по единичному критерию для конкретного условия; оценка по множеству критериев для конкретного условия; оценка по единичному критерию для диапазона условий; оценка по множеству критериев для диапазона условий. Для такой сложной системы управления, как СУ ТЗ (применительно к взаимосвязям в звене дивизия-полк-батальон), необходима оценка по нескольким (основным) критериям, так как здесь важны многие характеристики и выходные параметры системы. В условиях существенного влияния на функционирование СУ внешних и внутренних факторов этот подход позволяет четко установить физический смысл каждого критерия эффективности, а также рассмотреть требования, предъявляемые к СУ в их диалектической взаимосвязи и зависимости.
Поскольку условия оперативно-тактической обстановки непрерывно изменяются и крайне нестабильны, целесообразно оценку эффективности проводить только в расчете на диапазон условий, наиболее характерных для функционирования системы. Это позволит найти компромиссное решение, которое, не являясь строго оптимальным для одних условий, будет обладать приемлемой эффективностью в целом диапазоне условий. Таким образом, учитывая основные требования к функционированию СУ ТЗ, есть все основания оценивать ее эффективность по критериям оперативности, адекватности и устойчивости.
Выбор показателей, реально отражающих ту или иную сторону рассматриваемых процессов, предполагает конкретизацию требований к критериям оценки эффективности СУ ТЗ. Такими требованиями по оперативности являются: способность системы обеспечивать преобразование информации в объективно необходимые сроки; соответствие производительности СУ темпам изменения тактической обстановки в ходе боя; возможность немедленной подачи информации в СУ (без ожидания в очереди) любого внешнего абонента, т.е. возможность одновременного многоабонентного контакта.
В практике крайне проблематично определить конкретный временной показатель оперативности СУ, так как для разных войсковых инстанций в различных условиях обстановки эти показатели будут разными. В то же время необходимо задаться условиями, с выполнением которых можно будет с определенной долей вероятности говорить о достижении оперативности. Вполне очевидно, что это будет определяться вариантами реализации цикла управления (ЦУ). Продолжительность произвольного ЦУ является случайной величиной, зависящей от большого числа, как правило, независимых друг от друга факторов. Поэтому согласно центральной предельной теореме плотность распределения значений данной случайной величины может быть описана с использованием нормального закона распределения, а в качестве показателя оперативности целесообразно использовать математическое ожидание продолжительности цикла управления - М (Тцу). В этом случае важной характеристикой является значение среднеквадратического отклонения (G) величины Тцу.
Определение значений показателя оперативности СУ ТЗ может иметь два подхода. Один основан на том, что за меру значения показателя оперативности принимается продолжительность соответствующих ЦУ в СУ вооруженных сил высокоразвитых стран (табл. 1).
Так как интересующие величины в достаточной степени определены, то они могут быть приняты границей величины, определяющей своевременность решения задач управления в бою, и при выполнении следующего неравенства можно говорить о достижении оперативности:
Вместе с тем для упреждения противника в действиях необходимо иметь некоторый «запас» времени. В качестве дополнительного критерия оценки оперативности целесообразно использовать показатель надежности упреждения в действиях гипотетического противника, а именно осуществление управленческих циклов в более короткие сроки. Таким показателем может быть принята вероятность надежности упреждения, значения которой, как показывают исследования, должны находиться в пределах 1 < Р < 0,7, что позволяет в определенной степени говорить об относительном упреждении противника в боевых действиях в условиях применения обычных средств поражения. Определение величины вероятности события (упреждения) осуществляется геометрическим способом, путем отношения площади S1, где условие упреждения выполняется, ко всей площади прямоугольника 5 (рис.).
Однако при выполнении рассмотренных условий нельзя гарантировать, что окончание ЦУ (начало выполнения задач войсками) будет своевременным относительно объектов противника согласно ранее собранной о нем информации. Причиной тому - скоротечный характер боя и высокая подвижность объектов противника.
С учетом вышеизложенного, достижение оперативности возможно при выполнении следующих неравенств:
Следовательно, при определении эффективности СУ ТЗ по оперативности необходимо учитывать как величину ЦУ, так и маневренные возможности участвующих в бою частей и подразделений. Практически данный критерий должен определяться путем установления максимально возможного (допустимого) для каждого звена управления времени реакции СУ по разведанному противнику, складывающегося из маневренных возможностей объектов противника по оставлению позиции (района) и времени выхода из зоны потенциальной угрозы боевого столкновения. Превышение этого временного интервала влечет за собой снижение эффективности реализации принятого решения в связи с низкой или нулевой адекватностью выходной информации о состоянии объектов противника к этому времени.
При определении показателя эффективности по оперативности функционирования СУ ТЗ исходят из высшего требования. Анализ маневренных возможностей частей (подразделений) и возможностей СУ высокоразвитых стран с учетом выработанного подхода и ряда методик позволил определить требуемые значения показателей эффективности по оперативности функционирования СУ ТЗ (табл. 2).
Следующим требованием к СУ ТЗ является адекватность информационной модели реальной обстановке, т.е. способность системы формировать командную информацию, соответствующую (адекватную) тактической обстановке в ходе боя, на момент окончания ЦУ. Основными требованиями к СУ ТЗ по адекватности могут быть: циркуляция в системе достоверной информации, отвечающей предъявляемым к ней требованиям, в реальном или близком к нему масштабе времени; своевременное накопление и предоставление лицу, принимающему решение (ЛПР), или органу управления (ОУ) достаточной для принятия решения информации; наличие целевых каналов обмена информацией о результатах огневого поражения противника, маневра войск, всестороннего обеспечения боя с присущими им информационными массивами.
В качестве показателя, характеризующего адекватность функционирования СУ ТЗ, принят коэффициент адекватности выходной информации реальной обстановке (Кад), по которой общевойсковой командир принимает управленческие решения. Его физический смысл - степень соответствия управляющих воздействий (выходной информации), выработанных ЛПР на основании информационной модели боя, реальной оперативно-тактической обстановке в конкретное время. Анализ результатов исследований показывает, что для оценки адекватности может быть использована вербальная шкала Харрингтона, позволяющая оценить эффективность СУ по величине данного коэффициента:
при таком подходе к определению нижней границы Кад принято считать, что при значениях выше этого числа СУ обладает высокой и очень высокой эффективностью.
В интересах упрощения методики конкретных исследований адекватность всего информационного массива определяется адекватностью информационных массивов об объектах управления Ту, объектах поражения Тр и взаимодействующих системах Ts. При этом объемы информации, циркулирующие в СУ, будут учитываться за все массивы. Выражение для определения коэффициента может иметь следующий вид:
Данный критерий в целом позволяет, на наш взгляд, решить задачу оценки степени адекватности информации, циркулирующей в СУ ТЗ.
Основными требованиями к устойчивости функционирования СУ ТЗ являются ее достаточная производительность по обработке максимально возможного объема информации с учетом потенциальной угрозы со стороны противника и многостепенная защита от любого его воздействия. При «классическом» подходе к оценке устойчивости СУ в качестве критерия используют коэффициент устойчивости (Ку), определяемый из отношения суммарных временных отрезков устойчивого функционирования Ту ко всему исследуемому интервалу времени (этапу боя) Т:
где N - количество отрезков устойчивого функционирования СУ ТЗ.
Для устойчивого функционирования СУ ТЗ значение данного коэффициента должно быть не менее 0,7. Однако на практике при определении суммы временных отрезков устойчивого управления часто не учитывается степень их важности на общем временном интервале. Для компенсации этого недостатка необходимо, на наш взгляд, при оценке устойчивости управления рассматривать наиболее важные и решающие моменты боя.
Объемы и интенсивность поступающей информации определяются путем моделирования различных вариантов боевых ситуаций, а также условий функционирования СУ и информационного обмена в ней. В большинстве своем они основаны на статистических данных, полученных при анализе боевых действий, учений и НИР. В целом такой подход позволяет получать результаты достаточной степени точности. Анализ процесса управления войсками позволяет сделать вывод, что устойчивость является необходимым условием достижения оперативности. В то же время она сама во многом зависит от оперативности управления, за счет которой возможно снижение степени воздействия противника на СУ.
В заключение следует отметить, что высокие значения по определенным показателям в одних условиях могут быть крайне низкими в других. В этом случае необходим выбор компромиссного решения, которое, не будучи строго оптимальным для некоторых условий, может быть принято за приемлемую эффективность во всем диапазоне условий. Данный подход ориентирует на то, что внутренняя эффективность СУ ТЗ как качественная характеристика не может быть постоянной величиной, она изменяется с ростом огневых и маневренных возможностей частей и подразделений, что требует постоянного совершенствования СУ. Кроме того, такой подход позволяет уйти от необходимости определения важности (значимости) каждого требования и критерия оценки. Единство и взаимосвязь их проявляются в том, что все они связаны между собой временем. Если общевойсковой командир способен влиять на такие факторы боя, как пространство, ресурсы, информация, то обратимость времени ему не подвластна - оно является для него точкой отсчета во всех решениях. Особую важность представляет то, что через эту универсальную категорию можно перейти от внутренней эффективности (качества) СУ к внешней эффективности системы. Такой логический переход основывается на философском понимании основных форм существования материи (пространство, время, информация, ресурсы), между которыми есть тесная взаимосвязь.
В целом выбранные критерии, приведенные методики и показатели позволяют, на наш взгляд, сформировать необходимый математический аппарат для решения задач оценки эффективности функционирования СУ ТЗ.
