В основе анализа и синтеза любых сложных систем лежит модели­рование. Анализ в моделировании предусматривает:

- расчленение сложного целого на менее сложные, а в конечном счете простые части, т. е. декомпозицию в целях представления в моде­ли сущности частей системы;

- соединение этих частей в целое с уяснением механизма форми­рования этой целостности, т. е. агрегирование в модели сущности внут­реннего механизма функционирования системы.

Процедура синтеза в широком смысле существенно отличается от анализа. Она предназначена для корректного представления в разраба­тываемой модели реальных закономерностей ее внешнего механизма функционирования. Для этого моделируемый объект представляется как часть большего целого, элемент объемлющей системы.

При разработке математической модели обе эти процедуры приме­няются совместно. Лишь только после этого можно говорить о разра­ботке адекватной реальному системному объекту математической модели. Исторически первым и самым замечательным инструментом моделирования был и остается мозг живого существа. Далее будем все модели, формируемые в голове человека, называть абстрактными (мысленными) моделями. Наибольшего совершенства в голове челове­ка достигает та часть абстрактной модели мира, которая связана с его профессиональной деятельностью - профессиональное абстрактное мо­делирование.

В связи с этим необходимо глубоко осознать, что мозг командующе­го (командира) любого уровня всегда является главным инструментом моделирования в целях управления. Абстрактное моделирование в целях управления - по существу, основная функциональная обязан­ность, должностное профессиональное предназначение лиц, входящих в органы управления любого соединения, объединения, части. Однако исторический опыт развития человечества, практики ведения боевых действий показал, что моделирующих способностей человека стано­вится недостаточно для эффективного управления сложными система­ми. Вот некоторые причины:

• логика, интуиция, эвристика, творчество у человека необычайно высоки, а вычисляет он очень медленно;

• увязать разнообразные аспекты в анализе системы человек может успешно на качественном уровне, а количественно, практически не в состоянии;

• человек может глубоко осмыслить одну-две сложные системные комбинации, а перебрать большое количество даже простых - не в со­стоянии;

• интуиция человека при обобщении монотонных параметров раз­ных по величине, но действующих в одну сторону просто великолепна, однако противоречивость действий нескольких параметров быстро ста­вит его в тупик.

Эти свойства значительно ухудшаются при изменениях психическо­го и физического состояния людей вследствие их усталости, стресса, малого опыта, низкой квалификации и т. д.

Следствием этих трудностей явилась реализация (уже в древности) моделирования на специальных инструментальных средствах, которые в частных аспектах превосходят мозг человека.

В настоящее время различают физические и теоретические модели систем. На кибернетическом уровне они являются важными, но все же дополнительными, способными только в совокупности с абстрактным моделированием позволить эффективно решать современные задачи управления силами флота.

При практическом использовании моделей различают две основные функции - познавательную и прагматическую. Познавательная функ­ция модели заключается в универсальном способе организации и су­ществования знаний в процессе обучения. Проведение научных исследований - это, как правило, получение модели, а затем, путем ее испытания, получение новых знаний о системе и уточнение своей абст­рактной модели о ней, передача этих знаний другим.

Прагматическая функция модели определяется тем, что модель вы­ступает как инструмент проведения предварительного эксперимента, испытания для выбора, обоснования и последующей реализации управленческого решения на некоторое действие.Любая модель должна давать дополнительную информацию для принятия решения по отношению к исходной информации. При созда­нии сложных систем, в том числе и АСУ, с помощью моделей произво­дят просчеты разных вариантов и выбирают наилучший. Нетрудно видеть, что в управлении разделение познавательной и прагматической функций весьма условно. Мы всегда познаем в ситуации неизвестное, чтобы выработать наилучшее управленческое решение.

Проблему принятия решения можно сформулировать следующим образом: необходимо таким образом организовать работу командующе­го и штаба, чтобы за время, не превышающее допустимого для решае­мой задачи, при существующем интеллекте командующего (командира) и достигнутом уровне достоверности информации принять решение, обеспечивающее выполнение поставленной задачи с заданной эффек­тивностью.

Известно, что основу процесса принятия решения составляют два крупных этапа: выработка замысла и формулирование решения.

Замысел является абстрактной моделью предстоящих боевых дей­ствий (операции) в голове командующего (командира). Она вырабаты­вается на основе знаний, опыта боевой подготовки и других факторов.

Сформулированное решение - это конкретная модель боевых дей­ствий.

Важнейшим при принятии решения является переход от абстрактной модели к конкретной, который предусматривает использование реаль­ных моделей - физических и теоретических (вербальных, математиче­ских, алгоритмических, программных и т. д.) (рис. 3.1).

Абстрактные модели - это модели системных объектов действи­тельности в форме идей, т. е. представляемые в голове человека путем их мысленного разделения на отдельные функциональные и логически связанные части. Они являются начальными, односторонними знания­ми, дают обобщенную картину системного явления и выступают исход­ной базой для научно-обоснованного теоретического восхождения к конкретным, целостным, системным знаниям об объекте.

Реальные модели - представление абстрактных моделей не в мыс­ленной форме идей, а в любой другой вещественной, действительной форме (языковой, художественной, технической, программной и т. п.).

Конкретный:

• в быту- «определенный», «один из многих»;

• в философском значении - «единство многообразного», т. е. рассматривая отдельный предмет или процесс человек воспринимает многообразие его свойств, объединение которых приводит к пониманию того, что он видит, - к восприятию предмета (процесса) как целостного, конкретного.

Рис. 3.1. Схема восхождения от абстрактной к конкретной модели операции (боевых действий)

Термин «конкретный» не является синонимом чувственной нагляд­ности знаний о предмете.

Конкретность знаний о предмете неразрывно связана с объемом зна­ний человека, которые определяют его способность уяснить многооб­разное в данном предмете. Процесс уяснения конкретного состоит в уяснении связей с окружающими явлениями и процессами.

Если «конкретное» - многообразное знание о единичном, то «абст­рактное» - это одностороннее знание о множестве.

«Абстрактное» отражает одно свойство реального мира, которое воспринимается как целостное и неделимое.

Конкретное выступает как объединение множества абстракций. «Аб­страктное» и «конкретное» - парная категория.

Если пара «абстрактное - конкретное» отвечает на вопрос, как фор­мируется знание, то другая пара «индукция - дедукция» - как идет раз­витие этих знаний, каков способ получения новых знаний.

Индукция - метод получения новых знаний путем анализа эмпириче­ских фактов, способ логического вывода от частного к общему.

Дедукция - то же, но от общего к частному.

При дедуктивном подходе категориальная пара делит целостность на части в соответствии с содержанием каждой из них, что делает процесс

анализа целенаправленным и позволяет исследовать процесс (объект) со многих точек зрения.

Существенность (важность) найденных между частями целого гра­ниц зависит от объема ранее накопленных знаний об объекте, его частях и свойствах. Чем больше объем этих знаний, тем глубже и полнее ана­лиз процессов, протекающих на границах.

Членение исследуемого объекта заканчивается в двух случаях:

- цель исследований выполнена;

- исчерпан запас знаний коллективного разума, исследователь дос­тиг предела научных знаний.

На этом исчерпываются возможности дедуктивного анализа и за­вершается первый отрезок восхождения от абстрактного к конкретному, а основой дальнейшего исследования становится индукция. Исследова­тель приступает к изучению процесса (объекта) с помощью "всех дос­тупных ему средств: наблюдения, сбора и обработки информации, набора статистики, натурного и математического моделирования.

Анализируя уже выделенные части целого и их взаимосвязи, иссле­дователь переходит к синтезу.

В процессе перехода от частного к целому выявляются внутренние закономерности, определяющие свойства и судьбу целого. Результатом этих работ в случае успеха являются новые абстракции, позволяющие расширить зону познанного.

Метод восхождения от абстрактного к конкретному, объединенный с математическим аппаратом, является основой для исследования и прак­тического использования результатов при управлении силами.

Итак, обобщим вышесказанное.

Командующий (командир) после получения приказания от выше­стоящего органа управления на выполнение боевой задачи вырабатыва­ет замысел, который является абстрактной моделью будущей операции (БД). Для перехода от замысла к решению он разделяется на элементы (составные части), к каждому из которых применяются теоретические или физические модели. Таким образом осуществляется дедукция в ин­тересах анализа процесса или объекта со многих точек зрения, выявле­ния основных свойств и существенных связей между элементами замысла. После этого осуществляется синтез решения на операцию (БД) путем индуктивного подхода к исследуемому процессу.

Говоря о работе командующего (командира) и штаба при принятии решения, следует иметь в виду две главные составляющие этого слож­ного процесса: подготовку исходных данных и формулирование (приня­тие) решения командующим (командиром).

В подготовке данных для принятия решения участвуют практически все органы управления в соответствии с их функциональным предна­значением. Логика принятия решения при управлении силами основы­вается на строгой последовательности анализа данных обстановки с последующим синтезом отдельных элементов, а затем и решения в це­лом.

Длительной практикой боевой подготовки флотов установлена опре­деленная логическая последовательность в работе командующего (ко­мандира) и штаба по выработке и принятию решения (рис. 3.2).

При планировании операций и боевых действий с помощью абст­рактных и теоретических моделей стараются выработать и реализовать наилучшее построение и организацию действия сил для достижения победы в конкретных условиях обстановки. Таким образом, необходимо конструктивное объединение методов, технологий, средств и общей организации абстрактного и теоретического моделирования сложных систем военного назначения. Абстрактное моделирование несет опре­деляющую творческую и волевую составляющую процессов исследова­ния и управления, а теоретическое - формальную научную и технологическую обеспечивающие функции. Необходимость такого объединения объективйо обусловлена и его можно рассматривать как своеобразный методологический принцип абстрактно-теоретического моделирования в исследованиях и управлении сложными военными организационно-техническими системами.

В общем случае под моделированием будем понимать процессы создания модели и ее применения. Исходя из того, что под моделирова­нием понимается как процесс создания моделей, так и их применения, существуют и соответствующие этим процессам методы.

В настоящее время в подавляющем большинстве случаев это руч­ные методы. Математическую, информационную, алгоритмическую или программную модель системы разрабатывает человек, после чего она вручную или с помощью ЭВМ применяется по назначению.

Наряду с ручными технологиями построения моделей в настоящее время начинают развиваться новые технологии так называемого атома- тизированного моделирования.

Особенность этой технологии создания моделей заключается в том, что в некоторых специальных областях моделирования наиболее слож­ные, громоздкие и трудоемкие процессы построения модели системы автоматизируются и передаются ЭВМ.В этом случае, при использовании таких систем, человек лишь осуществляет общую формализованную постановку задачи, а форми­рование требуемой для ее решения математической модели выполняет ЭВМ, В знании и умении применять новые информационные техноло­гии при создании и использовании компьютерных моделей для автома­тизации различных процессов управления в целях всестороннего обеспечения эффективной работы органов управления и заключается одно из главных профессиональных назначений специалистов по авто­матизации управления. Сложность задач моделирования делает акту­альным внедрение форм коллективного труда различных профессиональных разработчиков (поставщиков задач, исследователей операций, математиков, программистов).

Методы применения моделей - второй важный аспект методологии компьютерного моделирования. Он связан с решением той проблемы, которая возникает после создания и внедрения модели в систему управления силами флота. Кто, когда и как должен и будет применять ее в своей работе? Какова эффективность ее применения? Успешное решение этой проблемы зависит от многих факторов: качества моде­ли, ее полезности, профессиональной подготовки пользователей и организации использования модели в системе управления. Имеющийся опыт показывает, что рчень часто созданные модели эффективно ис­пользуются в основном/лишь их разработчиками. Во многом это связа­но с быстрым устареванием задач, низким качеством разработки моделей, плохим сервисом, недостаточным учетом потребностей поль­зователей (заказчиков) разработчиками, плохой документацией.

С другой стороны, становление эффективных методов применения моделей автоматизации процессов управления связано с возможными (неизбежными) существенными изменениями в организации самого процесса управления, а это самая консервативная, болезненная область для прогрессивных преобразований.

И еще один аспект - становление, внедрение и широкое применение эффективных методов использования моделей при автоматизации про­цессов управления требует специальной подготовки тех, кто разрабаты­вает и использует такие модели.

В свое время Р. Шеннон справедливо отмечал: «Искусством модели­рования могут овладеть те, кто обладает оригинальным мышлением, изобретательностью и находчивостью, равно как и глубокими знаниями систем и физических явлений, которые необходимо моделировать. Не существует твердых и эффективных правил относительно того, как на­до формировать задачу в самом начале процесса моделирования, т. е. сразу после первого знакомства с ней. Не существует и магических формул для решения при построении модели таких вопросов, как выбор переменных и параметров, соотношений, описывающих поведение сис­темы, и ограничений, а также критериев оценки эффективности моде­ли. Помните, что никто не решает задачу в чистом виде, каждый оперирует с моделью, которую он построил, исходя из поставленной задачи».

Моделирование - один из наиболее распространенных способов изу­чения различных явлений, в том числе процессов и систем управления. Суть моделирования заключается в замещении одного объекта (ориги­нала) другим (моделью) с целью выявления свойств оригинала путем исследования свойств модели.

Молено утверждать, что теория автоматизации управления, -как и ка­ждая наука, является некоторой моделью тех сторон деятельности, ко­торые она изучает.

Таким образом, модель есть мысленно представляемая или материа­лизованная система, которая замещает некоторый объект (оригинал) в смысле определенного сходства, служит средством фиксации известной и получения новой информации об оригинале.

Модели выступают средством познания окружающего нас мира. В самом общем виде процесс познавательной деятельности людей может реализовываться различными способами:

- путем непосредственного взаимодействия объекта и субъекта по­знания;

- использованием субъектом познания дополнительных средств (приборов) для усиления своих естественных возможностей;

- замещением объекта познания другим, сходным объектом (моде­лью), дающим определенные преимущества в решении задачи познания;

- путем различного сочетания этих способов.

Между копией и оригиналом должна быть определенная степень по­добия. Подобие означает, что данные, полученные по одному из объек­тов, допустимо распространять на все подобные ему объекты. Возможны различные виды подобия: физическое, структурное, функ­циональное, геометрическое и другие. Степень подобия может быть различной - от тождества в отдельных аспектах до сходства только в главном. Достижение абсолютного подобия будет означать тождество. В этом случае теряется весь смысл моделирования.Наиболее существенными аспектами исследуемого объекта обычно являются его структура и процесс функционирования.

Для построения моделей сложных систем управления и процессов управления используются положения теории иерархических систем. В соответствии с данной теорией существуют три класса иерархических структур, различающихся различными принципами взаимоотношений элементов, различным правом вмешательства элементов друг в друга. В этих классах используются понятия страт, эшелонов и слоев.

Страт определяет уровень абстрагирования системы или процесса, уровень их рассмотрения, уровень исследования. Такое рассмотрение системы, ее деление на подсистемы называется стратифицированным. Каждый страт рассматривает некоторый аспект, под которым рассмат­ривается система или процесс. Система или процесс управления, таким образом, задается семейством отдельных уровней ее описания - семей­ством отдельных страт. На рис. 3.3 приведен пример стратифицирован­ного представления системы управления.

На каждом уровне рассматривается один из аспектов: функциониро­вание системы, ее структура, протекающие информационные процессы, цели и задачи системы. Это позволяет найти компромисс между слож­ностью систем и процессов управления и допустимой простотой их описания. При этом может быть создана иерархическая система страт. Чем ниже в данной иерархии находится страт, тем более детальным становится описание. Чем выше страт, тем более четким становится представление как о едином целом.

Понятие эшелона связано с понятием иерархической структуры сис­темы (процесса) управления, в которой имеется несколько относительно самостоятельных систем (процессов), взаимодействующих между со­бой. Системы и процессы объединяются в отдельные эшелоны, начиная с нижнего, имеющего первый номер, и заканчивая верхним, имеющим старший номер. Вышестоящие эшелоны имеют право вмешиваться в деятельность нижестоящих эшелонов. При этом нижестоящим эшело­нам предоставляется некоторая свобода в реализации своих целей.

Так как сложные системы управления ВМФ, как правило, являются многоцелевыми, то такая иерархия систем в этом случае согласуется с иерархией целей, с существующим деревом целей и задач, а также с организационной структурой системы управления. В самом простом случае иерархия структуры системы управления, иерархия целей и за­дач, а также иерархия организационной структуры совпадают. Однако это скорее исключение, чем правило. Это приводит к возникновению информационной перегрузки на отдельных эшелонах и в отдельных подсистемах, усложнению организации управления.

Структуризация системы с помощью слоев используется при иссле­довании сложных задач принятия решений, которые складываются из решения нескольких иерархически упорядоченных задач (проблем). Каждый слой иерархии определяется уровнем сложности решаемой за­дачи (проблемы) и предназначен для решения отдельной задачи (про­блемы). Такая структуризация позволяет уменьшить степень неопределенности при принятии решения путем последовательного уточнения задачи или проблемы и поиска путей решения. Решение вы­шестоящей задачи или проблемы уменьшает неопределенность для ни­жестоящей задачи. В частности, при решении задач управления предполагается три уровня (слоя) иерархии: самоорганизация, адапта­ция, выбор (рис. 3.4).

На уровне самоорганизации производится выбор стратегии управле­ния, формирование замысла решения, закона управления Р, показателей и (или) критерия эффективности управления W . На уровне адаптации производится сужение множества неопределенности управляющих ре­шений U, снижение мощности множества возможных альтернативных решений. На уровне выбора происходит выбор варианта решения т из этого множества в соответствии с показателями или критерием эффек­тивности управления.

Такое послойное построение также согласуется с организационной структурой системы управления. На каждом эшелоне (уровне) иерархии определены полномочия лиц, участвующих в подготовке и принятии решения.

Моделирование целесообразно проводить, когда либо отсутствует возможность прямого исследования оригинала (большие материальные затраты, нежелательные последствия и т. п.), либо имеется возможность исследовать такие характеристики оригинала, которые выявить в ре­альной системе не удается и которые способствуют изучению сущест­венных свойств исследуемого объекта.

Моделирование является одной из важнейших составных частей системных исследований, где в качестве главного постулируется сле­дующий принцип: система с учетом наперед заданной точности пред­ставляется конечным множеством моделей, каждая из которых отражает определенную грань ее сущности.