Разработка средств "искусственного интеллекта" для перспективных самолётов

Д. Поляков

С начала 80-х годов в США наблюдается резкое увеличение разработок программ и программно-технических средств, использующих технологии "искусственного интеллекта" (ИИ), в интересах вооруженных сил. Достигнутые успехи в разработке средств ИИ (СИИ) в научных и коммерческих областях, в частности в технологии создания экспертных систем (ЭС), послужили предпосылкой для проведения соответствующих разработок в военных целях*.

Кроме того, рост производительности ЭВМ, в том числе за счет появления параллельных архитектур процессоров, и миниатюризация элементной базы привели к возможности начать работы по внедрению СИИ в комплексы вооружений боевых самолетов, кораблей, танков.

В 1983 году управление перспективных разработок министерства обороны США (ДАРПА) объявило о развертывании широкого комплекса исследований по развитию вычислительной базы вооруженных сил под названием "Стратегическая компьютерная программа" (СКП). Частью СКП, включающей исследования по "искусственному интеллекту", является программа "Pilot's Associate" (PA) - "Электронный помощник летчика". Ее совместно с ДАРПА с 1985 года осуществляет лаборатория аэронавтики (Райт) ВВС США (AFWAL).

Цель данной программы - разработка СИИ, призванных выполнять ряд задач обработки информации по управлению самолетом и его системами, а также вырабатывать рекомендации по принятию решений в критических ситуациях. Такие средства должны входить в комплекс бортового электронного оборудования перспективного сверхзвукового одноместного истребителя конца 90-х годов.

Предпосылкой выбора проблемной области для данных СИИ явилась чрезмерная информационная нагрузка на летчика. Зарубежные военные эксперты отмечают, что достигнутый уровень автоматизации различных комплексов на современных самолетах при практическом отсутствии взаимосвязи между ними требует от летчика постоянной координации работы различных систем. Это приводит к тому, что он вынужден выполнять полетное задание на пределе своих психофизических возможностей. В качестве примера может служить истребитель F-16, в котором только на ручке управления и секторе газа совмещены кнопки, переключатели и верньеры, управляющие выполнением соответственно тринадцати и десяти операций. При возникновении критических ситуаций летчик вынужден концентрировать внимание на наиболее важных в данный момент факторах, теряя из поля зрения прочую поступающую информацию.

Именно эту проблему и призван решать "электронный помощник". Он будет обрабатывать поступающую на борт информацию, выдавать ее летчику по степени приоритетности и ассистировать ему в ходе выполнения действий.

Рис. 1. Структура "электронного помощника летчика"

Рис. 2. Структура прототипа СИИ (программы РА) компании "Локхид"

"Электронный помощник" представляет собой комплекс из пяти экспертных систем (рис. 1). Экспертная система - это программа, позволяющая применять правила из баз знаний в ограниченной проблемной области и моделировать процесс принятия решения человеком-экспертом.

Система обеспечения живучести контролирует состояние систем самолета, осуществляет диагностику и прогнозирование отказов, принимает меры к их нейтрализации.

Система оценки ситуации обрабатывает внешнюю информацию, включая данные с пунктов управления, и выдает летчику информацию о текущем состоянии с учетом возможного взаимо- и противодействия.

Модуль планирования выполнения задания производит в случае необходимости изменение маршрута, решает навигационные задачи, управляет ресурсами и прогнозирует экстремальные ситуации.

Система выбора тактики действий выполняет задачу определения и распознавания целей, расстановку приоритетов угроз, предлагает приемлемые тактические маневры, подбирает тип вооружения и координирует групповые действия.

Интерфейс "машина-летчик" должен решать задачу коммуникации ЭС с летчиком и обеспечивать его включение в управление системой в целом. Интерфейс предполагает наличие многофункциональных цветных дисплеев и возможности вести диалог на естественном языке (то есть распознавать и синтезировать речь).

Для организации совместной работы ЭС и распределения вычислительных ресурсов в состав комплекса вводится центральный управляющий блок.

Решая задачи, которые в настоящее время входят в компетенцию летчика, система, тем не менее, всегда оставляет ему приоритет при принятии решений. В перспективе ряд задач внутреннего взаимодействия систем (например, их реконфигурация в случае отказа) и преодоления отдельных критических ситуаций (таких, как кратковременная потеря сознания летчиком) может выполняться системой без консультаций с летчиком.

В многочисленных анализах программы РА отмечается, что для ее успешного осуществления необходимо решить три задачи: организовать речевой диалог ЭС с летчиком (задачи синтеза и распознавания речи в условиях высокой зашумленности); построить проблемные базы знаний для бортовых ЭС; обеспечить аппаратную и программную поддержку комплекса ЭС. Последняя задача, по сути, сводится к построению бортовой ЦВМ и ее программному обеспечению, что позволит СИИ работать в реальном масштабе времени, тогда как первые две - к созданию собственно СИИ.

Базы знаний - специальным образом представленные формализованные правила решения задач ограниченной проблемной области - являются важнейшим компонентом ЭС, обеспечивая им компетентность и "интеллектуальность". Программа РА поддерживает создание баз знаний по конструкции и вооружению самолета, связи, боевым планам, тактике и стратегии воздушного боя и борьбы с наземными средствами, географии, обороне противника, самолетам противника и стран-союзниц, задачам навигации и управления.

Программа РА осуществляется в два этапа (не считая нулевого, который заключался в формулировании заданий и выборе исполнителей). Первый этап (1986-1989) должен закончиться построением прототипов ЭС для оценки возможностей выбранных подходов к решению задач. Второй (до 1995 года) планируется завершить созданием всего комплекса, действующего на основе специализированной ЭВМ в реальном масштабе времени и в динамических ситуациях.

Работу по программе РА на конкурсной основе ведут две группы фирм. Первая, которую возглавляет компания "Локхид-Джорджия", включает также "Локхид-Калифорния-АДП", "Дженерал электрик", "Гудиэр аэроспейс", университет Карнеги-Меллона и другие. Эта группа занимается созданием и объединением ЭС, построенных по принципу архитектуры "доски объявлений" или "классной доски" (рис. 2). Вторая группа во главе с фирмой "Макдоннелл эркрафт" (в нее входят "Тексас инструментс" и "Систран") разрабатывает альтернативный подход к организации взаимодействия экспертных систем на основе перспективных вычислительных структур. Она увязывает свои работы с созданием компанией "Макдоннелл эркрафт" перспективных кабин для экипажей (с использованием речевого диалога, систем визуализации, нашлемных индикаторов).

Кроме того, ряд крупных фирм ведет разработки отдельных подсистем, входящих в комплекс "электронного помощника летчика".

Первоначально планировалось, что СИИ, разрабатываемые в соответствии с программой РА, будут устанавливаться на самолетах следующего за истребителем ATF поколения, однако демонстрации прототипов обоих конкурентов, прошедшие в 1988 году, показали, что можно ожидать практических результатов значительно раньше. Так, если прототип СИИ компании "Локхид" демонстрировался с шестикратным замедлением по отношению к реальному масштабу времени по простому сценарию, то более сложные тесты будут проведены уже в текущем году, а полномасштабные лабораторные испытания в реальном масштабе времени запланированы на 1991 год.

В связи с этим были внесены некоторые изменения в программу РА. Намечено продемонстрировать действующие образцы ее ЭС с тем, чтобы привлечь внимание разработчиков истребителя ATF с целью включения системы в состав аппаратуры самолета в ходе его серийного производства.

* См.: Зарубежное военное обозрение. - 1988. - № 5. - С. 13-16. - Ред.

Зарубежное военное обозрение №2 1990 С.