Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 6/2008, стр. 11-17

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

Полковник С.В. КУХОТКИН,

кандидат технических наук

КУХОТКИН Сергей Владимирович родился 13 марта 1959 года в поселке Сусоловка Устюгского района Вологодской области.

Окончил Тамбовское высшее военное командное училище химической защиты (1980), Военную академию химической защиты (1991).

С 1991 года - в 33 ЦНИИИ МО РФ. Прошел путь от младшего научного сотрудника до начальника института. Специалист в области оперативно-тактических и технико-экономических обоснований перспектив развития вооружения и средств радиационной, химической и биологической защиты.

Награжден орденом «За военные заслуги» и многими медалями. Автор более 190 научных трудов. Доцент, член-корреспондент Академии инженерных наук, профессор Академии военных наук.

СОВРЕМЕННАЯ концепция развития средств и методов защиты войск и объектов от оружия массового поражения (ОМП) базируется на целостном понятии системы защиты как замкнутого информационно-управляющего контура, включающего все этапы работы различных звеньев управления - от организации сбора сведений о радиационной, химической и биологической (РХБ) обстановке до контролирующих функций, связанных с реализацией адекватных мер защиты. Это обусловлено тем, что, поскольку не существует простых и постоянно действующих средств защиты от ОМП, реализация любых мероприятий защиты подразделений войск осуществляется по команде после анализа данных, характеризующих складывающуюся обстановку.

На рисунке 1 показана структурно-функциональная схема такой системы, разработанная на основе обобщения структурных моделей систем управления, известных из теории автоматического управления и регулирования. В соответствии с этой схемой алгоритм функционирования защиты состоит в следующем. По данным разведки прогнозируется вероятное состояние объекта управления в планируемом интервале времени боевой работы. С учетом этих данных и по результатам контроля текущего состояния объекта управляющий орган вырабатывает воздействие, переводящее в определенное состояние подсистему защиты, которая в свою очередь обеспечивает сохранение объекта в боеспособном состоянии.

В терминах теории управления с помощью технических средств РХБ разведки реализуется один из фундаментальных принципов управления - принцип компенсации или управления по данным измерений возмущающего фактора с так называемым разомкнутым циклом управления, при котором фактическое состояние объекта не контролируется. Этот принцип имеет существенный недостаток, состоящий в том, что наличие инструментальных и методических ошибок в информационном контуре системы со временем приводит к отклонению состояния объекта от требуемого.

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

Рис. 1. Структурно-функциональная схема системы защиты от ОМП

С помощью РХБ контроля осуществляется второй фундаментальный принцип управления - принцип обратной связи или управления по отклонению состояния объекта от заданного. При этом осуществляется коррекция управляющего воздействия, вследствие чего цикл управления становится замкнутым. Недостаток этого принципа состоит в том, что ошибки управления не устраняются, а лишь корректируются, т. е. учитываются в последующих решениях.

Существует и третий фундаментальный принцип - принцип прямого управления, когда мероприятия защиты проводятся вне зависимости от наличия или отсутствия данных о поражающих факторах ОМП и текущем состоянии объектов управления. Этот принцип не всегда реализуем ввиду сковывающего и изнуряющего действия современных средств и методов защиты.

Следует подчеркнуть принципиальную особенность структурной схемы функциональной системы защиты - это наличие в ее структуре двух различных по назначению информационных подсистем (каналов): РХБ разведки и РХБ контроля. В настоящее время такое разделение четко прослеживается лишь для систем защиты от радиационных факторов ядерного взрыва, в которых средства разведки представлены измерителями мощности дозы, а средства контроля - измерителями дозы. Применительно к выявлению химической и биологической обстановки в настоящее время такого явного аппаратного разделения нет. Функции прогноза и контроля осуществляются с помощью одной и той же аппаратуры. Однако, принципиально важно, что процесс принятия решения по защите всегда базируется на двух видах информации: прогнозе воздействия ОМП по данным РХБ разведки на объекты и оценке по данным РХБ контроля их текущего состояния. Отсутствие любого из этих компонентов информации делает принципиально невозможным выбор адекватных мер защиты.

Как известно, отправным и наиболее ответственным этапом математического описания управляемого процесса является выбор и формализация цели управления. Выбрать «не те» элементы системы - значит создать менее эффективную систему, выбрать «не ту» цель - значит создать не ту систему.

Цель защиты в том или ином звене иерархической системы управления диктуется самой постановкой боевой задачи вышестоящим звеном управления и может быть сформулирована как обеспечение боеспособности объекта управления (в частном случае - путем использования индивидуальных средств защиты) в интервале времени выполнения этой задачи.

Существует вероятностная зависимость потери боеспособности от интенсивности и времени воздействия того или иного поражающего фактора ОМП, т. е. от дозы радиации, токсодозы или инфицирующей дозы (обобщенно - дозы). Следовательно, текущее значение дозы является объективной количественной характеристикой, определяющей состояние боеспособности объекта управления, и, следовательно, формальным объектом управления с точки зрения защиты от ОМП. Поэтому цель функционирования системы защиты достигается лишь в том случае, если доза личного состава объекта управления не будет превышать некоторой условно допустимой величины, при которой вероятность выхода из строя объекта близка к нулю или не превышает некоторой заданной величины.

Формально цель управления защитой задается неравенством:

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

где DДОП - условно допустимая доза, не приводящая к потере боеспособности в интервале [0, ТБ.Р.] времени выполнения боевой работы.

Все мероприятия защиты в конечном итоге направлены на снижение дозы тем или иным способом, следовательно, защитные свойства мероприятий защиты полностью характеризуются кратностью снижения дозы (коэффициентом защиты) за счет этих мероприятий по отношению к незащищенному состоянию. Поэтому с формальной точки зрения управление защитой представляет собой планирование и реализацию мероприятий, обеспечивающих необходимый коэффициент защиты (К). Величина этого коэффициента служит интегральной характеристикой комплекса планируемых мероприятий защиты в интервале времени боевой работы и по существу представляет собой формализованное описание управляющего воздействия.

В общем случае возможности управления ограничены некоторым максимальным значением коэффициента защиты К mах, который определяет реально существующий предел активной деятельности управляющего органа по снижению поражающего действия контролируемых факторов ОМП, т. е. ресурс защиты того или иного звена управления. Соответственно, управляемую область возможных состояний объекта управления задают следующие неравенства:

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

Физический смысл вводимых понятий: ресурс защиты, управляемая область - поясняется на рисунке 2. На нем схематически представлена зона поражения незащищенных объектов, ограниченная кривой для допустимой дозы и зона поражения, обусловливаемая конечным ресурсом защиты, ограниченная кривой для дозы, определяемой как произведение допустимой дозы на ресурс защиты. Здесь управляемая область - это область предотвращения потерь за счет мероприятий защиты. В зоне поражения объекты не управляемы, т. е. в общем случае процесс защиты от ОМП ограничено управляем.

Следует заметить, что вне управляемой области (при D ≤ DДОП) проведение избыточных мероприятий защиты означает неоправданную затрату сил и средств и в определенном смысле снижение боеспособности объекта защиты.

В обобщенном виде алгоритм управления защитой сводится к известной из теории управления стандартной схеме управления. Эту схему нетрудно проследить во всех действующих в настоящее время руководствах и наставлениях по РХБ защите.

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

Рис. 2. Иллюстрация понятий «ресурс защиты» и «управляемая область»

Во-первых, по данным разведки прогнозируется доза Dпр, которая может быть получена объектом за время выполнения боевой задачи. В о - в т о р ы х, по данным контроля определяется доза Dкн , полученная объектом ранее. И, наконец, в-третьих, управляющий орган планирует мероприятия защиты, позволяющие обеспечить коэффициент защиты Кз, который определяется следующим уравнением:

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

где DДОП - допустимая доза, не приводящая к потере боеспособности объекта.

Важно отметить, что процесс выработки решения о мерах защиты объекта может повторяться многократно по мере постановки очередных боевых задач или изменения текущей оперативно-тактической обстановки. Последовательность циклов управления составляет динамику процесса защиты объекта.

В реальных войсковых структурах или даже в отдельных циклах управления могут реализовываться структурно-функциональные схемы, в которых отсутствует канал разведки или контроля или оба канала. Эти схемы не являются типичными и могут рассматриваться как частные случаи общей функциональной схемы. Причем при более детальном рассмотрении оказывается, что и в таких «вырожденных» схемах отсутствие информационных каналов является лишь кажущимся. Дело в том, что в процессе принятия решения недостающая информация всегда достраивается (интуитивно прогнозируется с той или иной степенью достоверности) лицом, принимающим решение.

За счет влияния погрешностей в информационных каналах разведки и контроля коэффициент защиты реальных мероприятий защиты всегда будет отличаться от требуемого согласно (3) и будет определяться выражением, учитывающим эти погрешности:

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

где Dпр(р) - реальная доза, которая будет получена вместо Dпр;

Dкн(р)- реальная доза, которая была получена вместо Dкн;

δрз- погрешность РХБ разведки;

δкн - погрешность РХБ контроля.

С учетом введенных обозначений можно записать выражение для общей дозы облучения, которая будет получена объектом после выполнения боевой задачи:

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

Подставив (4) в (5) получим выражение для определения состояния объекта с учетом погрешностей в информационном контуре управления. Перепишем полученное равенство в общем виде:

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

В правой части выражения введена динамическая ошибка управления защитой δупр , которую можно выразить через ошибки δрз и δкн , получаемые в контурах разведки и контроля соответственно.

Следовательно, можно утверждать, что фактическое состояние объекта управления на момент окончания очередного этапа деятельности, прошедшего в условиях выполнения заданных мероприятий защиты, будет отличаться от требуемого значения на вполне определенную величину динамической ошибки. Отметим, что поскольку погрешности разведки и контроля в общем случае величины случайные, то и динамическая ошибка управления и, соответственно, состояние объекта управления представляют собой также случайные величины. К указанному следует добавить, что в каждой точке управляемой области будут возникать потери, обусловленные ошибками управления. Причем эти потери являются неконтролируемыми, и их заранее предвидеть невозможно, если не учитывать динамику процесса защиты.

В зависимости от знака динамической ошибки в процессе управления защитой возникают два рода ошибок. Ошибка первого рода - недооценка поражающего действия О МП, и ошибка второго рода - преувеличение опасности, когда мероприятия защиты превышают необходимый уровень. Следует особо подчеркнуть, что представление о взаимной компенсации ошибок противоположного знака, как это имеет место в процессе многократных измерений, неверно по отношению к процессу многократного принятия решений по защите объекта от ОМ П. Ошибки управления разного знака «работают» в одну сторону, снижая боеспособность объектов управления либо за счет прямых, либо за счет условных потерь. Другими словами, процесс защиты войсковых объектов управления характеризуется свойством асимметрии относительно информационных ошибок.

Это различие диктует необходимость обоснования требований к метрологическим характеристикам в рамках функциональной системы управления, а не измерительной системы, как это делается в большинстве случаев в настоящее время.

В реальных системах с конечным ресурсом защиты объективно существует второй иерархический уровень управления, задачей которого является рациональное использование резерва для восстановления небоеспособных объектов. На этом уровне ошибка первого рода приводит к срыву выполнения боевой задачи, так как к ее выполнению будет допущен не боеспособный объект. Наоборот, в случае ошибки второго рода - завышении опасности, от выполнения задачи будет отстранен боеспособный объект. Таким образом, на всех уровнях иерархической системы управления имеет место асимметрия процесса защиты относительно информационных ошибок. Информационные ошибки любого знака приводят к потерям управляемых объектов. На высших уровнях управления более отчетливо проявляется сущность условных потерь объектов от ОМП, причем эти потери поддаются количественной оценке, если известен закон распределения динамической ошибки управления.

Отсюда следует важный в методологическом плане вывод: так как в управляемой системе величина потерь пропорциональна динамической ошибке, то при достаточно большой ее величине и при достаточно малом воздействии ОМП потери защищаемых объектов будут превышать потери незащищенных объектов. Подтверждением этому факту может служить эксперимент, проведенный американскими военными химиками во время операции «Буря в пустыне» (1991), когда были зафиксированы «химические» потери личного состава. В то же время известно, что Ирак химическое оружие не применял. Следовательно, в каждом конкретном случае при заданном уровне (масштабах) воздействия ОМП и заданных характеристиках контура управления существует оптимальный иерархический уровень, выше которого управление защитой нецелесообразно в связи с большой динамической ошибкой.

Функциональный подход позволяет естественным образом ввести общий или интегральный критерий эффективности процесса защиты войсковых объектов, учитывающий динамику процесса: предотвращенные потери в каждом цикле управления должны быть не ниже заданной величины, обеспечивающей сохранение или восстановление боеспособности объектов управления. Причем замена пораженного объекта рассматривается как одно из мероприятий защиты высших иерархических уровней управления, обуславливающее определенные специфические требования к элементам информационного контура управления этих уровней.

С учетом вероятностной природы влияющих факторов количественным показателем эффективности в том или ином звене войск может служить вероятность сохранения боеспособности объектом управления. При этом интегральный критерий эффективности процесса защиты задается неравенством

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

В структурной схеме системы управления защитой можно выделить информационную и исполнительную подсистемы, соответственно интегральный показатель эффективности допускает декомпозицию на два обобщенных частных показателя:

Применение методологии управляемых систем для повышения эффективности защиты от оружия массового поражения

где P(Kmax) - вероятность сохранения боеспособности за счет реализации максимального ресурса защиты (Ктах) при условии выполнения задачи информационным контуром управления защитой;

Р(α, ß, σупр) - вероятность сохранения боеспособности в системе защиты при использовании информации, характеризующейся полнотой (α), оперативностью ее получения (ß) и среднеквадратической динамической погрешности управления (σупр).

В заключение отметим, что наиболее важным обобщением изложенной содержательной модели является представление совокупности средств и методов защиты в различных звеньях войск одной динамической переменной - ресурсом защиты, структуру которой в рамках данной статьи мы не можем описать более детально.

Последнее общее замечание касается методологического положения об универсальности механизма управления, положенного в основу разрабатываемых моделей. Несмотря на многообразие реальных ситуаций, а также сформулированных оперативно-тактических задач по защите войск и объектов от ОМП, все их можно описать в рамках единой принципиальной схемы системы управления на основе известных из теории управления фундаментальных принципов управления. Следует подчеркнуть, что эти принципы могут быть и не осознанными в более или менее явном виде в практической деятельности различных звеньев войск при организации защиты, однако объективная реальность состоит в том, что именно совершенствование функциональных связей в контуре управления войсками, соответствующих этим фундаментальным принципам, составляет внутреннее содержание, цель совершенствования средств и методов защиты войск и объектов от ОМП на современном этапе. Методы теории автоматического регулирования позволяют перейти в рамках моделей управляемых систем к исследованию динамических свойств системы защиты, связанных с оценками устойчивости и качества управления войсками в условиях применения оружия массового поражения. Решение задачи о минимуме динамической ошибки позволит уточнить оптимальные требования к структуре и характеристикам звеньев системы, входящих в замкнутый контур управления защитой.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации