Концептуально-методологические теории в системотехнике
В рамках системотехники развивается общая теория систем, которая служит базой формализации всех этапов проектирования и в том числе задание на проектирование сложной системы, которое формирует пользователь – заказчик. Основными математическими методами общей теории систем являются методы теории множеств, теории алгебраических систем и теорий категорий. В свою очередь основы системотехники являются базой для курсов проектирования ЭВМ и сложных систем.
В настоящее время имеется ряд новых научных областей, стремящихся к пониманию общей теории систем. Мы кратко перечислим их.
1) Кибернетика - базирующаяся на принципе обратной связи, или круговых причинных цепях, и вскрывающая механизмы целенаправленного и самоконтролируемого поведения.
2) Теория информации – вводящая понятие информации как некоторого количества, измеряемого посредством выражения, изоморфного отрицательной энтропии в физике, и развивающая принципы передачи информации.
3) Теория ИГР - анализирующая в рамках особого математического аппарата рациональную конкуренцию двух или более противодействующих сил с целью достижения максимального выигрыша и минимального проигрыша.
4) Теория решений - анализирующая аналогично теории игр рациональные выборы внутри человеческих организаций, основываясь на рассмотрении данной ситуации и ее возможных исходов.
5) Топология, или реляционная математика - включающая неметрические области, такие, как теория сетей и теория графов.
6) Факторный анализ - то есть процедуры изоляции посредстом использования математического анализа и факторов в многопеременных явлениях (напр. в психологии и других научных областях).
7) Общая теория систем - пытающаяся вывести из общего определения понятия «система», как комплекса взаимодействующих компонентов, ряд понетий, характерных для" организованных целых, таких, как взаимодействие, сумма, автоматизация и механизация, централизация, конкуренция, финальность и т. д., и применяющая их к конкретным явлениям.
Поскольку теория систем в широком смысле является •по своему характеру фундаментальной основополагающей наукой, она имеет свой коррелят в прикладной науке, иногда выступающий под общим названием науки о системах, или системной науки (Systems Science). В общем плане следует различить в науке о системах следующие области.
Системотехнику (Systems Engineering)- то есть научное планирование, проектирование, оценку и конструирование систем человек—машина.
Исследование операций (Operations Research) - то есть научное управление существующими системами людей, машин, материалов, денег и т. д.
Инженерную психологию (Human Engineering) - то есть анализ приспособления систем и прежде всего машинных систем, для достижения максимума эффектна ности при минимуме денежных и иных затрат. Инженерная психология, занимается анализом способностей, психологических ограничений и вариабильности человека, широко использует средства биомеханики, промышленной психологии, анализа человеческих факторов и т. д.
Все перечисленные теории имеют определенные общие черты:
Во-первых, они сходятся в том, что необходимо как-то решать проблемы, характерные для бихевиоральных и| биологических наук и не имеющие отношения к обычной физической теории.
Во-вторых, эти теории вводят новые по сравнению с физикой понятия и модели, например обобщенное понятие системы, понятие информации, сравнимое по значению с понятием энергии в физике.
В-третьих, эти теории преимущественно имеют дело с проблемами и задачами со многими переменными.
В-четвертых, вводимые этими теориями модели являются междисциплинарными по своему характеру, и они далеко выходят за пределы сложившегося разделения науки.
Более того, во многих случаях имеется формальное соответствие, или изоморфизм, общих принципов и даже специальных законов. Одно и то же математическое описание может применяться к самым различным явлениям. Из этого, в частности, вытекает, что общая теория систем, помимо всего прочего, облегчает также научные открытия: ряд принципов может быть перенесен из одной области в другую без необходимости дублирования работы.
В-пятых и, может быть, самое важное—такие понятия, как целостность, организация, телеология и направленность движения или функционирования, за которыми в механистической науке закрепилось представлние как о ненаучных или метафизических терминах, ныне получили полные права гражданства и рассматриваются как чрезвычайно важные средства научного анализа. В настоящее время мы располагаем концептуальными и в некоторых случаях даже материальными моделями, cnocoбными воспроизводить основные свойства жизни и поведения.
Для постановки и решения перечисленных и других системотехнических проблем, а также для формирования научных основ системотехники строительства был использован ряд концептуально-методологических теорий:
- теория функциональных систем, предполагающая заданный результат как главный системообразующий фактор и позволяющая формировать функциональные системы из элементов, взаимосодействующих достижению заданного результата;
- теория вероятностно-статистического исследования систем проектирования зданий и систем проектирования их возведения, что в отличие от применяемого детерминистского подхода позволяет конструировать модели, более адекватные изучаемым явлениям, и, что особенно важно, исследовать надежность систем;
- теория математического моделирования сложных систем и, в частности, такие его виды, как имитационное моделирование, позволяющие имитировать на ЭВМ реальные ситуации проектирования и возведения объектов;
- теория проектирования организаций, предусматривающая создание систем организационного управления проектной деятельностью.
В 60-е годы в нашей стране и за рубежом активно начали исследовать возможности автоматизации творческих процессов, в частности — визуализации процессов и результатов деятельности по проектированию предметов и процессов. Со временем это направление деятельности, носящее междисциплинарный и межотраслевой характер, стали называть инфографией. Известны другие термины (компьютерная или "машинная" графика, геометрическое моделирование, комплексная обработка документации, репрография и др.), символизирующие собой области и разделы инфографии.
Понятие "мониторинг" известно достаточно давно как система повторных наблюдений одного и более элементов окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями. Непрерывное наблюдение за событиями в теории и практике управления является важным и относительно самостоятельным звеном управленческого цикла обеспечения и оценки качества деятельности и ее результатов.
Мониторинг ориентирован на инфографическое моделирование качества продукции и технологий его определения и контроля, получение информации о статических и динамических характеристиках объектов нового типа, реконструкции или переустройства, технологических процессов и средств производства с последующей обработкой полученной информации в системах подготовки вариантов и принятия проектных и управленческих решений.
Таким образом, под системотехническим мониторингом (СМ) понимается последовательный процесс:
- измерения информации (ИИ) о состоянии оцениваемого объекта;
- передачи информации по каналу связи (КС) с перекодированием (ПК) и преобразованием в новые формы представления (НФ);
- декодирования и анализа (ДА) переданной информации локальными (ЛС) или системно-аналитическими (СА) средствами;
- использование результатов анализа в системах подготовки принятия решений (СППР) в САПР промышленного производства.
СМ = [ ИИ → КС → ПК → НФ → ДА (ЛС;СА) → СППР ].
На основании этих теорий, имеющих разный уровень научной разработки и практического применения, в настоящей работе поставлены теоретические и методологические проблемы системотехники, решение которых позволит объединить на единой функционально-системной вероятностной основе ныне разрозненные системы проектирования объектов, их возведения и управления и создать таким образом систему более высокого порядка с более общими критериями оптимизации.
Цели системотехники
Изложить цели системотехники означает лишь представить по-другому схему системотехнических работ.
Отметим наиболее основные цели системотехники:
- доставить руководству возможно больше информации, необходимой для принятия общей программы разработок и контроля над нею;
- сформулировать долгосрочные планы и цели как основу для взаимной увязки отдельных проектов;
- сбалансировать общую программу разработок, обеспечивая продвижение по всем необходимым направлениям и добиваясь в то же время наилучшего использования кадров и других ресурсов;
- разрабатывать цели и планы для отдельных проектов и согласовывать их с долгосрочными целями, знать текущие нужды организации, смотреть вперед, что бы предугадать будущие потребности и быть в полной готовности для последующих действий;
- быть в курсе новых идей, принципов, методов и изобретений, обеспечить наилучшее и наиболее своевременное применение новых технологий;
- выполнять каждую операцию в процессе выбора систем возможно более эффективным образом, с учетом того, что требования к детализации, точности и скорости зависит от фазы процесса.
Заключение Системотехника опирается на эксперимент и ориентирована на выявление закономерностей, непосредственно следующих из наблюдений и экспериментов.
Инженер-системотехник
Развитие научно-технического прогресса выработало весьма сложные требования к инженеру-системотехнику: "Идеальный инженер-системотехник должен сочетать талант ученого с искусством конструктора и деловыми качествами организатора. Он должен уметь объединить специалистов разных профилей для совместной работы" (В.Г.Горохов). Это означает, что инженер-системотехник кроме глубоких знаний методологических основ науки должен иметь хорошую инженерную подготовку в своей отрасли и широкий кругозор, позволяющий сочетать эффективное решение конкретных задач с народнохозяйственными интересами.
Квалификация «инженер-системотехник», присваиваемая специалистам в области проектирования автоматизированных систем, была введена в 1977 году.
Инженеры-системотехники должны осуществлять исследовательскую, методическую и методологическую деятельности.
Исследование существующей системы является исходным пунктом разработки всякой новой сложной системы. Комплексное исследование в области автоматизированной системы управления включает:
- планирование, координацию и проведение исследований объекта и системы управления в целом;
- организацию дополнительных исследований на уровне подсистем;
- классификацию объектов и систем управления для привязки типовых проектных решений;
- оценку эффективности функционирующей автоматизированной системы
Методическая деятельность заключается:
- в разработке технического задания на систему в целом и на отдельные подсистемы;
- в формировании состава методик проектирования и других документов, регламентирующих проектировочную деятельность;
- в описании типового состава проектов подсистем;
- в определении этапности проектирования, внедрения и функционирования системы;
- в выпуске документов, регламентирующих ее внедрение;
- в конкретизации применительно к данной системе общих стандартов и методик, разработке недостающих инструкций и предписаний.
Реализация методологических рекомендаций и методических предписаний, внедрение их в практику проектирования осуществляются с помощью научно-тематической координации всех работ по созданию системы. Она также выполняется обычно системотехнической группой и направлена на решение следующих задач:
- организация стыковки научно-технического руководства проектировщиками отдельных подсистем (как правило, их главными конструкторами);
- выдача исходных данных проектировщиками подсистем;
- увязка частных проектов и их интеграция в единый проект;
- обеспечение реализации принципов системного подхода в процессе проектирования;
- разработка координационного плана организации внедрения;
- текущий контроль за расходом разработки и его оценка.
Таким образом, системотехническая группа призвана реально управлять разработкой определенной сложной системы.
Для подготовки специалистов по системотехнике, во многих российских и зарубежных ВУЗах существуют кафедры системотехники. Вот примерный перечень дисциплин, включенных в институтские программы по системотехнике в США:
-общая теория систем;
- линейная алгебра и матрицы;
- топология;
- интегральные преобразования;
- векторное исчисление;
- математическая логика;
- теория графов;
- теория надежности;
- теория вероятностей;
- линейное, нелинейное и динамическое программирование;
- теория информации;
- методы моделирования и оптимизации;
- методология проектирования систем;
- применение инженерных моделей;
- проектирование;
- информационные технологии;
- биологические и экономические системы;
- прогнозирование;
- экологические системы;
- исследование операций и т.д.
Даже из этого неполного списка видно, насколько широкой является подготовка инженера-системотехника. Для того чтобы овладеть всеми этими знаниями, ему необходимо глубокое знакомство с методологическими основами науки, с философией и историей научной и инженерной деятельности.
Однако главное, чем он должен владеть, - умение применять все полученные знания для решения двух основных системотехнических задач:
-управления процессом создания сложной системы;
- и обеспечение интеграции частей этой системы в единое целое.
Системотехник - создатель замысла системы - должен обьединить специалистов разных профилей для совместного решения сложной задачи, найти место каждого и его частную задачу, связать эти частные работы в единый поток целенаправленной активности. Он составляет план решения, а затем следит за его исполнением на последующих этапах разработки, изготовления и эксплуатации.
В отличии от специалистов, поглащенных деталями, системотехник занимается общей постановкой проблемы и общей оценкой результатов и в этом смысле является творческим работником нового типа - генералистом (от лат. Generalis - общий) или универсалистом. Это инженер инженеров.
Системотехник - это в некотором смысле научный мечтатель, чье видение очерчено его знанием того, что осуществимо физически и экономически, оттенено его ожиданием того, что станет осуществимо в будущем, и окрашено его желанием того, что он хочет осуществить.
Системотехник должен не только решить задачу, но и правильно поставить ее. Выбрать не ту цель, значит решить не ту задачу, выбрать не ту систему - значит просто выбрать неоптимальную систему.