Russia, St-Petersburg, St-Petersburg institute for informatics and automation

e-mail: sokol@spiiras.nw.ru

The purpose of report is to discussed the methodology and techniques for simultaneous intelligent system structures and functions synthesis. The main attention is primarily given to a intelligent system hardware and software structures. The most obvious advantage of our methodology and techniques is that they can be used on different stages of a intelligent system life cycle.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский институт информатики

и автоматизации Российской Академии Наук

e-mail: sokol@spiiras.nw.ru

Рассматриваются методологические и методические основы совместной постановки и решения проблемы структурно-функционального синтеза облика интеллектуальной системы. Основное внимание уделяется синтезу структур технического и математического обеспечения интеллектуальной системы. Одно из достоинств предлагаемой методологии и соответствующих методик структурно- функционального синтеза состоит в том, что они могут успешно применяться на различных этапах жизненного цикла интеллектуальной системы.

Создание и развитие интеллектуальной системы (ИС) представляет из себя сложный многоэтапный процесс, характеризующийся значительными капиталовложениями, длительным сроком реализации и существенной неопределённостью, связанной с возможными изменениями как целей проектирования и применения, так и воздействий различного рода возмущений внешней среды на ИС на различных этапах жизненного цикла, имеющих как объективный, так и субъективный характер.

Центральной задачей при разработке и модернизации крупномасштабных ИС является выбор её структуры, под которой понимается состав элементов, соответствующая система взаимосвязей (отношений) между элементами и распределение функций, выполняемых ИС. Применительно к ИС принято выделять следующие базовые структуры: структуру целей, функций и задач ИС, технологическую структуру, техническую, организационную, топологическую структуры, структуры информационного, математического и программного обеспечения (ИО, МО, ПО) ИС.

Перечисленные шесть видов структур являются инвариантными для любого класса ИС и должны рассматриваться в первую очередь при системном исследовании и комплексном моделировании соответствующей ИС.

Важность задачи синтеза вышеперечисленных структур применительно к ИС состоит в том, что от того какой окончательный вариант структуры ИС выбран, во многом зависит эффективность применения указанной ИС по целевому назначению. Дополнительную особенность рассматриваемая задача синтеза приобретает в том случае, когда учитывается такой важный аспект как динамика развития структур проектируемой ИС, которая, в свою очередь, обусловлена большой продолжительностью общего периода создания ИС, необходимостью учёта изменения и уточнения технических требований к параметрам и характеристикам ИС по этапам развития; расширением круга решаемых задач; необходимостью учёта пространственно-временных, технических, технологических ограничений, связанных с проектированием, производством, испытанием, поставкой, внедрением и развитием основных элементов и подсистем ИС. Говоря о процессах создания и применения ИС, необходимо подчеркнуть, что данные процессы, как правило, имеют эволюционный характер, в ходе которого новые поколения аппаратно-программных средств (АПС) (серверы, рабочие станции, новые версии операционных систем и т.п.) совместно используются с существующими АПС, входящими в состав уже действующих ИС. В этих условиях особую актуальность приобретает совместная постановка и решение задач синтеза облика ИС (выбора оптимального варианта её облика) и планирования развития перечисленных видов структур.

На первом шаге решения предложенной обобщённой задачи синтеза и планирования развития структур ИС необходимо прежде всего рассмотреть вопрос формирования методологических основ её исследования. Масштабность и сложность рассматриваемой в этой связи проблемы требует выбора соответствующей методологии, в качестве которой должна быть выбрана методология современного обобщённого системного анализа, представляющего из себя одно из главных направлений реализации системного подхода, в рамках которого на основе гармоничного сочетания формально- математических и логико-эвристических методов осуществляется конструктивное решение разнородных и разноуровневых задач анализа и синтеза ИС на различных этапах их жизненного цикла. Применительно к современным ИС в качестве основных этапов проведения обобщённого системного анализа указанной проблемы синтеза можно выделить:

Конструктивное решение рассматриваемой проблемы поиска и выбора наилучших вариантов создания и развития ИС предполагает, во-первых, построение соответствующего полимодельного комплекса, описывающего различные аспекты жизненного цикла существующей и создаваемой ИС, во-вторых, разработку методов, алгоритмов и методик многокритериального синтеза структуры перспективной ИС, и, в-третьих, разработку многоэтапной интерактивной процедуры поиска решения задачи синтеза ИС и программ их развития.

Анализ многочисленных публикаций по проблемам комплексного (системного) моделирования сложных организационно-технических систем (СОТС), к числу которых относятся и ИС, показал, что реализацию концепции рассматриваемого моделирования целесообразно осуществлять в рамках интегрированной системы поддержки принятия решений (ИСППР). В состав указанной системы в общем случае должны входить: имитационная система, расчётно-логическая система, интеллектуальные пакеты прикладных программ, экспертная система, инструментальные CASE-средства автоматизации проектирования. При этом, исходя из динамической интерпретации процессов, происходящих на различных этапах жизненного цикла ИС, целесообразно в качестве основной математической структуры, описывающей данные процессы, выбрать динамический альтернативный системный граф.

Анализ возможных путей решения задачи полимодельного многокритериального синтеза структур ИС показывает, что наиболее перспективными являются следующие два направления исследований.

В рамках первого подхода осуществляется формализация задачи синтеза облика ИС и выбора программ перехода от “старой” к “новой” ИС как задачи однокритериальной оптимизации на имитационной модели, описывающей процессы функционирования указанных ИС на различных этапах их жизненного цикла. Далее осуществляется неформальная декомпозиция общей задачи (модели) на частные задачи (и соответствующие аналитические модели) учитывающие с необходимой степенью детализации различные аспекты функционирования ИС. При этом размерность каждой из построенных аналитических моделей (AM), описывающих указанные аспекты деятельности ИС, во много раз меньше размерности исходной имитационной модели (ИМ). Окончательное согласование (координация) AM и ИМ осуществляется на основе принципа Парето в ходе итерационного обмена информацией между данными моделями, а также интерактивного взаимодействия с лицом, принимающим решение (ЛПР).

В рамках второго подхода осуществляется постановка задачи многокритериальной оптимизации ИС на комплексе моделей. При этом формирование и сужение множества недоминируемых альтернатив (множества Парето) осуществляется в интерактивном режиме с активным привлечением ЛПР. В качестве базовых моделей в этом случае предлагается рассматривать дискретные модели математического программирования, модели массового обслуживания, имитационные модели и модели управления развитием.

Стягивание множества Парето на дискретных моделях осуществляется итеративно путём отсечения части элементов этого множества. Такое отсечение основывается на математическом исследовании свойств множества Парето и получении дополнительной информации от ЛПР (осуществляется оценка мощности множества, оценка диапазона изменения значения показателей, оценка степени их противоречивости). Если мощность множества Парето становится приемлемой, то выбранные на статических моделях варианты структур ИС последовательно проверяются на допустимость на моделях массового обслуживания и имитационных моделях. В том случае, если заданные в указанных моделях ограничения не выполняются, то соответствующие варианты структур далее не рассматриваются. Завершается процесс синтеза определением программ перехода от существующей к перспективной ИС.

Окончательный выбор одного из перечисленных подходов к решению задачи полимодельного многокритериального синтеза структур ИС и соответствующих программ их развития определяется с учётом многочисленных факторов, в том числе: составом и структурой исходных данных, используемых при постановке и решении задачи, временем, отводимым на решение.