Ситуационная система - что это такое?
В России сейчас наблюдается резкое увеличение интереса к ситуационному подходу в различных сферах человеческой деятельности: на крупных предприятиях создаются специальные комнаты и центры для анализа работы подразделений и филиалов; в аналитических отделах используются методы ситуационного моделирования для прогнозирования событий и реинжиниринга; в образовательных учреждениях внедряются методы ситуационного обучения. В результате активного развития этого направления существенно расширился класс ситуационных систем и изменилась терминология. Такие понятия, как ситуационный центр (СЦ) и ситуационное моделирование, стали столь многозначными, что приводят в замешательство даже профессионалов. Об этом ясно свидетельствует прошедшая в феврале конференция "Ситуационный центр как инструмент моделирования процессов для подготовки специалистов". Настоящая статья представляет собой попытку классификации СЦ и выделения их отличительных черт.
Рис. 1. Классификация ситуаций
Необходимо отметить причины терминологического разнобоя. Во-первых, сначала СЦ в основном использовались в государственных структурах и крупных корпорациях, так как на их создание требовались значительные ресурсы. В связи с этим описания ситуационных центров носили конфиденциальный характер, и в таких условиях не могло появиться ни устоявшихся научных терминов, ни обобщающих монографий. Во-вторых, поскольку некоторые организации создают СЦ с целью улучшения своего имиджа, возникла тенденция именовать ситуационными центрами все системы, в которых так или иначе фигурирует понятие ситуации.
Чтобы дать определение ситуационной системы, необходимо предварительно разобраться с понятием ситуация. Само это слово используется повседневно в самых разных смыслах, порой неотделимых от таких понятий, как состояние, событие, процесс, положение и т. д. Основоположники отечественной школы ситуационного управления Ю.И. Клыков и Д.А. Поспелов в своих ранних работах явно отождествляют ситуацию с состоянием. Под ситуацией (дискретной совокупностью) там понимается множество транзактов (оперативных элементов), расположенных в определенных точках статической системы. Позднее авторы расширяют понятие, добавляя в него информацию о связях между объектами и их функционировании. Подразумевается также наличие причинно-следственных связей, которые могут выражаться множеством последовательных событий или процессов. В этом смысле ситуация кардинально отличается от состояния и события, соответствующих только одному моменту времени.
В работах Е.В. Падучевой ситуация рассматривается как некоторое обобщающее понятие (см. рис.1) .
Можно выделить два важных свойства ситуации: множественность и неоднородность исходных данных. Важно отметить, что ситуация всегда представляет собой некую оценку (анализ, обобщение) множества данных. Более того, эта оценка является субъективной, так как она зависит от средств и методов обобщения, применяемых конкретным человеком (от человеко-машинной системы).
Суммируя все приведенные формулировки, мы можем определить ситуацию следующим образом. Ситуация есть оценка (анализ, обобщение) совокупности характеристик объектов системы и связей между ними, которые находятся в постоянных и причинно-следственных отношениях, зависящих от произошедших событий и протекающих процессов.
Обобщенное описание системы с помощью ситуаций называется ситуационной моделью (СМ). В связи с этим все ситуационные системы можно называть системами ситуационного моделирования (ССМ). Если система только отображает информацию и понимание ситуации складывается исключительно у субъекта, то она мало чем отличается от следящих систем. Любую программу, где создается модель, равно как и любое устройство, отражающее поведение реальных объектов, можно назвать ССМ, СЦ или ситуационной комнатой.
Для сужения класса рассматриваемых систем введем следующее определение: под ССМ понимается комплекс программных и аппаратных средств, которые позволяют хранить, отображать, имитировать или анализировать информацию на основе СМ.
Классификация ситуационных систем
По назначению ССМ можно подразделить на три основных класса (см. рис. 2): системы ситуационного отображения информации (ССОИ), системы динамического моделирования ситуаций (СДМС) и аналитические ситуационные системы (АСС). Необходимо отметить, что СДМС должна иметь средства отображения СМ и, следовательно, может содержать ССОИ как один из своих компонентов. Однако для реализации СДМС не всегда требуются отображение СМ на экране коллективного пользования, эффективные алгоритмы декомпозиции модели, использование сложной графики и т. д.
В свою очередь, ССОИ разделяются на два подкласса: ситуационные центры наблюдения (отображения - СЦО) и ССОИ с дистанционным доступом (распределенные РССОИ). Последние являются относительно новым классом систем и в настоящее время активно развиваются. Примером может служить автоматизированная полиграфическая система Agfa Delano, которая позволяет наблюдать за всеми этапами выполнения заказов на печатную продукцию. В перспективе класс РССОИ может дополниться развитыми ERP-системами и АСУ ТП.
Большинство существующих ССОИ представляют собой СЦО. Области их применения весьма разнородны. К этому классу можно отнести системы отображения информации в центре управления космическими полетами, наблюдения за космической обстановкой, опознавания военных кораблей по силуэту, контроля за аппаратурой сотовой связи и др.
Типичными для ситуационных систем отображения информации являются задачи наблюдения на достаточно большом участке земной поверхности; управления динамическими объектами; наблюдения за сложными технологическими процессами (например, на атомных электростанциях); управления крупными транспортными узлами.
Основная задача СЦО - строить наглядные образы ситуаций, возникающих в предметной области, на основе которых оперативный состав принимает управляющие решения. Назовем их особенности: - в СЦО обязательно входит оперативный состав (коллектив потребителей графической информации), решающий некоторую совокупность задач; - в СЦО создаются информационные модели и картины весьма сложных, комплексных, динамических ситуаций реального мира для представления оперативному составу; - СЦО располагаются в ситуационных залах управления (наблюдения, навигации), построенных на основе мощной вычислительной среды.
Специально разработанных СДМС в настоящее время практически не существует, поэтому вместо них используют (иногда адаптируя) другие классы систем. В связи с этим СДМС можно разделить на две категории: специализированные и адаптированные. Для динамического моделирования (имитации) ситуаций можно использовать два подхода: первый - задание исходных данных и последующий анализ возникающих ситуаций в ССОИ или АСС; второй - представление ситуаций, их взаимосвязей и очередности возникновения с помощью систем имитационного (динамического) моделирования. К адаптированным системам, реализующим первый подход, можно отнести экспертные системы мониторинга (ЭС реального времени). Для воплощения второго подхода лучше всего использовать событийно-ориентированные или комбинированные системы имитационного моделирования.
К АСС относят системы ситуационного управления (ССУ), некоторые автореферирующие системы, аналитические ситуационные центры и ЭС реального времени. ССУ реализуют принцип ситуационного управления, который предполагает, что количество состояний системы велико, число возможных решений и ситуаций ограничено, а решение принимается в зависимости от ситуации. Иными словами, необходимо на основании исходных данных определить ситуацию и принять соответствующее решение.
Не все автореферирующие программы можно считать аналитическими. Для этого они должны не только обобщать информацию, но и оценивать ее. Среди аналитических можно выделить статические, динамические и многопоточные системы. Многопоточные приложения работают в реальном времени и анализируют информацию из большого количества разнородных источников. По своим задачам и функциям они приближаются к ЭС реального времени. АСЦ является системой оперативной аналитической обработки большого количества взаимосвязанной информации.
Ситуационный центр и его структура
Дать четкое определение СЦ довольно сложно. В самом общем виде ситуационным центром (комнатой или залом) можно назвать помещение, где наблюдается текущая или анализируется возможная ситуация. Однако при таком подходе любая комната, в которой находится наблюдатель и телевизор, передающий новости о ситуации в стране, будет считаться ситуационным залом. Если же там имеется еще и радио, телефон, факс, компьютер и географическая карта, то это будет персональный СЦ.
Если поставить акценты только на рассмотрении вопросов технического оснащения, то можно сформулировать "техническое" определение СЦ: помещение, оснащенное мощной и современной презентационной техникой.
Еще одной крайностью является "программное" определение: СЦ - программная и техническая среда, которая позволяет проводить анализ с помощью множества различных программ и информационных технологий. Такие системы лучше называть центрами поддержки принятия решения или аналитическими центрами.
Все три указанных выше определения имеют одну общую особенность - они не рассматривают вопрос о том, кто или что формирует ситуации и кто осуществляет их анализ. В этом аспекте СЦ можно разделить на внешние и внутренние. Внешние СЦ служат технической или информационной средой, необходимой оперативному персоналу для оценки ситуации. Внутренние СЦ оперируют понятием ситуации на уровне отображения, моделирования, анализа или управления. Фактически внутренние СЦ автоматизируют обработку самой ситуации, а внешние - исходных данных, необходимых для ее выявления и анализа. Можно дать следующие определения СЦ (внутреннего): СЦ - совокупность программно-технических средств, научно-математических методов и инженерных решений для автоматизации процессов отображения, моделирования, анализа ситуаций и управления.
СЦ - совокупность различных ССМ, научно-математических методов и инженерных решений для автоматизации процессов управления.
Структура СЦ, как и любой АСУ, включает различные виды обеспечения (программное, техническое, лингвистическое и т. д.). При этом они рассматриваются на четырех основных уровнях: научно-математическом, инженерном, программном и техническом. Научно-математический уровень представляет собой совокупность научных теорий, методов, алгоритмов, исследований и разработок, необходимых для реализации других уровней. Он позволяет обосновать целесообразность создания СЦ, определить эффективность его функционирования, интегрировать разнородные компоненты, своевременно исправить ошибки.
Инженерный уровень охватывает конкретные аппаратно-программные средства, а также необходимые технологические и конструкторские расчеты, модели технических устройств и помещений, спецификации программ, алгоритмы работы и т. д.
Программный и технический уровни содержат соответствующее обеспечение, необходимое для реализации поставленных на верхних уровнях задач и функций. Упомянутые выше уровни включают в себя следующие обязательные компоненты: - измерительный (сенсорная среда); - информационный (ситуационная или имитационная модель среды); - среда информационной поддержки; - среда аппаратной поддержки; - среда визуализации; - оперативный состав.
Под измерительной (или сенсорной) средой СЦ понимается совокупность аппаратно-программных средств, служащих для получения информации о состоянии контролируемой среды. Это могут быть антенные системы, каналы связи, видео- и аудиопередачи, датчики и т. д.
Информационная (ситуационная или имитационная) модель среды представляет собой совокупность моделируемых понятий проблемной среды, пространственные отношения между объектами модели и отображение объектов модели в множество графических примитивов.
Среда информационной поддержки - это совокупность программ и информационных потоков, обеспечивающих функционирование информационной модели и среды визуализации СЦ. В первую очередь сюда входят ССМ, экспертные системы и системы имитационного моделирования. Характерной чертой любого СЦ является привязка ситуационной модели к местности, поэтому в его состав могут входить геоинформационные системы. Для оценки развития ситуаций применяются, в частности, системы прогнозирования на базе нейронных сетей и генетических алгоритмов. Эффективность графического и текстового представления может достигаться за счет использования фрактальной и когнитивной графики.
Классификация СЦ
Ситуационные центры можно классифицировать по ряду признаков.
1. По составу ССМ: - СЦ наблюдения (отображения); - аналитические СЦ; - полнофункциональные СЦ. Совмещают функции отображения, моделирования и анализа ситуаций.
2. По масштабу: - стратегические СЦ; - оперативные СЦ; - персональные СЦ.
Рис. 2. Классификация ситуационных систем
Стратегический ситуационный центр решает сложные, масштабные, ответственные задачи, направленные на структурную и функциональную перестройку. СЦ этого типа настроены на такие объекты, как отрасль, регион, крупное предприятие (холдинг), ведомство, сложный, распределенный в пространстве процесс. Одним из примеров таких СЦ является центр стратегического моделирования IBS_CSM.
Оперативный СЦ решает задачи автоматической передачи оперативной информации в ситуационную модель, дающую первому лицу возможность оперировать "модулями" своего бизнеса в реальном времени. Объектами таких СЦ являются предприятие, задача, процесс, кампания, проект, крупная акция, однородная функция значительных масштабов (например, обеспечение работоспособности ретрансляционного оборудования магистрали связи).
Персональный ситуационный центр решает задачу экспресс-оценки ситуации, оперативного доступа к управляемому объекту и позволяет первому руководителю всегда "быть в курсе событий" независимо от времени, места (и даже в известном смысле состояния) управляющего субъекта. Персональные СЦ индифферентны по отношению к масштабам управляемого объекта; их задачи, функции и состав определяются скорее субъектом, решающим, какая информация ему понадобится.
3. По размещению: - стационарные СЦ. Привязаны к конкретным помещениям, где происходит анализ ситуаций. Подавляющее большинство СЦ являются стационарными; - мобильные СЦ. Разворачиваются на месте событий, в конкретном регионе. При локальном обсуждении можно использовать различные виды связи с экспертами и местными региональными структурами. Примером является Мобильный пункт управления для МЧС России; - виртуальные СЦ. В будущем, при улучшении качества каналов связи, мобильность СЦ может быть достигнута на программном уровне. При этом возможно повышение мобильности не только технических средств, но и оперативного состава.
4. По степени детерминированности решаемых задач: - слабо детерминированные. Детерминированность определяется степенью хаотичности ситуации, законченностью постановки задачи, информационной открытостью проблемы, стереотипностью обучающих примеров и прочими факторами. К задачам этого класса можно отнести стратегический и мотивационный контроллинг; - детерминированные. К данному классу можно отнести задачи всеобъемлющего управленческого учета в системах корпоративного или государственного операционного контроллинга; - сильно детерминированные. Сюда можно отнести задачи управления движением ракеты или регулирования распределения электроэнергии.
5. По целевой направленности: - СЦ контроля. Основной задачей является наблюдение за состоянием сложного объекта или системы; - СЦ управления. Главная цель - постоянное и активное управление объектом (группой объектов). Примером могут служить АСЦ производственных предприятий (СЦ Кант) и банков; - кризисный СЦ. Активная работа СЦ осуществляется только при возникновении экстренных (кризисных) ситуаций. Примером является кризисный центр концерна "РосЭнергоАтом" и ситуационно-кризисный центр Минатома; - СЦ обучения. Направлены на обучение оперативного и обслуживающего персонала, подготовку специалистов в области СЦ. В настоящее время создание таких СЦ только планируется; - многоцелевой СЦ. Сочетает в себе возможности различных центров. В этом случае можно говорить о режимах работы. Примером является СЦ Министерства природных ресурсов РФ.
6. По способу отображения ситуационной информации: - коллективный. В СЦ установлен только экран коллективного пользования. Примером являются СЦ, с помощью которых контролируется состояние различных устройств, объединенных в одну сеть (например, ситуационные центры компаний сотовой связи).
- индивидуальный. Использование в СЦ только индивидуальных экранов. Примером являются мобильные СЦ в боевых комплексах ПВО и ПРО, диспетчерские СЦ и распределенные ССОИ; - коллективно-индивидуальный. Использование в СЦ экранов различного типа. К этому классу относится СЦ управления космическими полетами.
7. По универсальности: - специальные СЦ. Подавляющее большинство таких СЦ не может быть использовано в других предметных областях для решения новых задач; - настраиваемые СЦ. Программные и технические решения СЦ, предназначенные для широкого использования. Примером являются программные продукты "Триумф-Аналитика" фирмы "Парус" и ситуационная комната "Галактика".
Помимо предложенных классификационных признаков можно выделить следующие: по степени автоматизации оценки ситуации, по количеству помещений, по количеству персонала, по необходимому времени принятия решения, по составу технических средств, по используемым технологиям, по уровню защиты, по предметной области.
В заключение еще раз отметим, что ситуационные системы активно развиваются, создается большое их количество, внедряются новые технологии. А следовательно, приведенная выше классификация со временем будет уточняться. 4 С автором, преподавателем Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана, можно связаться по адресу: fil@ics.bmstu.ru.
