Лаборатория № 31 «Распределенных информационно-аналитических и управляющих систем имени И.В. Прангишвили»

      Лаборатория №31 была образована в 1964 году. Заведующим лабораторией был назначен доктор технических наук, академик АН Грузии, профессор Ивери Варламович Прангишвили, который руководил лабораторией с 1964 г. по февраль 2006 г.

                   

Ивери Варламович  Прангишвили был крупным учёным в области теории и разработки процессов и систем управления, информатики и вычислительной техники. В 1959 г. Ивери Варламович. защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук. На основе теоретических решений им было разработано на новых  принципах  и новейших по тому времени элементах  телеавтоматическое устройство, оказавшееся весьма востребованным  в решении ряда практических задач. Особый интерес к этому устройству проявило Управление танковыми войсками Министерства  обороны СССР для управления мишенями на танковых полигонах.

В 1969г. Ивери Варламович защитил докторскую диссертацию на тему «Принципы построения однородных структур для логических и вычислительных устройств». В 1970 г. его назначают заместителем директора по научной работе института, а в 1987 г. он был утвержден в должности директора Института.

И.В.Прангишвили было предложено новое перспективное направление построения управляющих и вычислительных систем на основе однородных микроэлектронных структур (ОС). Последующее развитие ОС под руководством И.В. Прангишвили, И.Л. Медведевым совместно с С.Я. Виленкиным привело к разработке и созданию высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем с перестраиваемой структурой ПС-2000.

ПС-2000 стал первым в мире многопроцессорным компьютером-ускорителем общего назначения с массовым параллелизмом. Эффективность и масштабируемость компьютера ПС-2000 подтверждена обширным и успешным опытом его использования в 80-90х годах в разнообразных сферах, таких как промышленная обработка данных в сейсморазведке нефтяных месторождений (Мингео), управление космическими объектами, обработка гидроакустической информации, изображений, стендовые испытания сложных агрегатов и др. Компьютеры линии ПС-2000 стали примером воссоединения актуальной востребованности, опережающих идей и полномасштабного их воплощения с использованием отечественных технологий. С 1981 по 1988 гг Северодонецким приборостроительным заводом была выпущена промышленная серия из 242 вычислительных комплексов ПС-2000. Несколько комплексов ПС-2000 с 1982 по 1997 гг. находились в Центре Управления космическими полетами (ЦУП).

На фото ПС-2000 в ЦУП - темные стойки на дальнем плане

Одновременно В.В. Игнатущенко совместно с Э.А. Трахтенгерцем (лаб.46) была разработана вычислительная система ПС-3000, со многими потоками команд и данных, предназначенная для обработки данных на верхних уровнях иерархии сложных систем управления, требующих высокой производительности. Первые машины были выпущены (НИИУВМ, г. Северодонецк) только во второй половине 1980-х годов. Их доработка и дальнейший выпуск были прекращены в связи с происходившими в стране изменениями.

В середине 90-х годов атомная промышленность России начала стремительный выход на мировой рынок. Ряд стран (Иран, Индия, Китай и другие) проявили заинтересованность в приобретении  отечественных энергоблоков с реакторами на легкой воде типа ВВЭР-1000. Возникла потребность в разработках и создании автоматизированных систем управления верхним блочным уровнем (СВБУ) – АСУ ТП АЭС. В АСУ ТП АЭС должны быть реализованы алгоритмы контроля, управления и диагностики, система представления параметров безопасности АЭС, система регистрации важных параметров эксплуатации и других, наличие которых является обязательным в соответствии с требованиями МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергетике).

Создание принципиально новой системы управления верхним блочным уровнем (СВБУ) АЭС было поручено Институту проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН. Общее руководство работами вел директор ИПУ РАН - И.В. Прангишвили (ответственные исполнители - М.А. Зуенков, А.Г. Полетыкин).

Был разработан математический аппарат, позволяющий создавать программные системы, основанные на логике нечетких множеств, язык программирования АБИС, программы генерации правил по данным моделирования сложных технологических процессов и нечеткие базы знаний для качественного моделирования. В ходе работ был разработан ряд новых информационных технологий, которые могут применяться в различных областях, включая предприятия ТЭК, химические и другие производства.

По результатам исследований была разработана АСУ ТП АЭС, содержащая интегрирующую часть – вычислительную систему верхнего блочного уровня, которая централизует информационные потоки и предоставляет оперативному персоналу АЭС удобные, надежные и быстрые средства управления АЭС.

В последние годы жизни И.В. Прангишвили занимался  исследованиями системного подхода в управлении и выявлению системных закономерностей функционирования природных и общественных систем. Было определено возникновение конфликтных и кризисных ситуаций в системе управления в обществе, изучены способы их смягчения. Была также разработана методика оценки сложности систем управления различной природы, экологизации науки и техногенных систем. Предложен ряд закономерностей ограничительного характера, учёт которых в процессе управления повышает эффективность и минимизирует вероятность возникновения кризисных ситуаций.

Начиная с середины 2006 г. заведующим лабораторией 31 стал доктор технических наук Алексей Григорьевич Полетыкин, работающий в лаборатории с 1983 г.

В настоящее время в лаборатории работает 42 сотрудника, из них 2 доктора технических  наук и 9 кандидатов технических наук.

Деятельность лаборатории направлена на разработку новых методов моделирования, средств построения и методов управления функционированием распределенных автоматизированных систем управления (АСУ), разработку новых структур, сетевых информационных технологий для управления технологическими процессами, включая управление критически важными объектами (КВО): атомной энергетики, стационарными и подвижными объектами морфлота, энергетики и окружающей среды.

На основе новых информационных технологий контроля, управления и диагностики разработана система «Оператор», в которую входят: операционная система, SCADA-система, САПР и ряд комплексов программ для разработки, внедрения, обучения и сопровождения сложных распределенных информационно-управляющих систем. Основное значение придается приоритету кибербезопасности на всех этапах создания и эксплуатации системы управления критически важными объектами КВО, в частности АЭС. Научные результаты этих работ реализованы в действующих АСУ АЭС: Бушер (Иран), Куданкулам (Индия).

Проводимые работы обеспечивают комплексный подход к построению крупномасштабных высокоэффективных информационно-управляющих и вычислительных систем, отвечающих жёстким требованиям по критериям энергоэффективности и кибербезопасности. Основная часть комплексов программ прошла аттестацию и получила разрешение на применение в атомной энергетике, в системах, важных для безопасности.

В настоящее время в лаборатории исследования проводятся в следующих основных направлениях.

Развитие теории и новых технологий разработки распределённых информационно-управляющих систем для управления объектами повышенной опасности эксплуатации. Большое значение придается развитию методологии информационной (кибер) безопасности цифровых систем управления энергетическими объектами. (А.Г. Полетыкин, В.Г. Промыслов).

Развитие концепции, принципов построения, методов и алгоритмов высоконадёжных  кибербезопасных информационно-управляющих систем (ИУС) на основе когнитивных методов мониторинга угроз. (А.Г. Полетыкин).

Развитие методов обеспечения кибербезопасности и киберустойчивости ИУС критически важных объектов (КВО). Определение политики кибербезопасности и разработка формальных моделей для нее. Исследование и развитие методологии оценки и обеспечения кибербезопасности ИУС, в том числе исследование возможных вариантов создания внешней системы сопровождения ИУС для оценки рисков и ущерба от кибератак. Принципы построения и развития аналитического инструмента и средства для моделирования ИБ ИУС, позволяющего оценить кибербезопасность и повысить защищенность АСУ КВО от кибератак, а также найти места уязвимости в существующих АСУ КВО. (А.Г. Полетыкин, В.Г. Промыслов).

Исследование и разработка оптимальных методов программно-аппаратной реализации отказоустойчивых реконфигурируемых систем управления техническими средствами подводных и надводных кораблей и автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА). Исследование и разработка методов построения и структуры сетевых систем группового управления на основе беспроводных технологий с учётом жестких эксплуатационных требований, включающих высокую экономическую эффективность, защищенность от внешних воздействий и угроз. Разработка концепции построения и реализации измерительно-вычислительных систем регистрации параметров объектов, требующих повышенной безопасности эксплуатации. (А.И. Иванов).

Разработка методологии Cloud computing для информационного обслуживания управления развитием крупномасштабных систем. Разработка технологических принципов Cloud Builders для создания, оптимизации и адаптации процессов информатизации виртуальных центров интерсубъектного grid-сетевого управления. Демонстрация преимуществ облачных технологий встроенного консолидированного мониторинга (ускорение развертывания, масштабное хранение данных, открытые совместимые междисциплинарные решения и др.) в прикладной области контроллинга стратегического развития территорий. (И.А. Степановская).

Методология развития глобальной компьютерной среды (ГКС) как системно и функционально целостного кибернетического объекта, нацеленная на формирование в ГКС универсального, бесшовно программируемого и кибербезопасного алгоритмического пространства распределённых вычислений для построения в нем сколь угодно больших социотехнических систем сетецентрического управления в условиях глобальной информационной сильносвязности. В основу формирования в ГКС алгоритмического пространства с качественно новыми системообразующими возможностями положена математически замкнутая модель структурно сложных распределённых вычислений в компьютерном базисе исчисления древовидных структур. Разработка компьютерно-сетевых немикропроцессорных архитектур, которые позволят перенести системные функции управления вычислениями в компьютерах и сетях на аппаратный уровень, что откроет возможности построения и бесшовной интеграции в едином алгоритмическом пространстве ГКС сколь угодно больших распределённых систем сетецентрического управления с качественно новыми уровнями кибербезопасности. (Ю.С. Затуливетер, Е.А. Фищенко).

Но основе архитектуры ПС-2000, разработанной ранее в лаборатории, исследуется возможность создания масштабируемой многопроцессорной компьютерной архитектуры ПС-2000М для однокристального воплощения в диапазоне от 130 до 10 нм, которая может стать основой построения новой отечественной элементной базы для высокопроизводительных вычислений в виде семейства программно совместимых однокристальных компьютеров-ускорителей общего назначения. Структурная масштабируемость архитектуры ПС-2000М обеспечивает ее высокую эффективность и конкурентоспособность при переходе к перспективным технологиям глубокого нанометрового диапазона, что позволит размещать на кристалле более 2048 процессоров, обеспечивая, высокую производительность на одном кристалле. Семейство ПС-2000М предназначено для создания расширяемой номенклатуры высокопроизводительных вычислительных систем двойного назначения в широких диапазонах применений от мобильных компьютерных устройств и встраиваемых систем до суперкомпьютеров. (Ю.С. Затуливетер, Е.А. Фищенко).

Моделирование крупномасштабных систем на основе понятийного анализа предметной области. Синтез эффективных логических моделей дискретной обработки данных в рамках формально-логического и концептуального подходов. (В.С. Выхованец)

Развитие информационно-диагностической системы анализа и распознавания микроизображений медико-биологических объектов, организации системы мониторинга состояния и процесса лечения больных, включая системы сбора, группировки и обработки результатов наблюдений для решения задач диагностики, прогнозирования и управления лечебными процессами с целью применения их в повседневной работе практикующих врачей медицинских учреждений. (Г.М. Попова).

Лаборатория участвует в выполнении грантов РФФИ, программ Российской академии наук и большого количества хоздоговоров (в частности, выполняет договора по разработке систем управления для зарубежных АЭС).

Лаборатория участвует в НИР ГК Роскосмос, выполняет работы в интересах МО и других ведомств.

Лаборатория принимает активное участие в организации и проведении научных семинаров, школ и конференций. В течение ряда лет проводилась организованная лабораторией школа «Многопроцессорные вычислительные системы. Однородные структуры». Лаборатория является одним из организаторов международных конференций: «Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD)», «Параллельные вычисления и задачи управления (PACO)», «Технические и программные средства систем управления, измерения и контроля (УКИ)»; международной конференции-совещания «Новые технологии АСУ ТП АЭС» и других, близких по тематике конференций и семинаров. 

Сотрудники лаборатории представляют интересы РФ в Международной электротехнической комиссии (МЭК), Международном агентстве по атомной энергии (МАГАТЭ), участвуют в разработке российских и международных стандартов.

Лаборатория участвует в международном сотрудничестве с организациями Франции, Индии, Ирана.