Лаборатория № 20 «Модульных информационно-управляющих систем»

Основатель и первый зав. лаб. № 20 Акоп Гаспарович Мамиконов

Лаборатория была создана в июле 1961 г. Основателем и бессменным руководителем лаборатории до 1992 г. был заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Акоп Гаспарович Мамиконов. С 1992 г. лабораторию возглавляет заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Владимир Васильевич Кульба.

До 1966 г. включительно лаборатория занималась разработкой систем телемеханики и систем сетевого планирования и управления для отраслей народного хозяйства страны.

С 1967 г. и по настоящее время научные интересы лаборатории преимущественно сосредоточены в области создания теоретических, методологических и прикладных основ разработки и внедрения модульных автоматизированных информационно-управляющих систем (АИУС) широкого класса и назначения, в том числе функционирующих в условиях неопределённости и различных чрезвычайных ситуаций (ЧС). На основе единой методологии и сформулированных признаков модульности и типизации решены теоретические и прикладные проблемы, связанные с формализацией процедур анализа, постановкой задач, моделями и алгоритмами синтеза оптимальных по заданным критериям эффективности структур модульных АИУС общего назначения, диалоговых систем и систем, работающих в режиме «жёсткого» реального времени.

Зав. лаб. № 20 Владимир Васильевич Кульба

Разработаны теоретические основы информационного управления, представляющего собой целостную стратегию, реализация которой основана на использовании показателей значимости и ценности информации при принятии управленческих решений в процессе достижения поставленных целей. Определены основные характеристики методов, объектов и организационной структуры информационного управления. Разработаны организационные механизмы реализации информационного управления в социально-экономических системах.

Предложены постановки задач синтеза оптимальных логических и физических структур локальных и сетевых БД и эффективные методы их решения. Это обеспечивает возможность определения оптимального числа и структуры логических записей и структуры связей между ними, формирование оптимальных структур запросов и заданий на корректировки, а также их спецификаций в архитектуре «клиент-сервер», определение оптимальных структур размещения, хранения и обработки записей и файлов БД, а также сетевого каталога во внешней памяти ЭВМ.

В качестве основных критериев синтеза логических структур используются достижение минимумов: суммарного времени загрузки информации в БД и обслуживания заданного множества запросов пользователей; суммарного объёма передаваемой по сети избыточной информации; времени ответа на запросы, поступающие в реальном масштабе времени; суммарной длины путей доступа к искомым информационным элементам и др.

Полученные результаты стали основой создания промышленной технологии автоматизированного проектирования модульных АИУС, ориентированной на комплексное решение задач автоматизации этапов разработки, внедрения, сопровождения и модификации проектов систем управления на базе новейших достижений в области вычислительной техники, максимального использования принципов модульности и типизации. Данная технология обеспечивает минимизацию общей трудоёмкости и длительности разработки информационного и программного обеспечения информационно-управляющих систем; высокое качество и надёжность комплексов программ и их информационного обеспечения; унификацию технологии разработки информационного и программного обеспечения уникальных и типовых АИУС различного назначения.

Применительно к проектированию типовых модульных АИУС разработаны методы: формализации анализа требований к алгоритмам решения заданного множества задач; оценки степени их информационной, процедурной и технологической общности; синтеза оптимальной структуры программного и информационного обеспечения. Использование этих методов позволяет ускорить процесс разработки и отладки программного и информационного обеспечения АИУС в среднем в 1,5–2 раза, сократить общее время и затраты на разработку типовых АИУС в 5–10 раз.

В данной технологии проектирования на основе использования принципов модульности, типизации и клонирования была разработана САПР «Модуль», обеспечивающая резкое повышение качества проектирования АИУС и сокращение времени их разработки. Данная САПР успешно использовалась при разработке и внедрении АИУС в условиях ЧС и в сфере образования. При этом время разработки достаточно простых типовых функциональных подсистем составляет 1–3 дня.

Результаты исследования в области АИУС реального времени позволили заложить теоретические основы, построить модели и предложить методы анализа, синтеза и отладки оптимальных модульных АИУС специального класса объектов – космических аппаратов.

На основе их исследования как специального объекта управления разработаны модели, методы и инструментальные средства создания модульного программного и информационного обеспечения бортового комплекса управления.

Полученные теоретические результаты использовались при разработке и внедрении ряда АСУ, имеющих важное народно-хозяйственное значение: АСУ «Металл», АСУ «Метро», АСУ «Обмен», АСУ «Ресурс», АИУС ЧС Республики Казахстан, системы государственного управления в условиях ЧС в Китае, а также систем специального назначения по заказам Минобороны РФ и РКК «Энергия».

По результатам этих работ профессор А.Г. Мамиконов вместе с другими учёными Института был удостоен Государственной премии СССР, а профессор В.В. Кульба – премии им. академика Б.Н. Петрова Российской академии наук за 2007 г.

Важнейшее место в работах лаборатории занимают проблемы обеспечения информационной безопасности систем организационного управления (СОУ). Исследуются: информационная безопасность в системах организационного управления на законодательном и организационном уровнях, информационная безопасность и информационное управление, методы защиты информации от несанкционированного доступа, обеспечение достоверности и сохранности информации.

Цель исследований – разработка новых методов и способов резервирования и защиты информации на различных уровнях её представления, а также методических рекомендаций по обеспечению информационной безопасности, включая рекомендации по защите от агрессивных информационных воздействий на различные структуры общества.

В данном направлении разработаны комплексы формализованных методов и средств обеспечения достоверности и сохранности информации при обработке данных в СОУ. На основе предложенных понятий «механизм контроля и защиты данных» и «стандартная схема обработки данных» разработана методика оценки достоверности для различных структур обработки данных и различных законов возникновения и взаимодействия ошибок.

Подробно рассмотрен широкий круг вопросов резервирования программных модулей и информационных массивов в АИУС как системного метода повышения сохранности данных. Выделены основные стратегии резервирования и приведены результаты анализа их эффективности по различным критериям, а также методы расчёта основных вероятностных, временных и стоимостных характеристик рассмотренных стратегий. Проведён анализ основных факторов разрушения модулей и массивов и даны рекомендации по использованию методов защиты от их воздействия. Поставлены и решены задачи выбора стратегий резервирования и оптимального числа копий и (или) предыстории (дампов) основного массива. Рассмотрены задачи оптимального резервирования программ и массивов данных в системах обработки данных, работающих в реальном масштабе времени.

Важным направлением исследований является создание методов и моделей планирования и управления комплексами мероприятий по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС). Разработаны методология, аппарат и прикладные методы создания систем и средств организационного управления комплексами таких мероприятий для последствий ЧС, возникающих на объектовом и региональном уровнях. Формализовано понятие сценария развития ЧС и исследованы методы его использования для моделирования процессов развития ЧС и ликвидации их последствий, включая формирование базовых (наиболее вероятных) сценариев развития ЧС на объектовом и региональном уровне, а также выделения их очаговых структур. Использование разработанных методов и моделей, алгоритмов и программ позволяет повысить оперативность процессов моделирования возможных сценариев развития ЧС, сконцентрировать ресурсы на наиболее опасных направлениях, повысить качество превентивных и оперативных планов противодействия ЧС, что, в свою очередь, существенно снижает общие конечные потери и ущерб от их возникновения и развития. С их использованием были разработаны средства репланирования сельскохозяйственного производства в условиях чрезвычайных ситуаций с использованием аэрокосмической информации.

На базе полученных результатов в лаборатории создано и успешно развивается новое научное направление, связанное с разработкой математических моделей и механизмов управления и функционирования сложных социально-экономических систем (СЭС) на основе сценарного подхода. Принципиальной новизной предлагаемого подхода является возможность прогнозировать поведение СЭС путём формирования спектра сценариев их развития, в том числе наиболее вероятных. Последующий анализ спектра сценариев позволяет оценивать эффективность и согласованность множества управленческих решений, распределённых во времени и пространстве, при выборе и реализации стратегических комплексных программ развития крупномасштабных СЭС, то есть в случаях, когда экспериментирование на реальных объектах практически невозможно, экономически нецелесообразно и опасно в социальном плане.

Разработаны модели и методы выбора оптимального сценария из заданного множества альтернативных сценариев. Поставленная задача сведена к задаче выбора оптимального сценария по векторному критерию оптимизации с учётом пространственных характеристик и свойств формируемых сценариев.

Разработан программно-аппаратный комплекс сценарного анализа и прогноза (ПАК САП), позволяющий реализовать методологию сценарного исследования СЭС различного класса и назначения.

Разработанные модели, методы и алгоритмы использовались при решении задач стратегического планирования и управления развитием СЭС различного класса и назначения. Решённые научные и практические задачи послужили основой для создания новых методов и средств стратегического управления развитием региональных социально-экономических систем.

Полученные результаты использованы также в структурах федерального уровня, занимающихся планированием развития СЭС и систем специального назначения (Совет безопасности, Министерство обороны, Академия Генштаба, Минсвязи, Фонд социального страхования).

Лаборатория имеет широкие международные научно-технические связи (Венгрия, Сербия, Черногория, Китай, Польша, Франция, Латвия, Казахстан, Украина и др.).

Лаборатория организует всесоюзные и международные конференции по методам синтеза модульных систем обработки данных, автоматизации проектирования систем управления, проблемам управления безопасностью сложных систем и проблемам регионального и муниципального управления. Проведено более 60 конференций, в том числе 26 Международных конференций по проблемам управления безопасностью сложных систем.

В 2017 г. в состав лаборатории вошла лаб. № 51 «Когнитивного моделирования и управления развитием ситуаций», которая была основана в 1991 г. д.т.н. Валерием Ивановичем Максимовым, а с 2008 г. её возглавляла д.т.н. Нина Александровна Абрамова.

Основным направлением научных исследований этой группы является разработка моделей, методов и средств поддержки интеллектуальной деятельности в области решения задач анализа, моделирования и управления развитием сложных слабоструктурированных объектов, систем, ситуаций. В рамках данных исследований в качестве основного (но не единственного) формализма для представления знаний экспертов применяются модели причинно-следственных связей между разнородными факторами ситуации о слабоструктурированных ситуациях. В рамках прикладных работ группой разработан прототип системы моделирования, который может функционировать и как специализированная система моделирования, и включаться в состав комплексных систем поддержки принятия стратегических решений. Основная область применения разрабатываемых моделей и методов связана с развитием и внедрением технологий поддержки экспертно-аналитической деятельности в ситуационные центры, ориентированные на решение задач целеполагания, стратегического планирования в сфере государственного управления.

Сотрудниками лаборатории опубликовано более 1700 научных трудов, из них свыше 130 монографий и брошюр по научно-методологическим основам создания и внедрения автоматизированных информационно-управляющих систем, безопасности систем организационного управления, управления в условиях ЧС, развития и использования сценарного подхода. Основные монографии: «Методы анализа и синтеза модульных информационно-управляющих систем» (изд-во «Физматлит»); «Теоретические основы проектирования оптимальных структур распределённых баз данных» («СИНТЕГ»); «Оптимизация структур данных в АСУ» («Наука»); «Оптимизация структур распределённых баз данных в АСУ» («Наука»); «Теоретические основы проектирования информационно-управляющих систем космических аппаратов» («Наука»); «Проектирование информационно-управляющих систем долговременных орбитальных станций» («Наука»); «Организационное управление» (Изд-во РГГУ); «Информационная безопасность систем организационного управления. Теоретические основы» («Наука»); «Достоверность и сохранность информации в АСУ» («СИНТЕГ»); «Управление риском: Риск. Устойчивое развитие. Синергетика» («Наука»); «Управление в чрезвычайных ситуациях» (Изд-во РГГУ); «Методы формирования сценариев развития социально-экономических систем» («СИНТЕГ»); «Исследование систем управления» («ПРИОР»); «Создание систем мониторинга реализации федеральных целевых программ» («СИНТЕГ»); «Управление и контроль реализации социально-экономических целевых программ» («ЛИБРОКОМ»); «Математические методы в управлении обязательным социальным страхованием» (Изд-во ЛКИ); «Модели и методы анализа и синтеза сценариев развития социально-экономических систем» («Наука»); «Информационное управление в условиях активного противоборства: модели и методы» («Наука»); «Информационное обеспечение систем организационного управления (теоретические основы)» (в 3 частях; «Наука»); «Информационный менеджмент» (учебное пособие для вузов; «Экономика»); «Модели и методы репланирования сельскохозяйственного производства в условиях чрезвычайных ситуаций с использованием аэрокосмической информации» («Экономика»).

В лаборатории подготовлено более 115 кандидатов и докторов наук. В нынешнем составе лаб. №20 – 20 сотрудников, среди них 6 докторов технических наук и 1 доктор физико-математических наук, 5 кандидатов технических наук, 1 кандидат физико-математических наук, 1 кандидат экономических наук и 1 кандидат исторических наук.