proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2021 год
  Агентство  ПРоАтом. 24 года с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Способствует ли безопасности атомной отрасли закрытость (усиление режима)?
Да
Нет
Сильнее влияют другие факторы

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[20/02/2021]     Ответ на возрастающую сложность

Б.В. Соколов, д.т.н., проф., Засл. деятель науки РФ; зам. директора по научной работе Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН)

Одной из главных причин возникновения различных аварий и катастроф является возрастание факторов сложности в организационно-технических системах, используемых в различных предметных областях.



Исследуя данную проблему, выделяют такие аспекты сложности как: структурную сложность, сложность функционирования, сложность принятия решений и выбора сценариев поведения, сложность развития, сложность формального описания и моделирования.

Одной из основных особенностей любой сложной организационно-технической системы (СТС) является то, что ее параметры и структуры на различных этапах жизненного цикла изменяются под действием объективных и субъективных причин. На  практике постоянно приходится имеем дело со структурной динамикой СТС. Для сохранения требуемого уровня работоспособности СТС или обеспечения наилучших условий её функционирования при деградации системы необходимо осуществлять управление структурами СТС. Под управлением структурной динамикой понимаются процессы формирования управляющих воздействий, обеспечивающих переход СТС из текущего в заданное макросостояние.

В настоящее время существуют различные варианты управления структурной динамикой СТС, такие как: изменение способов, целей функционирования СТС, последовательности выполнения в различных условиях; перемещение в пространстве отдельных элементов и подсистем СТС; перераспределение и децентрализация функций, задач, алгоритмов управления, информационных потоков между уровнями СТС; использование гибких (сокращенных) технологий управления СТС; реконфигурация структур СТС при их деградации.

Управление СТС является одним из разделов кибернетики (греч. kyberuetike – искусство управления) – науки об управлении, получении, передаче и преобразовании информации в кибернетических системах любой природы - технических, биологических, экономических, социальных и т.д. [Н. Винер, «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», 1948 г.].

Современные объекты управления характеризуются рядом особенностей:

- повышенная сложность и размерность, избыточность, многофункциональность, распределенность, унификация, однородность основных элементов, подсистем и связей;

- структурная динамика, нелинейность и непредсказуемость поведения;

- иерархически-сетевая структура;

- неравновесность, неопределенность от вмешательства и выбора наблюдателя;

- постоянное изменение правил и технологий функционирования, изменение правил изменения технологий и самих правил функционирования;

-наличие как контуров отрицательной, так и положительной обратной связи, приводящих к режимам самовозбуждения (режимам с обострением);

- наряду с детерминированным и стохастичным поведением возможно хаотическое поведение;

- ни один элемент не обладает полной информацией о системе в целом;

- избирательная чувствительность на входные воздействия (динамическая робастность и адаптация);

- время реагирования на изменения, вызванные возмущающими воздействиями, оказывается больше, чем время проявления последствий этих изменений, чем интервал между этими изменениями;

 - абсолютную полноту и достоверность информации описания реального объекта получить принципиально невозможно в соответствии с пределом Бремерманна и теоремой Геделя.

Все эти особенности привели  к необходимости дальнейшей эволюции кибернетики.

Анализ фундаментальных и прикладных работ в области решения проблем управления сложностью показал, что время адаптации теоретических исследований в указанной области на перемены, вызванные научно-техническим прогрессом, значительно превышает интервал между очередными изменениями, что требует упреждающих исследований на основе прогнозирования возможных проблем в данной предметной области.

За прошедшие десятилетия эры классической (винеровской) кибернетики многие авторы делали попытки пересмотреть ее научно-методологические основы. В 1963 г. в статье М. Маруамы появился термин «кибернетика второго порядка» (second cybernetics). В отличие от классической кибернетики первого порядка, в новых кибернетических системах предлагалось вводить в рассмотрение контуры положительной обратной связи для усиления полезных входных воздействий и флуктуаций и контуры отрицательной обратной связи для ослабления нежелательных входных воздействий. Такая модель более правдоподобно объясняет природу процессов обучения, адаптации, социальных взаимодействий.

Указанные свойства кибернетических систем нового поколения предлагалось называть свойствами операциональной замкнутости и избирательной чувствительности. Целенаправленный выбор соответствующих порогов срабатывания синтезируемых контуров управления с отрицательными и положительными обратными связями особенно важен при оперативном выявлении и ликвидации самовозбуждающихся контуров/сетей, которые могут возникать в структурах современных СТС. Опасность таких контуров связана с тем, что малые возмущающие воздействия в них с течением времени могут привести к катaстрофическим последствиям.

Эволюцию кибернетики от момента зарождения до наших дней можно проследить по данным табл. 1.

Табл.1. Различные кибернетики

Новым этапом развития теории управления сложными объектами и процессами стала неокибернетика.

Неокибернетика – это междисциплинарное научное направление, ориентированное на разработку методологии постановки и решения проблем анализа и синтеза интеллектуальных процессов и систем управления сложными объектами произвольной природы. Это - кибернетика II порядка (КВП), исследующая системы управления, обладающие свойством избирательности и операциональной замкнутости, а также способностью моделировать среду и себя в ней (кибернетика наблюдения, включающего и самого наблюдателя).

Рис.1. Кибернетика II порядка

Неокибернетика разрабатывает основы формализации и решения проблем структурно-функционального анализа, мониторинга и синтеза адаптивных и самоорганизующихся интеллектуальных технологий и систем управления (АдИССУ) сложными объектами произвольной природы (СОПП) с целью создания кибернетических систем нового поколения, обладающих самосознанием и проактивностью, способностью к переконфигурированию (самоконфигурированию), самосовершенствованию, самооптимизации, самолечению, самосохранению.

Для управления сложностью решаются задачи, включающие в себя:

- задачи целенаправленного и обоснованного создания (расширения разнообразия в ИСУ, сужения разнообразия внешней среды);

- задачи декомпозиции (композиции), агрегирования (дезагрегирования), координация, линеаризация, аппроксимации, релаксации при моделировании, анализе и синтезе АдИССУ;

- задачи управления структурной динамикой АдИССУ;

- задачи квалиметрии моделей и полимодельных комплексов АдИССУ;

- задачи классической кибернетики I порядка применительно к АдИССУ.

Рис.2. Возможные пути управления разнообразием

Способность системы к самоорганизации можно трактовать, как способность управлять разнообразием состояний системы и внешней среды. Борьба с разнообразием внешней среды строится на основе динамической адаптации структур системы к изменяющимся условиям функционирования.

Рис.3. КВП: а) Управление с обратной связью, б) Самоорганизация с обратной связью, замыкающейся через внешнюю среду

Исходя из складывающейся обстановки происходит настройка структуры систем на заданный класс входных воздействий, и формируется целенаправленный выбор порогов срабатывания синтезируемых контуров управления с отрицательными и положительными обратными связями. Это особенно важно при оперативном выявлении и ликвидации самовозбуждающихся контуров, которые могут возникать в структурах современных организационно-технических систем.

Австрийский физик Н. Фёрстер  назвал кибернетику первого порядка кибернетикой наблюдаемых систем, а кибернетику второго порядка - кибернетикой наблюдения, включающей наблюдателя. Основным объектом исследований КВП являются процессы взаимодействия между наблюдателем и наблюдаемым. Эта теория ориентирована, прежде всего, на живые системы. Разрабатываемые в настоящее время архитектуры создают основу для синтеза новых информационно-вычислительных и телекоммуникационных систем, приближающихся по своим свойствам к свойствам живых организмов.

Британский кибернетик Стаффорд Бир  показал, как на основе нейрофизиологической интерпретации функционирования центральной нервной системы человека удается построить пятиуровневую модель жизнеспособной системы, в которой за счет гибкого сочетания механизмов иерархического и сетевого управления можно находить компромисс между централизацией и децентрализацией целей, функций, задач и операций, определяющих специфику организации. Модель жизнеспособной системы позволяет организовать управление сверхсложными системами в виде фрактала, распределяя сложность по всем уровням иерархии. Отдельно выделяются блоки координации подразделений, управления текущей деятельностью, управления развитием и высшего управления.

Рис. 4. Кибернетика жизнеспособной системы Стаффорда Бира

Конструктивное исследование проблемы сложности должно базироваться на дальнейшем развитии принципа необходимого разнообразия, сформулированного Р. Эшби.

Важнейшую роль в развитии неокибернетики играют информатика и общая теория систем. Информатика исторически развивалась в недрах традиционной кибернетики, на единой технической базе — вычислительной технике, средствах связи и передачи данных. Являясь наукой о закономерностях управления и связи, кибернетика объективно была вынуждена заниматься вопросами использования информации в интересах управления. Сегодня информатика и кибернетика могут рассматриваться как самостоятельные научные направления, имеющие свои основы, задачи, объекты и предметы исследования (табл. 2).

Табл. 2. Сравнение кибернетики и информатики

В информатике рассматриваются вопросы формирования данных, информации и знаний, создания и применения методов и средств работы с ними, изучаются теория информационных процессов и методы и средства оперирования с информацией безотносительно к областям применения и использования информации. Вопросы применения информации изучаются в прикладных системно-кибернетических дисциплинах. Так, проблемы использования информации для управления объектами различной природы изучаются в кибернетике и теории управления.

В последние годы происходит активное сближение кибернетики и информатики (рис.5).

Рис.5. Интеграция информатики и кибернетики

Методы, технологии и средства информатики внедряются в кибернетику в рамках информационного управления, различных видов интеллектуального управления (ситуационного, нейроуправления, многоагентного управления и т.д.). В свою очередь, кибернетическая терминология проникает в информатику и вычислительную технику.

В области ИТ-индустрии становятся популярными стратегии адаптивных и проактивных компьютерных систем, адаптивного управления предприятия. Создается материальная основа для реализации технологий управляемой самоорганизации. В бизнес-системах успехов добиваются организации, в которых развитие ИТ-архитектур ориентировано на web-сервисы и технологии, позволяющие эффективно децентрализовать системы принятия решений, превращая их в саморегулируемые подсистемы. Главными функциями руководства становятся не функции централизованного планирования и управления, а функции динамической координации и коммутации указанных подсистем.

Взаимодействие кибернетики с общей теорией систем осуществляется по нескольким направлениям. Первое из них связано с обобщенным описанием объектов и субъектов управления на основе новых подходов, например, структурно-математическом и категорийно-функторном подходам. В кибернетике могут быть использованы научные результаты, полученные в квалиметрии моделей и полимодельных комплексов. Это система показателей, оценивающих качество моделей и полимодельных комплексов,  предназначенных для описания процессов управления; обобщённое описание различных классов моделей (макромодели), позволяющее устанавливать взаимосвязи и соответствия между видами и родами моделей.

Рис.6. Интеграция кибернетики с общей теорией систем

В кибернетике при решении задач управления сложными объектами широко используются методы и алгоритмы декомпозиции (композиции), агрегирования (дезагрегирования), и координации, разрабатываемые в общей теории систем применительно к объектам любой природы.

На рис.7 схематично представлена история развития кибернетики.

Рис. 7. История развития кибернетики

Неокибернетика = кибернетика + информатика + системология = C2S2

Неокибернетика занимается разработкой основ формализации и решения проблем структурно-функционального анализа, мониторинга и синтеза адаптивных и самоорганизующихся интеллектуальных технологий и систем управления (АдИССУ) сложными объектами произвольной природы (СОПП).

К современным системам управления предъявляются требования:

- гарантированной надежности и качественного функционирования в условиях координатно-параметрических и структурных возмущений;

- живучести, реконфигурируемости;

- автономности, интеллектуальности, многофункциональности;

- многоконтурного управления;

- распределенности, децентрализованности, координации управления;

- сетевого управления. Эффективного взаимопроникновения управления, вычислений и связи;

- удешевления;

 - новых принципов построения датчиков и исполнительных органов микро и наноразмеров, эффективных для новых условий применения (медицина, биология, кристаллография, оптические коммуникации …).

В рамках междисциплинарных исследований по формированию методологических основ неокибернетики был получен ряд интересных теоретических и практических результатов в области управления структурной динамикой СТС в различных предметных областях:

- многомодельный подход к описанию процессов управления космическими средствами;

- интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов;

- теоретические и технологические основы прикладной теории проактивного управления сложными объектами, получившей практическую реализацию в ракетно-космической отрасли, атомной энергетике, транспортно-логистической и военной сферах;

- система «ПРОСТОР» для мониторинга гидрологической обстановки и оперативного прогнозирования наводнений;

- информационно-аналитическая платформа «Регион-В» - решение широкого спектра задач учёта, контроля и проактивного управления развитием территорий и регионов, выявление и контроль устранения несоответствий, оперативное управление ситуациями;

- анализ тенденций изменения принципов управления предприятиями в условиях развития технологий Индустрии 4.0;

- методы и алгоритмы планирования модернизации корпоративной информационной системы на основе технологий промышленного интернета вещей;

- структурный анализ катастрофоустойчивой информационной системы;

- управление сложными организационно-техническими системами в кризисных ситуациях;

- модель и алгоритм мониторинга обстановки при ситуационном управлении критическими объектами.

Результаты проведенных исследований (НИР, НИОКР) получили практическую реализацию на предприятиях оборонной промышленности, занимающихся созданием ракетно-космической техники (РНИИ Космического приборостроения, НПО “Энергия”, ЦНИИ МАШ, НПО “ЭЛАС”, НПО Прикладной механики), при создании программно-математического обеспечения планирования и управления работой космических средств, входящих в состав космических систем “ГЛОНАСС”, “Глобус”, “Строй”, “Буран”.

В табл.3 представлены основные результаты решения задач анализа структурной динамики СлО.

Табл.3. Основные результаты решения задач анализа структурной динамики СлО

Заключение

Неокибернетика создала богатый методологический аппарат, позволяющий преодолевать трудности, связанные с факторами сложности в современном мире. На данном этапе развития науки - этапе интеграции научных знаний на передний план выступает методология, требующая сочетания процессов анализа и синтеза при изучении свойств сложных объектов и процессов как целостных образований, обладающих качественно новыми свойствами по сравнению со свойствами составляющих их взаимосвязанных частей.м

Применительно к процессам мониторинга и управления реализация свойства живучести предполагает оперативное формирование таких процедур сбора, обработки и анализа данных, а также соответствующей вычислительной среды, при которых обнаружение, локализация и ликвидация сбоев и отказов элементов и подсистем данных объектов будет происходить значительно раньше, чем проявятся возможные последствия указанных неисправностей. В этом состоит основное содержание задач синтеза технологий проактивного (упреждающего) мониторинга и управления, которые можно рассматривать как перспективные технологии управления сложностью.

 

Статья подготовлена по презентации Б.В.Соколова “Неокибернетика - основы теории управления сложными объектами», Дом ученых им. М.Горького, апрель 2020 г.

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Безопасность и чрезвычайные ситуации
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Безопасность и чрезвычайные ситуации:
Стратегия обеспечения энергетической безопасности России

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 3
Ответов: 2


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 9 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 20/02/2021
https://www.youtube.com/watch?v=yS_-NArgjik 
))


[ Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 22/02/2021
Одни пустые слова и рисунки для детского сада.


[ Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 23/02/2021
//// Одни пустые слова и рисунки для детского сада. ///

Что ты понимаешь в кибернетике? Ничего. Кибернетика, по сути, часть философии, и главная из наук. Ибо кормление - это не питание за счёт подданных, а это грамотное управление подчинёнными.


[
Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 24/02/2021
Борис, ты не прав! Кибернетика - продажная девка империализЬма!


[
Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 24/02/2021
...." Неокибернетика создала богатый методологический аппарат, позволяющий преодолевать трудности, связанные с факторами сложности в современном мире...."
В наш век прогресса (но не прогрессивки!) каждый автономный индивидуум стремится зафиксировать функцию конгломерата без санкции псевдонаучного постулата!


[
Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 09/03/2021
товарищ сталин сказал кибернетика - лженаука. всех расстрелять


[
Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 26/02/2021
Тем временем, говорят: небезызвестный бывший министр обороны СЕРДЮКОВ, переведённый авиапромышленностью командовать, затеял там масштабнейшую реформу. Земля и здания полу-сгнивших авиазаводов будут распродаваться, тысячи потерявших квалификацию сотрудников авиазаводов, КБ, НИИ - сокращаться.Грядёт масштабная реформа в авиапроме России, после которой мало что останется. 



[ Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 09/03/2021
ну и хорошо. китайцам меньше ломать придется


[
Ответить на это ]


Re: Ответ на возрастающую сложность (Всего: 0)
от Гость на 09/03/2021
дохтурская, поди, такая же


[ Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.11 секунды
Рейтинг@Mail.ru