Задача идентификации объекта автоматизации в
составе общей процедуры синтеза реальной
системы автоматического управления: о трудностях разработки научных методов решения
и объяснения
К.С. Гинсберг,
с.н.с, к.т.н., доц., ginsberg@mail.ru,
ИПУ РАН, г. Москва
Анализируется содержание
задачи идентификации объекта автоматизации в составе общей процедуры синтеза
реальной системы автоматического управления. Выясняются объективные и
субъективные причины, создающие до сих пор не преодолимые интеллектуальные трудности
для разработки научных методов ее решения.
The
content of a problem of identification of object of automation as a part of the
general procedure of synthesis of real automatic control system is analyzed.
The objective and subjective reasons creating till now not surmountable
intellectual difficulties for working out of scientific methods of decision of
this problem are found out.
Введение
В
работе [1] приведено высказывание: «Теория идентификации в настоящее время, по
существу, приобрела самостоятельное значение, в значительной мере абстрагировалась
от своего системного подчинения. Об этом можно только сожалеть, так как это
привело к потере системного подхода к решению безусловно системной задачи идентификации
объектов в составе общей процедуры синтеза САУ» ([1], с. 342). Данный текст так
насыщен терминами и общими утверждениями, что невольно возникает желание уточнить
их смысл и на основе более ясного понимания сформировать свое представление.
Поэтому
выбран следующий план исследования:
·
уточнить содержание «задачи идентификации объектов в составе общей
процедуры синтеза САУ» ([1], с. 342) или, иными словами, задачи идентификации
объекта на этапе проектирования реальной САУ;
·
выяснить, почему до сих пор не удается разработать научные методы
решения указанной задачи, или, иными словами, научные методы информационной поддержки
ее решения субъектом идентификации;
·
обосновать представление об идентификации на этапе проектирования как о
познавательной человеческой деятельности.
1. Предварительный анализ
Проблема
разработки научных методов решения «задачи идентификации объектов в составе
общей процедуры синтеза САУ» ([1], с. 342)
является особо трудной проблемой для теоретических исследований проблем
идентификации на этапе проектирования. Ее научное решение, по нашему мнению,
сейчас практически невозможно из-за отсутствия необходимых для теоретических
исследований поведенческих схем познавательной деятельности субъекта реальной
идентификации. Отсутствие схем вызвано, с нашей точки зрения, трудностями моделирования
познавательной человеческой деятельности на этапе проектирования.
Представляется, что исследователям данной проблемы, в первую очередь, следует
осознать:
·
для решения указанной выше проблемы не надо создавать психологические
модели субъекта идентификации;
·
разработку поведенческих схем субъекта идентификации следует
осуществлять с позиций функционального подхода к исследованию реальных систем
[2, 3], созданного в кибернетике и общей теории систем как методологическая основа
«метода моделирования явлений, протекающих в больших и сложных системах» ([2],
с.239);
·
задача построения поведенческих моделей (схем человеческой деятельности)
относится к классу междисциплинарных проблем; на трудность ее решения указано
еще в 1975 году М.А. Айзерманом [4].
Целью
настоящей работы не является критический анализ приведенной выше цитаты из
книги [1]. Ее основное назначение – выяснить реальные возможности аппарата
теории идентификации как основы для создания научных методов решения «задачи
идентификации объектов в составе общей процедуры синтеза САУ» ([1], с. 342).
Как будет показано, сейчас такие возможности отсутствуют, то есть необходимо дополнить
теоретический аппарат новыми средствами, чтобы появилась реальная основа для
разработки научных методов. Какие должны быть эти новые средства, в чем их
особенность? Приведен, хотя и неполный, ответ на данный вопрос.
Если
теоретики (исследователи проблем идентификации) в настоящее время не способны
разработать научные методы информационной поддержки процессов решения «задачи
идентификации объектов в составе общей процедуры синтеза САУ», то это не
означает, что разработчики реальной САУ не в состоянии самостоятельно и приемлемо
(с точки зрения заказчика) практически решить эту задачу. Умеют и делали это
многократно, если вспомнить большое число приложений теории автоматического
управления. Конечно, наличие научных методов и их профессиональное
использование позволяет быстрее выполнить требования задачи идентификации. Но самое
главное, с чем связано применение этих методов, это возможность при их
профессиональном использовании выполнить таких «жесткие» требования, формулирование
которых в качестве заданных просто немыслимо при использовании традиционных не
компьютеризованных человеческих процедур.
Можно
зафиксировать, на первый взгляд, парадоксальную ситуацию, когда теоретикам не
удается создать научные средства решения актуальной практической задачи, а
практики (субъекты реальной идентификации) в процессе проектирования
самостоятельно решают эту задачу, преодолевая при этом значительные интеллектуальные
трудности. Первое объяснение содержится в известном афоризме: «Чистая
математика делает то, что можно, так, как нужно; прикладная – то, что нужно,
так, как можно» ([5], с. 10; [6], с. 9). То есть практики при решении «задачи
идентификации объектов в составе общей процедуры синтеза САУ» делают, что
нужно, так, как можно, а теоретики при разработке научных методов ее решения
могут делать только то, что можно, так, как нужно. В этом «можно» и скрыты все
трудности. То, что «можно» явно недостаточно, чтобы создать научные методы
информационной поддержки. Или, иными словами, проблема разработки данных научных
методов, с нашей точки зрения, не может быть адекватно переформулирована в
теоретическую задачу, для которой в современной теории идентификации
разработаны методы и средства решения.
История
развития науки содержит множество примеров, иллюстрирующих возможности
теоретиков расширять пространство «можно» до границ, позволяющих разработать научные
методы решения актуальных практических проблем. Однако запросы практики к
науке, вызванные активной конструктивной деятельностью инженеров, технологов,
конструкторов, все время опережают возможности науки. И эта необходимость
постоянной «гонки», возможно, – одна из особенностей
познавательной деятельности теоретиков, ориентированных на запросы практики.
Более
полное объяснение связано с анализом профессиональной деятельности практиков и
теоретиков. Традиционно считается, что теоретики проводят научные исследования,
в процессе которых создают новое теоретическое знание. Поэтому, согласно
философским исследованиям [7-9], они осуществляют познавательную деятельность.
«Здесь же для нас важно отметить, что саму познавательную деятельность нельзя
сводить только к мыслительным действиям или к чувственным восприятиям реально
существующих предметов. Она включает в себя также разнообразные
чувственно-практические операции как со средствами познания, так и с объектами
познания» ([9], с. 53).
Значительно
сложнее определить вид деятельности практиков. Их главная цель, с нашей точки
зрения, – поиск адекватной модели объекта автоматизации. В философии человеческая
деятельность по поиску модели реального объекта традиционно интерпретируется
как познавательная деятельность, когда она заканчивается созданием нового
знания об объекте реальности. Результат деятельности практиков – приемлемая
модель объекта. Здесь термином «приемлемая модель объекта» обозначена
многослойная конструкция, каркас которой – математические уравнения, а все остальные
слои – различные интерпретации. Главная интерпретация
– технологическая, с помощью которой компонентам уравнений приписывается такой
смысл, что приемлемая модель воспринимается технологами как часть наличного
технологического знания. Поэтому основной компонентой профессиональной
деятельности практиков, несомненно, является познавательная деятельность.
Однако
приемлемая модель создается практиками на этапе проектирования не столько как
новое средство познания, а как прикладной инструмент, на основе и с помощью
которого разрабатывается реальная САУ, удовлетворяющая всем требованиям
технического задания на проектирование. Поэтому профессиональная деятельность практиков
содержит также значительную практическую компоненту.
Основываясь
на проведенном анализе и на философских исследованиях [10-12], профессиональную
деятельность субъектов идентификации, с нашей точки зрения, следует
интерпретировать как познавательную деятельность, не отделившуюся от
непосредственного процесса труда.
2. Задача «идентификации объектов в составе общей процедуры синтеза САУ» как системная задача
В.Я.
Ротач [13], по-видимому, первым в
научной литературе, указал на задачу «идентификации объектов в составе
общей процедуры синтеза САУ» ([1], с. 342) как на системную задачу. То есть эта
задача идентификации, а, следовательно, ее решение и процесс решения являются
элементами системы, которая на этапе проектирования реализуется в виде «общей
процедуры синтеза САУ». Согласно его идеям, изложенным в нашей интерпретации,
задачу построения математической модели объекта (задачу идентификации) и задачу
синтеза математического описания системы автоматического регулирования на
основе заданной математической модели объекта (задачу оптимизации) нельзя
решать автономно, изолированно. Их постановки и решения причинно связаны между
собой, так как они являются взаимосвязанными вспомогательными задачами в
процессе проектирования реальной САУ, удовлетворяющей всем требованиям
технического задания на проектирование. В.Я. Ротач обосновывает свои идеи с
помощью различных логических аргументов, в частности с помощью суждения, которое
называет «системным парадоксом» ([13], с. 8) или, более конкретно, «парадоксом
модели» объекта ([13], с. 19).
Представляется,
что А.А. Красовский придерживается аналогичных взглядов на указанную задачу идентификации.
Например, он пишет: «В.Я. Ротач в работе [14] впервые сформулировал системный
парадокс при создании и реализации сложных АСУ ТП, заключающийся в том, что
“…для получения модели объекта необходимо знать алгоритм функционирования
управляющего устройства, для отыскания которого собственно и нужна модель
объекта”. Здесь же дана рекомендация по выходу из этого парадокса путем
использования “…метода последовательных приближений (итераций). Применение
такого метода позволяет, основываясь на первичной, заведомо неполной информации
о модели объекта, постепенно пополнять ее одновременно с оптимизацией алгоритма
управления. Очевидно, что организация такой итерационной процедуры
«идентификация – оптимизация» должна включать в себя и стадию ввода системы
управления в действие. Таким образом, работы по оптимизации проектных решений
на стадии внедрения должны рассматриваться как неизбежная и неотъемлемая часть
общей работы по проектированию системы управления”» ([15], с. 501).
В настоящем
исследовании также предполагается, что задача идентификации объекта на этапе
проектирования является системной задачей. Более того, эта точка зрения
является центральной и определяет все дальнейшие теоретические рассуждения.
Отметим,
что суждение, которое названо системным парадоксом, является парадоксом только
для несистемного мышления, рассматривающего задачу идентификации и задачу
оптимизации на этапе проектирования как автономные и независимые задачи. Для
этого мышления можно сформулировать различные парадоксы, основанные на причинной
связи указанных задач. В качестве примера приведем описание модельной ситуации,
которая вполне реально может иметь место на начальных стадиях этапа проектирования.
(1)
Пусть заданы технические требования к качеству функционирования проектируемой
САУ в режиме нормальной эксплуатации. Пусть задан тип модели объекта, параметризованный
вектором скалярных параметров; или, используя терминологию Ротача, задана
структура модели объекта. Пусть выбран эмпирический показатель функционального подобия
модели объекту автоматизации. Пусть выбран метод синтеза математического
описания проектируемой САУ на основе конкретной модели объекта.
(2)
Пусть на основе типа модели и эмпирического показателя функционального подобия найдена
конкретная модель объекта. Пусть субъект
идентификации ориентируется в рамках выбранной процедуры поиска этой
модели только на свои интуитивные
представления о желаемом значении эмпирического показателя.
(3)
Пусть на основе этой модели и метода синтеза определено конкретное
математическое описание проектируемой САУ. Пусть на основе этого описания создана
реальная САУ.
(4) Тогда только случайно эта реальная САУ в режиме
нормальной эксплуатации будет удовлетворять всем заданным техническим требованиям
на проектирование.
Почему подобный результат имеет место? Все дело в
необходимом значении эмпирического показателя функционального
подобия, которое, с нашей точки зрения, практически всегда неизвестно субъекту
идентификации на начальных стадиях этапа
проектирования. Поясним
сказанное. Окончательной модели объекта (то есть конечному результату
идентификации в целом на этапе проектирования) должно соответствовать не просто
какое-то значение эмпирического показателя
функционального подобия. Даже если это значение – очень хорошее и желательное с
точки зрения субъекта идентификации. Указанной модели должно соответствовать такое
значение эмпирического показателя,
чтобы на ее основе можно было разработать математическое описание реальной САУ,
удовлетворяющей в режиме нормальной эксплуатации всем техническим требованиям
на проектирование.
Может оказаться, что требуемое значение нельзя получить
при выбранном типе модели объекта. Например, это может произойти, если тип
модели выбран неудачно и он, в действительности, не соответствует реальным свойствам объекта. Во-вторых, это может
быть, если тип модели содержит так много скалярных параметров, что необходимое
значение этих параметров не удается определить из-за отсутствия должного числа измерений.
Возможна еще более трудная ситуация, когда выбранный эмпирический показатель не
отражает реального функционального соответствия между моделью и объектом. Тогда
для реализации конечных целей проектирования не подойдет ни одно значение.
Интуитивно ясно, что требуемое значение эмпирического показателя зависит от многих факторов,
влияние которых очень трудно оценить:
·
реальных динамических и статических свойств
объекта автоматизации;
·
технических требований на проектирование;
·
эмпирического показателя
функционального подобия модели объекту;
·
типа модели объекта;
·
структуры массива экспериментальных данных,
используемого в качестве исходных данных при вычислении значения эмпирического показателя функционального подобия;
·
конкретного математического описания проектируемой системы
автоматического управления ;
·
алгоритмических и технических средств реализации реальной САУ.
Уже
указанных факторов достаточно, чтобы понять: отыскание требуемого значения – трудная интеллектуальная и практическая задача. Тем
не менее, эта задача решается каждым конкретным субъектом идентификации. Представляется,
что трудности преодолеваются на основе:
·
разработки такой схемы проектирования САУ, в рамках которой можно, хотя
бы приблизительно, оценить значение прямого показателя качества идентификации,
используя макеты и прототипы реальной САУ;
·
глубинного, сущностного понимания технологических характеристик
автоматизируемого объекта,
·
большого профессионального опыта работы со средствами автоматизации;
·
способности мысленного моделирования будущего реального функционирования
проектируемой САУ;
·
умения практически использовать результаты теоретических исследований;
·
необъяснимого пока искусства построения приемлемых моделей объектов
автоматизации; в работе [16] изложены особенности идентификации как формы искусства и объекта
приложения теоретических знаний.
Все
перечисленные факторы являются значимыми на этапе проектирования. Однако,
первый фактор особенно важен, так схема проектирования непосредственно задается
разработчиками САУ. Понимание значимости этого фактора особенно ясно выражено в
научных работах, имеющих прикладную направленность. Например, в работе [14] уже
во введении излагается концепция проектирования систем управления
технологическими процессами (см. [14], с. 8-9). Здесь же формулируется идея:
«Очевидно, что организация такой итерационной процедуры «идентификация – оптимизация»
должна включать в себя и стадию ввода системы управления в действие. Таким
образом, работы по оптимизации проектных решений на стадии внедрения должны
рассматриваться как неизбежная и неотъемлемая часть общей работы по проектированию
системы управления» ([14], с. 8). По-видимому, А.А. Красовскому эта идея
показалась настолько значимой, что он цитирует изложенный выше текст в своем
знаменитом историческом очерке (см. [15],
с. 501).
Отметим
два момента, непосредственно связанных с книгой [14], которая особо интересует
нас только по одной причине. В ней, по-видимому,
впервые в научной литературе указано на задачу «идентификации объектов в
составе общей процедуры синтеза САУ» ([1], с. 342) как на системную задачу. Во-первых,
в [14] не исследованы проблемы выбора типа модели объекта или, используя
терминологию В.Я. Ротача, выбора структуры модели объекта. Непонятно, как
субъект идентификации должен выбирать структуру модели в процессе реализации
разработанной концепции проектирования систем управления (см. [14], с. 8-9).
Во-вторых, в [14] не приведено описание структуры «задачи идентификации
объектов в составе общей процедуры синтеза САУ»; не изложено содержание
процесса ее решение и, в частности, не указано, какие методы и математические
средства должны использоваться в процессе решения.
Мы
не рассматриваем как недостаток отсутствие данных тем. Указание на эти темы сделано
только для того, чтобы отчетливо выделить две ключевые мысли. Во-первых, что в
процессе реального проектирования много трудных проблем, для которых в теории
управления не разработаны научные методы информационной поддержки субъекта
решения. Например, это – проблема выбора структуры модели объекта. Во-вторых, что
от осознания определенной практической проблемы как системной задачи до
разработки научных методов поддержки процесса ее решения, как говорят, дистанция
огромного размера. Наука, конечно, ее пройдет. Но трудно догадаться, сколько
времени на это потребуется из-за наличия невидимых для большинства практиков
проблем теоретического исследования.
Интуиция
и история развития науки подсказывают нам, что особо трудные практические
проблемы обычно решаются с помощью методов и средств системы научных
направлений и дисциплин. Не допускать, хотя бы в виде гипотезы, возможность
подобной сборки метода решения «задачи идентификации объектов в составе общей
процедуры синтеза САУ», значит не осознавать ее междисциплинарное содержание и
некоторые системные аспекты. Можно, например, ясно осознавать, что указанная задача
является системной задачей, так как ее включенность в состав общей процедуры
синтеза САУ воспринимается в процессе реального проектирования как достоверный
и точно установленный эмпирическая факт. И не осознавать также ясно и отчетливо
системное строение самой идентификации в целом на этапе проектирования, то есть
необходимость практического и теоретического видения идентификации как
системного объекта или даже как большой системы.
Для
подобной ситуации, конечно, имеются веские основания. И главная причина – в слабой
изученности в научной литературе по проблемам проектирования и в теоретических
исследованиях по структурной идентификации проблем выбора структуры модели объекта.
В прикладных исследованиях, которые являются отражением сложившейся практики
проектирования, это выражается в отсутствии описания значительной части используемых
в реальном проектировании процедур выбора структуры. В основном, это процедуры,
которые трудно рационально обосновать, так как они основаны на интуитивно
принимаемых решениях и учете сугубо конкретных характеристик используемых технологических
знаний. В теоретических исследованиях по структурной идентификации проблемы
выбора структуры изучены значительно шире и детальнее, чем в прикладных
исследованиях. Однако они формулируются и исследуются в рамках теоретических
контекстов ( в рамках концептуальных и математических схем структурной
идентификации), которые непосредственно не вписываются в содержание реальной
структурной идентификации на этапе проектирования. Иными словами, созданные теоретические
контексты недопустимо сильно идеализируют
содержание реальной структурной идентификации. Поэтому в имеющихся контекстах не
могут быть, с нашей точки зрения, адекватно выражены и исследованы фактически
все практические проблемы выбора структуры на этапе проектирования.
3. Теория адаптивных систем с идентификатором
В
научной литературе имеется много публикаций по теории адаптивных систем с
идентификатором. В этих публикациях, в частности, исследуются проблемы автоматической
идентификации объекта автоматизации в условиях нормальной эксплуатации САУ.
Автоматической идентификацией здесь и далее называется автоматический процесс
построения (в явном или неявном виде) математической модели объекта
автоматизации с помощью только средств САУ в условиях ее нормальной
эксплуатации. Построение модели осуществляется путем автоматической обработки
зарегистрированных входных и выходных сигналов, а механизм обработки
определяется свойствами математической модели объекта, сконструированной на
этапе проектирования и использованной в общей процедуре синтеза САУ как
окончательная модель объекта автоматизации.
Можно
ли о данной теории утверждать, что она «в значительной мере абстрагировалась от
своего системного подчинения»; или что в ее исследованиях отсутствует системный
подход «к решению… задачи идентификации объектов в составе общей процедуры
синтеза САУ»?
На
наш взгляд, нет достаточных оснований для подобных выводов. Во-первых, в данной
теории формулировки математических задач, с нашей точки зрения, адекватно
моделируют реальные проблемы автоматической идентификации. Во-вторых,
разработанные математические методы при их конкретизации в виде прикладных
алгоритмов идентификации требуют для своей реализации только таких исходных
данных, которые имеются в условиях нормальной
эксплуатации САУ. В-третьих, задача «идентификации объектов в составе общей
процедуры синтеза САУ» никогда не объявлялась именно той прикладной задачей,
для решения которой разрабатывается аппарат теории адаптивных систем.
Конечно,
можно этой теории приписать дополнительные цели. В частности, необходимость
решать проблему разработки научных методов решения «задачи идентификации
объектов в составе общей процедуры синтеза САУ». Однако это означало бы, что мы не видим других научных направлений
теории идентификации, в рамках которых, возможно, должна решаться указанная
проблема. То, что в теории адаптивных систем непосредственно не разрабатываются
методы и средства ее решения, не означает, что эта теория не имеет к данной
проблеме прямого отношения. С нашей точки зрения, любые методы решения указанной
проблемы, нацеленные на максимальное использование возможностей математического
аппарата теории автоматического управления, должны содержать математические
задачи теории адаптивных систем как особо важные вспомогательные задачи.
4. Теоретические исследования по структурной идентификации
Исследования
по структурной идентификации очень слабо представлены в научной литературе.
Публикаций по данной тематике настолько мало, что они буквально «тонут» в
«море» статей и книг по параметрической и непараметрической идентификациям.
Поэтому специалисты из других разделов теории автоматического управления, обозревая
научную литературу, могут даже подумать, что еще рано эти исследования
рассматривать как работы одного научного направления.
Относительно
небольшое количество публикаций по структурной идентификации может быть
объяснено действием трех факторов:
·
идентификация в целом на этапе проектирования реальной САУ (или, другими
словами, в составе общей процедуры синтеза САУ) является познавательной человеческой
деятельностью;
·
разработка теоретической схемы познавательной человеческой деятельности
на этапе проектирования – трудная междисциплинарная задача;
·
в научной литературе отсутствует общепризнанная поведенческая схема
субъекта идентификации на этапе проектирования реальной САУ.
Известно,
что наибольшее затруднения у субъекта реальной идентификации вызывают проблемы
выбора а) типа и порядка математической модели; б) размерностей и областей
допустимых значений векторных параметров математической модели; в) плана
организации идентификации, помогающего субъекту отыскать значения структурных
параметров заданного параметрического семейства уравнений. Это параметрическое
семейство конструируется как математическая
гипотеза о типе адекватной модели объекта.
Соответственно
и теоретические исследования по структурной идентификации ведутся в следующих
направлениях:
·
формулировка задач структурной идентификации и разработка методов их
решения;
·
разработка вербальных или вербально - графических схем этапов
идентификации;
·
содержательный анализ проблем, которые возникают у субъектов реальной
структурной идентификации или в рамках теоретических исследований по структурной
идентификации.
В
работе [17] приведен наиболее полный обзор разработанных схем этапов
идентификации. Здесь же имеется представительный список литературы по структурной
идентификации. В статьях [16, 18] разработаны блок-схемы, содержащие наибольшее
число этапов идентификации. В работе [19] изложен анализ трудных проблем
структурной идентификации.
Опубликованной
литературы вполне достаточно, чтобы сделать два вывода. Во-первых, концептуальные
и математические средства, созданные в рамках теоретических исследований по
структурной идентификации, не могут служить непосредственной основой для разработки
научных методов информационной поддержки процессов решения «задачи
идентификации объектов в составе общей процедуры синтеза САУ». Во-вторых, данные теоретические
исследования обладают значительными, еще не использованными резервами для существенного
научного саморазвития. Однако эти резервы могут быть задействованы только при
значительной конкретизации содержания теоретических исследований. Необходимо
перейти от абстрактного теоретического контекста, в рамках которого осуществляется
разработка математических средств структурной идентификации, к более
конкретному и содержательному описанию процессов поиска адекватной модели на
этапе проектирования реальной САУ. А для этого, в первую очередь, необходима
разработка поведенческих схем субъекта идентификации на этапе проектирования реальной
САУ.
Заключение
Настоящая
работа посвящена рассмотрению трех вопросов. В чем трудность практического
решения конкретной задачи идентификации объекта на этапе проектирования
реальной САУ? Почему до сих пор не разработаны научные методы информационной
поддержки ее практического решения? В каких направлениях необходимо развивать теоретические
исследования, чтобы появились условия для создания научных методов?
В
исследовании развиты взгляды В.Я. Ротача [13] на задачу идентификации на этапе
проектирования как на системную задачу. Эту задачу, по его мнению, нельзя решать
независимо от других проблем проектирования. Ее постановка и процесс решения
взаимосвязаны фактически со всеми проблемами, возникающими у субъекта идентификации
в процессе реализации общей процедуры синтеза реальной САУ, удовлетворяющей
всем требованиям технического задания на проектирование.
Представляется,
что трудность практического решения конкретной задачи идентификации вызвана ее
системными свойствами; отсутствием модели объекта, необходимой для применения
математического аппарата теории автоматического управления; трудностями прогнозирования
прямого показателя качества идентификации; отсутствием необходимой научной
поддержки процессов структурной идентификации.
Четвертый
фактор не следует интерпретировать как утверждение, что субъект идентификации
не имеет на этапе проектирования информационной поддержки в виде методов и
средств теории идентификации и математических основ теории автоматического
управления. Имеет и весьма значительную. Практически все значимые (для этапа
проектирования) проблемы идентификации локально изучены и имеют значительное
математическое обеспечение. Например, субъект может выбрать, если найдет в этом
необходимость, средство идентификации из имеющегося представительного набора
методов и алгоритмов параметрической, непараметрической или традиционной
структурной идентификаций. Аналогичная ситуация имеет место, например, для
методов и алгоритмов теории адаптивных систем с идентификатором. Однако все эти
методы и алгоритмы разработаны и исследованы в локальных теоретических
контекстах, которые субъекту очень трудно самостоятельно вписать в реальное содержание
процесса проектирования. А, следовательно, возникают проблемы при встраивании
данных методов и алгоритмов в реальную процедуру проектирования конкретной САУ.
Отсутствует,
в действительности, не локальная, а системная поддержка процессов решения
задачи идентификации или, иными словами, системная поддержка идентификации в
целом на этапе проектирования. Именно ее отсутствие и порождает значимые для
субъекта проблемы. В частности, проблемы возникают при формировании общего
концептуального видения всех процессов идентификации; при выборе средств
идентификации из имеющегося набора методов и алгоритмов; при настройке
выбранного средства на конкретную проблему проектирования; при выборе объема
данных, которые должен перерабатывать алгоритм идентификации; при истолковании
результата его работы и выборе схемы использования результата.
Локальная
информационная поддержка явно недостаточна, с нашей точки зрения, только для
процессов решения проблем структурной идентификации. В первую очередь, это
связано с тем, что методы и алгоритмы структурной идентификации разработаны в
таком абстрактном теоретическом контексте, который очень трудно вписать в реальное
содержание процесса проектирования. Во-вторых, эти методы и алгоритмы даже в
собственном теоретическом контексте практически не имеют математического и
экспериментального обоснования в традиционном смысле. В частности, они не получены
в результате решения математической задачи, которая моделирует определенные проблемы
проектирования. Образно говоря, эти методы и алгоритмы являются научными эвристиками, которые сконструированы
на основе определенных содержательных и математических идей, отражающих в
научной форме некоторые интуитивные (ментальные) представления о структурной
идентификации.
Раннее предполагалось, что трудность практического решения
конкретной задачи идентификации вызвана действием четырех факторов: ее системными
свойствами; отсутствием необходимой модели объекта; трудностями прогнозирования
прямого показателя качества идентификации; отсутствием необходимой научной
поддержки процессов структурной идентификации. При разработке научных методов
информационной поддержки к первым трем перечисленным факторам добавляются еще
два, которые порождают дополнительные трудные проблемы. Во-первых, теоретикам (исследователям
проблем идентификации) необходимо при разработке научных методов учесть познавательную
деятельность субъекта идентификации, который собственно и решает задачу
идентификации. Последнее означает, что разработка научных методов, приемлемых
для практиков, должна основываться на реалистических поведенческих схемах
субъекта идентификации. Во-вторых, научные методы разрабатываются не для одной
конкретной задачи идентификации, а для большого числа подобных (по определенным
свойствам и отношениям) задач идентификации, возникающих в различных
приложениях научных методов. Последнее означает, что теоретики при разработке
научных методов не могут опираться, как практики, на сугубо конкретные
характеристики используемых технологических знаний и на интуитивное понимание
объекта автоматизации. Для начала разработки необходимо знание, как минимум,
общих закономерностей содержания задач идентификации, при решении которых субъекту
предполагается оказать информационную поддержку. Несомненно, что установление
этих общих закономерностей – трудная задача.
Представляется,
что разработка научных методов должна осуществляться, на первый взгляд, в двух
непересекающихся направлениях. Во-первых, необходимо разработать общий
теоретический контекст, в рамках которого можно формулировать и исследовать все
проблемы идентификации на этапе проектирования. Исходная основа, каркас этого
контекста – различные поведенческие схемы субъекта идентификации. Поэтому их
конструирование – главная задача первого направления исследований. Особенно
перспективна, с нашей точки зрения, разработка поведенческих схем для процессов
проектирования адаптивных автоматических систем с идентификатором.
Во-вторых, необходима
существенная реконструкция математических основ структурной идентификации. В
первую очередь, следует значительно повысить уровень математической
обоснованности разрабатываемых алгоритмов. А для этого необходимо перейти от
традиционных неформальных процедур конструирования алгоритмов к логическому
выводу этих алгоритмов из формулировок статистических задач. В частности,
желательно иметь статистические задачи синтеза алгоритмов выбора а) порядка
динамической системы, б) размерностей и областей допустимых значений векторов
неизвестных параметров динамической системы. Здесь термин «динамическая
система» употребляется в заданном Р. Калманом смысле.
Как
можно объяснить отсутствие указанных статистических задач? В качестве гипотезы
предлагается следующее объяснение. Представляется, что процесс конструирования
математической задачи, адекватной практической проблеме, всегда опирается на
определенную системную концептуальную модель исследуемой предметной области.
Именно содержание указанной модели формализуется теоретиком в процессе конструирования
математической задачи. Данная модель может быть зафиксирована частично или
полностью в научных исследованиях, а может содержаться в формах «явного знания»
или «неявного знания» в сознании теоретика. В случае отсутствия модели или значимых
для понимания фрагментов процесс формализации останавливается или существенно
замедляется, что мы и наблюдаем в настоящее время. Поэтому разработка
статистических задач выбора порядка – главная задача второго направления
исследований.
Разработка
проблем первого направления, в конце концов, приведет к созданию концептуальных
знаний, формализуя которые теоретик получит адекватные (реальному процессу
проектирования) статистические задачи выбора порядка. Разработка проблем
второго направления, в свою очередь, приведет к совершенствованию поведенческих
схем субъекта идентификации. Они станут более рациональными с точки зрения
теории и более простыми для субъекта идентификации с точки зрения практической реализации.
1.
Ротач В.Я. Теория автоматического управления. М.: Издательский дом МЭИ,
2008. 396 с.
2.
Марков Ю.Г. Функциональный подход в современном научном познании.
Новосибирск: Наука,1982. 266 с.
3.
Мороз А.Я. Кибернетика в системе современного научного знания. Киев:
Наукова думка, 1988. 232 с.
4.
Айзерман М.А. Человек и коллектив как элементы системы управления //
Автоматика и телемеханика. 1975. № 5. С.83-96.
5.
Цыпкин Я.З. Основы информационной теории идентификации. М.: Наука, 1984.
320 с.
6.
Цыпкин Я.З. Информационная теория идентификации. М.: Наука, 1995. 336 с.
7. Быков В.В. Методы науки. М.:
Наука, 1974. 216 с.
8.
Быков В.В. Научный эксперимент. М.: Наука, 1989. 176 с.
9.
Герасимов И.Г. Структура научного исследования: (философский анализ
познавательной деятельности в науке). М.: Мысль, 1985. 215 с.
10. Быков В.В. Параграф 3. Процесс
труда и строение процесса познания. Параграф 4. Отделение процесса познания от
непосредственного процесса труда и превращение его в науку // Быков В.В. Методы
науки. М.: Наука, 1974. С. 30-52.
11. Быков В.В. Параграф 1. Эмпирические предпосылки эксперимента. Параграф 2. Генезис
науки // Быков В.В. Научный эксперимент. М.: Наука, 1989. С. 8-18 с.
12.
Герасимов И.Г. Параграф 1. Процесс труда и процесс познания. Параграф 2.
Стихийно-эмпирический процесс познания // Герасимов И.Г. Структура научного
исследования. М.: Мысль, 1985. С. 47-59.
13.
Ротач В.Я. Введение. Глава первая. Оптимизация
настройки системы управления и адаптивные системы // Ротач В.Я., Кузищин В.Ф.,
Клюев А.С. и др. Автоматизация настройки систем управления / Под ред. В.Я.
Ротача. М.: Энергоиздат, 1984. С. 6-38.
14. Ротач
В.Я., Кузищин В.Ф., Клюев А.С. и др. Автоматизация настройки систем управления
/ Под ред. В.Я. Ротача. М.: Энергоиздат, 1984.
15.
Красовский А.А. Исторический очерк развития и
состояния теории управления // Избранные труды: Самые ранние – самые новые /
Под ред. А.А. Красовского. М.: Наука, 2003. С. 474-507.
16.
Eykhoff P. Identification
Theory: Practical Implications and Limitations // Proceeding of the 4th IMEKO
Symposium on Measurement and Estimation, Bressanone (Brixen), Italy, May 8-12, 1984. P. VI-XVI.
17. Гинсберг К.С.
Идентификационный подход: понятия и основные результаты // Труды VIII
Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO’09.
Москва, 26-30 января
18. Эйкхофф П. Оценка параметров и структурная идентификация // Автоматика. 1987. №6. С. 21-38.
19. Гинсберг К.С.
Идентификационный подход: трудные проблемы // Труды VIII Международной конференции
«Идентификация систем и задачи управления» SICPRO’09. Москва, 26-30 января