Устройство для оценки надежности функционирования комплекса средств автоматизации командного пункта оперативного уровня

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и может быть использовано в учебном процессе при получении слушателями и курсантами военных академий знаний по управлению войсками, в частности оперативного и тактического звеньев управления.

Известна научно-исследовательская модель оценки показателей эффективности информационных радиоэлектронных средств (радиолокаторов, средств радиосвязи) противовоздушной обороны (ПВО) в условиях применения противником противорадиолокационных ракет, самонаводящихся на электромагнитное излучение радиоэлектронных систем [RU 126168, МПК G06N 7/00, 2012], включающая соединенные между собой цифровыми линиями связи интерфейс моделирующего комплекса, модель контура дальнего наведения противорадиолокационных ракет, модель контура самонаведения противорадиолокационных ракет, модель оценки степени поражения радиоэлектронной системы поражающими факторами осколочно-фугасной боевой части противорадиолокационной ракеты и блок памяти исходных данных и результатов моделирования.

Недостатком известной модели является трудность оценки эффективности управления войсками ПВО оперативного уровня как надсистемного показателя для оценки надежности функционирования комплекса средств автоматизации (КСА).

Известно изобретение для оценки эффективности войск противовоздушной обороны оперативного уровня [Патент №2585724 «Устройство для оценки эффективности войск противовоздушной обороны оперативного уровня»], в состав которого входят база знаний, машина логического вывода, рабочая память, блок объяснения, пользовательский интерфейс и блок приобретения знаний, блок расчета показателей оценки соотношения сил при выполнении основных задач управления на командном пункте (КП) оперативного или оперативно-тактического звена управления на отдельном рубеже, блок расчета показателя оценки соотношения сил по комплексу задач управления на отдельном рубеже, блок определения эффективности управления войсками ПВО с КП оперативного звена управления, блок определения эффективности управления войсками ПВО с КП тактического звена управления, блок определения эффективности управления войсками ПВО оперативного звена в целом.

Недостатком известного изобретения является недостаточная достоверность оценки эффективности управления войсками ПВО оперативного уровня вследствие отсутствия оценки связанного с ней показателя надежности функционирования КСА.

Прототипом изобретения является система [Джаратано Д., Райли Г. Экспертные системы. Принципы разработки и программирования. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2007, рис. 1.6, с. 70], в состав которой входит база знаний, машина логического вывода, рабочая память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, причем выходы базы знаний и рабочей памяти соединены с первым и вторым входами машины логического вывода, третий вход машины логического вывода соединен со вторым выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы машины логического вывода соединены с входами базы знаний и рабочей памяти, третий выход машины логического вывода соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, третий вход и третий выход пользовательского интерфейса соединены с внешним по отношению к системе пользователем (являются входом и выходом системы).

Недостатком известной системы является то, что в ней не учитывается вклад в оценку надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом, оценка надежности функционирования КСА КП тактического уровня управления, а также не обеспечивается оценка вклада в надежность функционирования КСА отдельных задач управления.

Задачей изобретения является устранение недостатков известной системы и создание устройства, обеспечивающего автоматизацию процесса расчета оценки надежности функционирования комплекса средств автоматизации, решаемой на КП, при выполнении основных задач управления на КП, а также определение надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом.

Техническим результатом изобретения является обеспечение автоматизации процесса расчета оценки надежности функционирования комплекса средств автоматизации, решаемой на КП, при выполнении основных задач управления на КП.

Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что устройство для оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня, содержащее базу знаний, машину логического вывода, рабочую память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, таким образом, что выход базы знаний и первый выход рабочей памяти соединены с первым и вторым входами машины логического вывода, третий вход машины логического вывода соединен со вторым выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы машины логического вывода соединены с входом базы знаний и входом рабочей памяти, третий выход машины логического вывода соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, третий вход и третий выход пользовательского интерфейса являются первым входом и выходом устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня, согласно изобретению оно дополнительно содержит блок расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени, блок расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления, блок определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления, блок определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления, блок определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом, причем второй выход рабочей памяти соединен со вторыми входами блока расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени, блока показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления, блока определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления, блока определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления, второй вход устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня соединен с первым входом блока расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени, выход блока расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени соединен с первым входом блока расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления, выход блока расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления соединен с первым входом блока определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления, выход которого соединен с первым входом блока определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления, выход блока определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления соединен с входом блока определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом, выход которого соединен с четвертым входом машины логического вывода.

Дополнительное введение соединенных между собой блока расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени, второй вход которого соединен со вторым выходом рабочей памяти, первый вход соединен со вторым входом устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня; блока расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления, второй вход которого соединен со вторым выходом рабочей памяти; блока определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления, второй вход которого соединен со вторым выходом рабочей памяти; блока определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления, второй вход которого соединен со вторым выходом рабочей памяти; блока определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом, выход которого соединен с четвертым входом машины логического вывода, позволяет автоматизировать процесс расчета оценки надежности функционирования КСА, решаемый на КП, при выполнении основных задач управления, расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления, определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления, определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления, определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом. Это, в свою очередь, позволяет решить поставленную задачу, а именно автоматизировать процесс расчета оценки надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня.

На чертеже приняты следующие обозначения:

1 - база знаний;

2 - машина логического вывода;

3 - рабочая память;

4 - блок объяснения;

5 - пользовательский интерфейс;

6 - блок приобретения знаний;

7 - блок расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени;

8 - блок расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления;

9 - блок определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления;

10 - блок определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления;

11 - блок определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом.

База знаний 1 предназначена для хранения в оперативной памяти правил расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА в зависимости от условий обстановки. Вход базы знаний 1 соединен с выходом 2.5 машины 2 логического вывода, а выход базы знаний 1 соединен с входом 2.1 машины 2 логического вывода.

Машина 2 логического вывода предназначена для выполнения логических и арифметических действий с данными, хранящимися в рабочей памяти 3, в соответствии с правилами, хранящимися в базе знаний 1. Входы 2.1 и 2.2 машины 2 логического вывода соединены с выходом базы знаний 1 и выходом 3.1 рабочей памяти 3. Вход 2.3 машины 2 логического вывода соединен с выходом 6.2 блока 6 приобретения знаний. Вход 2.4 машины 2 логического вывода соединен с выходом блока 11 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом. Выход 2.5 машины 2 логического вывода соединен с входом базы знаний 1, выход 2.6 соединен с входом рабочей памяти 3, а выход 2.7 соединен с входом 4.1 блока 4 объяснения.

Рабочая память 3 предназначена для хранения в оперативной памяти данных по мультипликативным коэффициентам готовности и оперативной готовности КСА в зависимости от состояния сил и средств оперативного звена управления, времени построения варианта удара и распределения средств воздушного нападения (СВН) по районам действий, времени построения вариантов группировки войск оперативного звена управления, глубине наблюдаемого воздушного пространства, параметры, характеризующие относительное количество сил и средств ПВО в группировке, действующей на передовом рубеже, которая находится в наименьшей степени боеготовности, возможную степень сосредоточения СВН на главном направлении удара (параметр оценивается разностью между количеством СВН на главном и второстепенных направлениях, отнесенной к общему количеству СВН, ожидаемых на заданном рубеже), возможную степень сосредоточения СВН для прорыва на стыках зон ответственности войск (параметр оценивается относительным количеством тактических групп СВН, по которому необходимо решить задачу согласования усилий).

Вход рабочей памяти 3 соединен с выходом 2.6 машины 2 логического вывода. Выход 3.2 рабочей памяти 3 соединен с входом 7.2 блока 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени, входом 8.2 блока 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления, входом 9.2 блока 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления, входом 10.2 - блока 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления.

Блок 4 объяснения предназначен для запоминания и передачи транзитом информации по определению надежности функционирования КСА КП тактического звена управления. Вход 4.1 блока 4 объяснения соединен с выходом 2.7 машины 2 логического вывода. Вход 4.2 блока 4 объяснения соединен с выходом 5.4 пользовательского интерфейса 5. Выход блока 4 объяснения соединен с входом 5.1 пользовательского интерфейса 5.

Пользовательский интерфейс 5 предназначен для общения с пользователем посредством использования стандартного набора технических и программных средств (дисплея, клавиатуры и т.п.). Вход 5.1 пользовательского интерфейса 5 соединен с выходом блока 4 объяснения.

Вход 5.2 пользовательского интерфейса 5 соединен с выходом 6.1 блока 6 приобретения знаний. Вход 5.3 пользовательского интерфейса 5 является первым входом устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня и соединен с пользователем системы. Выход 5.4 пользовательского интерфейса 5 соединен с входом 4.2 блока 4 объяснения. Выход 5.5 пользовательского интерфейса соединен с входом блока 6 приобретения знаний. Выход 5.6 пользовательского интерфейса 5 является выходом устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня и соединен с пользователем системы.

Блок 6 приобретения знаний предназначен для организации диалоговой процедуры, целью которой является утверждение управляющих воздействий по определению надежности функционирования КСА КП тактического звена управления. Вход блока 6 приобретения знаний соединен с выходом 5.5 пользовательского интерфейса 5. Выход 6.1 блока 6 приобретения знаний соединен с входом 5.2 пользовательского интерфейса 5. Выход 6.2 блока 6 приобретения знаний соединен с входом 2.3 машины 2 логического вывода.

Блок 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени предназначен для оценки надежности функционирования КСА КП при выполнении основных задач управления. Вход 7.1 блока 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени является вторым входом устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня, через который в устройство оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня поступает информация о параметрах системы управления (времена запаздывания информации команд и сигналов боевого управления, о воздушной обстановке, боевой готовности войск, боевых действиях, технические параметры системы). Вход 7.2 блока 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени соединен с выходом 3.2 рабочей памяти 3. Выход 7.3 блока 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени соединен с входом 8.1 блока 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления.

Блок 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления предназначен для мультипликативного расчета коэффициентов готовности и оперативной готовности КСА в зависимости от состояния сил и средств оперативного звена управления. Вход 8.1 блока 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления соединен с выходом 7.3 блока 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени. Вход 8.2 блока 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления соединен с выходом 3.2 рабочей памяти 3. Выход расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления соединен с входом 9.1 блока 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления.

Блок 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления обеспечивает оценку надежности функционирования на основе полученных оценок коэффициентов готовности и оперативной готовности КСА КП. Вход 9.1 блока 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления соединен с выходом блока 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления. Вход 9.2. блока 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления соединен с выходом 3.2 рабочей памяти 3. Выход 9.3 блока 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления соединен с входом 10.3 блока 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления.

Блок 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления обеспечивает оценку надежности функционирования на основе полученных оценок коэффициентов готовности и оперативной готовности КСА КП на основе двухоценочных вероятностных моделей, исходя из предположения, что плотность распределения относится к классу бета-распределений. Вход 10.3 блока 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления соединен с выходом 9.3 блока 9. Вход 10.2 блока 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления соединен с выходом 3.2 рабочей памяти 3. Выход 10.1 блока 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления соединен с входом блока 11 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом.

Блок 11 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом обеспечивает мультипликативную свертку надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления и надежности функционирования КСА КП тактического звена управления. Вход блока 11 соединен с выходом 10.1 блока 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления, а выход блока 10 соединен с входом 2.4 машины 2 логического вывода.

Блоки 1-11 выполнены в виде программно-технических модулей на плате расширения ПЭВМ с архитектурой типа Х86, установленной на соответствующих КП.

Работа устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня состоит в следующем.

На предварительном этапе работы устройства в рабочую память 3 загружают данные по мультипликативным коэффициентам готовности и оперативной готовности КСА в зависимости от состояния сил и средств оперативного звена управления, время построения варианта удара и распределения СВН по районам действий, время построения вариантов группировки войск оперативного звена управления, глубину наблюдаемого воздушного пространства, параметры, характеризующие относительное количество сил и средств ПВО в группировке, действующей на передовом рубеже, которая находится в наименьшей степени боеготовности, возможную степень сосредоточения СВН на главном направлении удара (параметр оценивается разностью между количеством СВН на главном и второстепенных направлениях, отнесенной к общему количеству СВН, ожидаемых на заданном рубеже), возможную степенью сосредоточения СВН для прорыва на стыках зон ответственности войск (параметр оценивается относительным количеством тактических групп СВН, по которому необходимо решить задачу согласования усилий).

В базу знаний 1 закладывают правила расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА в зависимости от условий обстановки.

После завершения предварительного этапа работы устройства пользователь вводит через пользовательский интерфейс 5 в устройство оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня параметры, характеризующие систему управления (времена запаздывания информации команд и сигналов боевого управления, о воздушной обстановке, боевой готовности войск, боевых действиях), параметры, характеризующие надежность функционирования КСА КП (время построения варианта удара и распределения СВН по районам действий, время построения вариантов группировки войск оперативного звена управления, глубина наблюдаемого воздушного пространства, параметры, характеризующие относительное количество сил и средств ПВО в группировке, действующей на передовом рубеже, которая находится в наименьшей степени боеготовности, возможная степень сосредоточения СВН на главном направлении удара, возможная степень сосредоточения СВН для прорыва на стыках зон ответственности войск), поступившие через вход 5.3 пользовательского интерфейса 5, поступают далее на вход блока 6 приобретения знаний, а через него транзитом на вход 2.3 машины 2 логического вывода. Машина 2 логического вывода обеспечивает на основе логических правил, хранящихся в базе знаний 1, загрузку в рабочую память 3 конкретного варианта правил расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА, в зависимости от условий обстановки. Числовой код, характеризующий времена запаздывания информации команд и сигналов боевого управления, о воздушной обстановке, боевой готовности войск, боевых действиях, технические параметры системы поступают через соответствующие связи в блок 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени, в блок 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления, в блок 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления, в блок 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления.

Через второй вход устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня на вход 7.1 блока 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени поступают исходные данные для расчета коэффициентов готовности и оперативной готовности КСА КП (параметры, характеризующие вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, и начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени). При установлении такой возможности исходные данные поступают с выхода 7.3 блока 7 расчета показателей оценки состояния элементной и программной базы КСА при выполнении основных задач управления на КП оперативного или тактического звена управления в реальном масштабе времени на вход 8.1 блока 8 расчета показателя оценки состояния сил и средств оперативного звена управления. В блоке 8 производится расчет коэффициентов готовности и оперативной готовности КСА в зависимости от состояния сил и средств оперативного звена управления. С выхода блока 8 показатели коэффициента готовности и оперативной готовности КСА поступают на вход 9.1 блока 9 определения надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления. В блоке 9 происходит оценка надежности функционирования на основе полученных оценок коэффициентов готовности и оперативной готовности КСА КП 9.3 на вход 10.3 блока 10 определения надежности функционирования КСА КП тактического звена управления. В блоке 10 обеспечивается оценка надежности функционирования на основе полученных оценок коэффициентов готовности и оперативной готовности КСА КП на основе двухоценочных вероятностных моделей, исходя из предположения, что плотность распределения относится к классу бета-распределений, с выхода 10.1 блока 10 поступает на вход блока 11. В блоке 11 обеспечивается мультипликативная свертка надежности функционирования КСА КП оперативного звена управления и надежности функционирования КСА КП тактического звена управления. С выхода блока 11 осуществляется определение надежности функционирования КСА КП оперативного звена в целом. Вход 2.4 машины 2 логического вывода, через которую следует транзитом на вход 4.1 блока 4 объяснения. С выхода блока 4 объяснения оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня поступают на вход 5.1 пользовательского интерфейса 5, а с его выхода 5.6 на выход устройства оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня.

Устройство для оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня разработано на уровне лабораторной модели и программного аппарата для нее. Результаты испытаний модели показали повышение точности оценки надежности функционирования КСА КП оперативного уровня на 17-21%.