Основные противоречия государственной стандартизации робототехники

Основные противоречия государственной стандартизации робототехники

Скоков Иван Сергеевич

Научный сотрудник,

ФГКУ «Главный научно-исследовательский испытательный межвидовой центр (перспективного вооружения)», Россия, г. Москва

Аннотация. Статья посвящена анализу ключевых противоречий терминологии и классификации, возникающих в процессе государственной стандартизации робототехники.

Ключевые слова. Робототехника, стандартизация, терминология, интероперабельность, сетецентризм, групповое взаимодействие

Main Contradictions of State Standardization in Robotics

Ivan S. Skokov

Research Fellow,

Federal State Government-Funded Institution "Main Research and Testing Interservice Center (Advanced Weaponry)", Russia, Moscow

Abstract. The article is devoted to the analysis of key contradictions in terminology and classification that arise in the process of state standardization of robotics.

Keywords. Robotics, standardization, terminology, interoperability, network-centric warfare, swarm interaction / group interaction.

Введение

В настоящее время наблюдается активное применение робототехническихкомплексов (РТК), в том числе военного назначения в рамках проводимой специальной военной операции, но в своем большинстве РТК представлены в дистанционном управлении оператором и не интегрированы в какую-либо систему для совместного применения.

В тоже время в мировой практике наблюдается закономерная тенденцияперехода от иерархической архитектуры информационного управления к сетецентрической, что является необходимым условием становления и развитиягруппового применения как однородных РТК, так разновидовых РТК и систем.

В настоящее время все реализующиеся программы США и блока НАТО опираются на принципы сетецентрического управления. Так известна реализация странами НАТО ряда программ по созданию новых телекоммуникационных и информационных технологий управления войсками, способных объединять робототехнику и автономные системы с целью повышения осведомлённости о ситуации на поле боя и ускорения принятия решений (Project Convergence (РС) – Армия США, Advanced Battle ManagementSystem (ABMS) – ВВС США, Overmatch – ВМС США, National Defense Space Architecture (NDSA) - Космические силы).

В системе национальной стандартизации термин «сетецентрический принцип управления» вводится относительно недавно в 2022 году ГОСТ Р 70569-2022 и определяется, как принцип интеграции разнородных средств и ресурсов информационно-управляющих и исполнительных систем различной принадлежности на заданный период времени и в заданном пространстве в целях концентрации функциональных возможностей интегрируемых систем для выполнения комплексных задач различного масштаба на всех уровнях управления [2, с. 7]. Для эффективного создания и применения групп РТК необходимо их объединение под сетецентрическимиинформационно-управляющими системами. Совместное сетецентрическоеприменение РТК возможно только при создании «интероперабельных систем» – систем, элементы, компоненты, подсистемы которых без каких-либо барьеров обмениваются информацией и используют информацию, полученную в результате такого обмена [3, с. 2].

Для создания подобных систем необходима согласованность всех участников (разработчиков РТК, поставщиков операционных систем и программно-аппаратных средств для роботов, пользователей), единые подходы (методики) при создании робототехники, общие для всех базы стандартов.

В настоящее время действует более 200 межгосударственных и национальных стандартов, так или иначе регламентирующих создание робототехники. При этом более 10 технических комитентов по стандартизации ведут работу параллельно в части своих компетенций.

Далее будут рассмотрены основные противоречия терминологии и классификации, а также пути их решения.

Основная часть

1. Термины и определения в области робототехники

1.1. Роботы и робототехнические устройства

ГОСТ Р 60.0.0.4-2023/ИСО 8373:2021 разграничивает понятия «робот»(программируемый исполнительный механизм, обладающий определенным уровнем автономности и предназначенный для выполнения перемещения, манипулирования или позиционирования (Указанные действия робот осуществляет с целью выполнения задач по назначению)) [7, с. 1] и «робототехническое устройство» (механизм, разработанный с использованием технологий робототехники, но не обладающий всеми характеристиками робота) [7, с. 2].

К характеристикам робота исходя из определения можно отнести:

- программируемость (возможность изменять поведение без изменения конструкции);

- наличие приводов (взаимодействие с физическим миром);

- целенаправленные действия (по своему предназначению);

- автономность.

Исходя из определений можно подразумевать, что одним из основных отличий робототехнического устройства от робота является «автономность».

Термин «автономность» определен как способность выполнять задачи по назначению на основе текущего состояния и восприятия внешней среды без вмешательства человека [7, с. 1], однако сами уровни автономности в ГОСТ не раскрываются.

Стоит отметить, что помимо уровней автономности в ГОСТ Р 60.0.0.4-2023 / ИСО 8373:2021 в п. 3.3 упоминается «степень автономности», ноопределения этому термину также не дается.

В отечественной системе стандартизации в целом отсутствуютоднозначные трактовки термина «уровень автономности» и единоепонимания, какие уровни автономности существую.

Так ГОСТ Р 60.6.0.1-2021 применительно к сервисным мобильным роботам понимает уровень автономности, как условную категорию, позволяющую ранжировать сервисных мобильных роботов по степени их способности функционировать без вмешательства человека [12, с. 4]. При этом сами степени этого вмешательства не определены.

В ГОСТ Р 60.2.2.2-2023 применительно к изделиям медицинским электрическим определяется, что:

термин «автономность» обычно используют для обозначения понятий «нулевой уровень автономности» или «максимальный уровень автономности» без допущения промежуточных значений. Поэтому рекомендуется с осторожностью использовать термин «автономность» и, где возможно, применять вместо него термин «уровень автономности»[11, с.3];

термины «отсутствие автономности» и «полная автономность» могут быть использованы для обозначения понятий «нулевой уровень автономности» и «максимальный уровень автономности» [11, с. 3].

Там же вводится термин «автономный» - обладающий полной автономностью. Однако ГОСТ рекомендует с осторожностью использовать термин «автономный», так как он обычно используется для обозначения понятия «имеющий высокий уровень автономности», но без определения того, какой уровень является высоким.

В приложении ГОСТ Р 60.2.2.2-2023 применительно к изделиям медицинским электрическим приводятся примеры классификации уровней автономности. Так согласно одной из классификации описывается 10 уровней автономности в зависимости от степени влияния человека или компьютера при выполнении 4 функций управления: «наблюдать», «разрабатывать», «выбирать», «выполнять». Так первый уровень «полностью ручной» подразумевает, что все вышеперечисленные функции управления выполняет человек и автономность не предусмотрена.

Также в национальных стандартах применительно к различным видам робототехники встречаются классификации по режимам управления исходя из степени участия человека в управлении:

- «ручной режим» - состояние системы управления, обеспечивающее человеку возможность осуществлять непосредственное управление. Близки по значению также термины «режим обучения», «дистанционное управление», «дистанционно пилотируемый», «телеуправление». Можно утверждать, что данные термины соответствуют 1 уровню по ГОСТ Р 60.2.2.2-2023;

- «автоматический режим» («автоматическая работа») - состояние системы управления, при котором система управления робота работает в соответствии с программой выполнения задания [11, с. 3]. Близок по значению термин «программное управление». ГОСТ Р 60.6.2.1-2019 под автоматическим режимом вообще подразумевает автономную работу машины без использования пульта ручного управления, чем по смыслу отличается от определений в других ГОСТ по робототехнике.

- «полуавтономный режим» - рабочий режим, при котором движения определяются комбинацией автономной программы выполнения задания и вводимых вручную команд пользователя, подаваемых в то же самое время. Встречаются также термин «полуавтономное морское робототехническое средство», «супервизорное управление» со схожими смыслами.

- «автономный режим» - рабочий режим, при котором робот выполняет задание без непосредственного вмешательства человека. Так же известно «автономное управление», «автономное морское робототехническое средство», «автономное воздушное судно», «автономный необитаемый подводный аппарат» в основном со схожими по значению смыслами.

Однако введенный с 1 июля 2025 г. ГОСТ 35035-2023 под «автономным управлением» понимает управление робототехническим комплексом, при котором управляющее воздействия оператора после ввода параметров задач/миссии возможны, но не обязательны, что больше соответствует понятию «полуавтономный режим» и вносит дополнительную путаницу. Также ГОСТ определяет способ управления мобильными роботехническими комплексами пожаротушения – «автономный» как (программный) – имеющий комплекс систем и устройств, обеспечивающих самостоятельное автоматическое управление движением и применением навесного оборудования. Что противоречит понятиям других ГОСТ, и относит автономный режим к автоматическому или программному управлению.

ГОСТ РВ 0098-0.002-2019 способы управления разделяет на «дистанционно-управляемый», «автономный» и «комбинированный». При этом дистанционно-управляемый включает в себя «командный» и «полуавтоматический», а автономный – «программный», «адаптивный», интеллектуальный». Интересно, что к «автономным» стандарт относит «программный» способ, то есть управление с помощью алгоритма программы, содержащей набор исходной информации о внешних условиях, не изменяемой в процессе выполнения задачи, несмотря на изменение указанных внешних условий [9, с. 13], что не соответствует определению автономности в другихГОСТ.

Таким образом, в настоящее время нет единого понимания термина автономность, уровней автономности, соответственно, не может быть однозначного разделения робототехнических устройств от роботов. Кроме того, отдельные ГОСТ трактуют сходные по значению термины по-разному.

Исходя из вышесказанного, как вариант, возможно отличать роботов от робототехнических устройств классификацией верхнего уровня по режимамуправления, которые логично обозначать:

1. «Автономный» – работа на основе текущего состояния и восприятия внешней среды без вмешательства человека в процессе выполнения задания.

2. «Полуавтономный» – работа на основе текущего состояния и восприятия внешней среды (автономно) с возможностью корректировки командами человека, подаваемыми в процессе выполнения задания.

3. «Автоматический» – работа в соответствии с программой выполнения по заданному алгоритму, не изменяемому в процессе выполнения задачи.

4. «Дистанционный» – человек осуществляет постоянное непосредственное управление, используя разные способы воздействия (пульт управления, голос, визуальное или иные возможные способы).

При этом 3 и 4 режимы (уровни) управления не подразумевают автономности, соответственно могут рассматриваться, как робототехнические устройства.

В 1 и 2 режимах (уровнях) управления автономность достигаетсяприменением датчиков (сенсоров), необходимых для выполнения задач на основе текущего состояния и восприятия внешней среды без вмешательства человека, а также технологий искусственного интеллекта при управлении, использование которых является основой создания интероперабельных систем и сетецентрического управления в целом. Данные режимы управления подходят под термин «робот», определенный ГОСТ Р 60.0.0.4-2023/ИСО 8373:2021.

Так, например, «FPV-дроны» (определение отсутствует в национальной стандартизации, однако широко применяется в обиходе) в текущем исполнении(не имея датчиков восприятия внешней среды) представляют робототехнические устройства с дистанционным способом управления, не смогут относиться к 1 или 2 уровням управления без существенных доработок, как следствие не имеют потенциала к объединению в интероперабельные системы, к сетецентрическому управлению.

1.2. Робототехническое средство

Кроме вышеуказанных терминов, известно упоминания «робототехническое средство».

Так согласно ГОСТ 35035-2023 «робототехническое средство (РТС)» - техническое средство, которое выполняет функции, виды работ или операции без непосредственного участия человека в опасной зоне.

В тоже время ГОСТ Р 60.7.0.1-2020 дает определение «морское робототехническое средство (МРТС)» - техническое средство, обладающее свойствами морского робота, способное выполнять поставленное задание по назначению автономно или под дистанционным управлением, или в сочетании указанных способов управления [14, с. 2]. При этом какие свойства имеет морской робот в ГОСТ не уточняется.

ГОСТ РВ 0101-002-2018 кроме термина «робототехническое средство военного назначения» (конструктивно обособленное безэкипажное техническое средство, не являющееся боеприпасом, предназначенное для выполнения боевых и обеспечивающих задач под управлением оператора, или автономно, или сочетанием указанных способов) [8, с. 5] вводит понятие«роботизированное средство военного назначения» - разновидность робототехнического средства военного назначения, управление которым осуществляется в ручном режиме [8, с. 5], что представляется собой тоже самое робототехническое средство, но управляемое оператором (человеком), и по сути вводит дополнительную путаницу в понятийный аппарат.

Таким образом во всех вышеперечисленных ГОСТ под робототехническим средством подразумеваются неоднозначные значения, существует в том или ином виде отсылка к уровням управления, однако точного понимания имеют ли эти средства принадлежность к роботам или робототехническим устройствам согласно ГОСТ Р 60.0.0.4-2023/ИСО 8373:2021 нет, что вносит дополнительную путаницу в понятийный аппарат.

При этом в национальных стандартах нет единого сквозного определения «техническое средство», однако в робототехнике целесообразно это понятие использовать применительно к функциональному назначению для решения задач человека (робототехническое средство мониторинга/ диагностики/ транспортировки/ и т.д.).

1.3. Робототехнические комплексы и системы

Неоднозначно трактуются и понятия «робототехнический комплекс» и «робототехническая система».

Так ГОСТ Р 60.0.0.4-2023/ИСО 8373:2021 дает определение «(промышленный) робототехнический комплекс» - комплекс, состоящий из промышленного робота, рабочего органа (органов), датчиков на рабочем органе и оборудования (например, системы технического зрения, устройства для нанесения покрытия, сварочного контроллера), необходимого для выполнения задач по назначению, а также программы выполнения задания [7, с. 2], ГОСТ 35035-2023 «робототехнический комплекс» определяет каксовокупность инфраструктурно и конструктивно связанных одного или нескольких робототехнических средств, средств его (их) технического обеспечения и обслуживания для решения функциональных задач по предназначению в среде функционирования.

Кроме того, известны понятия:

- «морской робототехнический комплекс (МРТК)» - робототехнический комплекс, состоящий из одного или нескольких морскихробототехнический средств и специального оборудования, обеспечивающего их применение по назначению, объединенных общим конструктивным решением для выполнения заданий в морской среде [14, с. 2];

- «робототехнический комплекс (РТК)» - автономно действующее средство производства, состоящее из одной или группы единиц производственного оборудования и взаимодействующее с одним промышленным роботом, включающее набор вспомогательного оборудования, для обеспечения автоматического цикла работы внутри комплекса. Состав РТК: манипулятор, исполнительное устройство (программа выполнения задания, управляющая программа, искусственный интеллект, АСУ, промышленный робот, рабочий орган), измерительные устройства (датчики и т.д.), вспомогательное оборудование (например, контроля параметров безопасности функционирования РТК) [15, с. 5].

Можно обратить внимание, что во всех случаях помимо робота/робототехнического средства робототехнический комплекс включает в себя некое оборудование, датчики, а также программы, однако точного понимания, что включает в себя робототехнический комплекс также нет.

ГОСТ Р 60.1.2.1-2016/ИСО 10218-1:2011 вводит термин «промышленная робототехническая система» - система, включающая: - промышленного робота; - рабочий орган (органы); - любые машины, оборудование, устройства, внешние вспомогательные степени подвижности и датчики, поддерживающие выполнение роботом своего задания [10, с. 3]. Как видно в данному случае, понятия близки по значению комплексу.

Наиболее доступно отличие понятий «комплекс» и «система» приведены в ГОСТ Р 52003-2003 на примере радиоэлектронных средств. Можно выделить, что «комплекс» – это средство, представляющее собой функционально законченную совокупность устройств, не соединённых на предприятии-изготовителе сборочными операциями, выполненное с использованием интерфейсов и обладающее свойством перестроения своей структуры для сохранения работоспособности при решении тактических и/или технических задач в различных условиях эксплуатации [1, с. 6], а «система» в свою очередь – средство, представляющее собой функционально законченную совокупность комплексов и устройств, обладающее свойством перестроения своей структуры для рационального решения тактических и/или технических задач при изменении условий эксплуатации [1, с. 5].

Таким образом, системности в использовании терминов «робототехнический комплекс» и «робототехническая система» в национальных стандартах Российской Федерации нет.

Исходя из вышесказанного можно определять:

Робототехнический комплекс – функционально законченная совокупность робота и/или устройств, не соединённых на предприятии-изготовителе, выполненная с использованием интерфейсов и обладающая свойством перестроения своей структуры для сохранения работоспособности при решении задач в различных условиях эксплуатации.

Робототехнический комплекс может включать: базовый носитель, целевую нагрузку, бортовую информационно-управляющую систему (управления, информационную, связи и коммуникации), систему энергообеспечения, систему информационной безопасности, а также средства обеспечения и обслуживания, пункты управления и контроля.

В свою очередь робототехническая система - функционально законченная совокупность комплексов, выполненная с использованием интерфейсов и обладающая свойством перестроения своей структуры для сохранения работоспособности при решении задач в различных условиях эксплуатации.

Робототехническая система может включать несколько робототехнических комплексов, устройств, а также групповую информационно-управляющую систему.

1.4. БВС (БЛА), БАС (КБЛА)

В национальных стандартах представлено несколько действующих определения «беспилотного воздушного судна» (БВС).

Так ГОСТ Р 56122-2014 под БВС понимает воздушное судно, которое предназначено выполнять полет без пилота на борту [4, с. 1], а ГОСТ Р 57258-2016 дополняет: «или выполняющее автономный полет по заданному предварительно маршруту» [5, с. 1], уточняя возможные режимы управления. В целом понятия не противоречат друг другу, однако в вышеперечисленных определениях и стандартах в целом нет отсылки к стандартам по робототехникеи понимания, являются ли они таковыми, хотя по критериям понятий «робот» или «робототехническое устройство» они могут подходить.

Вышеуказанные стандарты имеют примечания о возможности использования термина «беспилотный летательный аппарат» (БЛА) наряду с БВС, хотя поясняется, что термин устарел.

Стоит отметить, что серия военных стандартов вообще не содержит упоминания БВС, а использует БЛА (Беспилотный летательный аппарат военного назначения (БЛА ВН) – летательный аппарат без летного экипажа, предназначенный для выполнения боевых и обеспечивающих задач, осуществляющий управляемый полет по программе и/или по командам оператора с наземного, корабельного или воздушного пункта управления), определение которого также не имеет отсылки к стандартам по робототехнике.

В обиходе часто употребляются «БПЛА», «БпЛА» и «дрон». Данные термины никак не регламентируются действующими стандартами и их употребление вносит дополнительную путаницу.

Не однозначно трактуется термин «беспилотная авиационная система» (БАС). Согласно ГОСТ Р 56122-2014 [4, с. 1] – это воздушное судно и связанные с ним элементы, которые эксплуатируются без пилота на борту, а ГОСТ Р 57258-2016 дает определение: «комплекс, включающий одно или несколько беспилотных ВС, оборудованных системами навигации и связи, средствами обмена данными и полезной нагрузкой, а также наземные технические средства передачи-получения данных, используемые для управления полетом и обмена данными о параметрах полета, служебной информацией и информацией о полезной нагрузке такого или таких ВС, и канал связи со службой управления воздушным движением» [5, с. 1].

Стоит также отметить, что ГОСТ Р 57258-2016 определяет «беспилотную авиационную систему» как «комплекс», отождествляя эти понятия. Однако ранее мы определи, что эти термины различны по значению.

А ГОСТ РВ 0101-002-2018 вводит термин «Комплекс с беспилотным летательным аппаратом военного назначения» (КБЛА), определяя его какфункционально связанная система, включающая в себя беспилотный летательный аппарат с бортовым целевым и общим оборудованием, вооружением и средства технического обеспечения их применения, предназначенная для решения задач автономно и/или во взаимодействии со средствами боевого управления и обеспечения [8, с. 5]. Опять же «комплекс» определяется как «система».

При этом ГОСТ РВ 0098-0.002-2019 определяет КБЛА, как воздушный робототехнический комплекс военного назначения.

Термины и аббревиатуры КБЛА и БЛА используются применительно к разработкам военного и специального назначения. Термины БАС и БВС используются, главным образом, применительно к беспилотной технике общегражданского применения. Таким образом, термины КБЛА/БАС (БЛА/БВС) идентичны по смыслу, но вносят дополнительную путаницу в понятийный аппарат.

С целью развития группового взаимодействия РТК, обеспечения стандартизации при взаимодействии военных институтов с предприятиями промышленности необходимо определить принадлежность БВС/БЛА к робототехнике в целом.

2. Классификация в области робототехники

2.1. Основные группы объектов стандартизации

Основная классификация представлена в ГОСТ Р 60.0.0.2-2016. Все роботы согласно ГОСТ делятся на две категории или основные группы объектов стандартизации: «промышленные роботы» (автоматически управляемый, перепрограммируемый, универсальный манипулятор, программируемый по трем или более степеням подвижности, который может быть установлен стационарно либо на мобильной платформе для применения в прикладных задачах автоматизации в промышленной среде [6, с. 2]) и «сервисные роботы» (робот для персонального или профессионального использования, который выполняет задания, полезные для людей или оборудования [6, с. 2]).

Каждая из этих двух категорий роботов в свою очередь имеет своиклассификации. Так сервисные роботы по области применения подразделяются на сервисные для работы по дому и на сервисные роботы для профессионального использования, которые в свою очередь среди прочих включают «медицинские роботы». Однако ГОСТ Р 60.0.0.4-2023 вводится новую категорию – «медицинский робот» (робот, предназначенный для использования в качестве медицинского электрического изделия или медицинской электрической системы). При этом в примечании указано, чтомедицинский робот не рассматривается как промышленный робот или сервисный робот [7, с. 2].

ГОСТ Р 60.2.2.1-2016 определяет требования и рекомендации для проектирования роботов со встроенной безопасностью, мер защиты и информации для использования «роботов по персональному уходу»(«мобильный обслуживающий робот», «робот для оказания физической помощи», «робот для перевозки человека»), однако ГОСТ Р 60.0.0.2-2016(основополагающий ГОСТ по классификации робототехники) таких терминов не содержит.

2.2. Среда применения (функционирования)

В отдельных стандартах встречаются отсылки к средам применения:

- ГОСТ Р 54344-2011 применительно к мобильным робототехническим комплексам для проведения аварийно-спасательных работ и пожаротушения выделяет РТС по средам применения: наземные, воздушные, подводные;

- В ГОСТ Р 60.0.0.2-2016 отмечено, что классификации роботов космического, воздушного, надводного и подводного применения, а также детальные классификации отдельных видов наземных роботов должны быть определены в других стандартах [6, с. 1].

- ГОСТ Р 60.6.3.1-2019 устанавливает термины и определения понятий в области стандартных методов испытаний роботов для работы в экстремальных условиях, включая наземные, водные и воздушные среды применения [13, с. 1];

Наиболее полную классификацию по среде функционирования в части робототехнических средств военного назначения содержит ГОСТ РВ 0098-0.002-2019: наземные, воздушные, морские (надводные и подводные), космические, разносредные [9, с. 7].

Таким образом, существует двойственность классификаций роботов даже в рамках основных групп объектов стандартизации.

Заключение

Проведенный поверхностный анализ национальных и межгосударственных стандартов в области робототехники выявил системную проблему: отсутствие единого, непротиворечивого понятийного базиса. Ключевые термины трактуются разными ГОСТ по-разному, а зачастую и взаимоисключающим образом. Классификации роботов дублируют, пересекают или игнорируют друг друга, не образуя связанной иерархии.

Это приводит к трем прямым последствиям:

Юридическая неопределенность – разработчик не может однозначно подтвердить соответствие своего изделия требованиям того или иного стандарта.

Техническая несовместимость – отсутствие общей терминологии делает невозможным формализацию интерфейсов и протоколов обмена данными, что блокирует создание интероперабельных систем в понимании ГОСТ Р 59796-2021.

Стратегический тупик – без единой классификации и уровней автономности невозможно перейти от единичных дистанционно-управляемых образцов (FPV-дроны, большинство современных РТК) к групповому применению роботов под сетецентрическим управлением, заявленным в ГОСТ Р 70569-2022.

Особую остроту проблеме придает параллельная работа более 10 технических комитетов, каждый из которых создает «свою» терминологию без координации. В результате стандарты часто «говорят» на разных языках, а такая критически важная область, как беспилотные авиационные системы (БАС/КБЛА), существует в нормативном поле, почти не связанном с робототехникой.

Для эффективного развития робототехники, создания и применения групп РТК необходима разработка единого для всех участников робототехники базового стандарта «Глоссарий и классификация робототехники», а также принудительная гармонизация – пересмотр и приведение к единой модели всех действующих ГОСТ и профильных стандартов.

Без подобных мер любые декларации о переходе к сетецентрическому управлению и групповому применению РТК останутся благими пожеланиями, а российская стандартизация робототехники – набором разрозненных, конфликтующих между собой документов.