О постановке новой дисциплины «идентификация систем

В.В. МАКАРОВ, К.С. ГИНСБЕРГ
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Москва
О ПОСТАНОВКЕ НОВОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ИДЕНТИФИКАЦИЯ СИСТЕМ» НА ЭТАПЕ ПЕРЕХОДА
К СТАНДАРТАМ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ
Обсуждаются общие характеристики новой научной дисциплины
«Идентификация систем», учитывающей специфику профессиональной
деятельности выпускников МИФИ в атомной отрасли. Дисциплина предлагается для включения в учебный план на этапе перехода к образовательным стандартам третьего поколения. Отмечена необходимость взаимосвязи исследовательской и учебной деятельности на этапе развития и
введения новых фундаментальных научных результатов в учебный процесс НИЯУ МИФИ. Акцентирована необходимость развития и конкретизации фундаментальных положений научной дисциплины применительно
к реальным условиям идентификации объектов с повышенным риском
эксплуатации. Для проведения эффективных научно-исследовательских и
проектно-конструкторских работ предлагается провести информатизацию
процессов идентификации на этапах предпроектных исследований и проектирования автоматических и автоматизированных систем.
Одной из основных задач современной теории управления является
разработка методов и средств экспериментального построения математических моделей производственных процессов. Эти методы и средства
необходимы как на этапах предпроектных исследований и проектирования реальных систем управления, так и в условиях нормальной эксплуатации адаптивных систем с идентификатором. Идентификация систем
является именно той фундаментальной научной дисциплиной, в которой
концентрируется и порождается наиболее общее знание о методах и средствах построения математических моделей производственных процессов
на основе наблюдений и измерений. Появление этой дисциплины в технических науках обусловлено, в первую очередь, актуальными практическими проблемами в области автоматизации и управления производственными процессами, а также постановкой новых математических задач
в теории автоматического управления.
Истоками идентификации систем, на которые непосредственно или
косвенно опираются ее концептуальные и математические основы, являются фундаментальные и прикладные исследования в рамках пяти научно-исследовательских программ. Это:
1. исследования в области кибернетики и общей теории систем 40-х,
50-х и первой половины 60-х годов XX века, связанные прямо или косвенно с разработкой функционального подхода к изучению реальных систем;
2. исследования в области разработки детерминированных методов
экспериментального определения динамических характеристик промышленных объектов 50-х годов и второй половины 40-х годов XX века;
3. исследования в области разработки методов адаптивного управления второй половины 50-х годов и первой половины 60-х годов XX века;
4. исследования в области разработки методов дуального управления
первой половины 60-х годов XX века;
5. исследования в области разработки статистических методов экспериментального определения динамических характеристик промышленных
объектов второй половины 50-х годов и первой половины 60-х годов XX
века.
Новая научно-исследовательская программа, которая в отличие от изложенных выше, непосредственно нацеливает исследователей на разработку методов и средств построения математических моделей на основе
наблюдений и измерений, возникает в первой половине 60-х годов XX
века. Ее формирование и развитие связано с разработкой теории случайных процессов и математической теории систем на основе (1) уравнений
состояния, (2) экстремальных задач, (3) синтеза систем автоматического
управления во временной области, (4) логического вывода алгоритма
управления из формулировки математической задачи управления. В рамках новой программы реальный процесс построения математической модели на основе наблюдений и измерений получает название «идентификация» (identification).
Исследования в рамках новой программы появляются, хотя и очень
редко, с начала 60-х годов XX века. Их особенностью является то, что в
этих исследованиях проблема идентификации изучается как центральная
проблема. В 1967 г. International Federation of Automatic Control (IFAC)
организует в Праге международный симпозиум по проблемам идентификации «Identification in Automatic Control System», программа которого
содержит 65 докладов.
После симпозиума новая программа становится доминирующей среди
исследователей в области автоматизации и управления, а рост публикаций
по проблеме идентификации приобретает лавинообразный характер. С тех
пор IFAC регулярно один раз в три года организует симпозиум по проблемам идентификации. Последний 15-й симпозиум по идентификации
систем (Symposium on System Identification – SYSID 2009) прошел в 2009
г. в Сен-Мало (Франция). Его программа включала 303 доклада от 39
стран, из которых 12 были полностью посвящены программному и математическому обеспечению. Следующий SYSID состоится в 2012 г. в
Брюсселе. В 1968 г. в Институте автоматики и телемеханики (ныне ИПУ
РАН) организуется лаб. 41 «Идентификация систем управления», которую
возглавил проф. Н.С. Райбман. Эта лаборатория. становится первым в
СССР центром по организации и проведении фундаментальных и прикладных исследований по проблемам идентификации.
В период с 1970 по 1980 гг. только в СССР издано более 11 книг по
идентификации систем, предложены новые статистические методы идентификации линейных и нелинейных стационарных и нестационарных систем. В 2000 г. ИПУ РАН, Российский Национальный Комитет по автоматическому управлению, Российский фонд фундаментальных исследований организуют новую международную конференцию «Идентификация
систем и задачи управления» SICPRO’2000. В 2011 г. состоится IX конференция SICPRO.
В настоящее время имеется большое число общих определений термина «идентификация». Однако все эти определения практически имеют
один и тот же смысл: идентификация – это построение математической
модели системы, основанное на обработке ее наблюдаемых входных и
выходных сигналов. Указанное определение допускает различные толкования. В частности, слово «обработка» может обозначать автоматическую
обработку, а слово «построение» – процесс перехода от одного типа обработки к другому.
Тогда содержание и форма построения математической модели зависит от того, является ли процесс перехода автоматическим или выбор типа обработки является результатом познавательной деятельности человека. В первом случае идентификация – это сложная автоматическая обработка, во втором – сложная автоматизированная обработка. Как в первом,
так и втором случае идентификация возможна только при использовании
современных информационных технологий. Поэтому важной и актуальной является задача разработка высоких технологий идентификации производственных процессов на этапах предпроектных исследований и проектирования автоматических и автоматизированных систем.
Вторая задача непосредственно следует из современной государственной образовательной концепции, в основе которой лежит преподавание
базовых фундаментальных дисциплин для различных направлений подготовки специалистов. Согласно мнению разработчиков этой концепции,
учебные дисциплины становятся фундаментальными, если они обобщенно и адекватно воспроизводят фундаментальные идеи и представления,
логику и структуру соответствующих наук с позиций сегодняшнего дня.
Реализация указанной концепции предусматривает новые принципы
отбора и систематизации знаний, создания фундаментальных учебных
курсов. Поэтому актуальной и важной является задача создания фундаментального учебного курса «Идентификация систем», учитывающего
специфику профессиональной деятельности выпускников МИФИ в атомной отрасли. Эта задача сегодня особенно актуальна, если учесть, что
учебный курс «Идентификация и диагностика систем» входит в состав
федерального компонента цикла специальных дисциплин для специальности «Управление и информатика в технических системах».
При разработке нового учебного курса необходимо учесть особенности объектов атомной отрасли, значительная часть которых является производствами с повышенным риском эксплуатации. Для указанных производств разработка базисного математического описания производственных процессов должна осуществляться на основе фундаментальных законов естественных наук. Этого базисного описания чаще всего недостаточно для проектирования систем, обеспечивающих требуемые показатели
качества управления, контроля, диагностики.
Поэтому возникает необходимость в дополнении этого описания математическими моделями, сконструированными на основе методов и
средств идентификации систем. Следовательно, содержание нового учебного курса, в частности, должно включать новые комплексные методы
построения математических моделей на основе наблюдений, измерений и
фундаментальных законов естественных наук.
Разработка указанных методов является трудной научной проблемой.
Для ее оперативного решения необходим эффективный комплекс мер
стимулирования исследований в новом направлении.
В частности, он должен включать: (1) новую исследовательскую программу; (2) систему грантов; (3) конференции, в тематике которых выделены указанные в настоящей работе новые проблемные направления.