НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

МГТУ им. Н.Э. Баумана

istomin.valery@gmail.com

Методика системного анализа эксплуатации ракетного вооружения

Существующие ракетные комплексы стратегического назначения наземного базирования настолько сложны, и к ним предъявляются столь высокие требования по надежности, технической готовности к боевому применению, безопасности (в том числе ядерной безопасности), что для их эксплуатации требуются специальные технические средства эксплуатации, осуществляемой высокопрофессиональными коллективами личного состава частей и соединений Ракетных войск.

Отсюда следует, что эксплуатация ракетных комплексов стратегического назначения различных типов, т.е. ракетного оружия ракетных войск стратегического назначения, связанных в группировку ракетного оружия ракетных комплексов стратегического назначения, осуществляется в определенной системе, предназначенной для поддержания этой группировки в состоянии установленной технической готовности ракетного оружия к боевому применению и его боевого применения за установленное время при поступлении команды (приказа) в любой момент реального времени и в любых условиях обстановки.

Сложность решаемой проблемы обуславливается необходимостью создания особым образом организованных формирований личного состава и ракетного оружия, в которых они сами по себе теряют свое первоначальное самостоятельное значение и могут рассматриваться лишь как часть более общего, целого, т.е. как система в целях выделения нового способа рассмотрения структуры и поведения комплексного объекта, основанного на учете всей присущей ему сложности.

Отсюда следует, что рассматриваемая система, являясь объектом исследования, представляет собой объединение из классов социальной и технической иерархий [3].

В мире различают три последовательно возникшие и взаимодействующие иерархии систем:

- физико – биологическую (атом, молекула, клетка, особь, популяция и т.д.);

- социальную (человек, коллектив, общество и т.д.);

- техническую (изделие, комплекс и т.п.).

Таким образом, с точки зрения системного подхода [1, 2, 3, 4 и др.] в рассматриваемую смешанную систему входят социальная система, состоящая из коллективов личного состава соединений, частей и подразделений ракетных войск стратегического назначения; и сложнейшие технические системы в виде ракетных комплексов стратегического назначения, которые должны рассматриваться не сами по себе, не изолированно, а в связи со многими другими объектами и явлениями.

Главным свойством такой смешанной системы должна быть ее целостность, т.е. появление у рассматриваемой совокупности объектов таких свойств, которых нет у каждого из них в отдельности.

Такую смешанную систему в соответствии с [5] принято именовать системой эксплуатации ракетного вооружения ракетных войск стратегического назначения.

Таким образом,  иерархически организованную совокупность изделий ракетного вооружения, средств их эксплуатации, личного состава, осуществляющего эксплуатацию ракетного вооружения, и документации по его эксплуатации, необходимых и достаточных для решения задач эксплуатации ракетного вооружения, взаимодействие которых осуществляется по определенной программе в соответствии с задачами каждого этапа эксплуатации принято называть системой эксплуатации ракетного вооружения.

При этом первичным для такой системы является цель, которая должна быть достигнута. Для достижения выбранной цели формируется рассматриваемая совокупность ракетного вооружения, личного состава, осуществляющего его эксплуатацию, и совокупность организационных мер, которые способны реализовать эту цель.

Тесно связанное с необходимостью гарантировать достижение цели функционирования рассматриваемой системы, понятие «система эксплуатации ракетного вооружения» служит отправным пунктом для ее исследования, создания методов определения эффективности функционирования системы, стоимости ее функционирования (эксплуатации ракетного вооружения) и многих других элементов, составляющих суть системного подхода при ее исследовании.

Таким образом, уже из рассмотренного следует, что система эксплуатации ракетного вооружения характеризуется структурой и функциями.

Под структурой системы понимают ее строение, взаимосвязи, расположение составных частей.

Под функцией системы понимают совокупность всех возможных ее поведений или последовательность ее состояний, происходящих при функционировании системы.

При исследовании система эксплуатации ракетного вооружения необходимо выяснить, что она собой представляет, что в ней обеспечивает достижение поставленной цели, получение требуемых результатов.

Структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность ее элементов и связей. Как было отмечено выше, система эксплуатации ракетного вооружения имеет иерархическую структуру, которая представляет собой декомпозицию системы в пространстве, отображающую соподчиненность, любой согласованной по подчиненности порядок ее элементов и составных частей.

Одним из центральных качеств рассматриваемой системы является способность куправлению, характеризующая поведение системы, возможность существования в ней актов решений, т.е. выбора из альтернативных вариантов действий, обусловленного наличием в системе человека – активного элемента, присутствие которого приводит к определенной активности системы. Поэтому система эксплуатации ракетного вооружения может быть отнесена к классу больших, активных систем.

Поведение большой или активной системы всегда направлено на достижение предпочтительного состояния – цели системы. Естественно, что система эксплуатации ракетного вооружения, как большая, активная система, реализует процесс управления, с помощью которого эта цель достигается.

В этой связи управление есть процесс целенаправленного воздействия на систему эксплуатации ракетного вооружения при ее функционировании, т.е. изменении состояния системы.

Следует отметить, что несмотря на наличие обширной литературы, посвященной изучению различных качеств больших, активных систем, закономерности управления ими, вопросы использования при их исследовании математического аппарата теории управления, системного анализа и системного подхода, методов оптимизации контуров управления, которые образуются в системе эксплуатации ракетного вооружения в процессах ее функционирования и модернизации, все эти проблемы исследованы и освещены еще недостаточно.

Так остается не раскрытой сущность управления в процессе функционирования системы эксплуатации ракетного вооружения, его основных категорий, таких как оперативность, обоснованность, централизация, адаптивность и др.

Эти категории присущи системе эксплуатации ракетного вооружения, включающей личный состав и, в первую очередь, звено «человек», организующее акты принятия решений.

Сложившаяся к настоящему времени практика исследования организации эксплуатации ракетных комплексов стратегического назначения основана на обобщении опыта задания требований к ракетным комплексам стратегического назначения в тактико-технических требованиях Министерства обороны.

При этом, исследования, главным образом, базировались на изучении процессов поддержания ракетных комплексов стратегического назначения в готовности к боевому применению с точки зрения их надежности, влияния на надежность ракетных комплексов стратегического назначения, системы эксплуатации ракетного вооружения, необходимости совершенствования научно-методической и информационной базы, что привело к углубленному исследованию отдельных технологических эксплуатационных процессов и элементов или составных частей системы эксплуатации ракетного вооружения.

Ранее проведённые исследования, хотя и базировались на комплексном подходе к системе эксплуатации ракетного вооружения, включающей всю иерархию управления процессом поддержания группировки ракетного оружия ракетных войск стратегического назначения, однако, при этом они не учитывали роль «человека», коллективов, личного состава.

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью системного анализа существующей системы эксплуатации ракетного вооружения и синтеза перспективной с учётом оценки роли «человека», коллективов, личного состава в процессе её функционирования, что позволит получить научные и практические результаты, на основании которых могут быть разработаны достаточно обоснованные рекомендации по совершенствованию существующих и созданию перспективных систем эксплуатации ракетного вооружения.

Только в результате таких исследований могут быть получены научные и практические результаты, которые могут позволить осуществить целенаправленное совершенствование организации эксплуатации ракетных комплексов стратегического назначения и группировки ракетного оружия ракетных войск стратегического назначения.

В этой связи представляется актуальной задача разработки методики системного анализа существующей системы эксплуатации ракетного вооружения на основе теоретического обобщения практики организации эксплуатации ракетных комплексов стратегического назначения, опыта их эксплуатации в войсках и разработка рекомендаций по ее совершенствованию.

Необходимость разработки методики системного анализа существующей системы эксплуатации ракетного вооружения обусловлена тем, что на начальном этапе нет достаточных сведений о системе, позволяющих выбрать метод формализованного представления о системе, применить одни из новых подходов к ее исследованию, сочетающих качественные и количественные приемы.

Сложность проблемы исследования системы эксплуатации ракетного вооружения, как активной системы, которая обладает большой неопределенностью, обусловлена необходимостью поиска компромисса между целостностью ее представления и детализацией описания компонентов системы в процесс исследования.

Эта проблема объединения и упорядочения совокупности вариантов описания системы  решается с использованием принципов системного подхода (см. табл.1) и с помощью методики системного анализа, структура которой приведена на рисунке 1.

Таблица 1

Принципы системного подхода и следствия из них

Рис. 1. Структура методики системного анализа при исследовании существующей системы эксплуатации ракетного вооружения

Существующая система эксплуатации ракетного вооружения находит отражение в действующей документации по эксплуатации ракетного вооружения, поэтому первым этапом методики исследования системы должен быть этап ознакомления этой документацией, ее изучения.

На втором этапе необходимо сформулировать концепцию системы, т.е. определить уровни рассмотрения системы (эксплуатация группировки ракетного вооружения ракетных войск стратегического назначения, эксплуатация ракетного вооружения в соединении и т.п.) и сформулировать общее определение системы как средства начала её исследования и стремления сохранить целостность при преобразованиях системы в процессе исследования. Этим определяется необходимость рассмотрения определения, в котором система представляется как совокупность укрупненных компонентов, принципиально необходимых для существования и функционирования исследуемой системы.

S≥ [{Z}, {N_s}, {C_s}, {T_Z}, {C_p}, {∆T_s}],            (1)

где      {Z}-структура целей;

{N_s}-множество элементов структур системы (основной деятельности, организационной и т.п.), реализующих цели;

{C_s}- множество связей между структурными элементами системы;

{T_Z}- совокупность технологий, реализующих систему;

{C_p}-условия (среда) существования системы, т.е. фактуры, влияющие на ее функционирование (воздействие противника, других систем, ограничений: географических, метеорологических и др.);

{∆T_s}- системное время, т.е. период времени существования системы, влияющей на процесс целеобразования.

Определение (1) позволяет сохранить в системе основные структуры, преобразуя и развивая их в соответствии с поставленными целями, а при исследовании системы реализовать системный подход.

При формировании методики системного анализа структурировать проблему можно разными способами.

Так, например, при структуризации системы вначале целесообразно выделить сферы её деятельности.

В этом состоит суть третьего этапа исследования, т.е. в выделении сферы основной деятельности в системе.

Такой сферой в системе эксплуатации ракетного вооружения является реальная эксплуатация ракетного вооружения, осуществляемая личным составом соединений Ракетных войск на этапах жизненного цикла вооружения: ввода в эксплуатацию; приведения в состояние установленной технической готовности к применению (применения); поддержания в состоянии установленной технической готовности к применению; применения по назначению; снятия эксплуатации; утилизации.

Далее выделяется сфера организационного управления (рис. 2), осуществляемого органами управления на уровнях центра, объединений, соединений.

Рис.2. Сферы деятельности в системе

Приведенное разделение сфер подчеркивает, что назначением системы эксплуатации ракетного вооружения является осуществление основной деятельности. Эту сферу принято называть объектом управления - деятельность личного состава соединений, связанная с реализацией жизненного цикла ракетного вооружения. Сферу, предназначенную для обеспечения основной деятельности соединений принять именовать системой организационного управления. Эта система обеспечивает контроль и регулирование основного вида деятельности в системе эксплуатации ракетного вооружения.

Рассмотренные сферы имеют обособленные «входы» и «выходы», которые для объекта управления определяются материальными потоками, для системы организационного управления – информационными потоками, образуемыми требованиями, диктуемыми документацией по эксплуатации ракетного вооружения, и информационной системой, обеспечивающей информацией объект управления и систему организационного управления.

Графическое представление выделенных сфер и их структуризация является достаточно громоздкими, поэтому целесообразно сферы системы представлять в виде самостоятельных подсистем: организационного управления и основной деятельности. Такое разделение, упрощает решение задачи структуризации целей и функций исследуемой системы – сделать первый шаг в системном исследовании существующей системы.

Далее на четвертом этапе методики следует определить структуру объектов управления (ракетных комплексов всех типов, входящих в систему, их технико-экономических показателей этапов эксплуатации) и выполнить ее анализ.

На пятом этапе методики необходимо определить предварительную структуру системы организационного управления системы, выполнить ее анализ, в основу которого должна быть положена методика структуризации целей и функций рассматриваемой системы организационного управления, реализацию которой отражают шестой и седьмой этапы методики. Формирование методики структуризации целей и функций системы организационного управления, отражающей последовательность этапов и средств их реализации и облегчающих формирование, оценку и анализ целей и функции системы организационного управления, является одной из принципиальных особенностей системного анализа активных систем. Эта методика дает представление о понятии цели связанных с ним понятиях целесообразности, целенаправленности, целеобразования, которые играют важную роль при формировании и анализе структур целей.

В этой связи рассмотрим закономерности формирования целей, которые включают:

1) Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта (процесса) и от времени. Формулируя цель нужно стремиться отразить в формулировке цели, ее активную роль в управлении, сделать ее реалистичной, направить с ее помощью деятельность на получение определенного полезного результата.

2) Зависимость цели от внешних и внутренних факторов. При анализе причин возникновения и формирования целей нужно учитывать, что на цель влияют как внешние по отношению к системе факторы (внешние требования, потребности, мотивы), так и внутренние (потребности, мотивы, программы самой системы и ее элементов, исполнителей целей).

3) Возможность (и необходимость) сведения задачи формулирования обобщающей (общей, глобальной) цели к задаче ее структуризации.

4) Закономерности формирования структур целей развивают рассмотренные выше закономерности применительно к структурам целей и включают три закономерности:

а) закономерность способа представления целей от стадии познания системы. Цели могут быть представлены в форме различных структур: сетевых (декомпозиция во времени),- иерархических (декомпозиция в пространстве), в матричной системе.

б) проявление в структуре целей закономерности целостности. В иерархической структуре закономерность целостности (эмерджентности) проявляется на любом уровне иерархии. Это означает, что достижение цели вышестоящего уровня не может быть полностью обеспечено достижением подчиненных ей подцелей, хотя и зависит от них, поэтому потребности  нужно исследовать на каждом уровне структуризации.

Эффект целеобразования проявляется на каждом уровне иерархии, но при этом большая неопределенность расчленяется на более мелкие. Соответственно задача анализа потребностей и мотивов, влияющих на формирование обобщенной цели, тоже расчленяется на подзадачи анализа более частных потребностей и мотивов на каждом уровне, и становятся более реальными, в результате появляется возможность получения согласованного решения на каждом шаге структуризации.

в) закономерности формирования иерархических структур целей: приемы, применяющиеся при формировании иерархий целей могут быть связаны с двумя подходами:

- формирование структуры «сверху» – методы структуризации, декомпозиции, целевой или целенаправленный подход;

- формирование структуры целей «снизу»- морфологический, лингвистический, тезаурусный подход методом «языка» системы.

С помощью этого подхода реализуют поиск взаимосвязей (мер близости) между элементами.

Термин морфология - учение о внутренней структуре исследуемой системы или сама внутренняя структура системы.

Морфологический подход – идея систематического нахождения наибольшего числа (возможно, всех вариантов) решений реализации системы.

Лингвистический подход – основан на разработке языка моделирования системы.

Тезаурусный подход – при котором изучение системы начинается «снизу», т.е. не с определения целей и структуризации системы (подход «сверху»), а с перечисления элементов и установление связей между ними. Этот метод тождественен морфологическому и лингвистическому методам.

На практике подходы «сверху» и «снизу» сочетают:

цели нижележащего уровня иерархии рассматриваются как средства для достижения целей вышестоящего уровня, при этом они же являются целями нижестоящего по отношению к ним уровня;

в иерархической структуре по мере перехода с верхнего уровня на нижний происходит как бы смещение от цели – направления к конкретным целям и функциям, которые на нижних уровнях структуры могут выражаться в виде ожидаемых результатов конкретной работы с указанием критериев оценки ее выполнения, в то время как на верхних уровнях иерархии эти критерии могут быть выражены и в общих требованиях;

для того чтобы структура целей была удобной для анализа и организации управления рекомендуется ее расчленение на каждом уровне делать соразмерным, а выделение части логически независимыми; признаки структуризации (декомпозиции) в пределах одного уровня должны быть едиными; число уровней иерархии и число компонентов в каждом узле не должно (в силу числа Колмогорова) превышать К=72;

процесс развертывания обобщенной цели в иерархической структуре может быть бесконечным, но на практике ситуация иная: во-первых в силу числа Колмогорова число уровней иерархии следует ограничить до 5 ÷ 7, а во- вторых, на каком-то уровне может возникнуть потребность иметь «язык» описания подцелей и чтобы не создавать сложностей при восприятии структуры, целесообразно считать одним «деревом цели» ту часть структуры, которая может быть сформирована в терминах одного «языка» (инженерного, технологического, военного и т.п.) т.е. возникает потребность в стратифицированном представлении структуры целей.

Необходимо далее отметить, что при применении системного анализа основное внимание должно быть уделено разработке принципов и приемов, формирования первоначального варианта структуры целей, составляющие которого, затем подлежат оценке и анализу. При формировании первоначального варианта структуры целей целесообразно руководствоваться принципами анализа характеристик системы организационного управления, определения функций, раскрывающих содержание процесса управления, приведенными на рис.3.

Рис.3. Структура функций управления

На рисунке  4 приведены признаки структуризации, которыми следует руководствоваться для разных уровней системы организационного управления, используя их при формировании разных уровней структуры целей.

Рис.4. Признаки структуризации целей и функции системы организационного

управления

Таким образом, рассмотрев формализованное определение активной системы, сферы ее деятельности и закономерности формулирования целей в открытой системе, структуры функций управления и признаки структуризации целей и функций системы организационного управления можем перейти к рассмотрению методики структуризации целей и функций, основанной на концепции деятельности [5], базирующейся на определении системы (1), использование которой составляет суть решения задачи исследования системы организационного управления на шестом и седьмом этапах методики системного исследования системы эксплуатации ракетного вооружения.

Методика включает два основных этапа (рис.4), которые делятся на подэтапы, а затем - наиболее детальные подэтапы.

Рис.4. Этапы формирования структуры целей и функции

При выполнении этапа 1 предполагается исследование двух подходов (рис.5) к формированию структуры: целевой – подход “сверху” (подэтап 1.1) и подход к формированию структуры «снизу» (подэтап 1.2).

При выполнении подэтапа 1.1 должно быть выбрано число уровней иерархии системы (1.1.1) с соответствующими наименованиями; в соответствии с вышепринятой концепцией деятельности используются признаки «сферы деятельности» (1.1.2), «структура деятельности» и «вид деятельности» (1.1.3); последующие уровни предполагается структурировать с использованием признаков, рекомендуемых для нижних уровней на рис.4 (1.1.4).

В структуре деятельности должны быть выделены цели («выходы»), содержание и формы, методы, средства, («выходы»).

При выполнении подэтапа 1.2 (подход «снизу») предполагаемая структура целей и функций формируется с учетом различных уровней системы управления (1.2.1) с учетом результатов анализа действующей документации (уставной, руководящей и т.д.) по эксплуатации ракетного вооружения (1.2.2); затем оценивается полнота охвата целей и функций (1.2.3) и осуществляется объединение структур (подэтап 1.3.1), полученных при параллельном применении подходов «сверху» и «снизу» путем перераспределения полученных структур по составляющим предварительно сформированной структуры, далее принимается решение (1.3.2) о целесообразности выполнения этапа 2.

При выполнении этапа 2 для оценки структуры целей и функций путем выявления наиболее значимых составляющих (2.1) предполагается параллельное использование (2.1.1) экспертных оценок и (2.1.2) косвенные качественные оценки, в дальнейшем обрабатываемые совместно (2.1.3). При обработке результатов оценки предполагается выявление противоречивых мнений с последующим содержательным их анализом.

На основе полученных результатов оценки предполагаем далее корректировку подходной структуры (2.1.4).

При корректировке могут возникать вырожденные ветви, разные варианты новой структуры целей и функций. В этом случае переходим к подэтапу 2.2.

Решение о целесообразности перехода к анализу структуры с точки зрения ее формы (2.2) может быть принято (2.1.5) для составления формы с аналогичными структурами целей, полученных при формировании основных направлений развития системы.

При оценке структуры (ее вариантов) с точки зрения ее формы и удобства для дальнейшего использования (2.2) сопоставление вариантов структуры может быть произведено на основе вышерассмотренных закономерностей формирования целей, а также сформулированных при выполнении подэтапа 1.1.1 (2.2.1) и с использованием для сравнительного анализа структур информационного подхода (2.2.2).

Во втором случае оцениваем степень целостности, позволяющая судить об управляемости активной системы с помощью формируемой структуры целей, о степени централизации-децентрализации управления в системе.

Из рассмотренного следует, что могут быть использованы оба подхода к оценке вариантов структур, а затем получаемые результаты обобщаться (при этом надо добавлять подэтап 2.1.3).

В случае если на подэтапе (1.3.2) было принято решение о необходимости вначале выполнить подэтап 2.2, то может быть введен подэтап (2.2.3) принятия решения о дальнейшей работе.

Далее, осуществив на шестом и седьмом этапах методики системного анализа, (см. рис. 1), т.е. сформировав структуры целей и функций системы организационного управления, проведя их оценку, а также при необходимости осуществив уточнение (корректировку) существующей структуры системы организационного управления (восьмой этап).

На девятом этапе осуществляем уточненное распределение функций по структурным подразделениям системы организационного управления.

Таким образом, рассмотренная методика системного анализа существующей системы эксплуатации ракетного вооруженияпозволяет организовать определенный порядок принятия решений в процессе ее исследования, обеспечивая полноту формирования и исследования модели принятия решений, адекватно отображающей существующую систему эксплуатации ракетного вооружения.

Список используемой литературы

1. Соломонов  Ю.С.,  Шахтарин Ф.К. Большие системы: гарантийный надзор и эффективность.  М.: Машиностроение, 2003. 368 с.

2. Волкова В.Н., Козлов В.Н. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа. 2004. 616 с.

3. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории управления и системного анализа. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1997. 510 с.

4. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа: Учебное пособие для вузов по специальности. «Прикладная математика». М.: Наука, 1981. 487 с.

5. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных комплексов: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1987. 400 с.