«Системы систем»

Для создания сложных систем, например, управления крупным заводом, поездами РЖД или международными цепями поставок, мы развиваем сетецентрический подход, позволяющий строить мультиагентные «системы систем» нового класса, призванные впервые показать возможности ко-эволюцию самоорганизующихся систем.

В этом подходе любая сложная мультиагентная система управления ресурсами, призванная решать задачи распределения, планирования, оптимизации и контроля ресурсов в реальном времени, рекурсивно разворачивается как самоорганизующаяся сеть самоподобных мультиагентных планировщиков с р2р взаимодействием (от англ. Peer-To-Peer), работающих по принципу «каждый с каждый» и «равный с равным» с использованием сервисной архитектуры и общей шины данных для согласования решений (информационная магистраль, через которую системы обмениваются информацией, включая данные для выработки решений, вариантами решений, встречными предложениями, запросами и подтверждениями и т.п.).

Решение в сетецентрической системе получается путем согласования индивидуальных решений подсистем, каждая из которых работает на свою цель и выполняет свои задачи.

Примеры

Например, сложная мультиагентная система планирования (далее – планировщик) крупного завода, имеющего в своем составе 20-30 цехов, при этом может состоять из планировщиков отдельных цехов, взаимодействующих между собой так же, как ранее взаимодействовали отдельные агенты внутри одного такого планировщика, но только теперь целый «рой» взаимодействует с «роем».

Сетецентрическая архитектура распределенной интеллектуальной системы управления ресурсами предприятия в реальном времени

На практике это означает, что внезапное возникновение любого события в одном из планировщиков предприятия будет по возможности сразу же обработано и учтено в планах этого планировщика, но если это не получается и решение задевает планы других планировщиков – то начнется процесс взаимодействия и, возможно, волна переговоров для разрешения возникшего конфликта, что в случае разрешения и урегулирования этого конфликта позволяет такой сети планировщиков непрерывно поддерживать актуальность взаимосвязанных планов даже при любых турбулентных изменениях в окружающей среде.

Для примера рассмотрим возможные схемы взаимодействия планировщиков  производственного и транспортного цеха крупного промышленного предприятия.

Пример 1: Производственный  цех задерживается с производством ранее согласованного изделия, поскольку появился новый срочный заказ. Тогда транспорт, который был ранее запланирован на перевозку готового изделия клиенту, перепланируется, чтобы не стоять «у ворот» и не ждать производственный цех, и не терять деньги от простоя. При этом производственному цеху в качестве замены возможно будет предложен другой, менее выгодный грузовик (большего объема и потому более дорогой), и он понесет издержки ситуации, сохраняя общую прибыльность за счет нового заказа.

Пример 2: Транспорт, который был запланирован на перевозку готового изделия клиенту, не критично опаздывает в связи с поломкой грузовика. Тогда производственный цех перепланирует свою работу, и успевает дополнительно выполнить только что появившийся новый заказ, который можно завезти по дороге с первым заказом, сокращая свои затраты на транспортировку.

Пример 3: Для важного заказа запланирована дата завершения его производства и теперь начинается планирование транспортировки изделия клиенту. В ходе планирования выясняется, что длительность транспортировки может оказаться такой, что будет нарушен срок доставки и придется платить штраф за задержку. В этой связи планировщик производства должен найти способ произвести продукцию раньше и оценить, как это повлияет на другие заказы, после чего решить, что выгоднее.

Рассмотренные примеры наглядно представляют ключевой принцип сетецентризма: «Solve problems as local as possible and as global as required» — проблемы должны решаться так локально, как это только возможно, и так глобально, как этого требуется. 

История и перспективы развития

Сетецентрический подход начал активно развиваться в военных приложениях, поскольку в ходе развертывания крупномасштабной боевой кампании решать все проблемы через центр не представляется возможным, и никто заранее не знает, с какой стороны возникнет проблема, и какая из взаимодействующих систем должна будет первой откликнуться, оценить ситуацию, предложить решение и согласовать его с другими системами.

Важно отметить, что рассматриваемые системы должны изначально разрабатываться как многоярусные, предполагающими не только горизонтальные, но и вертикальные взаимодействия и переговоры, например: отрасль – как сеть заводов, завод как сеть цехов, цех – как сеть участков, участок – как сеть планировщиков рабочих.

Такой подход позволяет строить принципиально новые сложные «системы систем» с фрактало-подобными структурами из автономных, но согласованно действующих планировщиков, полноценно использующих принципы самоорганизации и эволюции на всех уровнях, и именно поэтому и образующих единый сложный «организм» предприятия, функционирующий на основе новых интеллектуальных систем реального времени.

При этом реализация рассмотренных принципов взаимодействия систем представляет собой State-of-the-Art — высший уровень сложности и мастерства в разработке и программировании современных систем, требуя сочетания знаний и умений в области теории сложных адаптивных систем, математических моделей, методов и алгоритмов распределенного планирования и оптимизации (Distributed Problem Solving), проектирования автономных интеллектуальных систем нового поколения, параллельного и асинхронного программирования, поддержки принятия решений в реальном времени.

Вместе с тем, мы рассматриваем данный подход как принципиально новую основу построения умного Интернета вещей, создающего предпосылки Industry 5.0.

Преимущества подхода

Преимущества интеллектуальных систем управления ресурсами, построенных на основе сетецентрического подхода:

  • Открытость к добавлению новых подсистем;
  • Высокое качество решений: взаимосвязанные планы согласованы;
  • Гибкость планирования – изменения могут быть инициированы с любой стороны;
  • Достоверность данных: поддержка актуальности планов между подсистемами;
  • Производительность системы (если надо, то свой сервер — каждому планировщику);
  • Масштабируемость системы (матрешка: нижние уровни не видны верхним);
  • Надежность: выход одной из строя не останавливает работу всей системы;
  • Живучесть: результат (меньшей точности) даже при потере систем нижнего уровня;
  • Эффективность: меньше затрат на разработку и поддержку.

 Дополнительная информация

Для более подробного ознакомления с принципами построения предлагаемых сетецентрических систем просим обращаться в наш учебно-консалтинговый центр по адресу info@kg.ru.

Рекомендуем также заказать нашу книгу «Managing Complexity», вышедшую в издательстве WIT Press в 2014 году.