1.4. Принципы декомпозиции и координации при внешнем проектировании ак

Основной концепцией при решении задач внешнего проектирования является разделение или расчленение сложной проблемы на более мел­кие, которые легче поддаются решению (процедура декомпозиции), с последующим объединением этих частных решений с учетом их взаимных связей для выработки окончательного решения (процедура агрегирова­ния).

Декомпозиция задачи внешнего проектирования (анализа и син­теза АК) состоит в их разделении на ряд адекватных подзадач субоптимизации по частным критериям оптимальности, которые имеют су­щественно меньшую размерность и допускают раздельное решение» да­вая в совокупности тот же оптимальный результат, что и глобальная задача оптимизации. Это следует не только из того обстоятельства, что выполнение боевой задачи состоит из ряда этапов, но также из того, что сам АК является сложной системой, состоящей из ряда эле­ментов, каждый из которых решает свою задачу по частному критерию оптимальности.

В практике задача анализа и синтеза АК не может быть подвергну­та декомпозиции на полностью независимые задачи (возможность такой декомпозиции означала бы полную автономность и независимость под­систем, образующих АК), так как существует большое число связей как между подсистемами одного уровня, так и подсистемами более вы­сокого уровня иерархии.

Процедура декомпозиции включает в себя [3]:

- выделение отдельных в максимально возможной мере независи­мых частей общей задачи (подзадач), которые будут анализироваться отдельно (например, этап базирования, этап преодоления ПВО и т.д.);

- обоснование состава существенных связей подзадач между собой и с задачей более высокого уровня иерархии;

- выделение частных критериев оптимальности для каждой из подзадач, адекватных глобальному критерию оптимальности АК.

Под существенными связями подзадачи будем понимать те из ее параметров, которые не могут быть выбраны оптимальным образом на основании решения задачи субоптимизации по частному критерию опти­мальности в силу их взаимозависимости от параметров других подза­дач или задачи верхнего уровня иерархии (координирующей задачи).

В этом случае результат субоптимизации решения подзадачи вы­ражается как функция существенных связей (функция или множество Парето), а при решении координирующей задачи оптимизируются только существенные связи и тем самым фиксируются оптимальные значения других параметров подзадач, выбранных на предыдущем этапе в функ­ции существенных связей.

Это означает, что если система состоит из специализированных элементов, то для ее успешного функционирования специализирован­ные операции должны быть скоординированы. Проблема координации мо­жет быть сведена к двум проблемам:

- установление правил, определяющих действия подсистем. Эта проблема решается при формировании структуры системы и ее описания;

- практическое обеспечение этих правил при функционировании системы.

По-видимому, специализация и координация в иерархических сис­темах будут иметь определенный смысл, если специализированные эле­менты обладают самостоятельностью и наделены правом принятия реше­ния в рамках своей компетентности. Самостоятельность элементов оп­ределяется степенью независимости их функционирования от ситуации, в которой находятся другие элементы. В этом смысле самостоятельность (степень самостоятельности) характеризуется переменными, отражаю­щими взаимодействия между нижестоящими элементами.

Таким образом, проблема координации связана прежде всего с расчетом взаимодействия с нижестоящими элементами.

Эта задача решается с помощью принципов координации, опреде­ляющих стратегии, которыми координатор может воспользоваться, что­бы компенсировать то обстоятельство, что элементы (или некоторые из них) действуют так, как если бы они были "самостоятельны".

Под принципом координации будем понимать стратегии координатора, которые могут использоваться в процессе координации.

По-видимому, основная причина "конфликтов" в иерархических системах связана с тем, что каждый из нижестоящих решающих элемен­тов находится в неведении относительно решений, принятых другими решающими элементами. Таким образом, задача координатора состоит в оказании на нижестоящие элементы такого влияния, которое приво­дит к желательным в некотором смысле результирующим взаимодейст­виям. Поскольку каждая задача принятия решения определяется неко­торой целью и ситуацией (образом ситуации), применительно к кото­рой принимается решение, вышестоящий уровень может воздействовать на нижний соответствующим выбором целей (локальной целевой функции) и (или) путем изменения ограничений (образов).

Таким образом, каждый уровень по отношению к нижестоящему обязан:

1. выбрать способ координации;

2. задать цель (локальную целевую функцию);

3. определить структуру сигналов обратной связи с нижнего уровня;

4. конкретизировать множество координирующих сигналов;

5. модифицировать при необходимости цели и образы ситуаций.

По отношению к вышестоящему каждый уровень должен:

1. определить структуру множества координирующих сигналов с верх­него уровня;

2. сообщить результаты действия блока принятия решений в соответ­ствии с локальной целевой функцией, координирующими сигналами и сигналами обратной связи.

Укажем следующие способы координации:

Прогнозирование взаимодействий. Координирующие сигналы содер­жат в себе прогноз сигналов координации, которые будут иметь место в момент подачи управляющих взаимодействий. Проблема правильного прогноза здесь является важнейшей.

Опенка взаимодействий. Координатор сообщает область возможных значений координирующих сигналов, внутри которой данный уровень в процессе принятия решений может менять значения координирующих сигналов по своему усмотрению. По-видимому, этот способ менее "же­сток" по сравнению с первым.

"Развязывание" взаимодействий. Каждый нижестоящий уровень по­лучает право при решении собственной задачи рассматривать связую­щие входы как дополнительные свободные переменные. Это "классичес­кое" определение способа координации "развязыванием взаимодействий" В этом случае основной способ (инструмент), имеющийся в распоряже­нии координатора, состоит в координации путем изменения целей. Здесь проблема формирования и изменения локальных целевых функций является важнейшей. Учитывая ограничения "физической осуществимос­ти" технических систем и их элементов, целесообразно в дальнейшем пользоваться несколько измененным способом координации, сохранив за ним название "развязывание взаимодействий". То есть в дальней­шем будем считать, что этот способ состоит в том, что верхний уро­вень, не зная конкретных значений связующих переменных, указывает лишь границы множеств, которым они могут принадлежать; сообщает, какие из этих сигналов являются управляющими, а также локальную целевую функцию нижнего уровня, в соответствии с которой этот уро­вень принимает решения, рассматривая управляющие сигналы как пара­метры решения, а остальные считает принадлежащими множеству неопре­деленности.

Как видим, этот способ координации есть некоторое объединение второго и третьего способов.