Модели и методы автоматизированного проектирования компонентов информационно-управляющей системы технической безопасности уничтожения химического оружия

Актуальность темы

.

На территории Российской Федерации накоплены огромные запасы химического оружия, которое является одним из видов оружия массового поражения и представляет серьезную опасность всему живому на Земле.

В 1993 году Российской Федерацией подписана международная «Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении» [1] (далее — Конвенция). В целях выполнения международных обязательств в 1996 году разработана Федеральная целевая программа «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации» [2] (далее — Программа).

Основными целями Программы являются:

— уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации;

— конверсия или уничтожение объектов по производству, разработке химического оружия и ликвидация последствий их деятельности;

— выполнение Российской Федерацией обязательств по Конвенции.

Одним из главных направлений работ по реализации Программы является обеспечение безопасности хранения и уничтожения химического оружия. В этих условиях актуальным является создание информационно-управляющей системы технической безопасности хранения и уничтожения химического оружия (ИУС ТБХУХО), что предусмотрено в мероприятиях по реализации Программы.

ИУС ТБХУХО должна представлять собой многоуровневую, территориально распределенную систему управления, обеспечивающую выполнение следующих функций:

— организация интегрированной информационной среды для всех предприятий, организаций и ведомств, участвующих в уничтожении химического оружия;

— сбор, доставка на все уровни управления объективной информации о состоянии безопасности процессов хранения и уничтожения химического оружия;

— обработка собранной информации и представление ее должностным лицам;

— поддержка принятия управленческих решений, своевременное доведение принятых решений до исполнителей и контроль их исполнения.

В состав нормативно-правовой базы, определяющей требования к безопасности хранения и уничтожения химического оружия, входит ряд федеральных законов. Изучению и анализу требований к обеспечению безопасности процессов хранения и уничтожения химического оружия, принципов управления безопасностью функционирования опасных производственных объектов, определению стратегии и методов решения задач обеспечения безопасности посвящено множество публикаций. Проектирование информационно-управляющих систем невозможно без применения средств автоматизированного проектирования. Большой вклад в разработку и исследование САПР внесли Д. И. Батищев, A.M. Бершадский, Ю. Х. Вермишев, В. Н. Гридин, В. П. Корячко, В. М. Курейчик, И. П. Норенков, Г. Г. Рябов, A.JI. Стемпковский, М. Принс, И. Сазерленд и др. Теоретические аспекты анализа системных целей при создании такой уникальной системы как ИУС ТБХУХО нашли отражение в работах В. П. Капашина, Мухидова В. У., Толстых A.B.- вопросами обосновании поддержки принятия решений занимались В. Н. Бурков, Д.А., Новиков, Э. А. Трахтенгерц, A.C. Рыков и др.- проблемами технологии построения систем поддержки принятия решений — Р. Кимбел, Э. Кодд, Б. Инмон и др.

В то же время с началом конкретных работ по созданию ИУС ТБХУХО и, в частности, такого ее компонента как система поддержки принятия решений возникла потребность в моделях и методах, расширяющих теоретическую базу автоматизированного проектирования при проектировании сложных территориально распределенных информационных систем.

Цель работы.

Целью диссертации является повышение достоверности и качества принятия решений в системе технической безопасности уничтожения химического оружия путем обоснования моделей и методов автоматизированного проектирования системы принятия решений, разработки процесса установления, оценки и контроля уровня целостности ИУС ТБХУХО и разработки программных средств для автоматизации процесса комплексной оценки уровня целостности системы, создание которой регламентировано Федеральной целевой программой «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации».

Основные задачи.

В работе поставлены следующие задачи:

— сформулировать цели, принципы и задачи управления обеспечением безопасности хранения и уничтожения химического оружия на основе требований нормативно-правовой базы;

— разработать организационную и функциональную структуру ИУС ТБХУХО, соответствующую требованиям нормативно-правовой базы к обеспечению безопасности хранения и уничтожения химического оружия;

— обосновать применимость формальных моделей для автоматизированного проектирования системы поддержки принятия решений (СППР) в ИУС ТБХУХО;

— разработать и обосновать методы автоматизированного проектирования процесса установления, оценки и контроля уровня целостности ИУС ТБХУХО;

— разработать программные средства для автоматизированного процесса комплексной оценки целостности ИУС ТБХУХО.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались общая теория систем, системный анализ, статистические методы, теория активных систем, теория многокритериального принятия решений, метод и язык иМЬ.

Научная новизна.

В диссертационной работе предлагаются решения поставленных задач, научная новизна которых состоит в следующем:

— обоснованы модели для автоматизированного проектирования процессов управления безопасностью хранения и уничтожения химического оружия;

— разработан метод идентификации данных интегрируемых информационных ресурсов в распределенной системе;

— предложены адаптированные к организационно-технической системе управления технической безопасностью хранения и уничтожения химического оружия теоретико-игровые и оптимизационные модели распределенных систем принятия решений, модели распределения ресурсов среди участников программы по уничтожению химического оружия;

— разработан метод автоматизированного проектирования системы оценки качества и поддержки уровня целостности распределенной системы на этапах создания и эксплуатации, поддержанный методом оценки на основе нового обобщенного критерия оценки качества функционирования системы и программ автоматизации оценочных расчетов.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Применение предложенных моделей автоматизированного проектирования процессов управления, моделей распределенных систем принятия решений и метода идентификации данных интегрируемых информационных ресурсов в распределенной системе позволяет проектировать информационные системы, включающие подсистему поддержки принятия решений для сложных распределенных организационно-технических систем.

Применение предложенного метода оценки качества функционирования системы, включающего разработанные инструментальные средства поддержки оценочных расчетов, позволяет комплексно контролировать показатели качества функционирования, как на этапах создания, так и на этапах эксплуатации систем. При этом снижается трудоемкость и сроки проектных работ и работ по сопровождению эксплуатации систем.

В наибольшем объеме результаты диссертации внедрены при создании и эксплуатации уникальной системы ИУС ТБХУХО. В настоящее время система ИУС ТБХУХО эксплуатируется на 3-х объектах по уничтожению химического оружия, в Федеральном управлении по безопасному хранению и уничтожению химического оружия (ФУ БХУХО) и внедряется еще на ряде объектов.

Разработанные методы и модели использованы: — в ФУ БХУХО при формировании ТЗ № 559.8.20 от 05.03.2005 на опытно-конструкторскую работу (ОКР «Система») по созданию ИУС ТБХУХО (модели автоматизируемых процессов управления безопасностью хранения и уничтожения химического оружия, схемы информационного взаимодействия компонентов системымодели поведения управляемых объектов по уничтожению химического оружия, модели стимулирования и координации действий участников Программы использованы для формирования требований к составу системы, к задачам и функциям компонентов системы, к информационной структуре подсистемы поддержки принятия решений, к топологии и потокам данных телекоммуникаций системы);

— в ФГУП ОКБ «Спектр» при выполнении ОКР «Система» (модели автоматизируемых процессов управления безопасностью хранения и уничтожения химического оружия, схемы информационного взаимодействия компонентов системы при проектировании системы ИУС ТБХУХО и ее компонентов);

— в ФГУП ОКБ «Спектр» при выполнении ряда НИР и ОКР (обобщенный показатель для оценки качества информационных систем, программ и программных комплексов систем, программы автоматизации оценочных расчетов — при анализе и выборе вариантов решений в ходе проектных работ, при обосновании выбора решений в ходе сертификации программных средств, при контроле уровня целостности систем и их компонентов — в ходе проектных работ и при эксплуатации систем).

Достоверность полученных научных положений и выводов подтверждается математическими обоснованиями и доказательствами, а также проверками в ходе практической реализации основных результатов диссертационной работы.

Апробация результатов диссертации.

Результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, докладывались на международной научно-технической конференции «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций», Рязань, 2005 г., Международной научно-технической конференции «Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика», Рязань, 2007 г. Основные результаты, защищаемые в диссертации, использовались в ходе защиты эскизных и технических проектов по ряду ОКР.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 работах, из них 1 работа опубликована в издании, рекомендованном ВАК. В фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию зарегистрированы 2 программы. Подана заявка на патент РФ.

Положения, выносимые на защиту.

Модели автоматизированных процессов управления безопасностью хранения и уничтожения химического оружия.

Метод идентификации данных интегрируемых информационных ресурсов в распределенной системе.

Формализованные модели информационной поддержки для автоматизированного проектирования процесса принятия решений в управлении технической безопасностью химического оружия.

Метод автоматизированного проектирования для установления, оценки и контроля уровня целостности распределенных информационных систем при их создании и эксплуатации, опирающийся на требования нормативных документов, и программы комплексной оценки уровня целостности ИУС ТБХУХО.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (95 источников), изложенных на 109 страницах (содержит 2 таблицы и 19 рисунков), и четырех приложений. Общий объем диссертации 180 страниц.

4.6 Выводы.

1. Разработанные в ходе работы над диссертацией и изложенные в данной главе результаты составляют определенный метод оценки качества информационно-управляющей системы и ее компонентов, обеспечивающий процессы установления, оценки и контроля уровня целостности системы на этапах ее создания и эксплуатации.

2. Метод включает в себя регламентацию в соответствии с нормативными документами процессов установления, оценки и контроля уровня целостности системы (глава 2), номенклатуру выбранных показателей качества функционирования системы (в соответствии с нормативным документом и дополненных показателями стоимости разработки и эксплуатации системы или ее компонентов), разработанный обобщенный показатель оценки качества и программы инструментальной поддержки (автоматизации) оценки технико-экономических показателей компонентов системы и системы в целом.

Заключение

.

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты:

— организационная и функциональная структуры, схемы информационного взаимодействия системы ИУС ТБХУХО, разработанные по результатам анализа требований нормативно-правовой базы к обеспечению безопасности уничтожения химического оружия;

— модели процессов управления безопасностью хранения и уничтожения химического оружия, автоматизируемых в системе ИУС ТБХУХО;

— формализованные модели информационной поддержки для автоматизированного проектирования процесса принятия решений в управлении технической безопасностью химического оружия;

— метод автоматизированного проектирования для установления, оценки и контроля уровня целостности распределенных информационных систем при их создании и эксплуатации, опирающийся на требования нормативных документов, и программы комплексной оценки уровня целостности ИУС ТБХУХО.

В наибольшем объеме результаты диссертации внедрены при создании и эксплуатации уникальной системы ИУС ТБХУХО. В настоящее время система ИУС ТБХУХО эксплуатируется на 3-х объектах по уничтожению химического оружия, в ФУ БХУХО и внедряется еще на ряде объектов.

Разработанные методы и модели использованы:

— в Федеральном управлении по безопасному хранению и уничтожению химического оружия при формировании ТЗ № 559.8.20 от 05.03.2005 на опытно-конструкторскую работу (ОКР «Система») по созданию информационно-управляющей системы технической безопасности хранения и уничтожения химического оружия (модели автоматизируемых процессов управления безопасностью хранения и уничтожения химического оружия, схемы информационного взаимодействия компонентов системы, модели поведения управляемых объектов по уничтожению химического оружия, модели стимулирования и координации дей.

99 ствий участников программы по уничтожению химического оружия использованы для формирования требований к составу системы, к задачам и функциям компонентов системы, к информационной структуре подсистемы поддержки принятия решений, к топологии и потокам данных телекоммуникаций системы);

— в Федеральном унитарном государственном предприятии ОКБ «Спектр» при выполнении ОКР «Система» (модели автоматизируемых процессов управления безопасностью хранения и уничтожения химического оружия, схемы информационного взаимодействия компонентов системы при проектировании системы ИУС ТБХУХО и ее компонентов);

— в Федеральном унитарном государственном предприятии ОКБ «Спектр» при выполнении ОКР «Система», ОКР «Экспресс-2», ОКР «Красногор», НИР «Вольфрам» (обобщенный показатель для оценки качества информационных систем, программ и программных комплексов систем, программы автоматизации оценочных расчетов — при анализе и выборе вариантов решений в ходе проектных работ, при обосновании выбора решений в ходе сертификации программных средств, при контроле уровня целостности систем и их компонентов — в ходе проектных работ и при эксплуатации систем).

Использование результатов диссертации позволяет снизить затраты и срок проектных работ при создании информационных систем, работ по сопровождению эксплуатации и в конечном итоге положительно повлиять на качество их функционирования.