Онтологии научно-технологического прогнозирования в интересах обеспечения обороны и безопасности государства

Обороноспособность и безопасность государства (ОБГ) во многом определяются уровнем развития вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ). Уровень развития ВВСТ зависит от научно-технического уровня существующего и формируемого научнотехнического задела, определяемого как совокупность научных и технологических знаний, позволяющих создавать перспективное и нетрадиционное оружие, а также от новизны используемых технологий. Прогнозирование и стратегическое планирование научнотехнологического развития оборонно-промышленного комплекса (ОПК) является необходимым условием соответствия научно-технологического задела современным требованиям для создания на основе использования новых и современных технологий перспективного и не- традиционного оружия, а также конкурентоспособных образцов ВВСТ. Для обоснования результатов прогноза необходимо понимание его сущности, структуры, свойств, закономерностей формирования и валидации результатов. Это обусловлено тем, что научнотехнологический прогноз формирует цели и задачи развития науки и технологий для промышленного производства конкретного образца ВВСТ, является важнейшей частью подготовки решения и фактически определяет траекторию развития и научно-технологический задел ВВСТ.

В настоящее время не существует общепринятой методологии формирования прогнозов в области обеспечения ОБГ, отвечающей на основные вопросы о свойствах и особенностях прогнозирования, об источниках формирования прогноза и путях его использования при создании новых изделий, тенденциях его развития и эволюции, его связи с прорывными и критическими технологиями. Отсутствие общей теории научно-технологического прогнозирования (НТП) порождает многообразие взглядов и мнений, несогласованность в вопросах планирования и реализации исследований по созданию новых технологий и перспективных образцов ВВСТ, в вопросах обучения молодых специалистов по НТП.

Неоднозначность и многообразие взглядов и мнений на порядок формирования научнотехнологических прогнозов приводят к межведомственной несогласованности, в результате этого уменьшается функциональный и экономический эффект от планирования и реализации работ по созданию новых технологий и образцов ВВСТ, происходит затягивание сроков выпуска новой техники, возрастают экономические потери. Практика показывает, что открытие опытно-конструкторских работ по созданию высокотехнологических образцов ВВСТ с незрелым научно-техническим заделом приводит к увеличению сроков их создания в 1,9 раза, повышению стоимости разработок в среднем на 40%, а стоимости закупок финальных образцов - на 20% [1].

1    Постановка цели и задач

Целью исследования является формирование онтологии НТП в области обеспечения ОБГ, которая позволит наглядно представлять основные концептуальные элементы области НТП в указанной сфере и характер их взаимодействия в условиях многообразия и динамичности потоков информации.

Научно-технические задачи, обусловливающие необходимость разработки онтологии НТП, представлены в таблице 1.

2    Методы исследования

Основой для разработки онтологии НТП послужили публикации по проблемам НТП [23], а также онтологические подходы, представленные в работах [4, 5].

Область НТП в целях укрепления ОБГ характеризуется отсутствием нормативно установленных определений, строгой классификации прогнозов. При этом представление прогноза постоянно развивается, что отражается в расширении и изменении понятийной системы. Основы концептуальной модели источников угроз экономической безопасности на национальном уровне и методика анализа рисков и угроз экономической безопасности в социально-экономической системе на основе факторной модели рассмотрены в работах [6, 7]. Специалистам в области формирования прогноза развития науки и техники в интересах обеспечения ОБГ необходим простой и наглядный инструмент для осмысления и понимания понятий указанной предметной области (ПрО), а также для описания взаимоотношений между концептами и классами (подклассами) этой ПрО.

Таблица 1 - Научно-технические задачи, обусловливающие необходимость разработки онтологии НТП

Задачи	Пути решения
Улучшить взаимопонимание специалистов, участвующих в формировании НТП в области укрепления ОБГ	Разработка онтологии НТП в сфере обеспечения ОБГ.
Повысить достоверность прогноза, в том числе путём внедрения машинных методов обработки «больших данных» и неструктурированной информации в области ОБГ.	Внедрение машинных методов обработки «больших данных» в методологию прогноза. Использование для поиска разработанных онтологий прогноза.
Обеспечить учёт сферы ответственности участвующих в формировании прогноза генеральных конструкторов и руководителей приоритетных технологических направлений	Включение в онтологию прогноза и структуру рубрикаторов прогнозной информации атрибуты, учитывающих сферы ответственности институтов генеральных конструкторов и руководителей приоритетных технологических направлений.
Совершенствовать механизмы полноценного использования прогнозной информации в процессе программно-целевого планирования, в том числе в программах ОПК.	Разработка в составе онтологии прогноза перспективных направлений научно-технологического развития ОПК в целях повышения эффективности применения результатов прогноза при формировании базовых критических военных технологий. Создание в защищенных сетях системных сервисов формирования и применения электронных площадок.
Разработать единый подход к организации хранения, обработке и анализу информации о научно-технологическом развитии на уровне государств, включая прогнозы, программные мероприятия, рабочую научно-техническую документацию.	Совершенствование механизмов программной реализации военно-технической политики путём создания единой системы прогнозирования и управления научнотехнологическим развитием ОПК.

Для формирования онтологической модели области НТП в целях укрепления ОБГ предлагается использовать концептуальные карты (концепт-карты) [8, 9]. Концепт-карта представляет собой графический инструмент, используемый для представления знаний в виде циклического графа. Вершинами графа являются понятия (концепты), а ребрами - отношения (взаимосвязи) между понятиями. Концепт-карты отражают иерархические связи между понятиями, тем самым раскрывая особенности и специфику ПрО.

Онтологию, основанную на концепт-картах, можно считать формальной онтологией с большой степенью визуализации предмета исследования, по сравнению с другими неформальными моделями.

3    Понятие онтологии научно-технологического прогнозирования

Онтология как спецификация концептуализации используется как междисциплинарный инструмент структурирования и визуализации информации в менеджменте, экономике, бизнесе, где имеется необходимость упорядочения информации [9]. Особенностью онтологического подхода является его системность и комплексность к анализу ПрО, что позволяет описать эту область более полно и точно [10, 11]. При этом вид онтологии определяется контекстом и целями использования онтологии.

В структуре онтологической модели НТП в рассматриваемой ПрО предлагается выделить четыре уровня (таблица 2).

Таблица 2 - Уровни онтологической модели НТП в области обеспечения ОБГ

Уровни	Наименование	Описание
1. Онтология представления знаний	Методология создания онтологии с помощью системы концепт-карт	Представляет собой описание метода построения онтологии
2. Онтология верхнего уровня	Онтология прогнозирования	Содержит основные концепты и их взаимосвязи, раскрывающие понятие прогнозирования (вид, срок, качество, полнота и т.д.),
3. Онтология предметной области	Онтология НТП в интересах обеспечения ОБГ	Содержит основные концепты, описывающие прогнозирование для целей обеспечения ОБГ (угрозы, военный эффект, безопасность государства)
4. Прикладные онтологии	Прикладные онтологии в области прогнозирования военных технологий	Представляет собой совокупность онтологий, раскрывающих прикладную область прогнозирования военных технологий (технологии программируемой логической матрицы, технология умных материалов для вооружения, технологии лазерного оружия и др.)

Первый уровень является онтологией представления знаний в виде методологии концепт-карт.

Второй уровень отражает онтологию прогноза в целом. Необходимость этого уровня обусловлена тем, что НТП в рассматриваемой ПрО является подклассом области прогнозирования. Соответствующая методология верхнего уровня используется для построения онтологий различных ПрО прогноза. Она описывает основные понятия в области прогнозирования, такие как вид, срок, качество, полнота прогноза и др.

Третий уровень содержит онтологию ПрО - НТП в области обеспечения ОБГ, являющейся конкретизацией онтологии прогноза в целом.

Четвёртый уровень раскрывает содержание прикладных онтологий, например, прогнозирования военных технологий, критических технологий, промышленных технологий и др.

Стратегическое планирование осуществляется на трёх уровнях: федеральном, уровне субъектов и уровне муниципальных образований [12]. Например, в Российской Федерации в соответствии с Федеральным законом формируются следующие виды прогнозов, представленные на рисунке 1 [13].

Рисунок 1 - Виды прогнозов стратегического планирования

Отечественная система НТП предусматривает разработку прогноза научнотехнологического развития Российской Федерации на 15-летний период и прогноза развития науки и техники в интересах обеспечения ОБГ на 15-летний период. Эти прогнозы в целом базируются на единых научно-методических подходах к их составлению.

Концепт-карта формирования прогноза представлена на рисунке 2.

Прогноз

Научнотехнологический

Стратегический

Социальноэкономический

Дублирующая

Долгосрочный

Среднесрочный

Краткосрочный

Оперативный

Внешнеэкономический

Экономический

Форсайт

Интеллектуальный

Экстраполяции

Допустимая ошибка

Ожидаемая точность

Полнота

Косвенная

Прямая Инверсная

Повторным опросом

Наука

Технологии

Техника

Экспертный

Библиографический

Период упреждения

Верификация

Инновационный

Форсированный [ Сценарии

Качество

Эксперты

Субъект У Автоматизированная система

Методы

Объект

Виды

Рисунок 2 –Концепт-карта формирования прогноза

4    Модель онтологии НТП в интересах обеспечения обороноспособности страны и безопасности государства

Пример концепт-карты формирования прогноза НТП в ПрО ОБГ представлен на рисунке 3. НТП в области обеспечения ОБГ представляет собой сложную структуру, которая включает как абстрактные, обобщающие, так и практические понятия по конкретным путям формирования прогноза. В модели НТП в области укрепления ОБГ выделены четыре основных уровня прогнозов: разделы, области, направления и объекты прогноза , способ формирования которых задаётся рубрикаторами.

Структура прогноза включает три раздела - это прогнозы развития науки, технологий и техники.

Рубрикаторы научной (технологической, технической) деятельности построены по двухуровневому иерархическому принципу: первый уровень образуют области науки, технологий, техники; второй уровень – по каждой области направления науки, технологий, техники.

Объектами прогноза являются научные, технологические, технические достижения и результаты, которые предполагается получить в прогнозный период в рамках обозначенных направлений. Прикладные онтологии четвёртого уровня описывают множество реализаций в виде объектов прогноза. Они содержат специфическую информацию, отражающую основные задачи прогноза.

• а) прогнозную информацию в виде текстовых блоков и иллюстративных материалов (таблиц, графиков, диаграмм, рисунков), раскрывающих в соответствии с рубрикаторами направлений развития науки, техники и технологий следующие аспекты:

Онтология НТП в области укрепления ОБГ включает в себя информацию об организации процесса формирования прогноза.

Источниками прогнозной информации являются академические институты, головные отраслевые организации ОПК, генеральные конструкторы по созданию ВВСТ и руководители приоритетных технологических направлений, предприятия ОПК, а также федеральные органы исполнительной власти и государственные корпорации.

Разработанная методология формирования прогноза основывается на комплексном анализе отечественного и зарубежного опыта в данной сфере исследований, широком внедрении машинных методов поиска и обработки больших массивов данных, Интернет-ресурсов и предусматривает использование четырёх групп источников прогнозной информации [14]:

• ■    результатов обработки ретроспективных фактографических данных о развитии науки, техники и технологий;

• ■    результатов реализации федеральных и отраслевых целевых программ по смежным областям прогнозных исследований;

• ■    «фоновых» прогнозных данных на основе контекстного поиска и многомерного анализа Интернет-ресурсов;

• ■    результатов адресного опроса экспертного сообщества, представляющего отраслевые центры компетенций в области науки, техники и технологий.

Для подготовки результатов фактографической обработки ретроспективных данных о развитии науки, техники и технологий производится комплексный анализ по следующим направлениям:

• ■    анализ Интернет-ресурсов и выявление технологических трендов;

• ■    оценка достигнутого уровня развития технологий на основе обобщения данных паспортов предприятий и организаций ОПК страны;

• ■    оценка и прогноз результатов программ научно-технического и технологического развития по данным федеральных органов исполнительной власти;

• ■    оценка текущего состояния фундаментальной науки и подготовки кадров.

При выполнении работ по указанным направлениям используются известные методы научно-технологического прогнозирования: экспертных оценок, математическое моделирование, форсайт, экстраполяции тенденций, цитатно-индексный метод, технологии «Online-Techcast», а также современные методы поиска и обработки прогнозной информации в составе больших массивов данных [14].

Результаты реализации федеральных и отраслевых целевых программ по смежным областям прогнозных исследований включают:

• ■    оценку и прогноз целевых и индикативных показателей основных программ в сфере науки, техники и технологий, имеющих связь с оборонной тематикой;

• ■    прогнозную оценку целевых и индикативных показателей зарубежных программ развития военных технологий;

• ■    прогнозную оценку кадровой обеспеченности отечественной оборонной науки и промышленности.

Исследования и анализ «фоновых» прогнозных данных включают: контекстный поиск, многомерный анализ и верификацию прогнозной информации, содержащейся в Интернет-ресурсах с использованием специализированного программно-технического комплекса.

Результаты адресного опроса экспертного сообщества позволяют создать систематизированное представление прогнозной информации на основе данных от вышеуказанных источников, а также в соответствии с собственным видением, интуицией и прогнозными оценками экспертов. В качестве информационной базы используются:

• ■    прогноз развития фундаментальной науки в интересах ОБГ, подготовленный на основе экспертного опроса специалистов научных учреждений;

• ■    прогноз развития промышленных технологий и кадровой обеспеченности на основе экспертного опроса специалистов организаций промышленности;

• ■    результаты анализа данных прогноза зарубежных источников (Military Critical Technologies List и других) [15];

• ■    прогноз развития науки и техники в интересах ОБГ по данным образовательных организаций высшего образования.

В интересах формирования прогноза рассматриваются два основных сценария социально-экономического развития страны:

Инновационный сценарий предполагает догоняющее развитие, точечную модернизацию и локальную технологическую конкурентоспособность. Главным фактором научнотехнологического развития останется спрос на новые технологии со стороны базовых отраслей экономики. Продолжится использование мер государственного регулирования управления инновациями. Реализацию инновационного сценария будет ограничивать слабая распространённость практики открытых инноваций и сохранение нормативных и административных барьеров. Научно-техническая политика будет сосредоточена на создании условий для повышения спроса на научные результаты и инновации. Спрос на отечественные технологии преимущественно будет формироваться в соответствии с потребностями обеспечения интересов национальной безопасности и обороны. Финансирование предполагается осуществлять в основном из государственных источников.

Форсированный сценарий предполагает технологический рывок, который обеспечит лидерство в ведущих научно-технических секторах и фундаментальных исследованиях. Данный вариант характеризуется модернизацией отечественного сектора НИОКР и фундаментальной науки, значительным повышением их эффективности, концентрацией усилий на прорывных научно-технологических направлениях, которые позволят резко расширить применение отечественных разработок и улучшить позиции России на мировом рынке высокотехнологической продукции и услуг. Научно-техническая политика будет иметь более форсированный, опережающий характер. Спектр внедрения новых разработок будет расширяться за счёт процессов диверсификации военного производства. Успешной реализации форсированного сценария будут содействовать стимулирование коммерциализации результатов интеллектуальной деятельности.

При данном варианте развития техническое и технологическое перевооружение экономики будет определяться ускоренным развитием технологий в промышленности и энергетике, информационных, био- и нанотехнологий, робототехники, искусственного интеллекта, беспилотных летательных аппаратов. Развитие ОПК будет ориентировано на обеспечение технологической независимости Российской Федерации в области производства образцов ВВСТ. Будет осуществляться концентрация ресурсов на перспективных направлениях, производстве высокотехнологической конкурентоспособной продукции военного, двойного и гражданского назначения. Финансирование предполагается осуществлять как из государственных, так и частных источников.

Прогноз во всех случаях должен являться результатом научных исследований, направленных на выявление тенденций и перспектив развития фундаментальных исследований, состава и показателей перспективных военных и промышленных технологий, тактикотехнических характеристик основных видов ВВСТ на период до 2035 года с разбивкой по пятилеткам прогнозного периода. При инновационном сценарии развития должны вскрываться «болевые точки», определяющие это развитие.

Верификация результатов прогноза осуществляется при его экспертизе совместно с генеральными конструкторами, руководителями приоритетных технологических направлений и привлекаемыми экспертами.

Решению комплекса задач автоматизации формирования прогноза способствуют инструменты сбора и верификации данных. Одним из таких инструментов является автоматизированная программа сбора данных (АПСД), позволяющая организациям вводить информацию в утверждённые шаблоны форм отчётности (рисунок 4). Её разработка потребовала формирования онтологии научно-технологического прогноза. При этом осуществлялась привязка данных к используемым классификаторам, справочникам и первичная верификация данных.

Организация держатель информационного ресурса

Передача дистрибутива АПСД Прогноз; Инструкции по эксплуатации АПСД Прогноз

Данные интегрированных структур

Данные организаций

Передача данных на отчуждаемом носителе

Сводная прогнозная информация

Рисунок 4 - Организационно-технологическая схема сбора данных на основе применения АПСД Прогноз

Организация сбора информации с использованием АПСД направлена на то, чтобы:

• ■    уменьшить нагрузку на предприятия ОПК в части формирования отчётности;

• ■    гармонизировать формы и сроки представления ведомственной и отраслевой отчётности;

• ■    сократить трудоёмкость заполнения отчётных форм;

• ■    исключить (сократить) ошибки ввода информации за счёт привязки данных к системе классификаторов и автоматизации загрузки данных в информационную систему.

Автоматизация процесса формирования прогноза способствует уменьшению количества неточных решений и ошибок при его реализации, обеспечит целостность и сохранность данных.

Универсальность автоматизированной системы позволяет пользователям настроиться на любую ПрО, в которой необходимо дать многокритериальную оценку соответствия предъявляемым к объекту требованиям:

• ■    реализация научно-методического аппарата формирования прогноза;

• ■    автоматизация процессов сбора, классификации, регистрации, хранения, обработки и оценки прогнозной информации по научно-техническим направлениям;

• ■    автоматизация функций анализа предложений и формирования структуры прогноза;

• ■    автоматизация функций экспертизы предложений и формирования прогноза;

• ■    информационное обеспечение участников процесса НТП;

• ■    информационная поддержка при формировании предложений по структуре прогноза;

• ■    информационная поддержка формирования предложений в проект прогноза развития; ■ подготовка промежуточных и выходных документов прогноза.

Результатом внедрения автоматизированной системы является повышение эффективности механизмов формирования, мониторинга и актуализации прогноза, а также уровня координации заинтересованных организаций.

5    Модель онтологии прогноза военных технологий

Четвёртый уровень онтологической модели НТП в области обеспечения ОБГ (см. таблицу 2) описывает множество онтологий реализации научно-технических прогнозов по направлениям, областям, рубрикаторам и объектам прогноза. Они содержат специфическую информацию в виде концептов и отношений, раскрывающих особенности прогнозов по науке, технике, технологиям, конкретным областям и объектам прогноза. В качестве примера можно рассмотреть онтологию прогнозирования военных технологий.

Военные технологии подразделяются на технологии продукции, определяющие облик и конструктивные особенности вооружения, а также производственные технологии, используемые для производства вооружения. К основным концептам военных технологий относят технологии вооружения, технологии производства вооружения, а также наиболее важные для научно-технологического развития и формирования задела базовые военные технологии и критические военные технологии. Они, как правило, группируются в соответствующие перечни и определяют формирование программы базовых военных технологий [16].

Базовые военные технологии делятся на основные и обеспечивающие. Они реализуются в конкретных образцах вооружения, входящих в систему вооружения государства. Среди базовых военных технологий выделяют наиболее важные, которые называют критическими военными технологиями. Эти технологии позволяют решать принципиально новые военнотехнические задачи, вносят существенный вклад в прирост тактико-технических характеристик ВВСТ и существенно снижают расходы по эксплуатации военной техники. Базовые военные технологии постоянно совершенствуются и изменяются, поэтому они периодически вносятся в соответствующий перечень, который утверждается Правительством РФ. Прогноз военных технологий определяет их состав и приоритетность [17].

Онтология (концепт-карта) формирования прогноза военных технологий представлена на рисунке 5.

Объект прогноза в части военных технологий представляет собой паспорт, отражающий раздел рубрикатора технологий, наименование, зарубежные аналоги и передовые разработки.

Прогнозная оценка уровня развития технологии осуществляется экспертом по перечню ключевых параметров и характеристик и оценки степени готовности разработки по этапам прогнозного периода данной технологии в России и за рубежом. В прогнозе также указыва- ются критически значимые для обеспечения ключевых технических характеристик образца направления научных исследований.

Военная технология

использую тся для производства наиболее важные' ■ для развития

Критические производственные технологии

— Технология вооружения

Технология производства вооружения

Базовые военные технологии

Технологии производства отечественных микропроцессоров с проектными размерами

Технологии производства умных материалов для перспективного вооружения

Основные

Обеспечивающие влияют наиболее важные для развития

Ключевые показатели и характеристики

Критически значимые направления научных исследований

Сдерживающие

В России

Ускоряющие

За рубежом

Оценка степени готовности по годам прогнозного периода (2020, 2025,2030, 2035)

Программа развития обороннопромышленного комплекса

реализуются

Критические технологии

- [ Примеры

Подтема 1

Технология лазерного оружия

Плавающая тема

■ | Примеры j

Технология СВЧ-оружия

Рисунок 5 - Концепт-карта формирования научно-технологического прогноза военных технологий

6    Область применения онтологии научно-технологического прогноза

Онтология НТП может быть использована в ходе решения практических задач по разработке единой системы исходных данных для программно-целевого обеспечения реализации военно-технической политики страны.

• ■    Исходя из характера проблем, решаемых в ходе программно-целевого обеспечения реализации военно-технической политики страны, онтологию прогноза предлагается использовать для решения следующих задач:обеспечения общим понятийным аппаратом специалистов, участвующих в обосновании и реализации военно-технической политики страны и формировании прогноза развития науки и техники в интересах обеспечения ОБГ;

• ■    реализации эффективного смыслового поиска информации в базах знаний и базах данных по объектам научно-технологического прогноза в сфере обеспечения ОБГ;

• ■    создание интеллектуальной системы поддержки принятия решений по обоснованию и управлению Государственными программами в сфере развития ОПК государства;

• ■    создание информационной системы с прогнозной информацией в рамках единого информационного пространства ОПК.

На основе прогнозов научно-технологического развития страны определяются перспективные направления научно-технологического развития ОПК, которые позволяют формировать перечень базовых критических производственных технологий и составлять технологические дорожные карты развития ОПК.

При разработке прогноза особое внимание уделяется созданию единой системы прогнозирования и управления научно-технологическим развитием ОПК, совершенствованию механизмов программной реализации военно-технической политики.

Предложенная онтология НТП позволит на более высоком системном и понятийном уровне перейти к непрерывному мониторингу отечественных и зарубежных научнотехнологических достижений, что позволит создать механизм обратной связи для своевременного реагирования на резкое изменение прогнозного фона.

Заключение

Сформированная онтологическая система НТП в области обеспечения ОБГ позволяет наглядно представлять основные концептуальные элементы области НТП не только в сфере ОБГ, но и в целом по НТП.

Разработанные онтологические модели НТП расширяют знания в указанной сфере, позволяют специалистам и экспертам, участвующим в формировании научно-технологических прогнозов в области обеспечения ОБГ, однозначно трактовать понятия, системно представлять процессы НТП, создавать качественные прогнозы. Формирование единой онтологической базы НТП будет способствовать улучшению взаимодействия специалистов, экспертов, заинтересованных организаций при разработке прогнозов, а также создаст единую основу для подготовки специалистов в области НТП.

Формирование научно-технологических прогнозов на базе разработанной онтологической системы будет способствовать повышению эффективности разработки и реализации государственных программ в сфере ОБГ.