Автоматизация информационных процессов в корабельных системах управления

Автоматизация информационных процессов в корабельных системах управления 

ВОПРОСЫ:.

1 . Информационная модель процесса управления оружием и техническими средствами корабля.

2. Взаимодействие  информационных потоков в ходе  управления.

3. Идеология  автоматизированного решения задачи. Задачи, решаемые на основе    информационной технологии.

УЧЕБНЫЕ ЦЕЛИ: Ознакомить с основами автоматизации информационных процессов в корабельных системах управления.

ВРЕМЯ  : 2 часа  

ВОПРОС №1

Принципы построения и функционирования АСУ ВМФ, а также состав основных элементов и их взаимосвязь определяют исходя из анализа процессов, происходящих при управлении силами флота, в основе организации построения и взаимодействия управляемых объектов, особенностей ведения боевых действий управляемыми силами, предназначения и места управляемой АСУ в единой СУ силами и на основании других характеристик.

В общем случае функционирование СУ осуществляется следующим  образом.

Информация о  состоянии объекта, внешних воздействиях и о других факторах поступает в орган управления, где на основе анализа поступивших сведений по определенным правилам вырабатываются управляющие воздействия, которые, в свою очередь, поступают на объект управления. Под влиянием этих воздействий объект управления сохраняет прежнее состояние или приходит в новое. Подобный процесс осуществляется непрерывно в соответствии с требованиями, которые предъявляются к объекту управления.

Таким образом, процесс управления состоит из ряда этапов, выполняемых органом управления при изменении обстановки, совокупность которых носит название цикла управления.

Для реализации каждого из этапов цикла управления необходима материальная основа. Так, для получения информации о внешней  среде необходима СОО, добывающая эту  информацию, и система связи, передающая ее органам управления. Для обработки получаемой информации и принятия решения по управлению объектом надо иметь соответствующую систему поддержки принятия решений, оснащенную средствами автоматизации. Состав перечисленных функциональных элементов может меняться в зависимости от предназначения АСУ.

Из-за особенностей ведения объектами управления военных  действий к элементам АСУ и  их взаимосвязям предъявляют определенные требования. Такими особенностями являются:

— подверженность всех элементов СУ непрерывному интенсивному воздействию внешней среды;

— вероятность  быстрого перехода от одной организации  объектов управления к другой в зависимости  от поставленных задач и изменения  обстановки;

— разнородный  состав группировок сил, ведущих  действия в различных районах;

— преимущественное расположение органов управления силами флота на берегу, а технических  средств флота  на кораблях ВМФ;

— высокие психологические  и физические нагрузки, приходящиеся на обслуживающий персонал СУ.

Эти особенности  предопределяют основные направления автоматизации процессов управления в ВМФ.

По мере "интеллектуализации" АСУ ВМФ, более широкого применения современных методов математического  моделирования, решения оптимизационных  задач, применения экспертных систем  для принятия управленческих решений все ярче и рельефнее стала проявляться одна из подсистем АСУ -подсистема поддержки принятия решений по управлению силами и средствами. Такая подсистема позволяет оператору в процессе принятия решений не только обращаться к справочной информации и формализованным документам, но и осуществлять "проигрывание" различных вариантов боевых действий путем моделирования их на ЭВМ, решать расчетные задачи, использовать базу знаний ЭС и на этой основе принимать наиболее обоснованные и оперативные решения.

На рис. приведена  схема функционирования АСУ на примере  управления группировкой сил.

Информация состояния  от объекта управления (сил в море), информация об обстановке от СОО, а  также командная информация в  виде приказов и директив от вышестоящих органов и пунктов управления поступает по каналам системы связи на КП. Операторы ПУ с помощью комплекса средств автоматизации системы поддержки решений (СПР) по управлению силами осуществляют анализ, оформляют результаты в виде командной информации и с помощью системы связи передают ее на объекты управления и в вышестоящие органы. Командная информация может передаваться и в СОО с целью управления ее функционированием в интересах решаемых силами задач.

Такое представление  о функционировании различных элементов АСУ позволяет разбить их на три группы: объект управления; источник информации об обстановке (СОО); средства управления и связи; СПР. Тогда коротко алгоритм управления можно изложить в следующем виде: в соответствии с поставленной задачей оператор, исходя из информации об обстановке и состоянии сил с помощью средств управления и связи, осуществляет управление силами.

Таким образом, средства управления в данном случае выступают в качестве инструмента  управления.

Если обратить внимание на структуру элементов СУ силами флота, то виден единый (системный) подход к автоматизации управления. Так, система связи и СОО также имеют свои объекты управления, свои источники информации об обстановке в районе приме-нения и о состоянии средств связи и освещения обстановки, свои СПР по управлению системой связи и СОО соответственно, с помощью которых органы управления этих систем осуществляют принятие решений о применении средств связи или освещении обстановки. Силы в море имеют на вооружении соответствующие АСУ тактическими группами, АСУ кораблями, АСУ оружием и техническими средствами, построенные по тем же принципам.

Основываясь на предложенном подходе, можно дать следующее  определение АСУ силами. АСУ силами — это совокупность технических  и программных средств освещения обстановки, управления, связи, обеспечивающих органам управления и ПУ соответствующих уровней,принятие решения по управлению силами в соответствии с поставленной задачей, информацией от СОО и сил в море, а также передачу приказов боевого управления подчиненным и взаимодействующим силам.

   Системный подход позволяет реализовать иерархическую  структуру построения АСУ любого уровня, обеспечить совместимость не только подсистем АСУ, но и взаимодействующих  с ней систем, создает предпосылки  для исключения ошибок при проектировании АСУ.

   При реализации иерархической структуры построения АСУ необходимо руководствоваться  рядом принципов. АСУ должна:

   — иметь  минимально возможное число иерархических  ступеней, соответствовать целям  управления и обеспечивать максимизацию показателей эффективности управления, функционирования;

   — быть адаптивной, т.е. способной изменять свою структуру в определенных пределах при изменении целей управления, условий, в которых осуществляется управление, качества отдельных элементов  и при накоплении опыта функционирования;

   — иметь  заданную живучесть, т.е. быть способной  к функционированию при ее частичном разрушении;

   — обеспечивать требуемую степень централизации  управления, чтобы создать условия  для рациональной специализации  и более эффективного использования технических средств;

— иметь кратчайшие пути прохождения информации с учетом избирательного обслуживания, степени  полноты и достоверности передаваемых сведений.

Чтобы объединить в систему широкий комплекс знаний об АСУ, выявить закономерности и существенные признаки, имеющие решающее значение для создания, применения и дальнейшего развития АСУ, необходимо их классифицировать.

Целесообразно для классификации АСУ выбрать  следующие основные ее характеристики:

   — функциональное назначение;

   — степень  участия человека в функционировании;

   — возможности  структурного построения;

   — время  обработки информации;

— способы соединения элементов в СУ.

В соответствии с первым признаком в настоящее  время в управлении силами флота  используют три основных типа АСУ: АСУ силами, АСУ боевыми средствами, АСУ специального назначения (рис.4.3). Каждый из этих типов имеет свои подтипы. Так, АСУ силами принято делить по уровням управления. В ВМФ выделяют стратегический, оперативно-стратегический, оперативный, оперативно-тактический, тактический уровни управления.

На  стратегическом уровне создается АСУ силами ВМФ, осуществляющая управление ВМФ как видом вооруженных сил.

На  оперативно-стратегическом уровне создается АСУ силами флота, обеспечивающая управление силами оперативно-стратегического объединения.

Рис.4.3. Классификация  АСУ ВМФ

На  оперативном уровне создаются АСУ ВВС флота, АСУ тылом флота, а на некоторых флотах АСУ флотилией, АСУ корабельным оперативным соединением (АСУ ОС). АСУ ОС находится на флагманском корабле ОС (ударном авианосце, ракетном крейсере т.п.), который в этом случае является специально оборудованным кораблем.

На  оперативно-тактическом  уровне на некоторых флотах создаются АСУ корабельных оперативно-тактических соединений (АСУ ОТС). Примером такого соединения может являться авианосное ударное соединение (АУС) или оперативная эскадра (ОПЭСК). АСУ ОТС размещается на корабле управления или его функции выполняет АСУ флагманского корабля. На этом же уровне создаются стационарные АСУ военно-морских баз (АСУ ВМБ).

На  тактическом уровне создаются АСУ дивизией, АСУ корабельных тактических соединений (АСУ ТС), АСУ тактических групп кораблей (АСУ ТГ), АСУ надводных кораблей (АСУ НК) и АСУ подводных лодок (АСУ ПЛ). Функции, выполняемые АСУ ТС и АСУ ТГ, обычно совмещаются на одних и тех же комплексах средств автоматизации управления надводных кораблей, приспособленных для выполнения роли флагманского корабля. На этом же уровне находятся АСУ дивизиями, бригадами МП, а также бригад и полков БРАВ.

АСУ боевыми  средствами принято классифицировать по типам оружия, которыми они управляют.

АСУ ударным ракетным оружием (АСУУРО) характерны для ПЛ, вооруженных баллистическими и крылатыми ракетами, ракетных крейсеров, кораблей, катеров, батарей и дивизионов БРАВ, вооруженных крылатыми ракетами.

АСУ торпедным оружием (АСУ ТО) устанавливают на подводных лодках, надводных кораблях и катерах, вооруженных торпедным оружием.

АСУ артиллерийским оружием (АСУ АО) обслуживают надводные корабли и артиллерийские катера. На корабле таких АСУ может быть несколько — по количеству комплексов различного типа (главного калибра, универсального калибра, зенитных комплексов).

АСУ средствами радиоэлектронной борьбы (АСУРЭБ) являются комплексными системами, обеспечивающими обработку информации, поступающей от средств радиоэлектронной разведки, и управление средствами радиоэлектронного подавления РЭС противника.

АСУ противолодочным  управляемым ракетным оружием (АСУ ПЛУРО) используют на надводных кораблях.

АСУ зенитными ракетными  комплексами (АСУ ЗРЮ создаются на надводных кораблях для управления отдельными ЗРК большой, средней и малой дальности.

АСУ специального назначения в основном представлены средствами, автоматизирую-щими обработку  информации об обстановке.

АСУ береговой системы  наблюдения (АСУ БСН) являются средствами управления БСН, решающими задачи управления морскими радиотехническими частями, размещенными на побережье, а также задачи вторичной и третичной обработки информации, поступающей от средств наблюдения морских радиотехнических взводов (МРТВ) и рот (МРТР).

Автоматизированные  системы обработки  радиолокационной информации (АСОРЛИ) предназначены для решения задач первичной и вторичной обработки информации, поступающей от РЛС корабля.

Автоматизированные  системы обработки  гидроакустической  информации (АСОГАИ) выполняют обработку гидроакустической информации, поступающей от ГАС корабля.

Автоматизированные  системы обработки  радиотехнической информации (АСОРТИ) служат для решения задач обработки информации, поступающей от станций радио-технической разведки и средств обнаружения радиолокационных сигналов.

Автоматизированные  системы освещения подводной обстановки (АСОПО) создаются на базе стационарных гидроакустических средств дальнего обнаружения ПЛ. Эти системы решают задачи первичной, вторичной и третичной обработки гидроакустической информации.

Автоматизированные  системы навигационно-гидрографической и гидрометеорологической информации (АСНГГМИ) устанавливают на ПУ штабов ВМФ и флотов. Они предназначены для обработки навигационно-гидрографической и гидро-метеорологической информации, поступающей от кораблей и постов этих служб.

АСУ техническими средствами кораблей (АСУ ТСК) располагают на кораблях флота с целью автоматизации управления энергетическими установками, средствами движения, средствами обеспечения живучести и непотопляемости и другими техническими средствами кораблей.

В соответствии со вторым классификационным признаком  СУ бывают автоматические и автоматизированные.

В автоматических системах решение задач управления осуществляется без вмешательства  человека. Такие системы используют, во-первых, на объектах, в которых отсутствуют люди или доступ к СУ затруднен либо нецелесообразен; во-вторых, на объектах, в кото-рых действия человека затруднены ввиду ограниченности его возможностей; в-третьих, там, где алгоритм управления несложен, а критерий эффективности определен (например, СУ движением подводной лодки). Такие системы, как правило, контролируются челове-ком, что обеспечивает возможность внесения в случае необходимости соответствующих исправлений.

К высшим по сложности  системам относятся автоматизированные системы, в которых управляющим звеном является человек. Такими системами являются АСУ силами ВМФ.

Степень участия  человека в функционировании СУ зависит  от особенностей процессов управления. При этом необходимо иметь в виду следующее:

— основным этапом управления является принятие решения, которое в силу формального и многокритериального характера оценки эффективности, большого числа вариантов использования сил и средств, множества ситуаций и юридической ответственности может осуществляться только человеком;

— развитие науки и техники, совершенствование СУ приводит к необходимости изменения параметров управления, заложенных в систему, ее структуры и т.п., что может быть выполнено только человеком;

— поддержание  заданной степени надежности функционирования СУ достигается только при участии человека в ее работе. По структурному построению АСУ подразделяют на:

— системы с  постоянной структуре и, в которой  количество элементов и их соединение остается постоянным;

— системы с  переменной структуре и, в которых  могут изменяться как количество элементов, так и связи между  этими элементами.

По времени  обработки информации АСУ подразделяют на:

— системы, работающие в реальном масштабе времен и, в которых  обработка информации, принятие решения, выдача управляющей информации осуществляется в темпе процессов, протекающих в объекте управления;

— системы с  ограниченным временем решения задач (системы оперативного управления), в которых цикл управления имеет  определенные ограничения по длительности; однако требование о соизмеримости длительности цикла управления с темпом протекания процессов в объекте управления не выдвигается;

  — системы  с неограниченным временем решения  задач (системы неоперативного управления), в которых на длительность цикла управления не накладываются ограничения.

  По способам соединения элементов в АСУ четко  разделяются одноуровневые системы, которые содержат один уровень управления, и многоуровневые (иерархические),в  которых отдельные органы управления одновременно являются и объектами управления для вышестоящих органов управления.

  Введение  многоуровневой АСУ позволяет получить:

— распределение  сложных функций между отдельными уровнями управления и свободу функционирования органов управления на каждом уровне;

— сочетание  локальных критериев эффективности  отдельных уровней управления с общими критериями эффективности всей системы;

— уменьшение потоков  информации между отдельными уровнями управления;

— повышение  надежности, гибкости и универсальности  АСУ;

— уменьшение затрат на проектирование и эксплуатацию систем. Рассмотренные наиболее существенные классификационные признаки АСУ тесно взаимосвязаны между собой. Для классификации АСУ могут выбираться и другие признаки, например способ общения органов управления с АСУ, способ передачи информации и т.д. Однако предложенная классификация АСУ дает наиболее четкое представление о сущности и структуре АСУ, характере и направленности автоматизации информационных процессов, раскрывает первоначальное содержание некоторых важных понятий и является базой для рассмотрения дальнейших вопросов создания и функционирования АСУ. 
 
 
 
 

Вопрос 2 

Характеристика  АСУ ВМФ различного назначения

В ВМФ АСУ  применяют для обеспечения управления силами и средствами в оперативно-стратегическом, оперативном, оперативно-тактическом и тактическом звеньях управления в условиях повседневной деятельности, а также при подготовке и ведении операций и боевых действий.

В ВМФ применяют  следующие виды АСУ:

    — силами;

    — боевыми средствами;

— специального назначения.

АСУ силами предназначены для управления крупными группировками сил на морских и океанских ТВД, в том числе группировками разнородных сил оперативного и оператив-но-тактического назначения. В задачи АСУ силами входят:

    — автоматизация доведения приказов, команд, задач от органов и пунктов управле-ния до подчиненных сил, контроль их получения и выполнения;

    — сбор, обработка, хранение и выдача операторам органа или пункта управления данных оперативной обстановки;

    — математическое моделирование предстоящих боевых действий, 1 оперативно-тактические расчеты, прогнозы хода и исхода боевых действий (по вариантам), оценка соотношения сил сторон;

— отображение  циркулирующей в КСА информации в различных заданных формах;

— оформление текстовых  и графических документов боевого управления;

— защита от несанкционированного применения оружия. Вся информация, циркулирующая в АСУ силами, может  быть отнесена к одному из двух видов .

— командная (управляющая) информация (приказы, распоряжения, директивы);

— информация состояния (донесения, сводки, подтверждения). Исходя из этого, АСУ силами флота условно подразделяется на 2 подсистемы: командную и информационную, основой которых являются соответствующие комплексы средств автоматизации (КСА).

   В зависимости  от места установки КСА могут быть:

   — органов  и пунктов управления;

— объектов системы  связи и передачи данных [система  передачи данных (СПД), центры связи (ЦС) ];

   — бортовые — подводных лодок, надводных  кораблей, самолетов.

Обобщенная схема  командной подсистемы АСУ силами ВМФ, основой которого являются указанные КСА, представлена на рис.5.1.

КСА органов  и пунктов управления представляют собой совокупность специализированных вычислительных комплексов, автоматизированных рабочих мест оперативного состава, средств отображения и документирования информации с соответствующим математическим и программным обеспечением.

КСА СПД и  ЦС обычно являются элементами системы  связи и обеспечивают работу различных  органов управления. Между собой  они могут быть соединены по радиально-кольцевой или смешанной схеме, что позволяет повысить непрерывность и устойчивость управления в случае отказа одного из элементов.

Характерная особенность  КСА командной подсистемы - наличие специализированных АРМ с функциональной клавиатурой, предназначенной для быстрого набора формализованных сообщений определенного формата. Общее количество таких АРМ в органе управления ограничивается целесообразностью их одновременного использования.

КСА СПД представляет собой типовой вычислительный модуль для данной сети и предназначен для обеспечения доставки сообщений по сети адресатам. Например, два разных органа управления обмениваются сообщениями через СПД. Функционирование СПД опирается на современные способы обработки и доставки сообщений (например, коммутации сообщений).

КСА ЦС также  представляет собой типовой вычислительный модуль, предназначенный для информационно-технического сопряжения СПД со средствами радиопередачи  и радиоприема. Передача и прием  сообщений в направлениях берег  — корабль, корабль — берег  производится в соответствии с правилами, установленными для связи в ВМФ.

На кораблях и подводных лодках устанавливают  бортовые КСА. Благодаря им принятые на борту корабля (подводной лодки) сообщения расшифровываются и высвечиваются  на экране монитора в удобном и понятном для командира виде. Мониторы обычно располагают на главном командном пункте корабля или в центральном посту ПЛ. Бортовые КСА позволяют не только принимать, но и передавать сообщения. Эти КСА также являются типовыми. 

Вопрос 3

КСА информационной подсистемы состоит обычно из базового вычислительного комплекса и большого числа АРМ абонентов. В качестве АРМ абонентских пунктов (АП) могут использоваться дисплейные комплексы либо персональные ЭВМ с принтером, а в отдельных случаях и со средствами графического отображения. Общая схема информационной подсистемы АСУ дана на рис.5.2.

Совокупность  КСА командной и информационной подсистемы составляет основу АСУ силами. При этом командная подсистема обеспечивает:

— автоматизацию  формирования и доведения приказов, команд, задач от органов управления подчиненным силам;

— отображение  циркулирующей в КСА информации в различных заданных формах; отображения.

— оформление текстовых  и графических документов боевого  управления.

Информационная  подсистема обеспечивает:

— сбор, обработку, хранение и выдачу операторам органа управления данных: об оперативной  обстановке, о состоянии и характере  деятельности подчиненных сил;

— математическое моделирование и оперативно-тактические  расчеты при подготовке к боевым действиям;

— отображение циркулирующей в КСА информации в различных заданных формах (таблицах), а также в графическом виде;

— оформление текстовых  и графических документов боевого  управления.

АСУ боевыми средствами и оружием (АСУ БС) применяются для автоматизации обработки данных тактической обстановки, выработки данных целераспределения, выполнения расчетов по управлению боевыми средствами, оружием, средствами обеспечения жизнедеятельности экипажа корабля, средствами движения и всем кораблем в целом. Результаты расчетов и утвержденные командиром корабля решения передаются в системы управления оружием, кораблем и средствами его движения.

Например, решение  комплекса задач, связанных с  управлением навигационными средствами корабля, служит для обеспечения  кораблевождения, т.е. определения места корабля и параметров его движения (курса, скорости), определения оптимальных маршрутов движения корабля, выработки рекомендаций по маневрированию и исходных данных для функционирования других систем. Источниками информации здесь являются лаг, гирокомпас, приборы радионавигации, астронавигации, средства инерциальной навигации, эхолоты, датчики единого времени, навигационные РЛС и т.д. Кроме того, с пульта АРМ штурмана могут вводиться вручную необходимые сведения из справочников, координаты заданных точек, навигационных опасностей и др. Результаты решения поступают на автопрокладчик, на индикаторные устройства навигационного комплекса, на авторулевой и в другие системы.