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 1969 г. 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 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 20 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 продолжалась в направлении на разработки и развития новых моделей, 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): АСУ объектами атомной энергетики, управление стационарными и подвижными объектами морфлота, энергетики и системы мониторинга окружающей среды.

На основе современных информационных технологий была разработана система контроля, управления и диагностики «Оператор», в которую входят операционная система, SCADA-система, САПР и ряд программных комплексов для разработки, внедрения, обучения и сопровождения сложных распределенных информационно-управляющих систем. Основное значение придается приоритету кибербезопасности на всех этапах создания и эксплуатации системы управления объектами, в частности АСУ 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 АСУ АЭС 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. 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).

Проанализированы и критически оценены состав и функции существующих и успешно работающих. АСУ АЭС 1-го поколения. Проведен анализ стандартов СВБУ, и выявлены новые требования, которые должны быть реализованыны в СВБУ второго поколения в полном объеме на основе использованиия современных технологий Industry 4.0. Проанализированы способы защиты от киберугроз. Предлагается расширенная дискреционная модель передачи прав доступа (take-grant) для формального описанияя киберзащищенности АСУ КВО. 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).

В современную эпоху глобализации и цифровизации все большее применение находит Сетевая экспертная деятельность (СЭД), связанная с развитием новых идей для их воплощения в конкурентоспособные продукты. Наглядным примером может служить «DigitalCatapult»- среда корпоративной деятельности большого числа компаний и организаций, технических специалистов, творческих работников, представителей бизнеса и академических кругов. Новейшие решения в области аппаратной поддержки СЭД связаны с разработками гиперконвергентных систем, ориентированных на реализацию принципа «ИТ как услуга» (IT as a service, ITaaS). На этом фоне большую актуальность приобретает разработка приложений СЭД в рамках онтологической инженерии, поддерживающей прикладную настройку на уровне сервисов управления контентом, контекстом и дискурсом. В данного направления эта проблема рассматривается применительно к приложениям мониторинга, развиваемым на платформе интернета вещей, социальных сетей и систем тотальной регистрации через Интернет всех этапов всех видов деятельности физических и юридических лиц. Основу предлагаемого похода составляет использование стандартов обработки больших данных в контуре сетевой экспертной деятельности. (И. А. Степановская).

Разработана методология развития глобальной компьютерной среды (ГКС) как системно и функционально целостного кибернетического объекта. На основе массовых сетевых компьютеров с немикропроцессорной архитектурой разработаны принципы неограниченного наращивания функционала ГКС открывающие возможности формирования в ГКС математически однородного, бесшовно программируемого и кибербезопасного алгоритмического пространства распределённых вычислений и сетецентрического управления для целостного решения всего разнообразия сильносвязных задач цифровой экономики. (Ю. С. Затуливетер, Е. А. Фищенко).

Но основе архитектуры ПС-2000, разработанной ранее в лаборатории, исследуется возможность создания масштабируемой многопроцессорной компьютерной архитектуры ПС-2000 М 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-2000 М 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-2000 М 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).

Корпусной подход к идентификации социальных и экологических явлений.

Моделирование крупномасштабных систем на основе понятийного анализа предметной области. Динамическое управление процессами на основе совмещенных сетей управления и данных. Представление и обработка знаний в формализме понятийных моделей. Разработка и применение проблемно- и предметно-ориентированных языков в рамках контекстной технология программирования. (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.

Проанализированы и критически оценены состав и функции существующих и успешно работающих. АСУ АЭС 1-го поколения. Проведен анализ стандартов СВБУ, и выявлены новые требования, которые должны быть реализованыны в СВБУ второго поколения в полном объеме на основе использованиия современных технологий Industry 4.0. Проанализированы способы защиты от киберугроз. Предлагается расширенная дискреционная модель передачи прав доступа (take-grant) для формального описания киберзащищенности АСУ КВО.

На основе массовых сетевых компьютеров с немикропроцессорной архитектурой разработаны принципы неограниченного наращивания функционала ГКС открывающие возможности формирования в ГКС математически однородного, бесшовно программируемого и кибербезопасного алгоритмического пространства распределённых вычислений и сетецентрического управления для целостного решения всего разнообразия сильносвязных задач цифровой экономики…

Исследованы принципы построения морских подводных аппаратов с использованием отказоустойчивой однородной перестраиваемой структуры вычислителей на основе радиокомпьютеров.