2024 год – юбилейный для Института информатики и математического моделирования имени В.А. Путилова Кольского научного центра РАН. Официально институт был создан 35 лет назад, 31 января 1989 года – в интереснейшее для науки и образования время.
Как все начиналось?
Институт информатики организовали на базе Вычислительного центра коллективного пользования КНЦ АН СССР. Тогда основными научными направлениями нового института стали автоматизированные системы комплексных научных исследований, системы управления территориально-производственными и горнопромышленными комплексами, моделирование прогрессивных безотходных технологических процессов в горнодобывающей и химической промышленности и информационное обеспечение исследований природных ресурсов.
Структура института включала три научно-исследовательских отдела: математического моделирования технологических процессов, региональных информационно-вычислительных систем, автоматизированных систем научных исследований. Были также и три научно-вспомогательных подразделения – Вычислительный центр коллективного пользования, опытно-конструкторский отдел для разработки и изготовления несерийных средств радиоэлектроники, а также НУК – научно-учебный комплекс повышения уровня компьютерной грамотности населения, прежде всего школьников. НУК работал в школе №2, и в нем с компьютерами познакомились практически все старшеклассники города. Также в НУКе проходили обучение и аспиранты КНЦ РАН, так как «информатика», наряду с иностранным языком и философией, была обязательной дисциплиной кандидатского минимума.
Вначале научно-исследовательские лаборатории института занимались математическим моделированием химико-технологических систем комплексной переработки многокомпонентного минерального сырья, разрабатывали информационные модели распределенных баз данных для региональных автоматизированных систем управления, средства информационно-измерительных систем, программное обеспечение для автоматизированных экспериментальных установок. Позже появились и новые лаборатории: математического обеспечения вычислительных экспериментов, методов вычислений и автоматизированного обучения, моделирования социально-экономических систем, биосферных информационных технологий.
Основной состав сотрудников был набран из специалистов-айтишников разных институтов Кольского филиала РАН – к 1 декабря 1989 года их насчитывалось 93 человека, из них 22 научных сотрудника, в том числе один доктор и шесть кандидатов наук.
Одним из первых, поступивших в штат Института, был нынешний его директор, доктор технических наук Андрей Олейник.
– В то время стали очень популярны два научных направления – экология и информатика, – рассказывает Андрей Григорьевич. – При этом у нас тогда основным пользователем математических моделей оказался Полярный геофизический институт, оттуда в ИИММ перешли многие. Кто-то прибыл из Геологического института, из Горного пришла команда Аркадия Ерухимова: у них на 25-м километре была лаборатория-сейсмостанция, где исследовали и моделировали горные удары. Из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья поступила небольшая бригада с Александром Кириченко, из Полярно-альпийского ботанического сада-института – группа Александра Владимировича Кузьмина, в которую входил и я. В то время Кузьмин решил использовать опыт прибалтийских коллег по компьютерному моделированию воздействия на лесные экосистемы. Первые работы по созданию системы автоматизации научных исследований были начаты нашей группой еще в Ботаническом саду. Мы создали компьютерную систему измерения годовых колец, запечатленных в кернах стволов деревьев. И если лаборант с микроскопом измерял керн в течение нескольких дней, то с нашей установкой за день можно было измерить 10-15 кернов.
В штате института в разное время было до ста с лишним человек, но научных сотрудников не бывало больше 20-30 человек. Сегодня в ИИММ работает чуть больше 30 человек вместе со всем персоналом. А из первых «информатиков» остались трое: Андрей Олейник, Ольга и Александр Фридман.
Птенцы гнезда Путилова
Организатором института, первым его директором и бессменным научным руководителем вплоть до 2017 года был заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат Премии правительства РФ в области науки и техники, доктор технических наук, профессор Владимир Александрович Путилов. В конце 1980-х он работал в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Сибирского отделения АН СССР и был научным руководителем проекта национальной информационной системы организации научных исследований в высокоширотной зоне под названием «ТРАС Аврора». Проект соединял экспериментальные установки институтов Якутии, Сибири и Полярного геофизического Института КФ АН СССР в Апатитах с Международным центром данных АН СССР в Москве. Именно с визита в ПГИ в 1980 году и знакомства с Игорем Александровичем Кузьминым, заместителем Председателя Президиума КФ АН СССР, руководителем вычислительного центра коллективного пользования, началась творческая и научная связь Владимира Путилова с Крайним Севером. И когда в КФАН СССР начали создавать новый институт, Владимиру Александровичу, только что защитившему докторскую диссертацию, предложили его возглавить.
Самым сложным в первые годы оказался кадровый вопрос. Кроме привлечения нескольких научных групп из институтов КФАН, специалистов приглашали из других регионов, а также начали готовить и своих, открыли аспирантуру. Но в начале 1990-х компьютерщики пользовались огромным спросом – им предлагали хорошие зарплаты в частном бизнесе, в банках, на предприятиях. Чтобы утолить кадровый голод, Институт информатики начал поиск вуза, в котором можно было бы наладить подготовку специалистов из группы апатитских абитуриентов. Так появились связи с Петрозаводским государственным университетом, куда в 1992-94 годах стали набирать целевые группы по направлению «Прикладная математика и информатика» с практикой в Апатитах. Тогда же возникла идея учить студентов прямо на месте, и 26 октября 1994 года в городе открылся Кольский филиал ПетрГУ, где кроме информатики набирали еще на два направления – экономическое и экологическое.
– Сейчас 70 процентов научных работников ИИММ подготовлены в КФ ПетрГУ, а в целом по КНЦ практически все айтишники – «птенцы гнезда Путилова», – объясняет Андрей Олейник. – Был год, когда набор на наш факультет составлял 100 с лишним человек, набрали четыре группы! Все тематические предметы преподавали сотрудники нашего института, уровень подготовки был выше, чем в некоторых питерских вузах. А объясняется это тем, что студентов уже со второго-третьего курса привлекали к работе как в ИИММ, так и в других институтах КНЦ РАН.
При активном участии Владимира Александровича Путилова при Кольском филиале организовали тридцатый в стране центр Федерации интернет-образования. В нем преподавали сотрудники и молодые аспиранты ИИММ. Фактически все учителя и многие управленцы системы образования Мурманской области прошли через этот центр.
Техника и технология
Начиная с 1967 года заполярные ученые пользовались ЭВМ, носителями информации для которых были перфокарты, перфоленты и магнитные ленты. С появлением ЕС-1045 сформировался вычислительный центр коллективного пользования: в нем установили универсальную ЭВМ, а в институтах – ее терминалы. В 1990-2000-е годы начался переход отцентрализованной обработки и хранения информации к технологиям распределенных вычислительных систем. Создали сетевую инфраструктуру, объединяющую локальные сети институтов КНЦ, тогда же появились персональные ЭВМ. Институт информатики обеспечивал доступ к ресурсам глобальных сетей, к почтовым сервисам, ведь электронная почта работала уже в 1993 году.
Андрей Олейник вспоминает:
– Первые годы работы института были связаны с техническим перевооружением всего научного центра. В 1990 году появились первые персональные компьютеры болгарского производства «Правец» с оперативной памятью в 16 килобайт, один даже с цветным монитором. Конечно, была попытка создать в стране свои ПК – «Электроника 85», позже «КомпАН», то есть «Компьютер Академии наук», и мы работали на них. Затем наши зарубежные коллеги презентовали институту свои компьютеры, и нам пришлось перекодировать клавиатуру с латиницы на кириллицу. Интересным этапом стало начало работы с геоинформационной системой, для которой закупили специализированную рабочую станцию.
С перевооружением всегда было довольно сложно. В основном оно происходило за счет грантов, а потом и хоздоговоров, причем очень разного уровня: от поддержки управления безопасностью промышленных и прочих объектов, в том числе и по автоматизации расчетной документации, до очень мощного, насыщенного с точки зрения научных результатов «Майнфрейма», разработанного в Горном институте КНЦ.
Чем заняты «информатики»: от теории к практике
К 1992 году Кольский научный центр завершил переход от централизованной обработки информации с привлечением операторов ЭВМ, входящих в штат ИИММ, к использованию системы удаленных терминалов. В результате численный состав института сократился, но число научных сотрудников в нем выросло.
Сегодня научно-исследовательская деятельность института направлена на разработку и развитие методов моделирования и информационных технологий поддержки междисциплинарных фундаментальных и прикладных научных исследований, а также на решение задач управления развитием региона. Разработанные здесь на принципах системного анализа и развиваемые для различных приложений технологии получили название «технологии концептуального моделирования». Так, например, была разработана ситуационная модель для анализа и прогнозирования альтернативных вариантов развития региональных природно-промышленных комплексов для последующего исследования средствами имитационного моделирования.
Вот несколько примеров практико-ориентированных разработок Института информатики: интегрированная системно-динамическая модель продовольственной безопасности региона; инструментальная система анализа и прогноза обеспечения региональных кадровых потребностей; прикладная программная система оценки техногенно-природного риска, которая позволяет оперативно определить возможный ущерб при авариях на потенциально опасных объектах. Также был создан комплекс программ расчета параметров геомеханического состояния горного массива для разнообразных подземных объектов, а система мониторинга состояния хранилища отходов обогатительных фабрик позволяет имитировать сценарии развития типовых аварий и рассчитывать восстановительные работы с учетом экологической и экономической значимости территорий. Для рационального использования полезных ископаемых совместно с Горным институтом разработана информационная технология формирования спецификаций процессов и схем обогащения, обеспечивающих эффективное разделение минеральных компонентов.
Еще одно стратегическое направление исследований ИИММ – прогнозирование и использование современных информационных технологий для поддержки принятия решений на всех уровнях управления региональными социально-экономическими системами и их компонентами.
– Сразу после организации института направления исследований стали соответствовать пришедшим в него группам, – рассказывает Андрей Григорьевич. – Кроме того, до появления персональных компьютеров мы работали по запросам всех институтов КНЦ. Со временем переквалифицировались, больше стали заниматься автоматизированными системами управления. Как раз в то время в Горном институте начали разрабатывать систему «Майнфрейм», и мы объясняли производственникам, что заказывать где-то вдалеке системы управления горными работами необязательно, ведь эту работу могут выполнить и местные специалисты точно по заказу: зная объект, с оперативными переделками по необходимости. Уверен, что сегодня к «Майнфрейму» у отечественной горной промышленности значительно вырастет внимание.
Большое внимание в институте уделялось имитационному моделированию и, в частности, системной динамике. Была закуплена одна из первых лицензионных систем имитационного моделирования «Powersim», и тогда же основной акцент исследований был смещен от технологических к социально-экономическим процессам. Очень удачной в то время получилась работа Светланы Малыгиной по прогнозированию динамики населения Мурманской области – эта модель все отлично предсказала, проверка годами позже подтвердила высокую точность прогноза.
В чем прелесть имитационного моделирования? Человек может в любой момент вмешаться в процесс и что-то изменить в сценарии в зависимости от новых вводных. То есть система легко управляется: если внезапно возникают другие условия, мы можем оперативно перенастроить модель и получить точный прогноз.
Сегодня одно из направлений, которое очень популярно и у нас, и в целом в мире – построение систем хранения и обработки знаний. И здесь на пике интереса онтологии. Что это такое? Возьмем в рассмотрение некоторую предметную область. В рамках онтологии фиксируется набор понятий этой области, устанавливаются связи между ними, интерпретации, ведь в разных областях знаний одно и то же слово может означать разное. Даже у нас в КНЦ один и тот же объект горняки опишут одним образом, геологи – другим, экономисты – третьим. И вот здесь отлично работает онтология. Она же помогает выявлять противоречия, допустим, в нормативной, законодательной базе, исходя из анализа текстов. Тут используются нейронные сети, которые нужно правильно обучить.
Дальше – больше, ведь можно автоматически анализировать смысл текста! И вот сейчас мы работаем по заказу крупной корпорации по анализу пабликов социальных сетей, связанных с ее деятельностью. Параметров много, в том числе оценка текстового содержания комментариев, постов, реакций на них, а также искусственных «вбросов». Также мы работаем по договору с Арктическим информационным центром, учредителем которого является Министерство информационной политики Мурманской области. В рамках проекта осуществляется автоматизированный анализ общественного мнения на основе того, что появляется в соцсетях. Это важно, потому что при разработке любых стратегий есть прогноз, но есть трудности с обратной связью, которая, как правило, существует лишь в виде количественных статистических данных. А реальная обратная связь - это когда ты слушаешь, что люди говорят неформально.
Институт занимается математическими моделями, методами и системами информационного обеспечения жизненного цикла и снижения риска прогрессивных технологий. Что же означает эта формулировка?
– В законодательной базе появились четкие рекомендации относительно потенциально опасных объектов, критически важных инфраструктур. И действия по предотвращению аварий на них имеют свой жизненный цикл. В идеале, конечно же, спрогнозировать и упредить любые ЧП, ну а если уж случилось, то нужно действовать определенным образом, решать на каждом этапе свои специфические задачи, причем рассчитать самые разные прогнозы развития ситуации исходя из многообразия внешних факторов. Это и есть поддержка жизненного цикла.
Участвует Институт информатики и в разработке инструментов поддержки управления устойчивым инновационным развитием региона. Цель – уйти от некоординированной работы множества субъектов деятельности, которые подчинялись разным ведомствам. Одним из механизмов устранения подобных сложностей стало создание ситуационных региональных центров.
– Правда, пока что их основная функция – мониторинг, – поясняет Андрей Олейник. – Пока нет системы поддержки принятия решений с прогнозированием. А она крайне необходима, в том числе – из-за нашей климатической специфики. Ее обязательно нужно учитывать при долгосрочном планировании.
Сегодня все говорят об искусственном интеллекте, о нейросетях. Входит ли эта проблематика в ряд интересов института информатики и математического моделирования?
– Здесь стоит быть точным в понятиях и не ставить знак тождества между искусственным интеллектом и нейронными сетями. Нейросеть – одно из направлений в искусственном интеллекте, очень частный случай, который работает в строго определенных условиях. Одна из основных проблем нейронных сетей – это объяснительные возможности, почему она предлагает тот или иной результат? А стандартная нейросеть этого не умеет, ее область компетенции зависит от того, чему ее научили. Приведу простейший пример: если попросить нейросеть на основе анализа интернета выдать десяток картинок ежиков, на четырех из них будет изображен ежик с грибком или яблоком на иголках, чего быть не может, потому что ежик ни яблок, ни грибов не ест, его основной рацион – насекомые, улитки и тому подобное. То есть нейросеть оценивает массовые представления, видит то, что уже есть, и на основе этого делает выводы, а сама ничего изобрести не может. Например, таяние вечной мерзлоты двадцать лет назад не предсказала бы ни одна нейросеть. Но человек всегда говорит: «А что, если?».
Скептикам, которым все же не до конца ясны задачи института, Андрей Олейник отвечает так:
– Есть такая фраза: «Ученые удовлетворяют собственное любопытство за государственные деньги». Когда говорят, что мы практическую пользу не приносим, я вспоминаю Джона Буля, который двести лет назад играл ноликами и единичками. То, что мы сегодня называем алгеброй логики, когда-то считали игрушками. А в 1941 году на основе идеи манипуляций с этими нулями и единицами была создана первая в мире электронно-вычислительная машина.
Вот наше сотрудничество, например, с «Майнфреймом», где используется относительно молодая идея парадигмы программирования в ограничениях. Нам нужно спроектировать, грубо говоря, самые эффективные способы выкопать карьер в самых разных условиях. В программу заложен миллион блоков, задача остается сложной, но решается куда быстрее, чем ранее использованными методами. Образно говоря, это как путь через ущелье: можно спуститься с одной стороны и подняться с другой, а можно ущелье перепрыгнуть. Эту работу мы и выполняем.