Информационная теория эргасистем

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ 
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
УНИВЕРСИТЕТ ПРАВОСУДИЯ
Д.А. ЛОВЦОВ
Монография
Москва
2021

УДК 658.5.011.56:6250
ББК 30
Л 68
Автор
Ловцов Д.А., доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ 
Рецензенты:
Рябов Г.Г., членкорреспондент РАН, доктор технических наук, профессор 
(Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева 
Российской академии наук)
Бетанов В.В., членкорреспондент РАРАН, доктор технических наук, профессор 
(Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана)
Л 68
Ловцов, Д.А. 
Информационная теория эргасистем : монография / Д. А. Ловцов. — 
М.: РГУП, 2020. — 314 с.
ISBN 9785939168878
В монографии рассматриваются методологические положения (понятия, 
отношения, свойства, принципы) информационной теории эргасистем – челове
комашинных систем управления сложными динамическими объектами (СДО), 
теоретические положения синтеза и оптимизации (методы, модели, алгоритмы) 
информационных процессов в эргасистемах и информационной базы эргасистем 
на основе интегрального атрибутивнофункционального подхода к определению 
видов и форм существования и проявления информации в эргасистемах и ком
плексного ИКСподхода («информационнокибернетическисинергетическо
го») к исследованию сложноорганизованных эргасистем.
Представлены элементы разработанного информационноматематического 
обеспечения (включая экспериментальные оценки его характеристик) новых 
(нетрадиционных) информационных технологий ситуационного планирования 
и координации технологических процессов переработки контрольноизмери
тельной информации от СДО, ситуационного функционального контроля состо
яния управляемых СДО, ситуационного планирования навигационных опреде
лений СДО в эргасистеме.  
Монография содержит ряд новых научных результатов, обладающих практи
ческой направленностью и актуальных в связи с проводимой информатизацией 
управления. Адресуется научным и научнопедагогическим работникам, докто
рантам, аспирантам, специалистам и изучающим интегрированные эргасистемы.
Ил. 83, табл. 13, библ. назв. 162.
ISBN 9785939168878
© Ловцов Д.А., 2021
©  
Российский государственный 
университет правосудия, 2021

СОДЕРЖАНИЕ
Вступительное слово 
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Список принятых сокращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Глава 1. Системный анализ информационных основ 
автоматизированного управления сложными динамическими 
объектами и их отработкой в эргасистемах
1.1. Состояние и функциональнотехнические требования 
к крупномасштабным эргасистемам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
1.2. Методологические концепции основных информационных 
теорий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
1.3. Информационные процессы в эргасистемах 
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
1.4. Логическая последовательность методологических этапов 
разработки информационноматематического обеспечения 
эргасистем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Глава 2. Разработка методологических вопросов информационной 
теории эргасистем
2.1. Основные методологические понятия, принципы и положения 
информационной теории эргасистем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
2.2. Математические модели целенаправленных иерархических 
эргасистем и процессов переработки информации. . . . . . . . . . . . . . . . . .89
2.3. Математические меры количества структурной 
и содержательной информации в эргасистемах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
2.4. Система информационных показателей эффективности 
и качества эргасистем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
2.5. Определение необходимых и достаточных информационных 
условий наблюдаемости и управляемости сложных динамических 
объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Глава 3. Теоретические вопросы синтеза и оптимизации 
информационных процессов в эргасистеме
3.1. Методологические положения ситуационного планирования 
переработки информации в иерархической эргасистеме  . . . . . . . . . . .131
3.2. Математическая модель проблемной ситуации принятия 
решений по планированию переработки информации 
в иерархической эргасистеме  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
3.3. Комплекс алгоритмов оптимальной координации решений 
периферийных элементов в иерархической сети эргасистемы . . . . . .162
3

Информационная теория эргасистем
3.4. Метод тестдинамической оптимизации ситуационного 
упорядочения задач переработки информации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
3.5. Метод распределённой многоуровневой телепереработки 
информации в иерархической эргасистеме 
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
3.6. Метод адаптивного функционального телеконтроля 
бортовых подсистем сложного динамического объекта  . . . . . . . . . . . .205
Глава 4. Теоретические вопросы синтеза и оптимизации 
информационной базы эргасистемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213
4.1. Методологические положения синтеза и оптимизации 
проблемноориентированной информационной базы . . . . . . . . . . . . . .214
4.2. Разработка базы данных и знаний автоматизированной 
подсистемы координации и планирования информационных 
процессов в эргасистеме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226
4.3. Разработка базы данных и знаний автоматизированной 
подсистемы диагностирования состояния сложных динамических 
объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253
4.4. Разработка базы данных и знаний автоматизированной 
подсистемы навигационных определений сложных динамических 
объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .284
Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .306

ВСТУПИТЕЛЬНОЕ СЛОВО
 
Многолетние исследования автора по проблеме обеспечения высокой информационной эффективности эргатических систем (эргасистем) ² человекомашинных систем управления сложными динамическими объектами (СДО), 
имели целью изучение вопросов внедрения новых — нетрадиционных информационных технологий в процессы управления СДО и их натурной отработкой. 
В настоящее время развиваются интегрированные эргасистемы для управления 
комплексным процессом отработки и применения СДО, включая разработку, испытания, штатную эксплуатацию, модернизацию и снятие с эксплуатации образца СДО. При этом обеспечение целевой эффективности применения эргасистем 
сдерживается в современных экономических условиях директивными требованиями уменьшения трудоёмкости их создания и совершенствования. 
Содержание монографии охватывает круг теоретических и теоретикоприкладных вопросов, связанных с разработкой информационно-математического обеспечения (ИМО) синтеза и оптимизации информационных процессов 
и информационной базы эргасистем на основе интегрального атрибутивнофункционального подхода к определению видов, форм и свойств информации 
в эргасистемах. Причём под ИМО понимается совокупность реализованных решений по объёмам, содержанию (ценности), распределению и структурам (формам) организации и представления информации, циркулирующей в эргасистеме 
при её функционировании. Материал содержит ряд новых научных результатов 
(математических методов и моделей), обладающих практической направленностью и актуальных в связи с проводимой информатизацией управления.  
Особенность изложения научных и научно-методических материалов заключается в использовании структурно-формализованного подхода. Этот подход способствует формированию у читателя более полного научного представления о смешанном («информационно-кибернетически-синергетическом») характере и направлении развития эргасистем, а также позволяет ему оценить современное состояние актуальной проблемы обеспечения информационной эффективности управления сложными динамическими объектами и экспериментальной отработкой их качества. Кроме того, такой подход представляется перспективным при исследовании информационной сущности и информационных 
свойств управления как функции сложных человеко-машинных систем управления. 
 
5

Информационная теория эргасистем
Фундаментальный характер носят научно-методологические и теоретические положения информационной теории эргасистем, разработанные на базе 
авторского проблемно-ориентированного варианта комплексного «информационно-кибернетически-синергетического»
подхода 
(«ИКС»-подхода) 
с применением научно обоснованной авторской терминологической системы, 
представленной в опубликованной ранее монографии-тезаурусе1. 
Данные положения получили широкое и конструктивное обсуждение 
в 1999 ² 2020 гг. на межрегиональных постоянно действующих научных семинарах «Информатика, вычислительная техника и управление» Института точной 
механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева Российской академии 
наук, «Системная информатизация управления» Военной академии имени Петра 
Великого и «Системная информатизация правового регулирования информационных отношений в инфосфере» Российского государственного университета 
правосудия, что позволило обеспечить их непротиворечивость и функциональную достаточность при решении прикладных задач экспериментальной отработки сложных динамических объектов новой техники. Ряд разработанных 
методов и алгоритмов реализован в изобретениях (устройствах) и полезных моделях (программах для ЭВМ).  
Рассматриваемые в монографии теоретические и прикладные материалы 
достаточно полно и подробно опубликованы автором в научной (включая академическую) и научно-методической литературе у нас в стране и за рубежом, 
а также неоднократно и успешно апробированы в учебном процессе Московского физико-технического института (Национальный исследовательский университет), Московского государственного университета экономики, статистики 
и информатики (МЭСИ), Военной академии имени Петра Великого, Российского 
государственного университета правосудия и получили высокую оценку научнопедагогических работников, докторантов, аспирантов, слушателей, магистрантов и студентов. В связи с этим данную монографию можно рекомендовать для 
изучения и исследования предметной области информационно-кибернетических 
наук в научно-исследовательских институтах и вузах страны.   
 
Г. Г. Рябов,
член-корреспондент РАН
В. В. Бетанов,
член-корреспондент РАРАН
 
 
                         
1 Ловцов Д. А. Информационная теория эргасистем : тезаурус. М.: Наука, 2005. 248 с.  

СПИСОК ПРИНЯТЫХ 
СОКРАЩЕНИЙ
1. Стандартизованные  
АСОУ - автоматизированная система организационного управления 
АСУ - автоматизированная система управления (точнее ² управляющая) 
КСА - комплекс средств автоматизации 
КТС - комплекс технических средств 
ОС - операционная система 
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство 
ТП - технологический процесс (переработки информации) 
ЦП - центральный процессор 
ЭВМ - электронно-вычислительная машина  
ЭВТ - электронно-вычислительная техника 
ЭТД - эксплуатационно-техническая документация 
2. Общепринятые  
АИМ - автоматизированная имитационная модель 
АСПП - автоматизированная система подготовки и пуска (запуска) 
БДЗ - база данных и знаний 
БКУ - бортовой комплекс управления 
БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина 
ВПУ - временная программа управления 
ДВК - диалоговый вычислительный комплекс 
ЗПИ - задача переработки информации 
КА - космический аппарат 
ЛА - летательный аппарат 
ЛЛМ - логико-лингвистическая модель 
ЛПР - лицо, принимающее решения 
МЦИ - массив цифровой информации 
НИТ - новая (нетрадиционная) информационная технология 
НКУ - наземный комплекс управления 
НСД - несанкционированный доступ 
НТП - научно-технический прогресс 
ОУ - объект управления 
РАН - Российская академия наук 
РАРАН - Российская академия ракетных и артиллерийских наук 
ТМИ - телеметрическая информация 
УВ - управляющее воздействие 
ЧПУ 
 
числовое программное управление 
ЭС - экспертная система 
7

Информационная теория эргасистем
 
3. Вспомогательные  
АОК - алгоритм оптимальной координации 
АОУ - алгоритм оптимального упорядочения 
АИМК - автоматизированный имитационно-моделирующий комплекс 
АПКП - автоматизированная подсистема координации и планирования 
АПНО - автоматизированная подсистема навигационных определений  
АПФД - автоматизированная подсистема функционально-технического 
диагностирования  
БПС - бортовая подсистема 
ВВ - возмущающее воздействие 
ГАУ - группа анализа и управления 
ГЦФ - глобальная целевая функция 
ДСВ - дискретная случайная величина 
ДИЭ - динамика изменения энтропии 
ДП - допустимое подмножество 
ДФ - дестабилизирующий фактор 
ЕМИ - единичный массив информации 
ИАФ - интегральный атрибутивно-функциональный (подход) 
ИБ - информационная база 
ИД - исходные данные 
ИКС - информационно-кибернетически-синергетический (подход) 
ИМ - информационный массив 
ИМО - информационно-математическое обеспечение 
ИП - измерительный преобразователь 
ИПО - информационно-программное обеспечение 
ИР - информационный ресурс 
ИРС - информационно-распределительная сеть 
ИСК - измерительное средство контроля 
ИТ - информационная теория 
ИТИС - информационная теория иерархических систем  
ИТЭ - информационная теория эргасистем 
ИЭП - информационно-энтропийное поле 
КСТП - комплексная специально-техническая программа 
КИИ - контрольно-измерительная информация 
КМС - конкретная математическая структура 
ЛВК - лицо, взаимодействующее с КСА 
ЛЦФ - локальная целевая функция 
МДКА - множество допустимых комбинаторных альтернатив 
МП - матрица предпочтений 
НСВ - непрерывная случайная величина 
ОВП - относительная временная привязка 
ОДЗ - область допустимых значений 
ОИ - оператор-исследователь 
ОИП - очередность изменения параметра 
ОНП - обобщенные наблюдаемые параметры 
8

Список принятых сокращений
ОНМП - откорректированные наборы матриц предпочтений 
ОПК - обобщённые параметры контроля 
ОТП - обобщенный технологический процесс 
ОТФС ²оценивание технического и функционального состояния 
ПНП - первичные навигационные параметры 
ПО - программное обеспечение 
ПП - правило предпочтений 
ППИМ - процесс преобразования информационных массивов 
ПСВ - процесс снабжения веществом 
ПСЭ - процесс снабжения энергией 
ПЭ - периферийный элемент 
РМС - род математической структуры 
РФД - распределенное функциональное диагностирование 
РЭС - радиоэлектронное средство (измерений или/и управления) 
СВ - случайная величина 
СДО - сложный динамический объект 
СИД - ситуационные исходные данные 
СММ - структура математической модели 
СПНО - ситуационное планирование навигационных определений 
СПК - ситуационное планирование и координация (ТППИ) 
СПР - ситуация принятия решения 
СПЭ - ситуационное планирование эксперимента 
СФВ - ситуационная функция выбора (решения) 
СФК - ситуационный функциональный контроль 
ТО - технологическая операция (переработки информации) 
ТППИ - технологический процесс переработки информации 
УУ - устройство управления 
ФПС - функциональная подсистема  
ФЭ - функциональный элемент (БПС СДО) 
ЦВ - циклограмма взаимодействия (РЭС и ЛА) 
ЦФ - целевая функция 
ЦЭ - центральный элемент 
ЧМ - численный метод (оптимизации) 
ЭОК - экспериментальная отработка качества (СДО) 
ЭС - эргасистема 
ЭУ - элемент управления 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ
 
Рациональная организация информационных процессов, т.е. технологических процессов переработки информации (ТППИ), в эргатической системе (эргасистеме) приобретает все большее значение, прежде всего, как условие 
успешного целенаправленного функционирования эргасистемы, включая как её 
управляющую подсистему (АСУ ² автоматизированную систему управляющую), так и управляемые сложные динамические объекты (СДО) различной физической природы. Объём информации, необходимой для нормального функционирования эргасистем, растёт примерно пропорционально квадрату развития 
производительных сил [32]. Доля трудозатрат на обеспечение информацией 
в крупномасштабных эргасистемах начинает превышать долю трудозатрат на 
непосредственное управление СДО. Применение методов и средств автоматизации на всех этапах переработки информации в эргасистеме позволит существенно повысить как её целевую, так и технологическую эффективность. 
Создание эргасистемы как целенаправленной интегрированной большой 
иерархической системы управления связано с определением необходимых предельных возможностей её элементов. Данные о возможностях каждой функциональной подсистемы целесообразно получить на основе общего подхода 
и единой теории, охватывающей эргасистему в целом. Такую единую базу 
и общие законы, отражающие возможности эргасистем, можно разработать, 
например, на теоретико-информационной основе, поскольку понятия, связанные 
с информацией и её преобразованиями, являются основными в кибернетике 
[115]. В частности, управление СДО в эргасистеме неразрывно связано 
с понятиями: информация, цель, качество, сложность, организованность функционирования, упорядоченность, устойчивость и др., которые, в свою очередь, 
взаимосвязаны на основе единого понятия энтропии динамических систем. 
Анализ работ [21, 26, 29, 30, 32, 34, 37, 51 ² 54, 98, 111, 115, 116, 126, 128, 
131, 137, 147, 150, 152], посвящённых исследованию понятия и характеристик 
информации, позволяет сделать следующие выводы: 
² объективно существует множество видов и форм существования 
и проявления информации и возможно ещё большее число логически выводимых математических, логических и других форм её представления, являющихся 
удобными формализованными моделями; 
² информация всегда выступает как методологическая основа для обобщения [152];  
10