Основы конструирования интеллектуальных систем поддержки принятия решений в атомной энергетике

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ 

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ 
СИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ 
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ 

В АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

А.А. БАШЛЫКОВ 
А.П. ЕРЕМЕЕВ

Москва

ИНФРА-М

2021

УЧЕБНИК

Рекомендовано

в качестве учебника для студентов высших учебных 

заведений, обучающихся по направлениям подготовки 

01.03.02 «Прикладная математика и информатика», 
09.03.01 «Информатика и вычислительная техника», 

15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» 

(квалификация (степень) «бакалавр»); 

14.05.02 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг» 

(квалификация «инженер-физик»)

УДК 004.89(075.8)
ББК 32.813я73
 
Б33

Башлыков А.А.

Б33 
 
Основы конструирования интеллектуальных систем поддержки 

принятия решений в атомной энергетике : учебник / А.А. Башлыков, А.П. Еремеев. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 351 с., [24] c. цв. 
ил. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/
textbook_590b1950f1cab3.34304392.

ISBN 978-5-16-012686-9 (print)
ISBN 978-5-16-102960-2 (online)
Учебник посвящен актуальным проблемам использования достижений со
временных информационных технологий, в том числе методов искусственного 
интеллекта, в процессе принятия решений в нештатных ситуациях на экологически опасных объектах, характерными примерами которых являются энергоблоки атомных электростанций. Рассматриваемая проблемная область принятия решений в нештатных ситуациях является хорошим примером соответствия 
важности и сложности проблемы применяемым программно-математическим 
средствам в виде интеллектуальных (экспертных) систем поддержки принятия 
решений реального времени.

Содержание учебника соответствует требованиям Федерального государ
ственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.

Книга может быть рекомендована в качестве учебника для студентов, обу
чающихся по направлениям «Атомные станции: проектирование, эксплуатация 
и инжиниринг», «Прикладная математика и информатика», «Информатика 
и вычислительная техника», «Автоматизация технологических процессов и производств», а также для студентов других направлений,  аспирантов, научных 
и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами конструирования современных высокоэффективных систем поддержки принятия решений при управлении сложными техническими (технологическими) объектами 
и системами.

УДК 004.89(075.8)
ББК 32.813я73

Р е ц е н з е н т ы:

Бурдо Г.Б., доктор технических наук, заведующий кафедрой технологии 

и автоматизации машиностроения Тверского государственного технического университета;

Рыбина Г.В., доктор технических наук, профессор кафедры киберне
тики Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 
лауреат премии Президента РФ в области образования

ISBN 978-5-16-012686-9 (print)
ISBN 978-5-16-102960-2 (online)

© Башлыков А.А., 

Еремеев А.П., 2017

А в т о р ы:

Башлыков А.А. , кандидат технических наук, доцент Национального ис
следовательского университета «МЭИ», советник генерального директора 
ООО «Трансэнергострой» по информатизации и системам управления;

Еремеев А.П., доктор технических наук, профессор, заведующий кафед
рой прикладной математики Национального исследовательского уни верситета «МЭИ», лауреат премии Президента РФ в области образования, действительный член Российской академии естественных наук, член Научного 
совета Российской ассоциации искусственного интеллекта

Список основных сокращений

АСУ ТП

АЭС
БД
БЗ
БПУ
ВВЭР
ДР
ДУ
ЗПР
ИИ
ИС
ИСППР

ИСППР РВ

КФБ
ЛВС
ЛПР
МПР
ОПБ

ПВ(Н)Д
ПО
ПТК
РБН
РБМК
РВ
РГ
РН(С.В)Д 
РПУ
РО
РУ
СВРК
СВБУ
СНБУ
СКУ
СПО

автоматизированная система управления технологическим процессом
атомная электростанция
база данных
база знаний
блочный пульт (щит) управления
водо-водяной энергетический реактор
дерево решений (решающее дерево)
дерево управления
задача принятия решений
искусственный интеллект
интеллектуальная система
интеллектуальная система поддержки принятия 
решений
интеллектуальная система поддержки принятия 
решений реального времени
критические функции безопасности
локальная вычислительная сеть
лицо или группа лиц, принимающих решение
модель принятия решений
общие положения обеспечения безопасности 
атомных станций
подогреватель высокого (низкого) давления
программное обеспечение
программно-технический комплекс
реактор на быстрых нейтронах
реактор большой мощности, канальный 
реальное время
ротор генератора
ротор низкого (среднего, высокого) давления
резервный пульт (щит) управления
реакторное отделение
реакторная установка
система внутриреакторного контроля 
система верхнего блочного уровня управления
системы нижнего блочного уровня управления
система контроля и управления
система поддержки оператора

СППБ

СППР
СУЗ

ТО
ТОУ
ТР
УВС
УСБ
ФГУ
ЦВ(С)Д
ЭБ
ЭС

система представления критических функций
и параметров безопасности
система поддержки принятия решений
система управления и защиты реакторной установки
турбинное отделение
технологический объект управления
таблица решений
управляющая вычислительная система
управляющая система безопасности
функционально-групповое управление
цилиндр высокого (среднего) давления
энергоблок
экспертная система

Предисловие

Учебник посвящен весьма актуальным в последнее время проблемам использования достижений современных информационных 
технологий, в том числе методов искусственного интеллекта, в процессе принятия решений в нештатных ситуациях на экологически 
опасных объектах, характерными примерами которых являются 
энергообъекты, в частности, энергоблоки атомных электростанций 
(АЭС). 
Современные информационные технологии все больше используются в различных областях науки и техники. Одним из первых 
применений в нашей стране данных технологий были расчеты 
атомных и ядерных процессов. Тогда не возникало проблем поиска 
оптимальных информационных технологий, учитывалось только 
два показателя: быстродействие и объем памяти вычислительной 
системы. Сегодня мы располагаем значительным арсеналом достижений информатики в области математических компьютерных 
методов, сложного программного обеспечения, современных сетевых решений и перспективных микропроцессорных систем. 
Рассматриваемая в работе проблемная область принятия решений 
в нештатных ситуациях — энергоблоки АЭС — является хорошим 
примером соответствия важности и сложности проблемы применяемым программно-математическим средствам в виде интеллектуальных (экспертных) систем поддержки принятия решений реального времени (ИСППР РВ). Важность рассматриваемой проблемы 
в настоящее время все более возрастает. Чрезвычайные ситуации, 
вызываемые как природными, так и антропогенными (связанными 
с человеческим фактором) причинами, стали обыденными в нашей 
жизни. 
С точки зрения разрабатываемого и используемого аппарата 
существенным элементом является нештатность (аномальность) 
проблемной ситуации. При управлении в штатных (стандартных) 
ситуациях имеется возможность использовать классические методы управления, в то время как в нештатных ситуациях требуется 
применение специальных методов решения нестандартных плохо 
формализованных задач при особом внимании к интеллектуальным методам поиска решений. Характерной особенностью исследований, представленных в работе, является системный подход 
к рассматриваемой проблеме, при котором исследуется весь цикл 
обработки информации, начиная с входного потока и кончая при

нятием решений. Методологической основой проводимых исследований являются прежде всего системный анализ и методы искусственного интеллекта. Разработки авторов в плане математического 
и программного обеспечения ИСППР РВ прошли исчерпывающую 
апробацию в различных предметных областях, особенно в области 
управления энергообъектами (энергоблоками) АЭС.
Книга может быть рекомендована в качестве учебника для студентов, обучающихся по направлениям «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг», «Прикладная математика 
и информатика», «Информатика и вычислительная техника» и др., 
а также для аспирантов, научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами конструирования современных 
высокоэффективных систем принятия решений при управлении 
сложными техническими (технологическими) объектами и системами.
Учебник ориентирован на дисциплины, связанные с изучением 
основных подходов, принципов, методов и инструментальных 
средств построения оперативных человеко-машинных систем интеллектуальной поддержки принятия управляющих решений для 
сложных и экологически опасных промышленных объектов и технологий, основанных на динамических знаниях и данных. 
Примером такой дисциплины является дисциплина «Интеллектуальные системы поддержки принятия решений и управления 
сложными объектами».
Задачи дисциплины: 
 
• освоение основных подходов, принципов и методов человекомашинного «интеллектуального» управления сложными объектами с применением динамических знаний и данных;
 
• приобретение навыков создания и применения систем управления динамическими базами знаний и данных;
 
• приобретение навыков обоснования, проектирования и внедрения конкретных программно-технических решений при построении ИСППР и ИСППР РВ для интеллектуального управления сложными объектами, основанными на динамических 
знаниях и данных;
 
• освоение основных методов построения динамических баз 
знаний и данных, методов автоматизации процессов поиска 
решения задач интеллектуальной поддержки принятия управляющих решений в ИСППР и ИСППР РВ семиотического типа, 
методов построения интеллектуальных пользовательских интерфейсов, основанных на методах когнитивной графики, и умение 
применять их на практике. 

В процессе освоения дисциплины формируются следующие 
умения:
 
• применять основные принципы управления современными 
сложными объектами управления;
 
• разбираться в архитектуре современных компьютерных сетевых 
технологий;
 
• разбираться в современном состоянии и проблемах организации 
человеко-машинного управления, основанного на знаниях семиотического типа, сложными и экологически опасными промышленными объектами и технологиями;
 
• использовать полученные знания и умения в области построения 
ИСППР и ИСППР РВ семиотического типа, основанных на динамических знаниях и данных, развивая и расширяя посредством применения новых информационных технологий свой 
кругозор;
 
• порождать новые технические идеи и демонстрировать способность к их воплощению в конкретных системных реализациях;
 
• использовать углубленные знания правовых и этических норм 
при оценке последствий своей профессиональной деятельности, 
при разработке и осуществлении социально-значимых проектов;
 
• проводить научные исследования в области разработки ИСППР 
и ИСППР РВ семиотического типа, основанных на динамических знаниях и данных, и их внедрения в новых областях применения, разрабатывать методы автоматизации решения задач 
интеллектуальной поддержки принятия решений; проводить 
 углубленный анализ возникающих проблем, ставить и обосновывать задачи научной и проектно-технологической деятельности;
 
• управлять проектами (НИР, НИОКР), планировать научно-исследовательскую деятельность, анализировать риски, быть ответственным исполнителем и руководителем коллектива исполнителей проекта;
 
• проводить лекционные, семинарские и практические занятия 
спецкурсов в области разработки и применения интеллектуальных систем управления различного назначения, разрабатывать учебно-методические комплексы для электронного и мобильного обучения в области интеллектуальных систем управления;
 
• работать в международных проектах и участвовать в деятельности профессиональных сетевых сообществ по тематике специализации;
 
• реализовать решения, направленные на поддержку социальнозначимых проектов и обеспечение общедоступности информационных услуг.

В результате освоения дисциплины обучающийся будет: 
знать
 
• основные принципы управления современными сложными объектами управления;
 
• архитектуру современных компьютерных сетевых технологий;
 
• основные принципы построения динамических семиотических 
моделей знаний;
 
• основные подходы, методы и модели представления и методы 
манипулирования динамическими знаниями;
 
• компьютерные инструментальные средства построения ИСППР 
РВ для интеллектуального управления для различных приложений: энергосистем, объектов атомной и тепловой энергетики, 
транспортных систем и др.;
 
• возможности применения методологии построения ИСППР 
РВ для различных предметных (проблемных) областей;
 
• основные источники научно-технической информации, включая 
интернет-ресурсы, по основным направлениям методологии построения ИСППР РВ;
уметь
 
• самостоятельно разбираться в имеющихся концепциях, методах 
и архитектуре ИСППР и ИСППР РВ и применять их для решения конкретных прикладных задач в реализуемых проектах;
 
• использовать имеющееся программное обеспечение и инструментальные средства для разработки ИСППР РВ применительно к энергосистемам, объектам атомной и тепловой энергетики, транспортным системам, образованиям и др.;
 
• проводить научные исследования в области разработки и внедрения ИСППР и ИСППР РВ и получать новые научные и прикладные результаты, разрабатывать концептуальные и теоретические модели и методы решаемых задач, проводить углубленный анализ проблем, ставить и обосновывать задачи научной 
и проектно-технологической деятельности;
 
• проводить лекционные, семинарские и практические занятия 
спецкурсов в области разработки и внедрения ИСППР различного назначения, разрабатывать учебно-методические комплексы для электронного и мобильного обучения;
 
• выбирать и использовать необходимые компьютерные средства, 
в том числе перспективные параллельные и распределенные 
системы, математическое и программное обеспечение;
владеть 
 
• методологией и навыками практического применения подходов, 
методов и архитектур построения ИСППР и ИСППР РВ, на

правленных на внедрение, а также соответствующих компьютерных средств, математического и программного обеспечения 
в своей профессиональной деятельности; навыками разработки 
ИСППР и ИСППР РВ для различных приложений, включая 
энергосистемы, объекты атомной и тепловой энергетики, транспортные системы и образование;
 
• терминологией, навыками поиска и использования научно-технической информации по профессиональной тематике;
 
• навыками работы в коллективе и аргументированно обосновывать используемые методы и подходы. 

Принятие решений «освобождает» организм 
от чрезвычайно большого количества степеней свободы и оставляет лишь одну, которая и реализуется.
П.К. Анохин, академик

Введение

Академик П.К. Анохин, возглавлявший в АН СССР комплексные исследования по проблеме принятия решений, утверждал: 
«Решение есть неизбежный предмет интеграции и предмет выбора, 
из многих возможностей выбирается одна, которая позволяет организму или машине добиться наибольшей эффективности» [1, 
с. 7]. Он также считал, что в функциональной системе принятие 
решений является не изолированным механизмом (актом), а одним 
из этапов развития целенаправленного поведения. В процессе принятия решения выделяются два основных этапа: информационной 
подготовки решения (стадии «предрешения» по П.К. Анохину) 
и собственно процедуры принятия решения. В самом общем виде [1] 
принятие решения представляет собой формирование последовательности действий для достижения определенной цели на основе 
анализа и преобразования некоторой информации об исходной 
ситуации (далее ситуация, в которой требуется принимать некоторое решение, — проблемная ситуация). Под принятием решений 
в профессиональном отношении можно считать особый вид человеческой деятельности, который состоит в обоснованном выборе 
наилучшего в некотором смысле варианта или нескольких предпочтительных вариантов из имеющихся возможностей (так называемого множества альтернатив) [2]. 
В общем виде процесс принятия решений включает в себя следующие шаги (детализируя упомянутые выше этапы информационной подготовки и собственно процедуры принятия решений):
1) осмысливание и анализ проблемной ситуации;
2) формулировку задачи принятия решения (ЗПР), под которой будем понимать, следуя работе [3], задачу поиска (выбора) 
в терминах цели, средств (имеющихся альтернатив) и результатов, 
которые оцениваются на основе некоторого критерия (однокритериальная задача поиска решения) или множества критериев (многокритериальная задача);