«ЧТО ДЕНЬ ГРЯДУЩИЙ НАМ ГОТОВИТ…» (НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ БОЛЬШИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ)

3 2593

 

             В кратком обзоре представлены некоторые концепции новых технологий,                      играющих центральную роль в наступающем “шестом технологическом                      укладе”, – эпохе Больших (или Интегральных – по Глазьеву) систем.

        Всем нам хочется заглянуть в своё будущее, – предугадать, предусмотреть, рассчитать, – и, может быть, предпринять что-то для реализации предпочтительного варианта. Для уткнувшихся в кухонную плиту или в свою узкопрофессиональную сферу интересов и крутящихся внешними силами как винтики по готовой резьбе – шансы на успех в этом ничтожны. Гораздо перспективнее в этом плане “взгляд с высоты птичьего полёта”; ещё лучше, если профессионально соколиное зрение позволяет видеть эту картину не только в её широте, но и во взаимосвязях, а проницательное умозрение – усматривать за этим и движущие силы, определяющие динамику картины.

       Мы наслышаны, что грядёт «Шестой технологический уклад» (новый мирохозяйственный уклад, в который вступает мир в настоящее время, Глазьев назвал Интегральным), радикально меняющий не только экономику (доминирующие отрасли производства, их взаимоотношения), но и соответствующую культуру, социальность. – Подобно тому, как предыдущие смены укладов сместили в маргинальные области кустарей (кузнецов, ткачей, вышивальщиц, извозчиков, …), естественно предполагать аналогичный уход из сферы массовых тех профессий, которые могут быть заменены роботами, 3-D принтерами или новыми технологиями, заменяющими, отменяющими целые отрасли промышлености. Поэтому распространены мнения, что Шестой технологический уклад или новая экономическая эпоха является эпохой роботов, искусственного интеллекта и биотехнологий.

        Однако, всё явственнее начинают проявляться и более глубокие аспекты развития, имеющие, впрочем, очевидные аналоги и в том, “параллельном” относительно реальной экономики, пространстве, которое подмяло под себя производительные сферы экономики, да и политику, и социальность. Это “параллельное пространство” – финансовые отношения, глобализация которых ведёт уже весь мир в “новый мировой порядок”, отменяющий уже не только отдельные профессии или отрасли реальной экономики, но саму реальную экономику в целом, целые государства и народы, даже Человечество вообще, заменяя его на ограниченное множество роботизированных рабов, обслуживающих касту “избранных” (которых тоже нельзя назвать людьми в полной мере, поскольку человеконенавистничество должно быть в них запрограммировано господствующей идеей, выйти из под которой непозволительно и им самим). Действующие силы этой, – финансово политической (иначе говоря, “рыночно сатанистической”), – глобализации сопряжены со ставкой на низшие, даже низменные силы, свойственные всё же человеческой природе. Здесь мы не будем отвлекаться ни на них, ни на ту обширнейшую область наук о человеке, посвящённых этим и противостоящих им силам, а обратим внимание на то, что глобализационные силы – это не “естественные” (природные, не обладающие собственным, внутренним самосознанием) силы, как, например, силы тяготения или электромагнитные взаимодействия. Это не слепые силы “рынка”, который «сам, без вмешательства политиков и экономистов настроит экономику лучшим образом», как уверяли нас псевдоэкономисты глобализаторы, сознательно разрушая реальную экономику СССР. Это не только идеология “общечеловеческих ценностей”, насаждаемая “гуманизаторами”. Не будем здесь отвлекаться и на них; отметим лишь, что эти “ценности”, как и “общности интересов” способствуют образованию общностей (банд, социальных групп, партий), но не единства, свойственного этносам, нациям, придающего, в отличие от общностей, принципиально новые качества (это обширнейшая тема, даже затронуть которую здесь не представляется возможным). Эффективность сил финансово политической глобализации обусловлена технологиями, сознательно развиваемыми в течение многих веков, если не тысячелетий, и маскируемых под “естественные процессы”. Вскрываются обычно “конспирологические” или политические моменты, последствия, а технологии, в том числе из банковско-финансовой сферы, требуют для усмотрения достаточно высокой квалификации (если не “посвящения”) и чаще всего выпадают из поля зрения. – Аналогично тому, что имеем в отношении грядущего технологического уклада (или “информационной эры”). Вот именно на этом-то, – на технологическом аспекте эволюции научно технической и производственной сферы, – и сосредоточимся далее.

         БОЛЬШИЕ СИСТЕМЫ. Прежде всего отметим, пожалуй, главную особенность наступающего уклада – это эпоха Больших систем (или, вторя Глазьеву, – Интегральных систем). Это тоже своего рода глобализация, даже одно из следствий и аспектов финансово политической глобализации, условие конкурентоспособности, выживаемости. Но качественно иное и по предметной области, и по сути, и по технологиям. Современные высокотехнологичные продукты, такие, например, как крупные морские корабли, самолёты, тяжёлые ракеты, ядерные реакторы, разрабатываются и производятся сотнями, тысячами предприятий, образующими целые отрасли науки и промышленности, которые требуют для своего функционирования и развития соответствующих структур управления, обеспечения, планирования, информатизации, стандартизации. Горизонтальная интеграция и вертикальное – иерархическое – структурирование таких отраслей образует нетривиальную системность, отнюдь не сводящуюся к большой, но элементарной суперпозиции взаимоотношений. Такие системы, в силу иерархичности (не путаемой с ранжированностью или управляемостью, лишь отчасти, в каких то отдельных аспектах сочетаемой с планированием), относительной автономности их уровней, обладают некоторой свободой поведения и принципиально недетерминистичны в меру их иерархичности. Это и подразумевается под “Большими системами”. Таковыми оказываются и сами морские корабли, самолёты, ракеты, реакторы, состоящие из множества относительно автономных подсистем, модулей, поведение которых в тех или иных условиях оказывается непредсказуемым, из-за чего требуются длительные и затратные испытания, опытная эксплуатация, выявляющая слабые места, особенности реакции, обеспечивающая оптимизацию во взаимодействии с другими объектами, поведение в группе. Не претендуя на отточенность определений будем под ними подразумевать следующее: Большая система – это Единство, имеющее нетривиальную иерархическую структуру, обеспечивающее качественное своеобразие и собственное, непредсказуемое во всех деталях её развитие, интенсивный до каких то пределов (а временами и экстенсивный) рост. Технологическим аспектом такого Единства является подсистема проектирования собственных подсистем, включающая эффективное обновление и собственной её структуры, и подсистем, и элементов с сохранением преемственности в пределах данной предметной области. Т.е. это система систем (или система систем систем, и т.д., – по числу иерархических уровней), – открытая динамичная подсистема, масштаб развёртывания которой обусловлен синергизмом внутреннего потенциала развития с целесообразностью и эффективностью (в отношении затратности ресурсов и времени) во внешних отношениях. Концентрированное выражение этого внутреннего потенциала – “идея” проекта, иррациональное зерно или “геном”, из которого в благоприятной среде вырастает конечный продукт, обычно понимаемый как замысел в голове главного разработчика.

               Пример Большой системы – Интернет, состоящий из многих тысяч                               корпоративных, научных, правительственных и домашних компьютерных сетей.                   Объединение сетей разной архитектуры и топологии стало возможно благодаря                 протоколу IP и принципу маршрутизации пакетов данных. Протокол, – это, образно             говоря, “язык”, используемый компьютерами для обмена данными при работе в                 сети. Чтобы различные компьютеры сети могли взаимодействовать, они должны               “разговаривать” на одном “языке”, то есть использовать один и тот же протокол.               Сервисы обеспечивают работу со всем спектром ресурсов. Наиболее известными             среди них являются: DNS (система доменных имён), электронная почта (E-mail),                 IRC, предназначенный для поддержки текстового общения в реальном времени                 (chat); телеконференции, или группы новостей (Usenet), FTP – система файловых               архивов, Telnet, предназначенный для управления удалёнными компьютерами в                 терминальном режиме, World Wide Web (WWW, “Всемирная паутина”) –                             гипертекстовая (гипермедиа) система, предназначенная для интеграции различных           сетевых ресурсов в единое информационное пространство, потоковое                                 мультимедиа и другие сервисы [материал из Википедии]. В действительности                   Internet не просто сеть, – это структура, объединяющая обычные сети. Internet – это           “сеть сетей”. В основу архитектуры сетей положен многоуровневый принцип                      передачи сообщений. Формирование сообщения осуществляется на самом                         верхнем уровне модели ISO/OSI.. Затем (при передаче) оно последовательно                     проходит все уровни системы до самого нижнего, где и передается по каналу связи           адресату. По мере прохождения каждого из уровней системы сообщение                             трансформируется, разбивается на сравнительно короткие части, которые                         снабжаются дополнительными заголовками, обеспечивающими информацией                     аналогичные уровни на узле адресата. В этом узле сообщение проходит от нижнего           уровня к верхнему, снимая с себя заголовки. В результате адресат принимает                     сообщение в первоначальном виде. В территориальных сетях управление обменом           данных осуществляется протоколами верхнего уровня модели ISO/OSI.

        То – как Интернет превращает совокупность “пользователей” в некое Единство, сверх той функциональной иерархичности, которая присуща собственно Интернету, – наиболее прозрачно видно на примере социальных сетей, аналогичных муравейнику. Один или несколько муравьёв хаотично суетятся, сталкиваются и разбегаются, но неспособны явить что-либо, что не сводится к совокупности частных результатов деятельности отдельных муравьёв. Если же их количество превысит некоторое пороговое значение, на фоне хаотичности начинает вырисовываться образ муравейника, придающий беготне отдельных муравьёв некоторый новый, обобщённый смысл, качество и результативность. Муравейник обладает свойствами, неприсущими отдельным муравьям, это организм более высокого иерархического уровня. Так и социальные сети, – даже помимо того, что в них могут присутствовать “идеологи”, осуществляющие целенаправленное программирование “масс”, – способны при некоторых условиях к самоорганизации, появлению более высокого уровня системности, образованию некоего Единства, придающего новые качества и возможности и этой системности, и её элементам (индивидам). Это не просто “информационные преимущества”, как порой трактуют, например, концепцию Сетецентрических войн (СВ): «Сетецентрическая война ориентирована на повышение боевых возможностей перспективных формирований в современных войнах и вооружённых конфликтах за счёт достижения инфокоммуникационного превосходства, объединения участников военных (боевых) действий в единую сеть» [материал из Википедии].

                  «В отличие от сетевых войн, это сугубо военная концепция, прошедшая                      длительный путь от интеллектуальных разработок и мозговых штурмов через                    эксперименты и симуляции к практическим действиям, повлиявшим на изменение              военной стратегии США и, соответственно, инфраструктуру Пентагона. Она во                  многом стала возможной благодаря созданию глобального                                                  инфокоммуникационного окружения и инфокоммуникационных технологий. При                    создании концепций сетецентрических войн использовались идеи маршала                        Советского Союза Н.Огаркова, изложенные им в начале 1980-х, что говорит об их                первопроходческом характере. Первой к разработке и практическому                                    осуществлению этой концепции приступила армия ВС США. В завершённом виде              варианты сетецентрической войны представлены в американских военных                          доктринах «Joint Vision 2010», «Joint Vision 2020… Эта сеть, соединённая с                          новыми технологиями и новым уровнем организации процессов и людей,                            предполагает новые формы организационного поведения» [материал из                              Википедии]. «Успех иракской кампании (операция “Буря в пустыне”), в том числе в            рамках информационной войны, послужил для Пентагона отправной точкой для                  пересмотра всей оборонной доктрины. …Технологический аспект, связанный с                    изменением методов ведения боевых действий – оснащение вооруженных сил не              только новейшими типами вооружений, но и формирование нового мышления                     военнослужащих – от солдат до высшего руководства, включающего новые                      формы взаимодействия, обучения и практического опыта. Боевые действия в                    Сомали в 1992 г., в Боснии в 1993 г. и позже в Югославии в 1999 г.                                      дополнительно убедили военное руководство США в правильности выбранного                  курса… Системный подход также развивал адмирал Уильям Оуэнс. Его                              фундаментальная статья “Появление системы систем США”, вышла в феврале               1996 г. …А совместная статья А.Себровски, и Дж.Гарстка под названием                             “Сетецентричная война: её происхождение и будущее”, вышедшая в январе 1998                г., произвела эффект разорвавшейся бомбы в военных и научных кругах США.                    Предложение построить новую модель вооружённых сил США было основано                    на кардинальных изменениях, которые произошли на тот момент в американском                обществе, в первую очередь, в бизнесе и информационных системах. Авторы                    отмечали, что “сетецентричная война и все связанные с ней революции в                          военном деле происходят и черпают свою энергию из кардинальных изменений в              американском обществе. В авангарде этих изменений находится одновременная                эволюция экономики, информационных технологий, бизнес процессов и                              организаций, и они связаны друг с другом тремя темами: Смещение акцента с                    платформы на сеть; Переход от того, чтобы рассматривать действующих лиц в                  качестве независимых субъектов к тому, чтобы рассматривать их в качестве                      части постоянно адаптирующихся экосистем; Важность принятия                                        стратегических решений, направленных на адаптацию или даже выживание в                    таких меняющихся экосистемах… На основе опыта боевых действий в Ираке,                      когда применялись "умные” бомбы и ракеты, авторы пришли к выводу, что                          оперативная осведомлённость для достижения критического превосходства над                противником всё же была не достаточно значительной. …Для этого, по их                          мнению, нужна самоорганизация снизу вверх, которая в свою очередь приводит к              самосинхронизации… Также вопрос ставился не только по отношению к                              внедрению новых технологий, по мнению авторов, это должна быть коэволюция                 таких технологий с оперативными концепциями, доктриной и организацией.”»                      [Савин Л.В. Сетецентричная и сетевая война. Введение в концепцию. – М.                          Евразийское движение, 2011].

         Усложнение современной техники, характеризуемой свойствами Больших систем, привело к тому, что конкуренция, в том числе международная, поставила некоторые отрасли даже в крупнейших государствах под удар из за невозможности обеспечения весьма затратных и длительных испытаний с опытной эксплуатацией и последующей доводкой изделий. Жизнь заставила найти способы повышения эффективности разработок. Выход был найден в развитии новых подходов реализации проектов – с перенесением основного массива испытаний с исключением основных проектных ошибок (в т.ч. - программистских) на начальных стадиях разработки посредством развитых средств моделирования, – заодно с оптимизацией и увязкой поведения изделий во взаимодействии со средой. Характерным следствием оказалось появление у процесса разработки компонентов Больших систем в зачаточной форме некоторых свойств, присущих живым организмам. Если в традиционном понимании техническая система в форме идеи является “семенем”, которое “вынашивается” в процессах разработки инженерами, конструкторами, программистами, а рождающиеся “в железе” экспериментальные, а затем опытные образцы служат лишь для отработки окончательного, серийного образца, то в больших системах продукт ещё на стадии технического проекта становится (в меру того, насколько система “большая”) зрелым, правда, виртуальным геномом, с которым в технологической среде разработчика и производится “почти окончательная” отработка технического решения, согласованного таким образом с данной Большой системой уже на этапе проекта. – “Мясо” (исполнение “в железе”) нарастает уже на отработанный “генотип”, который рождается как живой ребёнок, а не как мёртвая сборка из кучи деталей, не раз ещё перерабатываемая. …Вот о таких – принципиально новых – подходах к инженерным разработкам компонентов Больших систем на основе системной интеграции и высокоуровневого моделирования и пойдёт речь далее.

          ЯЗЫКИ (СВЕРХ) ВЫСОКОГО УРОВНЯ. Реализация концепций СВ выявила необходимость более глубокого понимания и документальной формализации сути тех новых качеств, которые содержались, как в зерне, в исходной идее СВ. Официально сформулированы они были в системе C4ISR (command, control, communications, computers, intelligence, surveillance, and reconnaissance – командование, контроль, связь, компьютеры, разведка, наблюдение и рекогносцировка), что потребовало операционального осмысления таких понятий, как мониторинг пространства боя, осведомленность, понимание, смыслообразование, командный замысел… Тут мы видим появление того, что называется иерархической структурированностью. Причём, не в дегенеративном смысле иерархичности как ранжированности, уровней подчинённости, а именно коэволюционирующего единства, – взаимосвязи различных аспектов системной реальности Больших систем, их смыслового содержания и качествообразующей меры независимости (свободы) в пределах разных уровней этой системности. Это и представляется сутью распределённого моделирования (distributed modeling) – моделирования сложных (иерархических) динамических систем, выполняемого в компьютерной сети, – в локальных сетях или/и в Интернете, в реальном времени или в каких-либо режимах синхронизации. Современные средства позволяют проводить этот процесс в интерактивном режиме, с самоорганизацией доступных вычислительных ресурсов, с подключением и отключением процессоров, причём, и сама моделируемая система меняет в процессе моделирования не только содержание информационных потоков, но и свою структуру: наряду с функционированием модулей-объектов системы, идут процессы их развёртывания, подключения и свёртывания; системы могут иметь управляющий центр и центральный сервер, а могут и не иметь таковых. Часть объектов могут представляться интерфейсами к реальным устройствам, к датчикам обстановки и параметров среды, а также для взаимодействия с субъектами, а часть (или все) – чисто-программными моделями; оперативная обстановка может определяться как заданными сценариями, так и реальной картиной в динамике; поэтому системная интеграция осуществляется единым программным обеспечением, используемым как для Modeling & Simulation (M&S), так и для реального взаимодействия боевых единиц, подсистем и систем. Технологическое решение связанных с этим проблем в значительной степени обусловлено возможностями соответствующих языков (сверх)высокого уровня, включающих многозначность (многоуровневость) интерпретации и контекстно зависимой трансляции (кодирования) высокоуровневых смыслов на языки низшего уровня. В связи с этими потребностями, не только для СВ, но и в общем плане развития сетевых технологий, в конце 90-х годов принят стандарт, устанавливающий (в дополнение к IEEE 1278, регламентирующему представление сравнительно простых объектов) высокоуровневую архитектуру и открытый стандарт распределённого моделирования, детище DMSO (Defense Modeling & Simulation Office of DoD) – High Level Architecture (HLA), обеспечивающую взаимодействие моделей всех уровней и согласование с системой C4I (Command, Control, Communication, Computers, Intelligence). HLA представляет собой не жёстко регламентированное техническое решение, а открытый стандарт, комплекс технологий, обеспечивающий согласование и оставляющий разработчику свободу конкретизаций и модификаций системы. Целью введения стандарта HLA является возможность переносимости (переиспользования) моделей, разработанных в рамках различных систем моделирования, для уменьшения времени и стоимости разработок новых моделей. Версия HLA 1.3, принятая в 2000 году в качестве основы стандарта IEEE 1516 (наиболее существенной модификацией явилось согласование стандартов описания и стандартов метаданных с соответствующим структурированием языка XML, – Extensible Markup Language, – универсального языка сетевых трансакций, освобождающего от платформенной зависимости), стала во всём мире распространённым средством обеспечения системной совместимости тренажёров не только в военной и авиакосмической, но и в гражданской сфере, не исключая России, – в первую очередь для авиатехники, обязанной согласовываться с требованиями международного рынка. Из за сложности освоения HLA WebSim Symposium, DMSO и DISA (Defense Information Systems Agency) в 2003 году пришли к заключению, что мостом для обеспечения интероперабельности должен служить Web сервис. Координируемая в рамках организационной структуры XMSF (Extensible Modeling & Simulation Framework), ведётся разработка технологий LSVE (Large-Scale Virtual Environments). …В те же, 90 е, годы, когда создавался HLA, международный консорциум OMG (Object Management Group, некоммерческая организация, включающая более 800 фирм, в т.ч. Oracle, IBM, Sun) разработал другую технологию распределённого программирования CORBA (Common Object Request Broker), оформляемую как систему открытых стандартов, ориентированную на интеграцию различных программных продуктов (написанных на разных языках программирования, для разных операционных систем и вычислительных платформ) в единую информационную среду, использующую Интернет как нижний, исполнительный её уровень (вместо Run Time Infrastructure – RTI, специальной подсистемы нижнего уровня, своего рода операционной системы распределённых M&S, необходимой для функционирования систем HLA).

                     Согласно HLA, модели, которые представляют управление объектами или               их группами, вместе со служебными программами (занятыми, в частности,                         сбором информации), называются федератами, а совокупность                                           взаимодействующих федератов – федерация. Каждая федерация должна иметь                 свою объектную модель федерации (FOM, Federation Object Model), на основе                     которой определяются интерфейсы и сервисы. Внутреннюю же структуру                           федератов представляют объектные модели имитации (SOM, Simulation Object                   Model). Эти, высокоуровневые, аспекты модели, для разработки которых в HLA                   созданы специальные прикладные программные интерфейсы Application                             Programming Interface (API), в т.ч. – с C++, Java, Ada, CORBA IDL, с рядом                           инструментальных средств для разработки HLA-совместимых приложений,                         функционально отделены от универсальной инфраструктуры RTI,                                       обеспечивающей, – подобно “операционной системе среднего иерархического                     уровня”, – взаимодействие объектов распределённой динамической                                   интерактивной модели. Кроме обмена данными RTI предоставляет федератам                   такие сервисы как подключения и выход из состава федерации, изменения                         атрибутов, региональные фильтры и т.п., причём, благодаря интерфейсам                           снимаются языковые и платформенные особенности реализации федератов. …                 Наиболее серьёзная проблема обеспечения динамического режима сеансов M&S               – с обновлением в течение сеансов и множественным запуском объектов –                         перемещается в системах HLA и CORBA из сферы действия интерфейсов                           обмена данных – к API (так называемый “Middleware solutions” подход к этой                         проблеме). Более детальное описание и сравнение DIS, HLA, CORBA, EJB и                       DCOM на русском языке – см. в: [А.П.Афанасьев, А.И.Ваньков, В.В.Волошинов,                 В.Е.Кривцов, Е.Ю.Попков, П.Г.Шляев. “Современные технологии построения                       распределённых программных систем”].

          CORBA 2.0 определяет протокол TCP/IP обменов – IIOP (Internet Inter-ORB Protocol), который позволяет клиентам пользоваться продуктами CORBA различных производителей. Использование IIOP обусловило главную особенность CORBA – то, что любой клиентский объект может пользоваться сервисом других объектов, не имея информации о его локализации и принадлежности.

          Обе эти технологии предоставляют возможность отделить разработку конкретных физических моделей и прикладных программ на языках высокого уровня от специфики программных оболочек, обеспечивающих функционирование системы на нижнем уровне. Среди других подобных технологий наиболее широко известны: DCOM (Distributed Component Object Model) и её новая версия – COM+, разработанные как закрытый стандарт компании Microsoft – лишь для операционных систем Windows, пригодные лучше всего (с поддержкой разработчиков программного обеспечения (ПО) технологией OLE – Object Linking and Embedding – и средствами MS Visual Studio) для сравнительно несложных моделей и локальных сетей, а также EJB (Enterprise Java-Beans) от Sun Microsystems, использование в которой лишь языка Java, обеспечивающего гибкий универсальный вариант взаимодействия локальных и глобальных компьютерных подсистем, делает EJB особенно удобной для управления масштабными военными операциями и учениями, для военных компьютерных игр с удалёнными участниками. Extensible Run Time Infrastructure (XRTI), – разработка NPSNET Research Group, – предпринята в целях устранения недостатков и трудностей реализации, присущих HLA и CORBA, в частности, в отношении обеспечения динамизма модификаций и появления новых классов объектов и интеракций в процессах сеанса simulation, с сохранением практически всех возможностей этих программных продуктов, инфраструктур и стандартов, не исключая особых достоинств HLA в плане региональных спецификаций.

           В качестве основного языка для “боевого” программного обеспечения ВМФ США принят язык Ада. А для сервисных задач в большинстве программных комплексов используются языки высокого уровня и графические интерфейсы. …Использование таких языков для реализаций RTI возможно различными способами. Основной вариант – это API, включаемые в состав RTI, а другой вариант – оснащение программ интерфейсами непосредственно при их разработке (например, в MatLab/Simulink есть возможность создания так называемых s-функций, приведённых к стандартизованным форматам языка C++, являющегося базовым для многих разновидностей RTI; пример реализации такого подхода см. в: [B.M.Stolarik at al. (American Institute of Aeronautics and Astronautics). “Enabling Inter-Vehicle Communication Modeling in MultiUAV (unmanned aerial vehicles) Using the HLA (High Level Architecture)”]). Интерфейсом-API для программ на Фортране оснащён, к примеру, pRTI 1516 (Pitch Technologies). А фирмой MÄK Technologies разработан HLA/DIS Toolbox, распространяющий (в кооперации с VR-Link® networking toolkit) мощь HLA (а также, DIS) на MatLab с Simulink. Аналогичная разработка фирмы ForwardSim Inc. – HLA Toolbox™ с множеством готовых моделей-заготовок для Matlab/Simulink в стандартах IEEE 1516 предоставляет разработчикам моделей сервис “на сверхвысоком уровне”. …Что касается непосредственно управления процессами M&S, – большинством фирм-разработчиков ПО это решается таким образом, чтобы обеспечить пользователям непрограммистам интуитивно-понятный сервис на уровне графических интерфейсов, – с выбором из таблиц, перетаскиванием ярлыков, щелчками кнопок мыши или манипуляциями на специализированных пультах и т.п. Такой подход не просто снижает трудоёмкость работ по проектированию систем, но принципиально меняет организацию работ (отработка программных комплексов с исключением алгоритмических ошибок становится возможной для алгоритмистов-идеологов, а не только посредством промежуточного звена – программистов, зачастую играющих роль “испорченного телефона”); кроме того, упрощается модификация разработок, расширяемость и переиспользование их или их фрагментов в последующем (т.к. разбираться в программах, написанных на языках низкого уровня даже для их авторов бывает уже через год другой труднее, чем писать заново).

          MODELING & SIMULATION. Значительные усилия разработчиков ПО прилагаются к тому, чтобы на основе распределённого моделирования в полной мере реализовать “голубую мечту” военных тактиков и стратегов, специалистов по тренажёрам и “виртуальной реальности”, а также любителей компьютерных игр: создать возможности порождения виртуальных миров, обладающих свойствами Интернет-масштабируемости, перманентности и универсальной интероперабельности. – Так, чтобы, к примеру, когда в одном из таких “миров” группа десантников в БТР “выехав” из одного пункта, могла в виртуальной реальности отслеживать детали этого путешествия с учётом реальных обстоятельств (погоды, состояния дороги, реакции местного населения и т.д.), а при “въезде” в “ворота” другого “мира”, и у того одновременно с первым эта картина – но только в своих ракурсах – представала в полной детальности, во взаимодействии и непредсказуемости. Причём, число и типы подобных динамических объектов разного рода (не ограничиваемых рамками способов работы и содержания динамических библиотек) могут исчисляться уже многими тысячами. Это относится и к системам обзора подводной обстановки с мощными программами моделирования распространения звука в морской среде (включая шельфовые зоны и мелководье, где лучевые методы практически не работают) со сложной гидрологией волновыми методами (например, программный пакет KRAKEN [M.B.Porter. The KRAKEN Normal mode program]).

          AMSP-01 – NATO modelling and simulation standards profile (последний к настоящему времени выпуск – Edition C, Version 1, март 2015) – основной стандарт НАТО, регламентирующий характеристики систем для решения задач такого рода в рамках HLA. (Joint Consultation) Command and Control Information Exchange Data Model (JC3IEDM или C2IEDM), – прежде известная как Army/Allied Tactical Command and Control Information System (ATCCIS) Data Model или Generic Hub, Модель Данных Армейской/Союзнической Тактической Системы Командной и Контрольной Информации, – стандарт НАТО, вобравший многолетний опыт разработок, оформляемый NATO Data Modeling Groups. И в США, и во множестве других государств он используется в качестве базовой основы для обеспечения семантического единства при разработке национальных стандартов представления моделей данных. Функции согласования в потоках обмена данных различного иерархического уровня и типа, а также их фильтрация и, конечно, прогнозный анализ для выбора обобщённых решений выступают на первый план в многосистемных и многофункциональных объектах, таких как морские корабли. И новое оружие, и новая тактика, и новые корабли в сетецентрической войне – лишь элементы вооружений; то, что раньше представлялось в качестве “дуэльного поединка”, например, взаимодействие торпеды с ПЛ, теперь, когда торпеды становятся телеуправляемыми на дальности, превышающей 60 км, радикально меняет ситуацию. Противостоят в такой войне не элементы вооружений, даже не оперативные группы и соединения, а системы, системы систем! Сердцем же “системы систем” является M&S.

          Не менее важным приложением аналогичных технологий являются производственные сферы, в особенности ВПК. Действительно, – о каких сетецентрических войнах может идти речь, если техническое обеспечение их не адаптировано к использованию в соответствующих условиях?... Разработка военной техники оказалась неразрывно связанной с технологиями M&S, что привело к качественной трансформации не только самой техники, но и технологических процессов инженерной разработки, испытаний, модернизации.

          Modeling и Simulation – термины, находящиеся обычно в настолько устойчивой ассоциативной взаимосвязи, что воспринимаются нередко почти как синонимы. Однако, тесная взаимосвязь их является следствием не тождества, а дополнительности: simulation – имитация формы, внешних характеристик вещей, систем, процессов, включая технологии компьютерных игр и тренажёров, а modeling для того же иерархического уровня имеет дело с внутренним их функционированием, например, на физическом уровне, благодаря чему становится возможным предсказание; так, говоря о предсказании погоды мы имеем дело (“по идее”) именно с моделированием, а не с симуляцией. (Впрочем, иногда подразумевается, что simulation – более общее понятие, иерархически, как метод развёртывания модели во времени, вместе с сервисом включающее и modeling.) …Использование для обозначения этих терминов слов английского языка (ставшего интернациональным в науке и технике), может быть оправдано хотя бы тем обстоятельством, что именно эти слова приобрели определённый терминологический смысл и контекст, тогда как в русском языке, – если с “моделированием” недоразумений не возникает (если не считать отношение к нему как к почти что играм, детским забавам, второстепенным и необязательным для “серьёзных” инженерных разработок), – то “имитация”, и, особенно, “симулирование” не лишены негативных аспектов (таковые были свойственны когда-то и английским соответствующим словам, но это ушло в историю). В подтверждение серьёзных нравственных отличий в России смыслов “имитации” и “дела” достаточно принять во внимание многочисленные критические высказывания в прессе об имитации деятельности в управленческих структурах (за исключением “дел”, связанных с дивидендам), в частности, – в оборонных ведомствах (сошлёмся, хотя бы, на пару публикаций: [Ю.П.Григорьев. Асимметричный ответ разорительнее симметричного. Дорогостоящие «Тополь» и «Булава» втрое снижают потенциал ядерного сдерживания”. – Независимое военное обозрение. 16.02.2007. nvo.ng.ru] и [М.М.Ростопшин. Стратегическая потеря темпа. Скорость перевооружения Российской армии не соответствует реальным угрозам. – Независимое военное обозрение. 09.02.2007. nvo.ng.ru]). Ещё более существенно то, что на Западе M&S – это целая отрасль индустрии, и при поиске ссылок на эти термины в интернетовских поисковиках “выкатываются” необозримые списки публикаций, тогда как *.ru выдаёт неизмеримо меньше, причём исключительно редкие содержательны, да и то – как обзоры или, в лучшем случае, применения или аналоги западных разработок… В России одним из предприятий, наиболее серьёзно и масштабно занимающимся данной тематикой является ОАО «НПО РусБИТех». Оно предлагает, – вместо доминирующих на рынке американского (MAK-RTI) и европейского (Pitch-RTI) аналогов RTI, – отечественную реализацию RTI для тренажёров и моделирующих систем на основе HLA-технологии. Представляемая этим предприятием разработка системы имитационного моделирования среды и процессов вооружённого противоборства включает два уровня детализации. Первый поддерживает моделирование свойств ВВТ, вплоть до узлов и агрегатов. Второй – моделирует воинские формирования, где ВВТ присутствует как набор определенных свойств данного объекта, – см рисунок ниже [http://ymorno.ru/index.php?showtopic=52597].

Из других вариантов, в какой то мере удовлетворяющих стандарту HLA, можно назвать систему распределённого имитационного моделирования Мера, разработанную в Сибирском Суперкомпьютерном центре (ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск).

         По существу, именно моделирование и предсказание является главной целью любой науки, и уж во всяком случае – математики. Но взрывной характер развитие методов иерархического M&S приобрело с появлением различных теорий систем, кибернетики и, особенно, цифровых компьютеров с сетевыми информационными технологиями. Есть и негативное отношение к засилию таких, экстенсивных, подходов, вытесняющих развитие понятийных аспектов в область академической науки, становящейся маргинальной для общества “поп-культуры”. В особенности это имеет отношение к “виртуальной реальности”, имеющей, впрочем, и реальную действенность. Так, в операции “Буря в пустыне”, как отметили Генеральные штабы практически всех армий мира, эффективность информационных акций порой превосходила результаты непосредственных боевых действий. Роль СМИ в современных войнах оказывается значительней, чем целых армий или видов вооружения, а военных компьютерных игр – важнее отдельных отраслей ВПК. Игры, несущие рекламно-пропагандистскую нагрузку, игры-тренажёры, средства компьютерного моделирования боевых операций, всё это становится элементами метатехнологий, метасистемы, порождаемой во взаимодействии “идеи” с реальностью. Технологии виртуальной реальности были разработаны в середине XX века для военно-космических приложений, требовавших оценки эффективности действий оператора в сложных и опасных условиях. Сегодня без их применения трудно представить проектирование гражданских и боевых самолетов, кораблей и других транспортных средств, создание цифровых интерактивных моделей и тренажеров, решение градостроительных задач, планирование военных операций и действий в чрезвычайных ситуациях. M&S – по выражению идеологов Министерства обороны США (Department of Defense, DoD) – революционизировало способ принятия решений и проведения операций. Работая как “система систем”, M&S обеспечивает поддержку всего спектра приложений: совместных учений, разработки доктрин, формулирования и оценки оперативных планов, отработки миссий, структурирования сил и приобретения новых систем. …Развитие в этом направлении ведёт к такому уровню военных контактов, когда достойные друг друга соперники, сходясь, ещё до начала фактических действий, предвидя их результаты, будут бросать “карты на стол” и “расписывать висты”, избегая потерь “живой силы”, а недостойные навряд ли даже и поймут – что с ними делают те, кто способен прогнозировать хотя бы на шаг далее.

         …Нужно иметь в виду и созидательные аспекты этого феномена: виртуальная реальность – область между бытием и небытием, между жизнью и смертью; все реальности в нашем мире – и физические, и идеальные – осуществляются рождением, прохождением через фазу виртуального явления. Тем – насколько велики синергийные масштабы явления в виртуальной фазе, в фазе инженерного проекта, в частности, – настолько его результаты окажутся значительными и долговременными. Теперь – проекты сложных динамических систем без имитационного моделирования воспринимаются не иначе, как дилетантские поделки, выполненные “на коленках”. И не только для технических разработок, но и для социальных проектов, и нередко даже гуманитарных, – M&S, обеспечивающие выбор оптимизированных проектных решений, их верификацию и системную поддержку дальнейших работ (на протяжении всего жизненного цикла продукта, в комплексе с его окружением) становится если уж не обязательным, то крайне желательным компонентом, свидетельствующим о достаточно высоком уровне работ. Значительный импульс развитию технологий M&S дали авиакосмические проекты и военные приложения: разработка, планирование и анализ военных операций различного масштаба, интерактивные Simulation, обучение и тренинг, военные игры. Теперь идёт отдача и в обратном направлении, – внедрением результатов в гражданские, коммерческие проекты.

          Система приобретения вооружений и военной техники (ВВТ) министерства обороны (МО) США включает не только упомянутые уже стандарты, но множество, даже систему иных нормативных документов, регламентирующих принципы системного проектирования при разработке новых типов вооружений, обеспечивающих взаимосвязь между техническими процессами и конструкторскими решениями (см., например, Приложение 3 к Инструкции МО от 07.01.2015). Цель – достижение баланса между ТТХ, стоимостью жизненного цикла, рисками и безопасностью эксплуатации. Руководителю программы предписывается включение имитационного моделирования (M&S) в ОКР. Имитационное моделирование должно обеспечивать оптимизацию проекта и обосновывать (или опровергать) оптимальность принимаемых решений в течение всего жизненного цикла ВВТ. Более того, – оно позволяет существенно повысить эффективность процессов создания ВВТ в отношении экономических временных затрат. Схема ГосОборонЗаказа ведущих стран НАТО в принципе аналогична. [Н.В.Григин. Основы системы управления полным жизненным циклом военной техники в США. – Судостроение. 2017. №1].

            Системы имитационного моделирования, создаваемые на отдельных предприятиях ВПК РФ, представляют, за редкими исключениями, узкоспециализированные дорогостоящие и слишком затратно модернизируемые системы с весьма ограниченными возможностями (впрочем, именно затратность в рамках гособоронзаказа и служит главным достоинством для администрации этих предприятий), построенные по архаичным принципам, не предполагающим динамичного развития, структурной эволюции и развёртывания в большие системы для широкого использования (что тоже приветствуется администрацией, стремящейся к монополизму и секретности даже не из за ТТХ приложений, а для ухода от критики). Это не имитационное моделирование (в смысле M&S), а имитация моделирования, рано или поздно неизбежно ведущая к поражению в столкновении с реальной жизнью. Прискорбным обстоятельством является также государственная политика в РФ, ориентированная на управление посредством менеджеров, способных ориентироваться лишь в вопросах “освоения” финансовых потоков и не имеющих представления о предметной области, новых технологиях и перспективных направлениях развития (в “лучшем” случае руководителями проектов становятся “конструкторы”, способные лишь к комбинаторике стандартных решений на основе концептуального аппарата полувековой давности, – времени их обучения и молодости). То есть – политика исключает допуск тех высокоуровневых представлений, которые вырабатываются пассионарными специалистами в течение многих лет профессиональной деятельности на разных уровнях ответственного (оцениваемого по результатам в техническом плане) руководства научно техническими проектами и позволяют реализовывать “прорывные” проекты, примерами которых могут служить “прорывы” в Космос, ядерные технологии, авиационные наработки времён СССР. Менеджеризация же безусловно срезала такой уровень руководства и превратила экономику РФ, включая ВПК, в одно ненасытное брюхо, лишённое головы и перспектив.

                     У кого-то может возникнуть недоумение относительно того, что практически              все инновации, касающиеся тематики данной статьи, исходят из США (за                          исключением упомянутого предвидения Н.Огаркова, реализованного в США                        концепцией сетецентрических войн). Ведь, как говорилось в начале статьи, для                  этого требуется широта мировоззрения, которой всегда отличались русские                      («широк русский человек! …», вспомним также хотя бы о многомерности сфер                    интересов Ломоносова, Менделеева, Вернадского, Н.Вавилова, Л.Н.Гумилёва),                  и профессиональная острота зрения, которой славились немцы (достаточно                      упомянуть, в частности, какой-то удивительный всплеск достижений немецкой                  науки и техники ко II Мировой войне). Впрочем, следует принять во внимание и                  тот исторический факт, что именно в Германии, особенно – Восточной (Пруссии-                Боруссии) более всего сохранилось то архетипическое (да и генетическое, как                    утверждает современная генетика) наследие русского (“славянского”) мира,                        оказывающееся существеннейшим фактором, определяющим научно                                техническое, да и любое творчество нации. – До VI – XVI веков почти вся                          восточная Европа – вплоть до Одера – была заселена славянскими племенами,                носившими обобщённое название венедов (включая и ряд племён, названных                    римскими историками “германскими”), испытывавшими в те времена кризис                        этногенеза и распад политического единства (см.,например: [Б.А.Рыбаков.                        Язычество древней Руси], [Ю.Д.Петухов, Н.И.Васильева. Евразийская империя                  скифов]). Вытеснение их и этнополитическая экспансия со стороны Рима,                          сопровождавшиеся геноцидом, шли с Юга на Север под влиянием толчка                          этногенеза, породившего Западную Европу как суперэтнос – см. О.Шпенглера,                  А.Тойнби, Л.Н.Гумилёва. Одним из последних эпизодов этого геноцида явилась                  30-летняя война, причиной которой, как полагается официальной                                        историографией, стал военный конфликт за гегемонию в Священной Римской                    империи и Европе, продолжавшийся с 1618 по 1648 год и затронувший в той или                иной степени практически все европейские страны. Однако, при всех перипетиях                и альянсах, – между протестантами и католиками, между имперцами и князьями,                между государствами, все эти стороны были едины во вражде к самым                              свободолюбивым и непокорным – остаткам славянских племён в Германии,                        составлявших преимущественно сельское население и понёсших в этой войне                  самые тяжёлые и необратимые для этнического самосознания потери.

                    В XX веке из Европы и России прошли три волны миграции в США, причём,              наиболее образованного контингента. Первая – из России в начале века,                            особенно – после революций. Но ещё до I Мировой войны Россия направила в                  США две тысячи русских инженеров для ускоренного создания там военно                        промышленного комплекса. – Бурного расцвета капитализма и щедрого                              финансирования, “рынка”, оказалось мало для того, чтобы целесообразно,                        оперативно и системно организовать масштабную созидательную деятельность.              В высшей степени примечательно, что этот факт оказался засекречен от                            широкой публики, а журналист, опубликовавший единственную статью об этот                  историческом факте в советской прессе, был предупреждён главарём                                крупнейшей иностранной разведки (одновременно являющейся                                          террористической организацией), что любое его сообщение ещё на эту тему                      станет для него вообще последним. Казалось бы – чего уж тут такого                                криминального, ан – нет! Идеологи русофобы, в отличие от “масс культа”,                          сознают – каково значение русского архетипического мышления в науке, технике,              культуре, его роль в национальном самосознании и его самоорганизации…                        Второй масштабной волной, принесшей в США изрядный интеллектуальный                      потенциал, была миграция немецких учёных из разгромленной Германии                            (операция “Скрепка”). И наконец, – третья волна – в результате “перестройки”,                  развалившей СССР и российскую экономику.

                  Что же касается СССР и РФ, этническая химера, дошедшая до стадии                        антисистемы, поразила более всего истеблишмент. Именно это обстоятельство                и явилось главным фактором, усугубившем катастрофичность российской                          истории в XX веке, связанной с самой критической фазой этногенеза (по                            Л.Н.Гумилёву) – фазой надлома, из которой Россия не может до сих пор                              выбраться и начать созидание своей, Русской цивилизации. Именно это                            объясняет и тотальную “менеджеризацию”, в т.ч. “парт хоз актива” под маркой                    “партийного руководства”, “партия – наш рулевой”, “верности                                              интернациональным идеалам революции”, “чистоты партийных рядов”,                              “идейности” и т.п. ещё в советские времена, и упорное выкорчёвывание                              “немецкой”, органически прижившейся в России образовательной системы,                        исходящей из фундаментальных (иерархических) основ миропонимания, и                          уничтожение науки, ненужной (даже враждебной) олигархату.

           MODEL BASED SYSTEM ENGINEERING (MBSE) – Модельно-Ориентированное Проектирование (МОП). Читатель, вероятно, обратил внимание на то, что наиболее сложным и трудоёмким в разработках систем Modeling и Simulation на основе стандарта HLA является обеспечение полномасштабности распределённого моделирования, т.е. совместимости системы собственно расчётных Modeling и Simulation с коммуникационным многообразием боевых систем (системы связи и протоколы, платформы и операционные системы, языки программирования и интерфейсы, библиотеки моделей и федераций, …). Для инженерных применений как раз эти осложнения зачастую излишни, поскольку Modeling и Simulation в реальном времени (Real Time), нацеленные на отработку конкретных, частных инженерных разработок, не исключая отработку ТТХ в условиях модельных групповых операций, может ограничиться специализированной архитектурой, согласованной с HLA, вместо полномасштабной реализации HLA. Тем более, что впоследствии наработанные модели при соблюдении некоторых стандартов и условий могут быть адаптированы для использования в “боевом” варианте стандарта LHA. Так, например, (что было выше уже отмечено) Matlab/Simulink в стандартах IEEE 1516 предоставляет разработчикам моделей сервис “на сверхвысоком уровне”. Развитие Matlab/Simulink в этом направлении (МОП) явилось исключительно эффективным средством системной инженерии, представляющим новый уровень организации разработок компонентов больших систем. А те, кто знает о MatLab лишь как о пакете математических вычислительных программ с языком программирования высокого уровня, чем он был на ранних стадиях развития, можно сказать, почти ничего не знают о Matlab/Simulink.

          ПО, реализованное в Matlab/Simulink согласно стандарту МОП (DO-254, в российской интерпретации КТ-254), и связанные процессы включают следующие этапы проектирования жизненного цикла:

ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ – Спецификации (параметры тех. заданий) в текстовом виде (Word, Exel);

ПРОЕКТ СИСТЕМЫ – Симуляция системы с проверкой на непротиворечивость;

ПРОЕКТ ПО – Модель в виртуальном исполнении (прототипирование), управляющий код, коды для виртуальных модулей;

КОДИРОВКА – Генерация кодов для аппаратных модулей;

ИНТЕГРАЦИЯ ПО и выявление алгоритмических и программных ошибок;

ИНТЕГРАЦИЯ СИСТЕМЫ, верификация и оптимизация кодов;

ТЕСТИРОВАНИЕ, КАЛИБРОВКА;

ИСПЫТАНИЯ.

 

            В ряде областей (авиация, космос, автомобилестроение, судостроение) традиционный рабочий процесс инженерных разработок оказался уже непригоден. Неизбежные ошибки, допущенные на ранних стадиях разработки, требуют на последующих этапах исправлений, слишком затратных по времени и средствам. Развитие МОП предоставило способ преодоления нарастающих проблем и повышения конкурентоспособности (в т.ч. – в стратегических областях, определяющих жизнеспособность государств), позволяющий уже на этапе проекта системы оценивать множество стратегий управления, оптимизировать логику работы и обнаруживать ошибки прежде, чем будут изготовлены аппаратные средства, проверять диапазон рабочих условий и упрощать тестирование. Значительная экономия (50-90%) достигается также при разработке модификаций систем и их модернизации, тестировании, испытаниях, включении разработанных моделей в оперативно-тактические модели. Что чрезвычайно важно, – программирование на графическом языке сверхвысокого уровня (Simulink) с использованием блоков библиотеки Simulink или при помощи вставок на языках MatLab, C, Фортран, Ада непосредственно в модель позволяет разработку, во всяком случае на этапе выработки технических решений, их доводке, модификации, создания и использования библиотек модулей, вести непосредственно инженерам разработчикам, обходясь без высококвалифицированных “чистых” программистов, далёких от предметной области разработок.

            Примером (весьма ограниченного масштаба разработки средствами Matlab/Simulink, проведённой автором около десятка лет назад, когда ещё не было реализована поддержка МОП) может служить поиск решения для подавления обратной связи в режиме сквозной ретрансляции гидроакустического сигнала подводным аппаратом с приёмником гидрофоном, буксируемом на расстоянии десятков метров. Типичная, одна из десятков опробованных в виртуальных вариантах, блок схема моделирования в Simulink (учитывающая фоновые шумы и волнение моря, гидрологию, движение аппарата, ходовые шумы, дёргание и вибрации кабеля, схемы приёмного тракта, варианты обработки и адаптивной компенсации обратной связи) приведена на рисунке.

 

В процессе поиска оптимального решения такого рода схемы менялись десятки раз, каждая прогонялась со множеством параметров. Работа была проведена за 2-3 месяца одним человеком. Если бы это выполнялось в иной программной среде, потребовало бы объёма работ, сравнимого с масштабами целой НИР. Некоторые из вариантов позволяли достичь (при довольно неблагоприятных условиях) подавления обратной связи децибелл на 30 – см. следующий рисунок, иллюстрирующий включение компенсации.

 

            Следующий этап полномасштабной разработки средствами Matlab/Simulink предполагает автоматическую генерацию программных кодов посредством соответствующих трансляторов Matlab/Simulink с конкретизацией процессоров и контроллеров, форматов и разрядности данных, обработки прерываний и т.п. (эта работа требует уже более высокого профессионализма программистов), с заменой виртуальных блоков реальными модулями c прошивкой и с подключением их через платы ввода вывода со своими драйверами и порты ЭВМ, генерирующей управляющий код в режиме Run Time. Тестирование такой системы позволяет уже на этом этапе выявлять и устранять не только алгоритмические, но и более тонкие ошибки (согласование сигналов, погрешности, параметры прерываний, специфические особенности “железа” и т.п.), обнаруживаемые при традиционном подходе к проектированию зачастую лишь на этапе испытаний или даже при эксплуатации. В сочетании с VisualDSP или аналогами обеспечивается, в частности, возможность эмуляции и программирования цифровых процессоров от AnalogDevice (Shark, TigerShark, Blackfin), от Texas Instrument, ПЛИС, отечественных разработок, в т.ч. процессоров Multicor МНТК “Модуль”. Поддержку, включающую совместные разработки в стандартах МОП средствами Matlab/Simulink, обучение, консультации и тренинги, осуществляет Центр инженерных технологий и моделирования “Экспонента”.

          В библиотеках полезно хранить не только коды для модулей, отлаженных вплоть до опытной эксплуатации, но и исходные программы на языках высокого уровня, т.к. при использовании их для модернизации или в других проектах может понадобиться редактирование, которое гораздо более затруднительно и ограничительно в низкоуровневом исполнении. Например, аналогичные выше приведённому примеру моделирования технические задачи возникают при попытках использовать вместо буксируемого гидрофона приёмники, монтируемые на корпусе подводного аппарата. Помимо аналогичных реверберационных помех тут особенно сильна роль вибрации корпуса, удовлетворительное экранирование которой довольно проблематично. Разработанные и алгоритмически “обкатанные” в представленной выше работе исходные модули могут довольно быстро адаптированы для данной задачи.

            Другой пример полномасштабной универсальной системы МОП представлен компанией National Instruments (NI). Она развивалась, – в противоположность Matlab/Simulink, шедшей от мощного средства научно технических расчётов к “железу”, – исходя от аппаратных платформ различной производительности и числа каналов ввода вывода на основе управляющих в режиме Run Time процессоров и ПЛИС для встраиваемых систем сбора данных и управления, с широчайшим комплексом стандартных аппаратных модулей, – к технологии виртуальных приборов и среде графического программирования LabVIEW, обеспечивающей полный цикл разработки в соответствии со стандартами МОП.

          

           Весьма примечательным обстоятельством является то, что, казалось бы, в конкурентной среде с Matlab/Simulink, LabVIEW обеспечивает сопрягаемость с Matlab/Simulink RealTime. Характерны также весьма претенциозные заявления идеологов руководителей этой компании: «Это одна из немногих великих компаний, определяющая, а зачастую – предопределяющая планетарное развитие науки и техники. Её руководители и сотрудники ставят задачу улучшить мир вокруг нас. “Мы работаем, чтобы помочь инженерам и учёным улучшить окружающий мир”, – вот глобальная идея. Решения NI используются повсеместно, на Земле и в космосе, в детских забавах и в исследованиях чёрной материи Вселенной – везде, где встают задачи измерения, контроля и управления… “Сверхидея” создателей-основателей NI, идущая от их мировоззренческих основ восприятия жизни, и в технической политике, и в отношениях с сотрудниками, – не подавление или поглощение конкурентов и не ограничение свободы пользователей, а органичное встраивание в среду, ставя “во главу угла” её потребности» [И.Шахнович. Вы говорите на LabVIEW? – www.electronics.ru], [National Instruments – философия успеха. – ПиКАД. 2/2006]. Ещё в 2012 году объём продаж продукции National Instruments превысил миллиард долларов, и компания продолжила демонстрировать экспоненциальный рост.

          Формирование “нового инженерного мышления” компания осуществляет с детского и студенческого творчества. В Великобритании в Манчестерском университете каждый новый студент получает MyDAQ (аппаратная платформа myRIO в “наладонном исполнении” см. рисунок ниже) и использует его в различных учебных программах. …Беспилотный летательный аппарат за один семестр? “Это невозможно”, – скажут многие. “Это реальность”, – говорят в NI и демонстрируют такую студенческую разработку, с системой управления на основе myRIO. В МГУ авторизованный центр технологий National Instruments существует с 2008 года, а обучающие курсы по LabVIEW на некоторых факультетах входят в обязательную программу.

 

        

         Российская компания ВиТэк с 1996 года является членом National Instruments Alliance – объединения разработчиков со всего мира, использующих в своих системах программные и аппаратные решения компании National Instruments. В 2011 году ей был присвоен статус Gold Alliance Partner. Одним из мночисленных примеров разработок ВиТек является портативный измерительный комплекс - Анализатор аналоговых сигналов (см. рисунок ниже). Переносные измерительные комплексы семейства К-5101 внесены в государственный реестр средств измерений под №31905-06.

 

Система предназначена для сбора данных при проведении модельных испытаний в опытном бассейне. Комплекс построен на базе портативного компьютера в защищённом исполнении,платы сбора данных фирмы National Instrumrnts и двух выносных коннекторных блоков с разъёмами BNC, позволяющих подключить до 32 аналоговых сигналов.

           Есть и другие системы сред разработки проектов в стандарте МОП, но они или не достигли той полноты, масштабности, мощи и универсальности, которую приобрели Matlab/Simulink и National Instruments. Преимущественно такие среды ориентируются на специализированные области, порой предоставляя пользователю за счёт этого некоторые дополнительные сервисы и преимущества. К примеру, – открытый язык моделирования MODELICA наиболее приспособлен для автомобилестроения.

          СИСТЕМА ОТКРЫТЫХ СТАНДАРТОВ. «Стандарты — вещь хорошая. Всегда есть из чего выбирать» [инженерный фольклор]. «…На свободно-рыночном Западе – что ни возьми, почти всё со всем стыкуется, если же не стыкуется, то намеренно, а у нас, – чем не соединяется!» [сетования советских инженеров].

          Определений открытого стандарта существует множество; не во всём между собой согласуются определения даже ведущих в этой области организаций (SDO - Standards Development Organization – сектор ITU, специализированного агентства ООН, или European Interoperability Framework for pan-European eGovernment Services Европейского Союза) и наиболее авторитетных специалистов (см. некоторые из определений и борьбу за утверждение тех или иных концепций, например, в [http://en.wikipedia.org/wiki/Open_standard]). Но, тем не менее, это не мешает, в общем, их действенности, так как основная идея их, – сочетание публичной открытости, добровольности их исполнения и свободного бесплатного использования (включая бесплатную сертификацию соответствия открытому стандарту), статус некоммерческой организации для официального их разработчика и равноправность пользователей, – работает, когда дело идёт об обеспечении сочетаемости того, что не может быть несочетаемо, например, – протоколов обмена данных в Интернете (открытые стандарты HTML/XML, IP, TCP) или в мобильных сетях связи (открытый стандарт GSM), аппаратуры plug-in (открытые стандарты ISA, PCI, AGP), спецификаций безопасности (открытый стандарт ISM3) и т.п. Непосредственным образом с открытыми стандартами связано и понятие “открытой архитектуры”, – принцип построения аппаратуры соответственно требованиям открытых стандартов. Каждый волен соблюдать или не соблюдать их, но тот, кто отказывается от них, добровольно выпадает из кооперативного пространства. Каждый может отстаивать при их разработке свои коммерческие или иные интересы, но когда открытые стандарты уже приняты, чтобы не оказаться добровольным изгоем, приходится их соблюдать не на страх, а на … успех дела. При этом не исключаются, конечно, игры “на грани фола”, даже более того. Например, у доминантных на рынке производителей распространённой тактикой явились приёмы расширенного или с’уженного толкования стандартов (Embrace and Enhance), – с введением таких особенностей продуктов, которые делают их несовместимыми с продуктами конкурентов, в результате чего эти, доминантные, производители могут становиться монополистами на рынке. Такая практика потребовала специального уточнения определений открытых стандартов.

          Апологеты концепции открытых стандартов утверждают, что открытые стандарты, как и ПО с open source, относятся ко ключевым факторам, обеспечивающим эффективность освоения промышленностью новых технологий и снижение инновационных затрат, а, соответственно, и цен. В масштабах макроэкономики, они представляют в высшей степени (сравнительно-)низкозатратное и действенное средство стимулирования, развития и развёртывания долговременных инновационных циклов. Такая область их приложения, как сфера государственной обороноспособности, обусловливает некоторые специфические особенности открытых стандартов M&S, и, как можно видеть уже из приведённых выше кратких словарных статей, IEEE 1516 и другие открытые стандарты являются органичными элементами “суперсистемы систем”, рано или поздно привязывающих пользователей этих стандартов к системам, работающим на DoD. Правда, и DoD в таких взаимодействиях вынуждено в какой-то степени адаптироваться к реалиям внешнего мира, и от этого скорее выигрывает, чем теряет. Существенную поддержку планам DoD в области M&S, не исключая и коммерциализации ряда военных разработок, кроме упоминавшегося уже не раз IEEE, оказывает взаимодействие с множеством таких международных организаций, как: Internet Engineering Task Force (IETF), International Standards Organization (ISO), Object Management Group (OMG), Open GIS Consortium (OGC), Organization for Advancement of Structured Information Standards (OASIS), Simulation Interoperability Standards Organization (SISO), World Wide Web Consortium (W3C), Web3D Consortium.

           Освоение разработчиками гидроакустических систем для ВМФ США, в первую очередь – фирмой Lockheed Martin Maritime System and Sensors (Undersea Warfare), принципов проектирования с использованием открытой архитектуры и готовых коммерческих технологий – Commercial-Off-The-Shelf (COTS) – началось в 1996 году по программе Acoustic Rapid COTS Insertion (ARCI) для проектировавшихся тогда ПЛ типа “Virginia”. Затем модернизации на этих принципах подверглись лодки и других типов. В некоторых программах применение этих подходов позволило снизить затратность работ по сравнению с вариантами их проведения по военным стандартам в 30 раз(!), не только обеспечивая высокое качество и надёжность, но и повышая их (некоторые затруднения, конечно, не могли не возникнуть, например, – с определением гарантийных сроков и т.п.) …В 2001 году, вслед за этой программой, в Великобритании начаты работы по программе прикладных исследований по анализу реализуемости принципа открытой архитектуры в системах обработки гидроакустических сигналов (Delivery of Rapid Sonar COTS Insertion). Благодаря результатам этих программ запланирована возможность регулярного обновления каждые четыре года аппаратуры и каждые два года – ПО. Образцы систем, построенных на этом принципе, успешно прошли испытания и переоснащаются ими ПЛ типа “Vanguard”. Французская фирма TUSL, одна из ведущих в области ГА вооружений, также освоила технологии систем открытой архитектуры.

            В РФ COTS ассоциируется чаще всего с заменой импортной электроники в радиационно стойком (для космических аппаратов) или военном исполнении – “бытовкой”. Поэтому, особенно – в связи с “санкциями”, и отношение к этому направлению преобладает критическое (и, опять же, снижение стоимости продукции рассматривается отечественными разработчиками монополистами зачастую в негативном ключе). Но главный аспект COTS, как уже отмечено, не в этом, а в открытых стандартах и открытой архитектуре, без которых отсекается модернизационный потенциал, эффективность освоения промышленностью новых технологий и снижение инновационных затрат, отрасль обрекается на выпадение из процессов общемирового развития. Согласно COTS, «…для реализации систем специального назначения в подавляющем большинстве случаев ставится вопрос о выборе и адаптации (если адаптация необходима) ряда конкретных компьютерных COTS-технологий, а не вопрос генерации новой технологии. …В самом общем смысле можно сказать, что COTS-технология – это та технология, львиная доля инвестиций в которую определяется не военным, а офисным и/или общепромышленным “рынком”. Под это определение попадают архитектуры процессоров, сетей, графики; инструментальные программные технологии, операционные системы (ОС), прикладное и инструментальное ПО для различных ОС, полупроводниковые технологии и т.д. и т.п., вплоть до идеологии (алгоритмы, методология, архитектуры) продуктов. Поскольку сегодня даже апробированная, доказанная широким рынком идеология коммерческого продукта стоит очень дорого … время, когда “военные компьютерные технологии” определяли как с финансовой, так и с технологической точки зрения лицо всего компьютерного мира, прошло. Сегодня “гражданский рынок” средств вычислительной техники, как наиболее финансо-содержащий, диктует свои общие технологические, организационные и бизнес-правила жизни рынку “военному”. … Современные аппаратные и программные COTS-технологии являются тем самым реальным базисом, вокруг которого сегодня и строится здание так называемых “двойных” технологий, способных эффективно работать как в промышленных, коммуникационных и стендовых/тренажёрных системах, так и в жёстких военных приложениях при использовании единого программного инструментария» [А.Н.Рыбаков. Открытые компьютерные COTS-технологии в военных приложениях].

           Таким образом вырастает и формируется разветвлённая международная система открытых стандартов, игнорировать которую становится невозможно не только претендентам на своё место в мировом рынке, но и национально-ориентированным производителям.

           ИТАК, для того чтобы техническая разработка не устаревала к моменту её окончания, для обеспечения её жизненности, следует с самого начала заботиться не только о решении конкретной частной задачи, но и о будущем её развитии, о форме “на вырост”, не только о функционировании изделия в определённой системе с наличной инфраструктурой, но и о направлениях общетехнического развития, об идеях и взаимосвязях в среде разработчиков, о связи со средой, – питательной и живительной. А повышение динамизма развития и модернизации вооружений, переведение остроты противостояния в отношениях с противником из физического плана в сферу интеллекта, духовных сил и упреждающих реакций, да и обеспечение конкурентоспособности вооружений на мировом рынке возможно лишь фундаментальной перестройкой всей организационной структуры управления и планирования, унаследовавшей от советской поры пока лишь худшие её черты, гибельные для системы, тогда как фонд заделов и перспективных разработок близок к исчерпанию. Волюнтаристские решения дилетантов и коррупционеров, переполнение которыми всех властных структур, не исключая и оборонные ведомства (что не в силах скрывать даже в публичных заявлениях ни Президент-Главнокомандующий, ни Генеральный прокурор), должны быть системно исключены из практики. Основы новой системности не могут обходиться без системы принятия решений, включающей весь тот комплекс информационного, программного, нормативного, методического и организационного обеспечения, который, как пример, представляет “система систем” в смысле, диктуемом наступающим новым технологическим укладом.

          Информационное обеспечение научных и инженерных разработок в РФ представляет столь удручающую картину, что государственная политика и в этой области не может быть названа иначе, как самоубийственной. При том, что большая часть государственного бюджета РФ инвестирована в экономику США (это – сверх тех сотен миллиардов долларов, что утекают туда ежегодно вследствие “бегства капиталов”), даже в столицах РФ, даже в центральных библиотеках специалистам невозможно получить доступа к электронным формам ряда журналов, к основному фонду даже открытых стандартов и наиболее содержательных научных статей – из-за отказа библиотек от комплектования даже важнейшими источниками технической информации и вследствие платности услуг предоставления документов, неподъёмной для рядового научного или инженерно-технического работника, основной “тягловой”, движущей силы науки и техники!.. Без радикального и срочного изменения ситуации в сфере информационного обеспечения научно-технических работ, даже безотносительно способа организации самих работ в рамках государственных программ и убийственной постановки дела в системе патентования, РФ обречена оставаться в роли неоколониального поставщика сырьевых ресурсов и мозгов.

          Необходима выработка комплекса стандартов по сопровождению НИОКР на всех этапах, начиная с проектных заявок, и закупочных контрактов средствами развитого имитационного моделирования проектируемых или закупаемых изделий, включая условия военных операций. Это должно включать создание репозитария моделей в разнообразных модификациях, формах секретности, для всех фаз жизненного цикла изделий.

         При правильной организации этой программы – она будет не только незатратной, но, наоборот, экономящей значительную часть расходов на проведение испытаний, на экспертные оценки и выполнение НИОКР, на поддержание эффективности и модернизацию изделий. Ни одно изделие не должно быть принимаемо ни к проектированию, ни к закупкам без соответствующего ПО для имитационного моделирования в соответствующих стандартах, и на каждом этапе результаты должны сверяться с моделями, представленными на предыдущих этапах разработки.

         Всё это, конечно, жизненно необходимо – если Россия не собирается выпасть из Истории в фазе надлома, став, – по выражению Столыпина, – навозом для удобрения других наций, и руководство не намерено, – по словам идеологов “нового мирового порядка”, – продолжить процесс “утилизации России”.

         Китайцы считают несчастьем родиться и жить во времена “великих перемен” (что не мешает им и в эти времена ускоренно размножаться). А по русским воззрениям – «Блажен, кто посетил сей мир в его минуты роковые…» Для тех, кто не сводит свою жизнь к “успешному” функционированию в сетях внешних отношений, столкновение с Жизнью – благодатное вразумление, дающее надежды на то, что Высшими силами он не брошен на произвол Судьбы.

А.Н.Ракитин.         Апрель 2017.

Почему я русофоб? Новое в ленте.

 Я уже привык, что вместолевая шайка меня называет русофобом за попытки докопаться до причин развала СССР, за предположение, что деградация партийного аппарата был заложен в программных партийных...

Будущее спит в кроватке...

А в окнах заалел рассвет.И птичий щебет поутру.Клубники запах дразнит всех.В кроватке Оли – кенгуру.И улыбается во снеТо будущее, что растёт,Что прорывается вовнеИ радость жизни нам даё...

Обсудить
  • День добрый. Разработка языков сверх высокого уровня на основе аппаратных решений очевидно имеет два основных применения. Первое это уничтожение большей части человечества в рамках проекта золотого миллиарда и второе это переход на новую ступень освоения этики. На сегодня в основном финансируется первое направление. Применение высокоуровневых языков для анализа естественного языка и решения социальных задач на сегодня представлено в основном сообществом открытого кода. Время от времени военные передают часть разработок в открытый доступ, очевидно из соображений равновесия общей системы. Наиболее очевидный пример это само существование проекта Интернет, первоначально инициированный военными. На этапе разработки языков сверх высокого уровня необходимо перейти от неэффективного подхода разработки нейросетей обучающихся на основе генетических алгоритмов к самообучающимся системам прогнозирования на основе моделирования и динамических классификаций на базе низкоуровневых баз данных. Мне кажется что человечество не готово уступить управление основными экономическими и военными процессами с которым математическое моделирование справляется лучше человека, и именно этим обусловлены искусственные препятствия на пути подобных разработок в гражданской сфере. Возможно военные более склонны к прагматизму в этом вопросе. Как первые шаги необходима библиотека с открытым кодом по управлению большими данными, прогнозированию и моделированию. На сегодня в открытом коде есть только отдельные детали такой системы. Наша группа более 20 лет ведет проект библиотеки распознавания и обработки сигналов с открытым кодом и мы вплотную подошли к задаче динамической классификации на основе самообучения. Будем рады сотрудничеству и новым идеям. Всем мира и добра.
  • "То – как Интернет превращает совокупность “пользователей” в некое Единство, сверх той функциональной иерархичности, которая присуща собственно Интернету, – наиболее прозрачно видно на примере социальных сетей, аналогичных муравейнику." Неверное, на мой взгляд, отождествление. Каждый из муравьёв не имеет свободной воли, тогда как человек имеет.  Поэтому муравейник не может творить в смысле создания ранее неизвестных, однако жизнеспособных форм.   Поэтому никто не создаёт специальных структур для привлечения муравьёв в новую виртуальность. Там нужен именно человек.  Суть "новой виртуальности" - в человеке. Для её оживления нужен человек.  Поэтому человеку в виртуальном мире пытаются создать как бы даже более привлекательные условия, чем в мире реальном. И описанные вами тенденции нужны именно для этого. Для массового "бегства" человека в виртуальный мир.