Анализ состояния разработки и использования интеллектуальных систем в области авиационной техники

Развитие техники в 50-60-х гг. ХХ века сопровождалось существенным усложнением объектов управления. В результате при решении вопросов описания систем и их идентификации возникало все больше трудностей, связанных с тем, что объектами оптимизации становились так называемые «большие» («сложные», «плохо определенные», «слабо структурированные») системы. Подобные системы отличались следующим рядом свойств:
• уникальность;
• динамичность;
• разнохарактерность и высокий уровень неопределённостей, которые следует принимать во внимание;
• неполнота комплексов математических моделей, описывающих объект управления;
• отсутствие глобальной оптимальности;
• отсутствие формализуемой цели существования;
• множественность набора показателей (критериев), оценивающих объект;
• нелинейность, запаздывания и нарушение синхронизации временных шкал в описаниях объекта.

Все эти свойства обуславливали трудность математического описания сложных объектов управления. В начале 70-х годов XX века произошел качественный скачок в исследованиях по «искусственному интеллекту». Ученые постепенно осознали, что всем ранее созданным моделям и программам не хватает самого важного – глубоких знаний в соответствующей области. В результате основным направлением исследований, посвященных созданию ИС, стали вопросы представления знаний, то есть воссоздания и ввода в ЭВМ опыта и знаний специалистов-экспертов в различных областях. В 80-е годы в нашей стране были инициированы циклы фундаментальных и прикладных работ по созданию принципов построения программно-алгоритмического обеспечения систем управления сложными динамическими объектами с использованием различных форм и способов представления, обобщения и обработки знаний для формирования законов управления.

Интерес к исследованию и внедрению прикладных ИС в России и за рубежом очень высок. Это вызвано рядом причин:
1. ИС предназначены для работы со знаниями и выполнения специальных, трудноформализуемых задач, решение которых возможно при учете опыта квалифицированных специалистов, являющихся экспертами. Сложность формализации задач управления обуславливает целесообразность и необходимость их решения с помощью новых методов и технологий.
2. Существует некоторый порог сложности, за которым точность и адекватность описания системы становятся почти взаимоисключающими понятиями. Поэтому совершенствование известных алгоритмов управления в силу их постоянного усложнения не всегда дает желаемый результат, что требует их реализации с помощью новых информационных технологий и методов.
3. Традиционные технологии уже не могут обеспечить повышения качества управления сложными объектами, поскольку не учитывают всех неопределенностей, которые воздействуют на систему и в условиях которых приходится осуществлять поиск решений.
4. На основе заложенных в них знаний ИС способны самостоятельно, без участия человека-оператора синтезировать цель, обучаться, вырабатывать решение о действии и находить рациональные способы достижения цели путем перестройки критериальной части системы, что является главным предметом интеллектуальных действий.

Системы, для которых целесообразно использовать интеллектуальное управление, в общем случае являются многомерными и гибридными по своей природе. Это, естественно, отражается и на моделях таких систем, требующих сложных математических описаний объекта. Для задач управления сложными динамическими системами, которые включают разнохарактерные элементы (в том числе и человека), реализующие многоуровневые комплексы целей, возможностей традиционной теории управления уже недостаточно. Прежде всего, это относится к проблеме учёта неопределённостей в условиях функционирования сложных систем, для разрешения которых зачастую необходимо строить процесс рассуждений, подобный тому, что осуществляет в аналогичных ситуациях человек.

Исследования в области ИС развернули многие организации, которые занимаются как теоретическими исследованиями, так и вопросами их практической реализации. В России, например, работает Ассоциация искусственного интеллекта, проводящая смотр своих достижений на конференциях со статусом международных. Такие же конференции проходят в США, Франции, Великобритании. Выходят специальные научные журналы.

Богат рынок практических ИС в основном медицинского и бытового назначения. Имеется ряд разработок и в военной авиации и других отраслях военно-промышленного комплекса. Известны примеры разработки ИС в США и Европе. Например, прототипы экспертных систем (ЭС) для американских ВМС, ЭС для оказания навигационной поддержки экипажам ЛА, анализа и оценки полетов, ЭС управления воздушным боем.

В сфере авиационной техники ИС прежде всего востребованы для типовых боевых ситуаций, которые характеризуются агрессивностью внешней обстановки и жесткими временными ограничениями на работу экипажа. Одной из наиболее глубоко проработанных задач является дальний воздушный бой. Имеются примеры прототипов бортовых советующих ЭС дальнего воздушного боя, разрабатываемых в Великобритании, Израиле, США, а также в России. В США ключевым пунктом в списке главных направлений развития ВВС значится разработка различных беспилотных аппаратов, оснащенных ИС, обеспечивающих ведение ими самостоятельной деятельности.

В России значительный вклад в исследования по внедрению ИС в АТ вносят такие крупные научно-исследовательские центры, как Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем (ГосНИИАС), Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА), Институт проблем управления РАН (ИПУ РАН), МГТУ им. Н.Э. Баумана и др. В ГосНИИАС разработан, например, прототип бортовой оперативно-советующей ЭС дальнего воздушного боя «Дуэль». В МИРЭА исследуются вопросы управления сложными динамическими объектами на основе интеллектуальных технологий.

Имеющийся опыт разработки теоретических основ и практической реализации ИС свидетельствует о большой перспективности их использования при управлении ЛА, где необходимо распознавать, диагностировать, принимать решения, формулировать планы действий, выдвигать и проверять гипотезы, выявлять закономерности в результатах наблюдений и т.д.

Однако, как показывает история развития отечественного и зарубежного авиастроения, при переходе к следующим поколениям АТ никаких революционных изменений в их системотехнике и технологии проектирования не происходит. Все технические и технологические новшества зарождаются и апробируются в рамках предыдущих поколений и являются следствием естественного развития АТ и откликом на потребности и возможности страны. Поэтому, несмотря на развитие вычислительных и измерительных систем авиационного оборудования, рост числа публикаций, освещающих теоретические и прикладные аспекты, переход на новые технологии разработки бортовых систем осуществляется достаточно медленно. Большинство исследований проводятся в академических и учебных учреждениях, которые, как правило, мало заинтересованы в создании промышленных и коммерческих образцов. Среди разработчиков АТ ощущается недостаток квалифицированных специалистов, владеющих знаниями интеллектуальных технологий. В результате многие практические вопросы остаются нерешенными, внимание уделяется далеко не всем задачам ИКБО и системы не разрабатываются далее уровня исследовательских прототипов.
Кроме того, критическими пунктами для реализации прототипов бортовых ИС являются:
• требование реального времени;
• недостаток специальных инструментальных средств;
• переносимость прототипов на БЦВМ;
• объемы памяти, необходимые для хранения информации о предметной области;
• обеспечение взаимодействия бортовых ИС, поддерживающих решение различных задач, между собой, с ИУП кабины и с бортовым оборудованием объекта.

Во многом по этим причинам ИС пока не получили реального применения при разработках отечественных АК, а количество серьезных законченных прототипов, способных функционировать в реальной бортовой информационной среде, очень мало. Существующие на сегодняшний день прототипы пока не обладают всеми возможностями, которые характеризуют ИС: они не способны к аргументированному диалогу с пользователем и самообучению могут выступать на борту исключительно в качестве советчиков, оказывающих интеллектуальную поддержку экипажу в виде рекомендаций по решению текущих задач. Тем не менее, важность и необходимость данных систем для перспективных объектов АТ очевидна, и уровень современных достижений позволяет обоснованно говорить о возможности разработки и внедрении на борт в ближайшем будущем специальных программно-аппаратных средств, способных на основе известных методов и технологий обработки знаний эффективно решать задачи интеллектуальной поддержки экипажей многофункциональных ЛА при выполнении полетных заданий. Можно утверждать, что в научно-прикладном плане на данный момент в нашей стране созрели предпосылки для создания опытных образцов практически значимых БСИП:
• разработана и апробирована конструктивная методология концептуализации предметной области для отдельных задач АК с выделением нормативных элементов, языков представления знаний и структуры;
• определен облик и проведена разработка систем имитационного моделирования для тестирования и отработки отдельных задач АК;
• намечены требования к БЦВМ для реализации первых практически
значимых БСИП решения отдельных задач АК.

Практический интерес представляют основные принципы, положенные в основу перечисленных результатов. Однако недостаток данных принципов в том, что они не являются единой законченной стратегией построения БСИП, отсутствует единая информационно-аналитическая база по БСИП и технологиям их разработки. Наличие в сфере разработки АТ общей научной основы, используемой при создании ИС, необходимо для обеспечения высокого уровня унификации их алгоритмического и аппаратурного обеспечения. Поскольку сегодня эффективность применения бортового оборудования и всего ЛА в целом в значительной степени определяется совершенством бортового ПМО, применение общего подхода к синтезу алгоритмов и логики функционирования бортовых комплексов позволит снизить затраты и временные издержки на разработку и доработку ПМО, предоставит возможность динамической реконфигурации логики при отработке в наземных условиях и в полете.

Однако в полном объеме решить данную задачу возможно лишь в рамках обширной программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию БСИП. В настоящее время активно ведутся работы по созданию АК 5-го поколения. Наиболее известные из них – проекты корпорации «МиГ» и «ОКБ Сухого». Важным этапом разработок данных объектов предполагается внедрение в их бортовое ПМО систем интеллектуальной поддержки принятия тактических решений при работе по воздушным и наземным целям. Это может стать серьезным шагом на пути реализации концепции широкого внедрения БСИП на бортах перспективных АК. Лишь своевременное создание подобного научного и технологического задела позволит России сохранить адекватный наиболее мощным авиационным державам уровень развития авиационно-промышленного комплекса, а также боевой потенциал ВВС.


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru