ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ОРГАНИЗОВАННЫМИ МУЛЬТИАГЕНТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
INTELLIGENT SYSTEM OF OPERATIONAL MANAGEMENT OF DIFFICULT ARRANGED MULTI-AGENT OBJECTS

Изобретение относится к автоматизированному управлению, в частности к управлению группой (командой, коллективом) интеллектуальных агентов различного назначения, и может быть использовано для построения систем управления сложными организованными мультиагентными объектами (МА-объектами), например, в технической, экономической, административной, военной и др. отраслях, которые характеризуются неполнотой информации, значительными запаздываниями и расстройствами процессов под влиянием внешних и внутренних возмущений.
Известна интеллектуальная система регулирования [1] с координатной и параметрической обратными связями, предназначенная для управления технологическими процессами. Недостатком системы является невозможность ее использования в других областях деятельности.
Наиболее близкой к изобретению (прототип) является интеллектуальная система управления сложными организованными объектами (коборгами) [2], предназначенная для автоматизированного управления в различных отраслях деятельности. При этом под сложными организованными объектами понимается некоторое единство всех согласованно действующих в них процессов, органов, систем или функциональных узлов и компонентов, не относящихся к животному или растительному миру, но обладающие всеми основными свойствами живых организмов. Такие объекты названы нами КОБОРГАМИ, происходящее от английского словосочетания: a complicated organized objects - (сокращенно COBORGS). В этом случае при проектировании систем в некоторой проблемно-ориентированной области коборг-технология предполагает в составе коборга: а) выделить органы (процессы, функциональные узлы или системы); б) определить возможные расстройства или заболевания, которым может подвергаться коборг в процессе жизненного цикла; в) сформулировать перечень информативных внутренних параметров состояния (ВПС) в виде различных проектных нормативов, заданных диапазонов и траекторий, предельно допустимых минимальных или максимальных величин; г) обеспечить возможность непрерывного контроля (измерения, регистрации) ВПС в реальном или псевдореальном времени. Осуществляя непрерывное диагностирование внутренних параметров состояния коборга, можно с достаточной вероятностью предсказать (прогнозировать) величину приближения или удаления от поставленной цели.
Дальнейшее построение интеллектуальной системы диагностирования и управления коборгом может производиться, например, на основе процедур использования и обработки знаний в соответствующей предметной области. Известная интеллектуальная система содержит объект управления, два исполнительных блока, два регулирующих блока, первый блок измерения текущего значения выходной координаты, второй блок измерения текущего значения внутренних параметров состояния объекта, два робастных фильтра, первый блок задания выходной координаты, модель объекта без запаздывания, второй блок задания параметров состояния объекта, четыре блока сравнения, два сумматора, блок задержки, блок оценки состояния объекта, два блока экстраполяции, блок пороговых элементов, блок формирования параметрических управляющих воздействий, инвертор сигналов параметрических воздействий, схему совпадения, блок задания эталонной ошибки регулирования, ключевую схему. Недостаток известной интеллектуальной системы управления обусловлен тем, что в ней отсутствует возможность в явном виде обеспечить диагностирование и управление сложными организованными мультиагентными объектами (МА-объектами).
Изобретение позволяет применить коборг-технологию для создания интеллектуальных систем оперативного диагностирования и управления сложными организованными МА-объектами, которые в соответствии с основной концепцией коборг-технологии назовем мультиагентными коборгами (МА-коборги). МА-коборгами могут быть:
- действующая группа интеллектуальных роботов-агентов (ИРА);
- действующие отряды (соединения) локальных техно-коборгов (надводных и подводных судов, самоходных наземных машин, воздушных аппаратов);
- команда, коллектив, подразделение, персонал (далее команда) агентов-специалистов, выполняющие определенное задание или специальную операцию;
- группировки, состоящие из разнородных соединений, действующих в сетецентрическом пространстве.
Важнейшим моментом при этом является задача представления МА-коборга адекватной совокупностью органов (процессов, узлов, систем и др.) по функциональному принципу. Например, органами группировки (группы, отряда, соединения) по проведению специальных операций могут являться подразделения разведки, исполнения, прикрытия и обеспечения. Органами играющей команды могут являться: оборона, полузащита и нападение. Определяющим свойством любого организма, в том числе коборга (МА-коборга), является его состояние, которое описывается определенным числом внутренних параметров состояния (ВПС).
Применительно к МА-коборгу выделяются следующие категории ВПС:
- индивидуальные параметры состояния (ИПС) каждого интеллектуального агента в составе соответствующего функционального органа МА-коборга. Индивидуальными параметрами состояния могут быть показатели, характеризующие действия ИРА, техно-коборга или любого интеллектуального агента при выполнении специфического задания. Действия агента может описываться заранее определенным числом ИПС. Так действия агента-участника специальной операции в составе определенного органа команды (отряда, группы, подразделения) могут быть отображаться соответствующими параметрами, характеризующими, например, качество и оперативность исполнения тактических и физических приемов в ходе проведения операции (точность выполнения инструкций, точность стрельбы, время и место занятия исходной позиции, связь с партнерами). Аналогичным образом можно, например, представить действия интеллектуального агента-игрока по соответствующим параметрам, характеризующим качество и скорость выполнения тактико-технических приемов в ходе игры (отбор мяча, "закрытие" подопечного игрока соперника, передачи мяча партнеру, удары по воротам соперника, обводка опекуна и др.).
- целевые параметры состояния (ЦПС), характеризующие общее состояние МА-коборга. Такими целевыми параметрами при проведении спецопераций являются: основной сценарий, время и продолжительность проведения этапов операции (подготовка, исполнение, отход, завершение), скрытность, своевременное занятие позиции, связь и пр. В игре целевыми параметрами состояния могут считаться: счет, схема игры, время владения мячом, процент территориального преимущества, процент исполнения "наигранных" типовых тактических ситуаций и др.
- предварительные и текущие доступные целевые параметры состояния объекта противника (ЦПСП). Эта информация "добывается" различными видами разведок в случае проведения специальных операций или при непосредственном наблюдении и регистрации действий соперника, например, в процессе игры.
Текущие значения и характер изменения СЦПС, ИПС и ЦПСП отражают состояние и предопределяют результат функционирования мультиагентного объекта на всех этапах жизненного цикла. Очевидно, что независимо от назначения МА-коборга его эффективное функционирование возможно тогда, когда он находится в нормальном состоянии. Нормальное состояние МА-коборга, соответствующее достижению или приближению к поставленной цели (целевой функции), обеспечивается в случае, когда его основные ВПС находятся в заданных (запланированных) интервалах. Эти интервалы удобно представлять в виде определенных проектных нормативов для локального техно-коборга или ИРА в составе сложного МА-коборга, например соединения, группировки, или исходя из достигнутых профессиональных (тактических, технических, физических) кондиций каждого интеллектуального агента в составе команды (коллектива) с учетом его принадлежности к определенному органу команды. В количественном выражении это означает установленный максимально допустимый процент ошибок интеллектуального агента при исполнении тактических, технических и физических приемов, тактических ситуаций или сценариев, "запрограммированных" в процессе подготовительной работы. Под функциональным расстройством или нежелательным изменением состояния МА-коборга будем понимать нарушение нормального функционирования какого-либо органа или какой-либо системы, входящих в состав этого МА-коборга, носящее периодический или постоянный характер. Как правило, расстройство коборга связано с закономерным сочетанием и развитием симптомов расстройства или заболевания, представляющих собой устойчивые отклонения текущих значений ВПС от заданных (запланированных) интервалов. Полезную информацию о дополнительных характеристиках (устойчивость тренда, максимальная амплитуда, скорость изменения и др.) можно извлекать на всем диапазоне текущего изменения ВПС. На основе этих отклонений интеллектуальная система производит выявление и оценку состояния каждого органа или процесса по текущему значению и тренду кривой вероятности развития расстройства в соответствии с процедурами представления и использования знаний в предметной области. Затем принимается решение о принадлежности текущего состояния МА-коборга к заранее определенному нечеткому терму состояния типа: "нормальное", "удовлетворительное", "неудовлетворительное", "хорошее" и т.д. Это позволяет оперативно оценивать текущее состояние "здоровья" действующего МА-коборга как в целом, так и его отдельных органов. Очевидно, что для таких сложных организованных объектов, не имеющих в отличие от медицины своей собственной терминологии расстройств и заболеваний, эти приемы нечеткой логики при оперативном диагностировании состояния остаются пока наиболее удобным и единственным решением.
Цель изобретения - повышение результативности действующего мультиагентного объекта (МА-коборга) за счет оперативного диагностирования и своевременного принятия мер при намечающихся расстройствах функционирования МА-объекта.
p
p
p
На чертеже приведена блок-схема интеллектуальной системы оперативного управления сложным организованным мультиагентным объектом. Она включает сложный организованный мультиагентный объект (собственный МА-объект) 1, действующий в условиях противодействия противника и характеризующийся расстройствами состояния под влиянием внутренних и внешних возмущений, первый блок 2 измерения текущих значений "S" общих целевых параметров состояния МА-объекта, второй блок 3 измерения текущих значений "I" индивидуальных параметров состояния собственных интеллектуальных агентов, действующий МА-объект противника 16 (как объект мониторинга), третий блок 17 измерения текущих значений "Р" доступных целевых параметров состояния объекта противника, первый 14, второй 15 и третий 18 робастные фильтры, первый блок 6 заданных (планируемых) на операцию значений "S*" собственных целевых параметров состояния, второй блок 7 задания значений "I*" индивидуальных параметров состояния для каждого собственного интеллектуального агента, первый 4, второй 5 и третий 19 блоки сравнения, блок 20 совпадения сигналов, блок 8 оценки текущего состояния МА-объекта, блок экстраполяции 9, блок 10 пороговых элементов, информационно-управляющий блок 11, исполнительный орган 12, блок 13 оценки и регистрации ошибок собственных интеллектуальных агентов. Под "S" понимается общее количество измеряемых по ходу спецоперации (игры) собственных целевых параметров состояния МА-объекта. ΔS - величина рассогласования между заданными (запланированными) "S*" и текущими значениями "S" собственных целевых параметров состояния по ходу спецоперации (игры). Под блоком 20 совпадения сигналов понимается ключевая схема совпадения при сравнении текущих значений "Р" доступных целевых параметров состояния противника с одноименными текущими значениями "S" целевых параметров состояния МА-объекта из их общего числа "S". Такими, при проведении специальных операций, могут являться: время прибытия в заданный район (занятие позиции), численность и состав группировки, участвующей в спецоперации, материально- техническое оснащение и др. Для играющей команды это - время владения мячом, количество атак в единицу времени, массированность атак (количество игроков, участвующих в атаках), скорость атак, процент подбора мяча и др. Задаваемые "I*" - параметры предусматривают набор индивидуальных значений параметров состояния интеллектуальных агентов, характеризующих оптимальные тактико-технические или физические возможности каждого интеллектуального агента - участника спецоперации (игры). ΔI - величина рассогласования между количеством фактических и числом допустимых ошибок для каждого интеллектуального агента (ИРА, техно-коборга, агента-специалиста, игрока) МА-объекта по ходу спецоперации (игры). Под "U" понимается управляющее параметрическое воздействие, которым при проведении спецоперации может быть принятие решения командования по замене или добавлению новых подразделений, а также по смене плана операции на альтернативный или отмене операции. В футбольной игре таким параметрическим управлением "U" может быть решение главного тренера по смене тактического замысла (например, переход на дальние обстрелы ворот противника, изменение схемы расстановки игроков) или замене игрока и др. Блоки 2, 3 и 17 представляют собой датчики (сенсоры) для автоматического или ручного ввода текущей информации об общих целевых параметрах "S" состояния МА-объекта, индивидуальных параметрах "I" состояния собственных интеллектуальных агентов и доступных целевых параметров "Р" состояния объекта противника. Блок экстраполяции 9 может быть представлен реальным форсирующим звеном или прогнозатором скользящего среднего с учетом тенденции. Робастные фильтры 14, 15 и 19 предназначены для обнаружения и исключения грубых ошибок при вводе информации. Информационно-управляющий блок 11 представляет собой формирователь управляющих параметрических воздействий с устройством отображения информации результатов диагностирования МА-объекта. Исполнительный орган 12 представляет, например, штаб командования спецоперациями или тренерский штаб команды. Блок 13 оценки и регистрации ошибок действующих интеллектуальных агентов различного типа может быть представлен цифровым запоминающим устройством. Δ - величина отклонения между текущими значениями параметров состояния "p" объекта противника и соответственно одноименными текущими значениями целевых параметров состояния "S" МА-объекта.
Интеллектуальная система оперативного диагностирования и управления ходом спецоперации работает следующим образом.
Сигналы "S" об измеряемых (регистрируемых) первым блоком 2 текущих значений общих целевых параметров состояния МА-объекта поступают на вход первого робастного фильтра 14, в котором подавляются грубые помехи вызванные, например, при вводе информации в систему. Очищенные от случайных помех фильтром 14 сигналы "S", поступают на первый вход блока сравнения 4 и на первый вход блока совпадения сигналов 20. Сигнал "S*" о заданных значениях целевых параметров состояния МА-объекта с выхода блока 6 поступает на второй вход блока сравнения 4, в котором производится сравнение заданных и текущих значений целевых параметров состояния МА-объекта. Сигнал сравнения "ΔS" с выхода блока сравнения 4 поступает на первый вход блока 8 блока оценки текущего состояния МА-объекта. Сигналы "I" об измеряемых (регистрируемых) вторым блоком 3 текущих значений индивидуальных параметров состояния интеллектуальных агентов МА-объекта поступают на вход второго робастного фильтра 15, в котором подавляются грубые помехи, вызванные, например, при вводе информации в систему. Очищенные от случайных помех фильтром 15 сигналы "I" поступают на первый вход блока сравнения 5. Сигнал "I*" с выхода блока 7 о заданных значениях индивидуальных параметров состояния интеллектуальных агентов МА-объекта поступает на второй вход блока сравнения 5, в котором производится сравнение заданных и текущих значений индивидуальных параметров состояния интеллектуальных агентов МА-объекта. Сигнал сравнения “ΔI” с выхода блока сравнения 5 поступает на второй вход блока 8 блока оценки текущего состояния МА-объекта.
p
Сигналы "P" об измеряемых (регистрируемых) третьим блоком 17 текущих значений доступных целевых параметров состояния объекта противника поступают на вход третьего робастного фильтра 18, в котором подавляются грубые помехи, вызванные при вводе информации в систему. Очищенные от случайных помех фильтром 18 сигналы "P", поступают на второй вход блока сравнения 19 и на второй вход блока совпадения сигналов 20, в котором производится автоматический поиск текущих значений доступных целевых параметров "P" состояния противника и соответственно совпадающих с ними одноименных текущих значений из всего массива "S" целевых параметров состояния МА-объекта. Обнаруженные совпадающие сигналы "S" с выхода блока совпадения сигналов 20 поступают на первый вход третьего блока сравнения 19. Сигнал сравнения "Δp" с выхода третьего блока сравнения 19 поступает на третий вход блока 8 блока оценки текущего состояния МА-объекта.
В блоке оценки текущего состояния МА-объекта 8 заложена база знаний, которая обеспечивает количественную оценку достоверности развития расстройства или нежелательного изменения состояния МА-коборга по результатам фактических отклонений ΔS, ΔI и Δp. База знаний представляется так называемым коллективным экспертом, содержащим некую совокупность знаний из предметной области, извлекаемых из прикладных трудов по тактике и технике ведения спецопераций (игры), специальных методических инструкций, знаний руководителя спецоперации, главного тренера команды и т.п.
База знаний позволяет диагностировать следующие текущие состояния МА-коборга в целом так и его отдельных органов:
1) нормальное (запланированное);
2) хорошее;
3) удовлетворительное;
4) неудовлетворительное.
Количественная оценка каждого из этих состояний характеризуется так называемым коэффициентом уверенности вывода CFi [3], принимающим значения из интервала (-1,1). При этом CFi, принадлежащее к интервалу (0, 1), интерпретируется как вероятность наличия одного из этих состояний, а абсолютное значение CFi, принадлежащее к интервалу (-1,0), - как вероятность отсутствия какого-нибудь из этих состояний. Количественная оценка развития степени расстройства функционирования МА-коборга производится по следующим алгоритмам нечеткой логики:
1.При связи логического И:
CF[A]=CF[X и Y,.]=min{CF[X,.], CF[Y,.]}
2. При связи логического ИЛИ:
CF[A]=CF[X или Y,.]=max{CF[X,.], CF[Y,.]}
3. При комбинированной связи (КОМБ):
a) CF[A,(X,Y)]=+1, если CF[A,X]=1 или CF[F,Y]=1;
b) CF[A,(X,Y)]=CF[A,X]+CF[A,Y]-CF[A,X]·CF[A,Y],
если CF[A,X]>0 и CF[A,Y]>0;
c) CF[A,(X,Y)]=CF[A,X]+CF[A,Y], если CF[A,X]=±1 и
CF[A,Y]≠±1, а CF[A,X]·CF[A,Y]≤0;
d) CF[A,(X,Y)]=CF[A,X]+CF[A,Y]+CF[A,X]·CF[A,Y],
если CF[A,X]<0 и CF[A,Y]<0;
e) CF[A,(X,Y)]=-1, если CF[A,X]=-1 или CF[A,Y]=-1,
где CF[A,X], CF[A,Y] - коэффициент уверенности нежелательного развития расстройства A, определяемый знаниями "коллективного эксперта" или промежуточными результатами доказательств на непрерывном интервале [-1+1] от соответствующих симптомов x и y, появление которых обуславливается отклонением текущих значений параметров состояния объекта от установленного диапазона. Коэффициент CF, полученный из трех и более независимых доказательств, можно вывести последовательно, используя указанные выше формулы.
Сигнал о текущем значении вероятности расстройства или нежелательного состояния каждого органа с выхода блока диагностирования 8 экстраполируется (прогнозируется) в блоке экстраполяции 9. Экстраполированное значение вероятности расстройства или нежелательного состояния спецоперации (игры) поступает на вход блока 10 пороговых элементов. На выходе этого блока появляется логический сигнал «1» в случае, когда экстраполированные значения вероятности превышают заранее установленные значения для каждого соответствующего расстройства и состояния. Эти значения устанавливаются при настройке и тестировании системы. Сигнал диагностирования о текущем состоянии органов группировки (соединения) или команды поступает на первый вход информационно-управляющего блока 11. Кроме этого, на второй вход этого блока поступает информация с выхода блока 13 об ошибках всех действующих интеллектуальных агентов МА-объекта. На основании поступающей информации информационно-управляющий блок 11 обеспечивает визуальное представление динамики изменения состояния МА-объекта и его органов, обеспечивает отображение текущих и суммарных ошибок в действиях интеллектуальных агентов и формирует рекомендации "U" по управляющим параметрическим воздействиям на ход спецоперации (игры). Информация с выхода информационно-управляющего блока 11 поступает к исполнительному органу 12 (объединенный штаб командования спецоперацией или тренерский штаб), где принимаются окончательные решения по реализации управляющих параметрических воздействий.
Использование методов коборг-технологии для оперативного диагностирования и управления сложными организованными мультиагентными объектами (МА-коборгами) позволяет повысить результативность действующего мультиагентного объекта за счет оперативного диагностирования и своевременного принятия мер при намечающихся расстройствах функционирования МА-объекта.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU №2251721, C2, 2002.
2. Патент на изобретение RU №2435187 С2, 2011 г. (прототип).
3. Представление и использование знаний: Пер с япон./ Под ред. Уэно X, Исидзука. - М.: Мир, 1989. - 220 с.ил. (с.186-189).