Постановка проблемы. Переход от первичных описательных моделей взаимодействия человека со сложной техникой к их более строгим формализациям с уточнением функционально-структурного содержания адаптации киберфизических контуров требует уделять внимание в современных условиях комплексному пересмотру тех или иных составляющих роли оператора. Традиционные подходы, по своей сути ориентированные на эргономический комфорт либо на консервативные статистические оценки структурной надёжности, не всегда в должной степени позволяют учитывать динамическую составляющую (изменчивость когнитивного ресурса) человека в реальном времени. Действующие стандарты, как правило, фокусируют внимание на аппаратную предсказуемость сложных технических систем, но не направлены на доказательную инвариантность обеспечивающими гетерогенными адаптивными системами и сетями безопасного множества при стохастической деградации или несвоевременном восполнении когнитивного ресурса. В отечественной традиции инженерной школы целостность контура «человек–машина–среда» в целом первично преимущественно устанавливается на качественной основе, однако формальные основы поведенческой динамики операторов внутри формируемых обеспечивающих контуров функциональной безопасности по-прежнему представляют непосредственный интерес в своём развитии, в том числе и в рамках комплексной тематики представляемого тематического выпуска. В общем цикле работ настоящий выпуск журнала «Динамика сложных систем» выделяет совокупность статей расширенного авторского коллектива, исследующих многоплановые составляющие комплексной проблематики моделирования и управления динамическими гетерогенными адаптивными системами и сетями различного назначения.
Цель. Обосновать пути развития элементов теории эргатических систем в аспекте функционально-структурного подхода через поиск новых возможностей улучшения и формализацию опосредованного взаимодействия оператора с подобными разнородными сложными системами и сетями как эндогенного (структурно включённого) стохастического узла с ограниченными и изменяющимися во времени ресурсами, сформировав условный методологический каркас, объединяющий потенциал взаимоувязанного приложения в практике многоплановых компонентов научно-методического аппарата, включающего в себя интеллектное управление, предиктивное моделирование, теорию графов, теорию массового обслуживания, физико информированное обучение искусственных нейронных сетей, а также иные составляющие при воплощении современных достижений науки и техники относительно всестороннего обеспечения формальных гарантий безопасности в таковой единый контур управления динамическими гетерогенными адаптивными системами и сетями.
Результаты. В рамках цикла общетеоретических и прикладных работ относительно тематического выпуска обоснованы, дифференцированы и воплощены во взаимосвязи частных результатов определения эргатической системы и эргатического контура (последнее – через перечень необходимых и достаточных свойств). Предложены опорные варианты сообразно локальным путям развития элементов теории эргатических систем, опирающиеся на четырёхкомпонентный вектор состояния оператора с моделью его эволюции и явной нормировкой компонент. Построена композитная барьерная функция безопасности, объединяющая физический запас прочности и когнитивный ресурс, с условием положительной инвариантности по совместной динамике. Постулирован архитектурный предел ограниченной рациональности в форме неустранимой нижней границы функционала качества. Разработана карта адаптивной автономии с гистерезисом. Отмечено, что условия устойчивости согласованы с нелинейной постановкой через линеаризацию и область притяжения. Обоснована общая структура тематического выпуска и продемонстрирована её согласованность с действующей нормативной базой и дальнейшим совершенствованием отечественных стандартов, обновляемым патентным портфелем.
Практическая значимость. Предложенный научно-методический аппарат применим при разработке и обосновании профилей национальных стандартов, обосновании безопасности систем высокого риска и планировании аппаратно-программных испытаний подобных сложных гетерогенных систем и сетей. Результаты согласованы с требованиями Регламента (ЕС) 2024/1689 и Перспективной программой работ по стандартизации в области робототехники на 2025–2029 гг., преимущественно соответствуя направлениям паспорта специальности «Информатика и информационные процессы».
Ключевые слова:
Эргатические системы, гетерогенные адаптивные сети, предиктивное управление, физически информированные нейронные сети, функции барьера управления, устойчивость «вход–состояние», отказоустойчивость, двунаправленная координация, цифровые двойники, человеко-машинное взаимодействие, стандартизация робототехники