Концепция большой АС космодрома

Концепция большой АС космодрома

Учебное пособие для практических занятий

МАИ

Кафедра 604

Д.А. Разумов

Москва 2018 г.

Оглавление

Цель системы.. 3

Структура Системы.. 4

Надсистема. 4

Состав подсистем.. 4

Функции системы и подсистем.. 6

Факторы, влияющие на функционирование системы.. 7

Множество структурных альтернатив декомпозиции системы.. 9

Централизованная схема управления. 10

Децентрализованная схема. 11

Смешанная схема. 12

Функции системы.. 15

Функциональная декомпозиция ЖЦ Системы.. 19

Показатели эффективности системы в целом и ее подсистем. 23

Прототипы Системы.. 23

Практическая значимость работы.. 24

 

Цель системы

 

Целью создания АСУ космодрома (АСУК) является повышение качества управления сложным техногенным комплексом, в структуру которого входят органы оперативного управления, центры обработки вызовов и диспетчерские службы различных государственных, региональных и муниципальных структур, повышение оперативности реагирования на различные ситуации, или предотвращение вероятности (угрозы) их возникновения, повышение качества информированности этих служб и координации их совместных действий.

АСУК является органом повседневного и непрерывного во времени управления. АСУК способствует улучшению качества взаимодействия различных служб и ведомств в ходе выполнения специальных и повседневных задач, реагирования на события различного характера, повышению скорости реакции системы в целом, исключению дублирования функций и повышению эффективности использования средств государственных и региональных бюджетов, направляемых на эти нужды.

В свою очередь, АСУК предназначена для технического и информационного сопровождения принятия решения, координации действий служб посредством создания единого организационно-технического механизма, основанного на современных технологиях обработки, передачи и представления данных, использовании высокопроизводительных вычислительных и программных комплексов, а также средств космической спутниковой навигации, геоинформационных систем и других технологий. Таким образом, целями внедрения АСУК являются:

•   обеспечение сокращения времени реагирования вышеперечисленных служб на события повседневного, чрезвычайного и комплексного характера,

•   координация действий этих служб для повышения качества выполнения задачи.

Система должна предоставлять механизм поддержки действий для организации мероприятий по управлению ситуациями, как с рабочих мест в центрах управления, так и непосредственно в районах разворачивающихся событий на основе накопления, анализа (обработки) данных и реагирования на поступающие сообщения о событиях, происшествиях, техногенных катастрофах, обеспечения организации устойчивого взаимодействия с ответственными структурами министерств и ведомств.

Пример: гибель маршала Неделина и 120 офицеров на Байконуре.

Структура Системы

Надсистема

 

АСУК является сложной системой и входит с одной стороны в структуру управления нескольких федеральных ведомств, среди которых можно назвать Роскосмос, Министерство обороны, и др., а с другой стороны является опорным звеном для обеспечения государственного управления со стороны национального центра управления (НЦУКС) через Единую дежурную диспетчерскую службу (ЕДДС) и взаимодействие с региональным звеном Ситуационного центра губернатора.

Например, управление космодрома Восточный после успешного пуска реорганизуется в тесном взаимодействии не только с ведомствами, но и с региональными структурами государственной власти.

Инфраструктура космодрома…

Инфраструктурная реализации на основе идей Smart City, IIoT, «Умный безопасный город РФ».

Состав подсистем

Концепция С4I.

Какой-то общей схемы построения АС космодрома регионального уровня не существует, кроме того, эта схема меняется на различных этапах ЖЦ системы. Поэтому каждый проект/этап является уникальным в своём роде и соответственно требует от поставщиков различного уровня и от потребителя индивидуальных подходов, зависящих от совокупности факторов, определяемых на различных фазах ЖЦ системы как ключевые.

Поэтому, самом общем смысле структуру системы управления уровня региона, как правило, составляют центры управления (ЦУ), центры обработки вызовов (ЦОВ) и дежурные диспетчерские службы различного уровня и подчинения (Рисунок 1).

Рисунок 1. Региональная структура управления космодрома

На верхнем уровне иерархии располагается главный центр управления ССС (Command Control Center в терминах C4I). Это может быть при определённом стечении обстоятельств ситуационный центр (СЦ) губернатора, если структура демилитаризована (Байконур) или находится на ранней стадии развития (Восточный) или ССС одной из главных на данном этапе развития системы структур, например ведомственный СЦ Спецстроя, на стадии строительства космодрома, Единая Дежурная Диспетчерская Служба регионального города Циолковский и т.д. Таким образом, основной акцент в управлении (критически важного объекта) КВО делается на тот орган, который наиболее соответствует текущей стадии ЖЦ объекта. Следовательно, структурная декомпозиция системы может давать разный результат в зависимости от определённого этапа и сложившихся обстоятельств, в соответствии с перечисленным набором основных факторов.

Рисунок 1. Основной операционный процесс управления

Рисунок 2. Региональная организационная структура управления космодрома в нотации C 4 I

На верхнем уровне иерархии располагается главный центр управления MССС (Main Command Control Center). Это может быть при определённом стечении обстоятельств, если структура находится на ранней стадии развития (Восточный), ССС одной из главных на данном этапе развития системы организаций, например, ведомственный ситуационный центр (СЦ) Спецстроя (на стадии строительства космодрома) или Единая Дежурная Диспетчерская Служба муниципального образования Циолковский и т.п. Таким образом, основной акцент в управлении критически важным объектом (КВО) делается на тот орган, который наиболее соответствует текущей стадии ЖЦ. Следовательно, структурная декомпозиция системы может давать разный результат в зависимости от определённого этапа и сложившихся обстоятельств, в соответствии с перечисленным набором основных факторов.

Рассмотрим самый общий набор функций, который соответствует разным структурным компонентам системы.

Главный ЦУ(ситуационный центр) MССС обеспечивает координацию действий всех служб министерств и ведомств, органов государственной власти на подотчётной территории, и является опорным звеном для обеспечения управления со стороны вышестоящих госорганов. Система обеспечения обработки сообщений оперативных служб является одним из основных организационно-технических механизмов, обеспечивающих комплексную работу всех ССС на космодроме. Она базируется на центрах обработки вызовов (ЦОВ). В отдельных случаях может быть принято решение иметь только один основной ЦОВ на всю обслуживаемую территорию, но иногда на уровне каждого объектного/ведомственного RССС (кислородный завод, аэропорт, наземный измерительный пункт (НИП), стартовый комплекс, служба энергообеспечения, транспортный диспетчерский центр и т.д.) или муниципального органа (г. Циолковский), создают свой узел обработки вызовов. Всё зависит от объёмов финансирования и имеющихся технических возможностей, например, каналов передачи данных приемлемого качества. Таким образом, каждый ССС может выполнять следующие функции:

­   приём и первичная классификация сообщений о событиях;

­   определение ответственных ССС за эти события;

­   передача информации на уровень ответственного ССС;

­   контроль действий ДДС по завершении событий;

­   подготовка отчётной информации для передачи на более высокий уровень.

Вследствие обозначенных выше причин можно выделить 3 наиболее характерных структурных организации, которые могут мигрировать одна в другую или сосуществовать совместно: централизованная схема, децентрализованная и смешанная. Рассмотрим каждую из них.

Централизованная схема управления.

За счёт выделяемого финансирования создаётся главный MССС, как правило, на базе специально строящегося или предусмотренного для этого здания. С точки зрения технической реализации обеспечивается необходимая телекоммуникационная платформа по обработке информации, поступающей с обслуживаемой территории, и строится соответствующая IT инфраструктура на базе общего центра обработки данных, к которому подключаются рабочие места операторов главного ЦОВ. При этом применяется унифицированное программное обеспечение, обеспечивающее специфику фиксации первичной информации для различных типов событий, а также управление ресурсами реагирования на основе применения технологий ГИС, современных цифровых систем связи и систем мобильного позиционирования. Таким образом, применяется так называемая полностью «централизованная» схема управления, которая осуществляет не только обработку экстренных вызовов в едином ЦУ (CCC), но и обеспечивает управление силами и средствами реагирования из этого центра.

Среди достоинств данного решения следует отметить:

•   сокращение времени передачи информации специализированной бригаде для выезда к месту события;

•   сокращение времени принятия решения по комплексному реагированию за счёт того, что диспетчеры/аналитики всех служб находятся в одном месте и работают в единой системе на основе общего сервера;

•   обеспечение единой схемы управления по комплексным событиям в результате использования унифицированных систем управления и связи, работающих на основе общих технических и информационных ресурсов.

Недостатками централизованного подхода являются:

•   высокие начальные затраты по созданию системы (строительство и оборудование нового ЦОВ, модернизация каналов связи и т.д.);

•   необходимость ликвидации специализированных ЦОВ (на нижних уровнях иерархии) и вывод диспетчеров и операторов в подчинение новой структуры управления, связанная с этим процессом штатная и структурная реорганизация;

•   увеличение первоначальных затрат на подготовку и обучение персонала MCCC.

Децентрализованная схема.

В соответствие с имеющимся опытом развития подобных проектов в России можно отметить следующие особенности:

Заказчик, как правило, не предполагает ликвидацию ЦОВ нижнего уровня, обеспечивающих приём вызовов и реагирование по направлениям, т.е. ДДС существующих экстренных служб (ЖКХ, энергоснабжения, МВД и т.д.) остаются функционировать в прежнем составе. Во многом это обуславливается, например, тем, что службы 101 и 102 являются ведомственными формированиями МЧС и МВД, поэтому решения по слиянию диспетчерских функций этих структур наталкиваются иногда на непреодолимые ведомственные противоречия. Главный ЦУ(MCCC) оснащается средствами связи и IT инфраструктурой, обеспечивающей приём экстренных вызовов с обслуживаемой территории. Его функции ограничиваются фиксацией информации о событиях и передачей их в специализированную службу, которая осуществляет реагирование и передаёт информацию о статусе завершения события обратно в MCCC. Таким образом, вся существующая инфраструктура сохраняется почти в неизменном виде, но появляется новая надстройка в виде дежурной службы MССС.

Перечислим достоинства данной «децентрализованной» схемы:

•   не требуется относительно больших объёмов финансирование на организацию главного ЦУ;

•   штатная структура и состав информационного обеспечения в специализированных CCC остаются в почти неизменном виде;

•   специализированные ЦОВ и соответствующие CCC остаются в штатной структуре и в подчинении соответствующих руководителей;

•   соответствующие информационные ресурсы (сервера БД и т.д.) и техническая инфраструктура остаются в подчинении руководителей специализированных CCC;

•   низкие требования к каналам передачи данных между CCC.

К недостаткам этой схемы относятся:

•   временные задержки в схеме информационного взаимодействия между CCC различной ведомственной подчинённости для передачи информации и поддержке функций управления при реагировании на комплексное событие, что увеличивает время реакции на событие в целом;

•   в целом затраты на обслуживание, эксплуатацию и обучение в рамках всех подсистем локальных ССС выше, чем при централизованной схеме, т.к. в каждом узле реализуются дублирующие функции по эксплуатации и обслуживанию технической инфраструктуры;

•   повышенные затраты на развитие и модернизацию, т.к. при изменении в программном и аппаратном обеспечении требуется поддержка интерфейсов с системами других CCC.

 

Смешанная схема.

При реализации проекта в реальных условиях следует учитывать разнообразие дежурных служб, участвующих при отработке решений, а также неоднозначность взаимоотношений между ведомствами и не только. Поэтому необходимо предусмотреть разные возможности взаимодействия различных центров принятия решения (CCC), в зависимости от их уровня подчинённости, оснащения, технических условий, объёмов финансирования и некоторых других факторов. Очевидно, что перечисленные особенности дают право на жизнь как централизованной, так и децентрализованной схеме. Например, для того, чтобы выполнить требование некоторых ведомственных CCC оставаться хозяевами своей инфраструктуры по обработке событий и управлению ресурсами для них следует рассматривать решение по децентрализованной работе. И наоборот, если мы имеем дежурную службу, которая не имеет требований по секретности и/или не имеет возможностей нести эксплуатационные и иные расходы по обслуживанью информационной и технической инфраструктуры ЦОВ, то вполне вероятно подключить сервисы регистрации событий для неё на общий сервер. Таким образом, при реализации проекта будут использоваться, скорее всего, оба вышеописанных подхода, что можно условно обозначить как «смешанную» схему реализации.

Достоинства и недостатки «смешанной схемы»

Достоинства:

•   Возможность гибко подходить к построению структуры системы с учётом требований Заказчика в части реализации специфических задач.

•   Возможность максимально приближаться к удовлетворению требований ключевых показателей эффективности при имеющихся ограничениях ресурсных, финансовых и политических возможностей.

•   Возможность закладывать на перспективу реализацию наиболее оптимальной структуры при возникновении дополнительного финансирования и политической воли.

•   Возможность показать на практике преимущества и недостатки того или иного подхода.

 

Недостатки:

•   Наличие ограничений и сдерживающих факторов при возникновении дополнительных требований для удовлетворения ключевых показателей эффективности в случае развития ситуации.

•   Сохранение неопределенности в структурных подходах может приводить к снижению качества выполняемых задач.

•   Наличие дублируемых функций на различных уровнях и в узлах системы.

•   Необходимость поддержания дополнительных интерфейсов к решениям от различных производителей.

Стоит отметить, что рассматриваемая система представляет собой совокупность подсистем, объединённых иерархическими и горизонтальными информационными связями и связями по управлению, и обладает всеми признаками больших систем.

Представленный анализ требует от разработчиков такой системы моделирования, которая позволяла бы гибко реагировать на меняющуюся ситуацию в зависимости от стадии ЖЦ, давала возможность моделировать процессы адекватно структурным изменениям без тотального перепрограммирования.

Рассматриваемая в статье автоматизированная система управления – большая система, относящаяся к классу пожизненных систем. Имеется в виду, что пожизненная система востребована всегда, но время эксплуатации конкретного варианта ограничено. По прошествии определенного времени требования к системе, её функциональным возможностям подлежат пересмотру и корректировке.

Иногда предпринимаются попытки построения подобных АСУ собственными силами, что называется с нуля, однако, практика создания больших систем показывает, что наиболее рациональным является создание АС на основе стандартного решения. Опыт работы с большими системами пока (тем более в регионах) незначителен. Условия и специфика развертывания АСУ в каждом случае свои. Это обстоятельство требует формализации инструментов, которые будут использоваться при создании системы на основе стандартного решения. Важно, чтобы Заказчик понимал потребность и специфику использования соответствующих инструментов.

 

Рисунок 3. Общая структура АСУ космодрома

Верхний уровень координации и управления обеспечивает ситуационный центр (MCCC), который оснащается центром обработки вызовов/сообщений (ЦОВ), системой поддержки принятия решений (СППР), геоинформационной системой и другими техническими средствами и программным обеспечением, поддерживающими необходимую платформу для работы групп аналитиков и в случае необходимости - для кризисного штаба.

Общая интеграционная шина обеспечивает интеграцию АСУ (АСУ ТП) объектов космодрома с интерфейсами СППР и другими подсистемами СЦ.

Объекты управления, как правило, оснащаются специализированными АСУ ТП, поддерживающими процессы в рамках специфических задач.

Дежурные диспетчерские службы (ДДС) – это специализированные структуры, которые обеспечивают управление соответствующими дежурными подразделениями в рамках решения проблем возникающих в определённых ситуациях или в ходе мероприятий технического, а также кризисного и чрезвычайного характера, например, транспортировка ракетоносителя из МИКа на старт, обрыв телекоммуникационного кабеля, разлив высокотоксичных компонентов топлива, взрыв на стартовой площадке и т.д. К дежурным службам также относятся экстренные оперативные службы (ЭОС) скорой медицинской помощи, полиции, аварийно-спасательных формирований. Если состояние процесса не выходит за границы, определённые технологическим циклом, то им занимается соответствующее эксплуатационное подразделение, в противном случае, или если возникает ситуация, лежащая вне зоны ответственности этого подразделения, привлекаются соответствующие ДДС. Аналитические группы СЦ или кризисный штаб (в зависимости от ситуации) осуществляют общую координацию.

На рис. 3. цветом выделена область, в рамках которой рассматриваются вопросы моделирования. Наиболее общее схематичное представление задачи управления космодромом может выглядеть так, как это показано на рис. 4.

 

Функции системы

 

Если рассматривать сценарии функционирования в контексте логики работы современного ситуационного центра верхнего уровня, то необходимо сосредоточится на выполнении бизнес-процесса, представленного на рисунке 2.

При построении ССС верхнего уровня речь идёт о комплексной интегрированной автоматизированной системе поддержки принятия решения руководителями предприятий и дежурных служб, которая позволяет в условиях реального времени на основе анализа имеющихся информационных потоков, алгоритмов и накопленного опыта предоставлять необходимую информацию лицу, принимающему решение (ЛПР). Таким образом, в области ответственности Системы следует рассматривать не отдельную функцию или сервис (видеонаблюдение, сигнализация датчиков, мобильное позиционирование, соблюдение бюджетной дисциплины и т.д.), а процесс обеспечения управляемости и безопасности в условиях критических и иных ситуаций в целом от поступления информации о событии до получения отчёта о реагировании. На Рисунок 2 представлена карта процессов, определяющих, так или иначе, концепцию управления в кризисных или иных ситуациях. С точки зрения построения АСУК можно выделить основные и вспомогательные процессы. К основным в данном случае относятся операционные процессы ССС,  

 

Рисунок 4. Парадигма процессного подхода. Карта процессов.

целью которых является поддержка решения при комплексном управлении силами и средствами в ходе выполнения задач реагирования в критических и иных ситуациях:

•   Процессы приема и первичной обработки информации о событии, которые в свою очередь подразделяются на обработку сообщений по телефону, а также технических подсистем сигнализации, SCADA, датчиков и т.д.

•   Получение данных о ситуации в районе события. Где, что и когда произошло. Как это связано с объектами с критической инфраструктурой. Наличие ресурсов, сил и средств для реагирования в этом районе. Анализ оперативной обстановки.

•   Детальная классификация ситуации по единым справочникам с использованием возможностей автоматизированной поддержки (вопрос-ответ).

•   Автоматизированная разработка комплексных решений по реагированию с использованием структурированной базы знаний планов, заранее предусмотренных экспертами.

•   Доведение планов до исполняющих подразделений в виде команд и сигналов оповещения с различным уровнем детализации (подразделение, ресурс, экипаж).

•   Контроль исполнения планов. Уточнение данных оперативной обстановки по сигналам и докладам. Коррекция планов в случае необходимости.

•   Процессы протоколирования и отчётности о ходе выполнения задачи, за период по подразделениям, по организациям и т.п.

Важной составляющей деятельности ССС являются процессы общего менеджмента, которые обеспечивают:

•   Связь со средствами массовой информации для освещения события и деятельности руководства в органах печати, телевидения, интернете и т.д.

•   Общую организацию деятельности центра.

•   Разработку стратегии и стандартов безопасности.

•   Определение и классификацию угроз.

•   Кадровую политику.

 

Процессы поддержки и обеспечения могут включать:

•   Мероприятия по защите информации и персональных данных, определяемые законом.

•   Управление знаниями.

•   Управление рисками.

•   Управление бюджетом и бизнесом.

•   Анализ дополнительных данных.

 

Приняв за основу подобный процессный подход, необходимо рассматривать техническую инфраструктуру, формируемую различными подсистемами (фиксированные и радиокоммуникации, мобильное позиционирование на базе ГЛОНАСС, видеонаблюдение, планы реагирования, и т.д.), как совокупность сред, предоставляющих информационный контент для подготовки решения на различных стадиях управления. Качество этого контента и способность ЛПР воспринимать информацию из различных источников обеспечивают в конечном итоге качество и быстроту принятия решения.

Теперь рассмотрим деятельность ССС среднего уровня, который функционирует, например, на базе ЕДДС муниципального образования (МО), ДДС транспортного узла/службы, ДДС кислородного завода и т.п.

Таким образом, сценарий работы ЦУ этого уровня обобщённо может выглядеть так:

•   приём информации о событиях из ЦОВ, ДДС муниципального образования, других ДДС;

•   передача информации в целевую ДДС и в ССС верхнего уровня (если это необходимо);

•   координация действий ДДС по комплексным событиям;

•   передача отчётной информации в администрацию МО и в ССС верхнего уровня.

Дежурные диспетчерские службы городского округа (муниципального района), площадок и иных КВО выполняют свои функции в соответствие с возложенными на них задачами, однако, в рамках исследуемой проблемы необходимо выделить следующий сценарий функционирования:

•   приём информации о событиях, как от собственных ЦОВ, так и от ЦОВ вышестоящего уровня (например ЕДДС МО, ДДС подразделения Роскосмоса, ДДС Россети и т.п.);

•   классификация событий;

•   определение планов реагирования и контроль действий подчинённых сил и средств;

•   передача информации о комплексных событиях и в смежные ДДС МО;

•   подготовка отчётной информации для собственных руководителей, ЕДДС, руководства МО, руководства местным подразделением Роскосмоса и т.д.

Следует отметить, что количество уровней, узлов и связей и другие детали конфигурации зависят от этапа ЖЦ Системы, а также многих иных факторов, которые будут рассмотрены.

Таким образом, описываемая структура представляет собой совокупность иерархически и параллельно связанных центров обработки вызовов/сообщений и принятия решений, которые выполняют функции по сценарию комплексного реагирования и решения задач управления на заданной территории.

Прототипы Системы

 

1. Разработка системного проекта комплексной автоматизированной системы Инновационного Центра (ИЦ) «Сколково» в контексте парадигмы SmartCity.

2. Разработка прототипа решения комплексной АСУ для обеспечения безопасности метро г. С-Петербург.

3. Разработка прототипа решения глобальной системы ЭРА ГЛОНАСС на базе комплексной автоматизированной системы поддержки действий (СППР) Siemens ELS (Einsatz Leit System).

4. Разработка проекта системы ситуационного управления Алтайского края.

5. Разработка проекта комплексной автоматизированной системы ситуационного управления г. Штутгарт на базе решения Siemens ELS.

6. Разработка проекта комплексной АСУ для УВД Кемеровской области и т.д.

 

Концепция большой АС космодрома

123456Следующая ⇒

Поделиться: