Некоторые методические аспекты использования моделей при проектировании сложных систем

А.Б. Бахур
Директор НВЦ «Интелтех»,
г. Москва

Проектирование сложных систем содержательно определяется как принятие решений об устройстве создаваемого и доведении замысла путем модельной отработки до обоснования реальности изготовления [2]. Анализ проблем использования моделей при проектировании сложных технических систем позволил выявить следующие методические аспекты:

- когнитивные (формирование гармонизирующих системных моделей, отношения парадигмальных и конкретных моделей);

- инженерные (использование моделей при проектировании и при управлении предприятиями)

- идеологические (модель как средство согласования усилий людей).

1.1. Когнитивные методические аспекты.

Проектирование сложных технических систем связано с принятием и исполнением комплексных решений. Необходимость развития методического инструментария создания и применения моделей в процессе проектирования приводит к необходимости осознания следующих методических аспектов: формирования гармонизирующей системной модели и отношений парадигмальной и конкретной моделей.

Разработка конкретных моделей, обеспечивающих проектирования, включает в себя два момента:

- формирование моделей отдельных эффектов, обеспечивающих частные исполнения;

- формирование гармонизирующей системной модели, описывающей согласование проявления отдельных эффектов.

Первый момент достаточно понятен и методически разработан, поэтому мы на нем не будем останавливаться. А вот второй имеет решающее значение при анализе и выработке комплексных решений. Чтобы подчеркнуть значение вопроса, отметим, что гармонизирующая модель описывает получение интегративного качества системы – такого ее свойства, которое проявляется только через взаимодействие элементов, но не содержится ни в одном из них [10]. Т.е. содержание системной модели – это описание функционирования всего изделия как согласованной работы частей. Именно она фиксирует то, что мы имеем дело с единым комплексом свойств в разных ситуациях, когда они проявляются по-разному, создавая впечатление нового явления.

Вопрос формирования гармонизирующих моделей как отдельный методический шаг представляет собой фундаментальную проблему, связанную с существенным изменением мировоззренческих представлений. Основы для ее решения разработаны в [1, 3, 7, 11, 12 и др.]. В них не просто рассмотрена система как род модельного описания отношений целого и частей, но и предложена такая идея описания, которая позволяет свести разнородные явления в однородную модель – модель организации (управления).

Однако именно необходимость изменения мировоззренческих представлений является причиной того, что методическая разработка проблемы формирования системных моделей не осознана настолько, что можно считать ее в достаточной мере понятой в постановочном плане. Поэтому несмотря на наличие глубоких оснований эта проблема не разработана как общая теория. В разработках различных системных теорий 50-80-х гг. XX века постановка, где бы явно присутствовало выделение методического шага формирования гармонизирующей модели по отношению к формированию моделей отдельных эффектов, в явном виде не присутствовала. Анализируя эти разработки, академик Н.Н. Моисеев пришел к следующему заключению [9]: “Кроме того, теория систем, по моему глубокому убеждению, относится к числу “несостоявшихся наук”. В самом деле, идеи фон Берталанффи, несмотря на их широкую рекламу, не внесли каких-либо методологических или конструктивных методов в анализ сложных систем. Новые механизмы не были раскрыты, а математические методы анализа опирались на теорию бифуркаций и малого параметра Пуанкаре и Тихонова, на теорию графов и другие традиционные методы анализа сложных систем. Попытка Месаровича создать своеобразную “системную алгебру” не привела к каким-либо конструктивным или философским результатам.”

Не менее важным в современных условиях становится и значение методических аспектов связанных с формированием конкретной модели при проектировании. Необходимость отказа от визуальных аналогий при проектировании сложных систем требует поддержки для формирования модели проектируемого объекта. И в этом случае проявляется методически обоснованного создания таких моделей. Для внесения ясности в этот аспект обратимся к некоторым идеям В.И. Вернадского [6].

Знания, которые мы используем, представляют не просто ряд из теорий, описывающих различные явления. Знания имеют развитое вертикальное строение. И в нем присутствуют обобщающие модели, несущие в себе содержательные аспекты, не связанные со специализированными теориями, описывающими отдельный эффект. Такие модели можно рассматривать как парадигмальные. В ситуации невозможности использования визуальных аналогий парадигмальные модели становится методическим инструментом, позволяющим:

- выбирать парадигму и связанный с ней комплекс модельных возможностей для формирования конкретной модели;

- формировать конкретные модели проектируемой системы в соответствии с постановкой задачи;

- переносить модельные описания, полученные в других областях знания или на основе других парадигм, в ходе анализа конкретной проблемы и ее решения.

Т.е. создание конкретной модели является результатом приложения этих обобщающих оснований к тому эмпирическому материалу, на базе которого будет создаваться проектируемое изделие.

1.2. Инженерные аспекты.

Все, написанное выше, относится к когнитивной роли моделей. Но, сложные комплексные решения необходимо не только анализировать и синтезировать. Их необходимо реализовывать. К сожалению, роль моделей в инженерной деятельности исследована гораздо меньше, чем роль моделей в науке. Это обусловлено гораздо меньшим вниманием к изучению методических проблем инженерии, по сравнению с методическими проблемами науки. И поэтому на них будет необходимо остановиться подробнее.

Модель, как инструмент проектирования, предназначена для формирования и отработки замысла. Учтем то, что отрабатывается замысел весьма сложного изделия, сочетающего комплекс разнородных требований и включающего в схему своего функционирования разнообразные частные процессы. Учтем и то, что сам процесс отработки замысла ставится на промышленную основу, когда, кроме требования соответствия замысла некоторым новым условиям, появляются требования рентабельности и выполнения проекта в обусловленные сроки, исключающие кустарность [8].

Отметим основной аспект, осознанное использование которого необходимо в проектном моделировании. Это необходимость отрыва модели от конкретности, от очевидности, от той исходной ситуации, в которой она была сформирована. Только при этом условии модель приобретает проектный потенциал[1], пластичность, необходимую для адаптации к новым условиям, которые могут быть весьма отличающимися от условий, в которых модель была получена. Однако этот отрыв, не должен приводить к потере связи с постановкой задачи. Это противоречие может быть разрешено только в условиях осознанного использования моделей в проектировании.

Рассмотрим подробнее момент, связанный с тем, что отрыв должен представлять собой не просто фантазирование, а методический шаг. И здесь снова на поверхность выступает роль парадигмальных моделей. Поскольку именно они позволяют абстрагироваться от тех конкретных деталей, которые не имеют существенного значения, сохраняя в процессе отрыва то, что нам принципиально важно для того, чтобы остаться в рамках постановки задачи. И при нахождении решения развивать его за счет введения в получающуюся модель новых конкретных подробностей.

Это еще раз подчеркивает значение эксплицированности парадигмальной модели, о чем выше уже было сказано. Она становится средством, позволяющим удержать конкретную модель в рамках постановки задачи. На основе понимания парадигмальной модели мы можем произвести отрыв, необходимый для получения проектного потенциала, но не выходящий за рамки постановки и превращающий проектирование в безосновательное фантазирование. Именно парадигмальная модель позволит определить те детали конкретной модели-прототипа, которые можно считать несущественными, которые нас связывают с исходной ситуацией ее формирования. Которые мы должны будем «стереть».

1.3. Идеологические аспекты.

Поскольку проектирование сложной технической системы происходит в процессе взаимодействия разработчиков, в применении моделей проявляется и аспект, который можно назвать идеологическим [4]. В этой ситуации модель проектируемой системы становится средством поддержки согласования усилий людей.

При проектных работах, в ходе создания комплекта документации, разные специалисты разрабатывают решения по тому, как будут организованы различные функции создаваемой системы. И эти решения должны представлять из себя не фрагменты, а части единого проекта[2]. Фрагментарность исполнения является предпосылкой его неудачи. Поскольку сложить фрагментарные решения в единый проект (согласовать их между собой) – это все равно, что сделать все заново.

Та характеристика, которая выше была дана когнитивным аспектам, связанным с парадигмальной и гармонизирующей системной моделями, позволяет понять и рассматриваемые идеологические аспекты. Они состоят в том, что понимание содержания именно этих моделей становится основой для согласованного ведения проектных работ. Гармонизирующая системная модель уже в силу своей роли фиксирует единство общего замысла. И это единство должно быть выдержано в самостоятельных действиях специалистов, составляющих проектную группу. Очевидно, что практически невозможно обеспечить абсолютный контроль над их действиями. Это будет означать, что все решения - от замысла, до мельчайших деталей принимает один человек. Что возможно или в случае достаточно простой разработки или в случае, когда разработку ведет человек, обладающий выдающимися дарованиями и колоссальной работоспособностью. Однако, в подавляющем большинстве случаев мы имеем дело с группой квалифицированных специалистов, перед которыми стоит задача разработать решение сложной комплексной проблемы, в котором подробности не противоречат общему замыслу. И очевидно, что в этом случае средством согласования их усилий становится модель. Т.е. она становится идеей, понимание которой гармонизирует самостоятельность специалистов группы, вносит в нее согласующее начало.

Литература

1. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. //Принципы системной организации функций. - М.: Наука, 1973, (стр. 5-62)

2. Бахур А.Б. Постановка задачи проектирования как создания управления процессом функционирования. //Сборник трудов международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта CAD/CAM/PDM – 2004» - М.: ИПУ РАН, 2004

3. Богданов А.А. Тектология (Всеобщая организационная наука). – М.: Финансы, 2003.

4. Богданов А.А. Наука об общественном сознании. – М.: Московский психолого-социологический ин-т, Из-во НПО «Модек», 1999

5. Бом Д. Развертывающееся значение. Три дня диалогов с Д. Бомом. (пер. М. Немцова) - 1985

6. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. - М.: «Наука», 1975.

7. Винер Н. Кибернетика. – М.: Сов. Радио, 1968

8. Джонс Дж. К. Методы проектирования. – М.: Мир, 1986

9. Моисеев Н.Н. Моисеев Н.Н. Тектология Богданова – современные перспективы. //«Вопросы философии» 1995 № 8, стр. 8-13

10. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. - М.: Машиностроение, 1984

11. Сетров М.И. Основы функциональной теории организации. - Л.: “Наука”, Лен.отд., 1972

12. Bertalanffy L. Von. General System Theory (Foundation, Development, Application), G. Brazillier, n. y., 1973

---

[1] Это хорошо соответствует значению латинского слова projectus – брошенный вперед.

[2] Очень четко показал отличие частей и фрагментов Нобелевский лауреат Д. Бом [5]: «Этот подход целостности мог бы помочь завершить далеко заводящую и всепроникающую фрагментацию, возникающую из механистического мировоззрения. Дальнейшее понимание природы такой фрагментации можно получить, спросив, какова разница в значении слов “часть” и “фрагмент”. Часть, как я сказал, - механическая ли, органическая - внутренне связана с целым, для фрагмента же это не так. Как указывает латинский корень, и как видно из родственного английского слова fragile (хрупкий), “фрагментировать” - это ломать или разбивать. Ударить по часам молотком - значит, произвести не части, а фрагменты, разделенные так, что они перестают быть значимо связанными со структурой часов. Если вы разрежете тушу животного, как в мясной лавке, то получатся не части животного, а снова фрагменты. И вот что я пытаюсь сказать: мы обладаем способом мышления, который скорее производит незначимые поломки и фрагменты, а не видит должные части в их связи с целым»