Статья: Методика оценки живучести сложных систем военного назначения

Таким образом, на орграфе системы для вершины , соответствующей k-му элементу системы, весовой коэффициент является величиной, характеризующей боеспособность k-го элемента. А весом , , дуги является число , соответствующее значимости действующей между элементами взаимосвязи, которое будет характеризовать сохранившуюся долю передаваемого внешнего воздействия при переходе от вершины к вершине .

Процесс изменения значений коэффициентов боеспособности элементов системы можно отразить следующим правилом внешнего воздействия. Внешнее воздействие определяется в дискретном времени , которое задается выражением

при .

Тогда для для k-й вершины графа Gрезультатом внешнего воздействия будет

полагая при этом, что M – число вершин, смежных k-й, которые являются началом дуг.

Формулы (2) и (3) задают изменения весов вершин графа , определяя динамику распространения внешних воздействий по структуре системы.

При этом, в соответствии с (2), внешние воздействие будет иметь отрицательный знак, если оно влечет снижение боеспособности элемента, и знак «+» – если направлено на восстановление его боеспособности.

Внешнее воздействие на взвешенном орграфе G предлагается определять по правилу (2) с вектором начальных значений и вектором внешний воздействий , задающим внешнее воздействие в каждой k-й вершине в момент времени . Внешнее воздействие в паре с вектором начальных значений описывает состояние системы в начальный момент времени, когда под влияние внешних воздействий попадают все или часть элементов системы.

Внешнее воздействие, в котором вектор , имеет только k-ю, отличную от 0 компоненту, можно считать простым воздействием с начальной вершиной .

К примеру, смоделируем простое внешнее воздействие на систему (рисунок 4) с начальной вершиной В3, при котором одноименный элемент системы в определенной степени утратит часть имеющихся ранее боевых возможностей, что повлечет снижение его боеспособности, т.е. вероятности достижения цели его функционирования до 0,7. Исходя из этого, с учетом (2) начальные условия будут иметь вид:

Рассматривая на первом этапе однократное распространение внешнего воздействия по всем действующим в системе взаимосвязям, с помощью (2), (3) установим снижение боеспособности элементов системы до уровня:

Представление исследуемой системы в виде взвешенного орграфа G и формализация внешнего влияния на систему внешнего воздействия (2), (3) определяют модель распространения воздействий по системе. Построение этой модели позволяет выяснить, как внешнее воздействие распространяется по структуре системы и влияет на качественное состояние ее элементов.

Оценку живучести сложной системы предлагается производить на едином графе целей и задач, построенном в результате декомпозиции целей и задач функционирования системы, путем определения значения коэффициента живучести. Значение коэффициента живучести приобретает структурный аспект в результате коррекции коэффициентов качества решения задач на едином графе целей и задач по результатам моделирования распространения внешнего воздействия по взвешенному орграфу системы и изменения коэффициентов боеспособности ее элементов.

Возвращаясь к рассматриваемому примеру, при анализе декомпозиции целей и задач функционирования системы установлено, что наиболее значимым в функционировании системы является элемент С. Суммарная значимость задач и их более мелких составляющих, решаемых с его помощью, превышает в 1,4 раза аналогичный показатель элемента О и в более чем в 2,4 раза любой из элементов В в отдельности. Соотношение суммарной значимости задач, решаемых элементами О и любым из В, составляет 1,73.

Подставив в единый граф целей и задач системы полученные значения боеспособности элементов , характеризующие их боевые возможности по качественному и своевременному решению стоящих перед ними задач, представляется возможность с использованием математического аппарата [10, 11] определить значение коэффициента живучести системы, полученного в результате первого этапа распространения внешнего воздействия по структуре системы

При этом, значения качественных показателей совместного решения задач несколькими элементами вычислялись с учетом определенной выше суммарной значимости соответствующих элементов при их решении.

Однако имеющиеся во взвешенном орграфе системы циклы при распространении внешнего воздействия вызовут дальнейшее изменение показателей качественного состояния ее элементов, хотя и с эффектом «затухания».

В результате этого, второй этап распространения внешнего воздействия по структуре системы, характеризующийся его повторным распространением по всем действующим взаимосвязям, вызовет изменение показателей боеспособности элементов системы на значения, не превышающее 0,04, а коэффициента живучести – до уровня .

Завершение третьего этапа будет характеризоваться значением коэффициента живучести и т.д.

Следует заметить, что предложенное в методике правило распространения внешнего воздействия по структуре системы (2), (3) позволяет осуществлять формирование внешних воздействий положительного характера, т.е. моделировать мероприятия по восстановлению боеспособности системы в интересах повышения ее живучести.

Анализ состояния системы и оценку ее живучести следует производить, моделируя внешние воздействия на несколько или на все элементы системы, прикладывая поочередно к различным вершинам графа системы внешние воздействия типа . Это позволит выявить в структуре системы «окна уязвимости», представляющие собой структурные элементы системы, воздействие на которые в течении незначительного промежутка времени, повлечет потерю боеспособности более 90 % системы, а так же определить глубину распространения внешнего воздействия по структуре системы [7].

Существенной особенностью предложенного подхода к исследованию живучести сложных систем является возможность предусмотреть потерю боеспособности элементом с наиболее значительным в первоначальный момент времени потенциалом его качественного состояния. Этот подтверждает зависимость динамики показателя функциональной составляющей живучести системы от расположения ее элементов в структуре.

Проведенные в ходе рассмотрения примера вычисления позволили подчеркнуть особенность, позволяющую проводить достаточно быструю, хотя и приблизительную оценку состояния живучести системы. Она состоит в том, что изменение боевой способности наиболее значимого элемента (элемент С) во многом отражало изменение коэффициента живучести системы, полученного на едином графе целей и задач. Иными словами, достаточно характерным для оценки живучести системы в целом является показатель достижения определенного состояния наиболее значимым ее элементом. К примеру, можно считать, что система находится в не боеспособном состоянии, если показатель качественного состояния хотя бы одного из наиболее значимых ее элементов ниже некоторого допустимого уровня.

В рассматриваемом примере боеспособность элемента С по результатам моделирования третьего этапа распространения внешнего воздействия по системе не опустилась ниже 0,84. Используя критерии, предложенные для элементов системы управления в [9], можно установить, что элемент и система в целом находятся в боеспособном состоянии.

Таким образом, предлагаемая методика дает возможность: