Территория ФОРПОСТА
Начальный этап техносистематики
Москва — 1980
Ович-Робзарен

Зарождение техносистематики

1. Предпосылки техносистематики

Возрастающее многообразие искусственных (технических) форм, составляющих «тело» операционной среды человечества, и искусственных процессов (технологий), в которых эти формы создают, в настоящее время уже сравнимо с многообразием на Земле живых организмов.

В условиях стремительного роста этого многообразия технических форм, когда способность создания новых форм, в основном, характеризует экономики стран, начинает оформляться новая самостоятельная научно-практическая дисциплина — техносистематика.

Попытки систематизировать технические формы предпринимались издавна, однако прогресс в этой области становится заметным лишь с появлением достаточно мощных ЭВМ в период создания баз знаний. В определённом смысле элементы техносистематики появлялись и ранее по мере становления патентного дела, при создании различных национальных классификаторов техники.

Задачи техносистематики удобно рассматривать, сравнивая их с задачами сходной с ней биосистематики [1]. На основании известных численных соотношений между признаками строения биоформ биосистематика должна уметь предсказывать, где и какие новые комбинации признаков могут ещё встретиться при дальнейшем изучении семейств организмов.

Подобно тому, как на географической карте «известное» очерчивает своими контурами белые пятна «неизвестного», в биосистематике из известного так же должны как бы вытекать очертания неизвестного.

Это должна обеспечивать система, организующая данные. Отсюда и название дисциплины.

И точно так же становящаяся на ноги техносистематика предназначена для организации технических данных. Её задачи состоят в том, чтобы:

— приводить к канонической форме данные, относящиеся к образцам техники прошлого, настоящего и будущего;
— исходя из соотношения признаков строения и возможных элементов поведения конструкций, указывать на конструкции, которых нет пока и в замысле, но которые давно могли бы быть реализованы в прошлом, могут быть в настоящем и возможны в будущем;
— описывая конструкции, которые могли бы быть, давать достаточно подробные перечни условий (так называемый «образ вакансии»), в которых как раз и возможно появление соответствующей технической формы (например, машины определённого образца);

Эти три перечисленные задачи относятся к главным объектам мира техники — образцам машин, которые попадая в фазу промышленной эксплуатации, способны принести прибыль, во много раз окупающую затраты, понесённые во время реализационного цикла.

Однако у техносистематики имеются и не менее важные вспомогательные задачи. Опишем некоторые из них.
В первую очередь обращает на себя внимание тот факт, что существуют и другие предметы (формы) конструирования, которые тоже требуют затрат больших средств и относятся к другим уровням конструирования.
В качестве хрестоматийного примера можно назвать системы патентов и системы стандартов, относящиеся к концептуальному уровню конструирования и являющиеся важными рычагами экономического действия на весь мир материальных конструкций.
На имитационном уровне конструирования в качестве таких форм выступают различные программные продукты, обслуживающие фазы НИОКР (НИЭР), создания образца: «технологические ленты», банки исследовательской статистики в случае особо дорогих экспериментов и т.п.
В создание названных форм обычно вкладывают средства, сравнимые или даже превосходящие по объёму те, что выделяют непосредственно на материализацию образца машины в опытных экземплярах.

Этот мир технических объектов на разных уровнях материального конструирования связан сетью «сильных взаимодействий». Все уровни конструирования порождают формы, имеющие товарный статус; они предопределяют друг друга в системе многосторонней взаимообусловленной причинной связи.
Идёт оживлённая международная торговля лицензиями (концептуальные формы), прикладными компьютерными программами (имитирующие формы), технической документацией (графические формы) и, конечно же, — готовыми экземплярами машин (материальные формы), ради которых вся эта «механика» затевается и работает.
Все эти товары своими объёмами выпуска сильно влияют друг на друга в процессе развития техники. Поэтому было бы неправомерным связывать задачи техносистематики только с уровнем материального конструирования. На равных правах с экземплярами машин выступают и другие технические формы, попадающие в поле зрения техносистематики.

Материал предыдущих глав даёт многочисленные примеры организации данных для различных направлений техносистематики:

— графической (работа с графическими альтернативами),
— конкретно-экономической (работа с хозяйственными альтернативами),
— систематики процессов целеполагания (работа с альтернативами при постановке целей и снятии образцов с производства),
— прогностической систематики (работа с альтернативами в инженерном прогнозировании),
— процессной систематики (работа с альтернативами при конструировании процессов),
— и т.п.

При этом ещё раз отметим, что всякий раз базисным объектом для соответствующей систематики оказывался комбинаторный файл признаков строения и элементов поведения машин данного семейства техники.

Очевидно, что изложенный в предыдущих главах материал, далеко не исчерпывает всех направлений систематики, например, можно назвать такие, как патентная систематика, систематика технических терминов, систематика профессионального жаргона (особенно характерного для бурно развивающейся электронной техники), систематика нормативной базы и т.п.
Естественно, что в силу целостности и глубокой исторической проработанности самого предмета все эти направления систематики — аспекты одного и того же концептуального целого.
Сейчас трудно будет сказать, сколько этих направлений и какова предвидимая динамика появления новых, однако можно смело утверждать, что базой любого нового направления будет оставаться комбинаторный файл семейства машин. Кому, спрашивается, нужна будет та или иная систематика, которая ни слова не говорит о наличных и возможных альтернативах строения машин!
Уяснив эту основу, которая теперь, по-видимому, не вызывает сомнений, мы оказываемся невольно перед вопросом: какова будет логическая система, которая объединит как имеющиеся, так и возникающие направления систематики в гармоническое целое, отличное от конкреции, или концептуального нагромождения.

Очевидно, что нельзя даже ставить этот вопрос, а тем более искать решений в сфере формальных теорий. В самом деле, всякая формальная теория с её аксиомами, условиями, правилами вывода и следствиями оперирует с множеством правильно построенных формальных конструкций и хотя и порождает их мириады, но не может работать с феноменом изобретения, всегда означающим как раз выход за рамки формальной теории.

Мы не отрицаем полезности формализации, когда изобретательское дело сделано и надо извлечь формальные последствия (а они могут быть весьма значительными). Выполнение формализмами этой рутинной работы можно только приветствовать. Но не следует подвигать формализацию на то, на что она принципиально не способна — на сотворение принципиально нового.

В основе же машиностроения лежит главным образом непрерывная и нарастающая по интенсивности цепь изобретений, благодаря которой оно (машиностроение) только и развивается. Поэтому нам представляется, что основу искомой «логической» систематики надо искать в сфере работы с теоретическими понятиями (а не термами формальных теорий!).
Эту основу следует искать в концептуальном моделировании и проектировании, берущих от естественного языка все его мощные и гибкие выразительные средства для имитации объектов и явлений и проведения широких двухстронних аналогий между разнородными казалось бы системами (и особенно — различий в аналогируемых системах!).

Концептуальные системы играют здесь роль мостика, по которому физическая интуиция создателей новой техники сможет с пользой двигаться во встречных направлениях от одного семейства техники к другому. Перейдём к обсуждению возможностей, открывающихся для техносистематики и сокрытых в понятиях и категориях.

2. Роль понятий в техносистематике

В настоящее время повсеместно выдвигается задача построить формальный язык, допускающий конструктивный диалог ЭВМ с собеседником, который не является программистом. На самом деле все понимают, что никакой это не диалог. Ясно, что здесь применена метафора, экономно означивающая некоторый специфический вид деятельности с применением ЭВМ. Если уж и называть это диалогом, то это есть «диалог» прежде всего с самим собой и затем — с опытом остального мира машиностроителей (через накопленную незримым коллективом базу знаний).

Упомянутый язык «диалога» был бы полезен для конструкторов новой техники, формирующих решения при поддержке ЭВМ и, разумеется, для представителей нашей новой отдельной профессии — для техносистематиков-морфологов.

Традиционный путь решения задачи создания такого языка обычно связывают с попытками сузить и частично формализовать конкретный профессиональный язык. Подобные гипотетические поделки ещё недавно упорно называли языками «профессиональной прозы» или «деловой прозы».

Но существует и другой, противоположный по смыслу путь — расширить смысловые и выразительные средства профессионального подмножества естественного языка так, чтобы сделать его слова абсолютно точными операндами для ЭВМ, и в то же время оставить их понятными человеку.

Задача в том, чтобы не скатиться к формальным терминам, а сохранить «аромат» работы с понятиями, свойственный живому мышлению.

Таким образом была бы достигнута алгебраизация понятий-слов и установлен так называемый интуитивно-алгоритмический параллелизм, при котором на любом шаге совместного параллельного преобразования языкового материала человек и ЭВМ (компьютерная программа) не будут вступать в противоречие.

В сущности, последнее выражение нуждается в пояснении. Ведь на всех этапах становления компьютерной индустрии человек никогда не вступал и, видимо, в будущем не вступит в противоречие с программой: или программа работает, или она из-за ошибок человека не работает.

Важно то, что она делает, насколько решения человека облегчают расчёты ЭВМ, и наоборот, — насколько результаты расчётов ЭВМ расширяют возможности выбра в решениях человека (или, напротив, гарантированно сужают их, когда это нужно!).

Так что противоречий здесь не было и не будет. Дело заключается в качестве совместной работы и во взаимном усилении возможностей. Программа, сужающая возможности конструктора, будет с возмущением отвергнута, ибо конструктор – это, прежде всего личность, принимающая ответственные решения.

Обычно для обеспечения указанного параллелизма язык строят так, чтобы смысл одного понятия выводился через другие, — через набор его отношений с «подчинёнными» понятиями, которые таким образом и дают ему жизнь. При этом смыслы и значения понятий располагаются как бы не в понятиях, а где-то «между ними».

На самом-то деле ясно, что смысл и значение понятий функционируют в живом сознании того, кто этими понятиями оперирует [Laird Ch. Thinking about language. N.Y., 1961.].

Но как существенное дополнение к такому интер-словесному моделированию значений и смыслов понятий предлагается придавать понятиям дополнительные выразительные средства смыслов и значений через прямое их цифровое дополнительное моделирорвание. По сути, идея проще, чем сама формулировка. Поясним это.

При коммуникации понятия выполняют две противоречивые функции: первая состоит в удержании инвариантного представления, закреплённого за понятием на продолжительное время; вторая, напротив, состоит в регистрации быстрых и значительных текущих изменений представлений, стоящих за понятиями в оперативной конструкторской обстановке.

Дело в том, что «вечные и неизменные понятия», «в которые изначально и навсегда заложен смысл» — это нонсенс, как нонсенс и то, что «будучи заложенными в понятия, смысл и значение затем развиваются». Как!? Если он уже вложен…

Такие понятия не смогут обслуживать живой процесс изобретения нового на конкретном рабочем месте и в реальном потоке времени. А как они якобы «развиваются», какова хотя бы элементарная структура такого процесса «развития», не может толком сказать никто.

Если уж здесь что-то развивается (а это очевидно), то не начертания слов и не синтаксис, «где-то» скрывающие свои значения и смыслы, а нечто иное. Развивается то намекаемое, что стоит за звуковой или символьной, знаковой тканью слов (терминов) в живом сознании пользователей понятий в реальной проектировочно-исследовательской обстановке.

Так или иначе, но благодаря первой из функций все участники коллективной работы по слову стереотипно представляют объект или называемое явление, а благодаря второй функции все участники получают сведения о состоянии называемых в данный момент объектов и явлений. Эти две функции понятий порождают два ряда противоречивых требований к понятиям со стороны ЭВМ и со стороны человека. Перечислим их попарно и в сравнении.

Если приведенные выше столбцы сначала прочесть, сопоставляя пары позиций, а затем — каждый в отдельности, то будет хорошо видна громадная дистанция, отделяющая нас от с легкостью тут и там провозглашаемого идеала, то есть языка, близкого к естественному, но являющегося, тем не менее алгоритмическим.

Противоречие налицо.

В попытках приблизить формальные языки к естественным мы прибегаем к формальным грамматикам, которые по самой своей сущности имеют всякий раз заданный застывший характер и не обладают ни одним качеством естественного языка.

Основная идея

Основную идею численного моделирования функций понятий поясним на аналогии, связанной с линейной алгеброй.

Известно, что стройный формализм линейной алгебры развивается по двум относительно автономным ветвям. Первая из них связана с теоретико-множественным уровнем рассмотрения понятий (объектов) алгебры. Такие понятия как линейное пространство, вектор, линейная форма, полилинейная форма, линейный оператор, квадратичная форма и подобные вводят по определению и исследуют их общие свойства. Вторая ветвь связана с приложениями линейной алгебры к методам вычислений.

Очевидно, что практически интересные скалярные и векторные поля в многомерных пространствах можно задать лишь аналитически, задав координаты векторов как функции от точки. Но о координатах мы имеем право говорить лишь после введения понятия «базис линейного пространства».

Более того, как только выделен конкретный базис пространства, так все без исключения объекты теории в конкретных применениях можно заменить на их численные представления. Так исходное пространство само заменяется пространством численных столбцов или кортежей, векторы — столбцами, линейный оператор — его матрицей в этом базисе и правилом вычисления координат образа из координат прообраза и числовых элементов матрицы.

Над полученными числовыми представлениями объектов становится возможным осуществлять различные конкретные операции, проводить вычислительный эксперимент, что было практически невозможно до введения базиса.

До введения базиса можно довольствоваться лишь исследованием наиболее общих свойств предмета линейной алгебры; с введением базиса алгебра становится прикладной в истинном смысле этого слова.

Результаты расчётов в каком-то одном базисе сохраняются и при введении другого, например, более удобного (для дальнейших вычислений) базиса легко пересчитываются по образу представления векторов одного базиса в другом.

Подчеркнём специально, что задание базиса есть разделение линейного пространства на два неравноправных подмножества: первое, минимально конечное — векторы базиса, а второе, бесконечное — все остальные векторы пространства.

Векторы базиса e_i служат инвариантными эталонами длины по соответствующим осям пространства. Сущность остальных векторов проявляется путём проецирования их на направления базисных осей. Набор проекций и задаёт цифровое координатное представление A_i вектора А.

Теперь, пользуясь аналогией, установим следующие подобия:
линейное пространство :=: словарь языка, фразы языка
отдельный вектор :=: отдельное слово, фраза
базис пространства :=: базис языка ???
цифровое представление вектора :=: цифровое представление понятия ???

Если теперь принять аналогию в качестве рабочей и полезной, то придётся ответить на вопросы, стоящие у некоторых членов правой колонки подобия. Можно надеяться, что ответив на эти вопросы, то есть отыскав нечто на роль базиса языка и некий способ цифрового представления понятий, мы получим-таки богатый дополнительный набор отношений и операций над представлениями понятий.

Это значит, что со словарём Я и фразами конкретного узкопрофессионального языка надо поступить так же как с векторами линейного пространства. Словарь надо разбить на две неравноправные части: Х — базисные понятия и фразы языка; F — функциональные понятия языка. При этом

Х U А = Я.

Базис языка содержит только те понятия, которые инвариантны, то есть не меняют смысла и значений со временем. Как тут не вспомнить о категориях, но здесь дело не в них.

Естественно, что понятия не обязательно описываются одни словом: они могут называться одним словом, но но описываться словом-статьёй, как это, например, делается во всех энциклопедических словарях.

Много подобных примеров даёт и патентная литература, где каждая формулировка патентной формулы есть довольно строго заданное понятие, но, как правило, не именуемое (без номинации). А вся патентная формула может, как ни странно, с полным правом трактоваться как одно очень сложное слово с присвоенным номером и названием.

В машиностроении в частном профессиональном языке существует класс понятий, которые претендуют на роль базиса, потому что их значение и смысл не меняются по ходу времени. Это набор слов-статей, описывающих все изобретения и конструктивные идеи, которые когда-либо были сделаны по данному семейству техники.

Действительно, как только изобретение признано, текст его описания измениться не может. Более того, теперь (в идеале), ни одна заявка не будет признана изобретением, если в какой-то части будет технологическим следствием этого признанного изобретения. Идеализируя работу патентоведов, можно сказать, что не может появиться таких понятий-статей с одинаковым и даже близким смыслом, сколько бы ни прошло времени.

Описание изобретения — это факт-индивид, характеризуемый существом изобретения и паспортными характеристиками, называющими автора, патентовладельца, ряда юридических дат, географические признаки и т.п.

Можно сформировать фонд патентов, формулы которых имеют непосредственное отношение к признакам строения и поведения машин данного семейства, и считать, что вчерне создан базис, в котором отдельное понятие совпадает с пунктом патентной формулы. Однако такой базис был бы не очень удобен для дальнейших алгоритмических манипуляций и построений. Поэтому мы поступим иначе.

Покажем, что каждый патент, касающийся данного семейства машин, любое изобретение, любой пункт патентной формулы преобразуемы к стандартной (канонической) форме представления, а затем эту стандартную форму, в которую выливается весь набор изобретений, и выберем в качестве базиса.

Утверждения об альтернативах

Почти любое понятие из словаря машиностроения по данному семейству техники в той или иной степени касается альтернативных признаков строения конструкций. Обозначают ли эти понятия конкретно-экономические объекты или они являются абстрактными или обобщающими понятиями, их полезность пропорциональна их смысловой связи с множеством альтернатив, представленных в комбинаторном файле.

Поэтому естественно считать, что значение того или иного понятия сводимо к некоторому утверждению об альтернативах. Примем это, как поначалу кажется, слишком строгое условие, по которому определяется принадлежность понятия к данному узкому частному , но естественному языку, описывающему и трактующему всё о данном семействе машин.

Но в самом деле, смысл далекого от машиностроения понятия никак не удастся свести хоть к какому-то хоть как-то полезному утверждению об альтернативах выполнения узлов и блоков хоть какого семейства машин. А другие смыслы здесь вроде как и не нужны.

Итак, возьмём формулировки патентов, описывающих изобретения по данному семейству машин. Всё, что в них содержится, это утверждения об изобретении новых альтернатив строения среди признаков строения машин. Если же пункт формулы ничего не утверждает даже о мельчайших альтернативах, то в нём нет и смысла.

Обычно в формуле до слов «отличающийся тем, что…» идёт тематически ориентирующий текст, а после этих слов — точное описание существа изобретённых альтернатив. Поэтому можно сказать, что усвоить (понять, осмыслить) ту или иную патентную формулу — значит чётко сформулировать (без потерь!) описанные в ней новоизобретенные альтернативы и пополнить ими комбинаторный файл на семейство машин.

Комбинаторный файл как базис языка по семейству машин

Переработав все тексты, описывающие значительные конструктивные решения по некоторому семейству машин, мы получим комбинаторный файл признаков строения. Естественно, что файл, приобретя смысл набора каждого из инвариантных понятий, и сам получает их свойство в этой части не меняться (до получения новых патентов) во времени по смыслу.

Для файла это свойство можно сформулировать ещё проще: смысл альтернатив, внесённых в файл, не меняется во времени, но могут появляться новые альтернативы. Это значит, что пред нами всё-таки базис (хотя и непривычный) языка, состав которого пополняется новыми словами, — открытый базис. При этом те слова, которые уже попали в базис, не могут в дальнейшем из него выбыть.

Таким образом, файл снова оказался «в центре событий». Это снова позволяет повторить формулировку о том, что комбинаторный файл должен быть фундаментом техносистематики по конкретным семействам машин.

Роль терминов

После инженерной графики абстрактные и общие понятия и особенно узкоспециальные термины являются наиболее мощным средством для передачи представлений в ходе коммуникации специалистов. Они мобилизуют данные о прошлых решениях, которые известны беседующим конструкторам.

Вот, например, как передают установочное представление о реакторе «…водо-водяной реактор размножитель с шариковыми твэлами…» По этому коротенькому описанию конструктор быстро (мгновенно!) порождает во внутреннем поле зрения образ близкий к конкретному образу описываемой машины.

Скорость передачи или мобилизации «данных» в таких случаях трудно переоценить, но оценить можно как весьма высокую.

Передача данных в беседе конструкторов происходит не в терминах спецификаций, а набором имен собственных комплектующих фрагментов («стандартных ящиков»), перемежаемых терминами, говорящими о компоновке этих фрагментов.

Отметим при этом главное: абстрактные и жаргонные термины и их конъюнкции ценны тем, то выделяют «дедуктивно» те или иные классы конструкций, потому, что понятия фиксируют какие-то из признаков машин данного класса, оставляя свободными остальные другие (вариация которых и наполняет класс).

Понятия при этом выступают как своеобразные макро-операторы над образом всего семейства машин, отражённом в опыте и интуиции коллектива конструкторов. Именно поэтому они столь ускоряют коммуникацию и взаимопонимание. Естественно, что для успешной коммуникации опыт инженеров должен быть сходен, иначе возможны недоразумения в буквальном смысле этого слова.

Мы видим, что излагая свою мысль коллеге, конструктор силой своего слова как бы рисует образ на его мысленном поле зрения, пользуясь тем, что понятия функционируют в психике как активные операторы. Эти соображения вряд ли выдержат дотошную критику профессиональных психологов, но они наводят на определённые мысли, когда вместо рассмотрения беседы двух конструкторов мы переходим к «беседе» конструктора и ЭВМ.

Далее нас будет интересовать класс понятий, с помощью которых предаётся представление о существующей или ещё только формируемой конструкции. Ведь что описывать, что формировать — одно и то же. При этом возникает главный вопрос: как, используя комбинаторный файл в качестве базиса языка, получить численные представления этих понятий и в чём будет состоять их функциональная польза?

Выбор как сужение класса

Когда, например в ходе эскизного проектирования, конструктор осуществляет интуитивный выбор признаков строения будущей конструкции, то его действия можно параллельно трактовать как дедуктивный выбор на комбинаторном файле с продвижение в направлении сверху вниз. Чем детальнее выбор, тем меньше остаточная область, содержащая ещё не разрушенные альтернативные линейки, и тем меньше класс конструкций, на каждой из которых может завершиться окончательный выбор, когда будут зафиксированы все признаки строения.

Таким образом, в любом промежуточном состоянии общего процесса выбора нам однозначно ясен класс конструкций, среди которых ещё продолжится выбор. Очередной элементарный или сложный акт выбора, следовательно, будет означать дальнейшее сужение этого класса.

Не всякий конструктор захочет фиксировать свой выбор, пользуясь соответствующими списками оставшихся в его распоряжении альтернатив комбинаторного файла. Это может показаться утомительным и скучным. И не без основания. У хорошего конструктора всегда есть свой образ и привычка мышления, которые при таком подходе будут ущемлены.

Поэтому встаёт вопрос о том, чтобы дать какие-то иные сервисные средства для фиксации замысла конструкции, минуя столь непривлекательный процесс перебора спецификаций.

Было бы хорошо, если бы на тех или иных результирующих этапах конструктор мог описать свой выбор в привычных, пусть даже жаргонных, терминах, а ЭВМ тем не менее смогла бы воспринять это описание как некоторое дерево фиксированных спецификаций. Следовательно, необходимы средства, позволяющие с помощью добавляемых понятий всё более сужать область выбора, пока в ней не останется всего одна конкретная конструкция.

Абстракции и конкреции прототипии

Простейшей абстракцией по-видимому является абстракция прототипии, то есть такая манера пояснения, когда говорят, например: «тепловыделяющая секция, как в реакторе таком то (конкретном!), а сепаратор, как в генераторе Х (конкретном!) и т.д. » при этом формируется так называемая конкреция прототипии — своеобразная конъюнкция иногда плохо пригнанных друг к другу смысловых кусков.

С помощью этой конкреции можно очень быстро намекнуть на вполне конкретный синтетический достаточно доходчивый и точный образ, используя крупные фрагменты знакомых прототипов. Конечно, если тот, кому адресованы такие пояснения, знает не все из прототипов, полезность сообщения снижается.

Обрисовав образ в целом такими крупными «мазками», его далее можно уточнять и даже исправлять, используя всё более мелкие составные прототипические имена. Этот способ формирования сообщения настолько в жизни типичен и естественен, что и попросту незаметен (особенно если уснащён метафорами и аналогиями). Однако для случая описаний при диалоге с ЭВМ он приобретает очень большое значение.

Описание через намекающие прототипы имеет смысл только тогда, когда эти прототипы известны всем членам общения. Отметим, что описание через прототипы даёт не только представление об элементах строения конструкции, но и, что гораздо важнее, — представление о возможных элементах поведения будущей машины, поскольку при реализации машины, имеющей прототипы, многие элементы поведения конструкции-конкреции получаются подобными поведению прототипов. В силу материального единства машин происходит своеобразное наследование свойств поведения вместе с наследуемыми элементами строения.

Поэтому при описании через прототипы конструктор сообщает своим коллегам гораздо больше, чем просто намекающий набор признаков строения машины. В сущности, это больше похоже на одновременную выработку идентичных представлений у всех участников общения, чем на передачу представления от одного конструктора к другому.

Однако ясно, что не всякое описание, составленное из имён элементов других уже известных конструкций правомерно будет считать описанием через прототипы. Дело в том, что можно чисто искусственно с умыслом или неосознанно составить слишком длинное и объёмное прототипическое описание, сведя его удобство на нет. В то же время, можно взять крупные фрагменты всего от нескольких близких по строению конструкций и составить очень экономное стартовое описание, наглядное, но не полное.

В связи со сказанным следует уточнить, что для данной конструкции можно считать прототипическим описанием в строгом определении. То есть как однозначно определить множество прототипов конструкции в каждом конкретном случае. (Отметим и подчеркнём специально, что здесь понятие прототипов существенно отличается от принятого в некоторых отраслях технического творчества условного названия для изделий, предваряющих серийное производство.)

Итак, пусть в форме дерева спецификаций заданы описание некоторой конструкции К_o и деревья блоков конструкций исторической серии. Пусть конструкции исторической серии обозначены как K₁, K₂, K₃, … Будем говорить, что некоторое подмножество деревьев из исторической серии образует накрытие дерева K_o, если

Обозначим через |I| количество деревьев, образующих накрытие. Из всех накрытий данной конструкции K_o будем называть множеством прототипов то, которое обеспечивает минимум функции |l|, то есть |l|  min.

Такое определение множества прототипов строго и естественно. Оно удовлетворяет требованиям наглядности и краткости описаний. Осознание конструкторами множества прототипов К_o является первой и необходимой фазой в составлении «словесного портрета» конструкции К_o.

Отметим теперь одно важное обстоятельство.

Когда описание с помощью прототипов составлено, появляются возможности очень легко оперировать громоздкими спецификациями (комбинаторный файл на МГД-генераторы в гл.2 уже достаточно хорошо иллюстрирует эту громоздкость).

В самом деле, имея имена прототипов, легко найти их паспорта в комбинаторной памяти и определить их естественные номера. Затем по каждому номеру разворачивается соответствующее ему дерево спецификаций (признаков), формально наложить спецификации друг на друга и получить подфайл, который содержит в себе все прототипы и является быстро полученной заготовкой для дальнейшей работы по составлению спецификации конструкции К_о.

Таким образом при минимальной помощи ЭВМ с использованием имён и номеров прототипов можно вести словесное формирование эскиза (области выбора) и оперировать большими фрагментами комбинаторного файла как целым.

Теперь попытаемся усилить этот результат.

Составление описаний при использовании только имён прототипов во многих случаях может оказаться затруднённым. Чтобы улучшить положение, надо допустит в рамки процесса составления «словесных портретов» не только имена прототипов, но и геометрические компоновочные термины.

Но тогда и для них надо обеспечить указанные кинематические возможности оперирования большими фрагментами комбинаторного файла. Это значит, что за этими понятиями тоже должны стоять их номера, которые перерабатываются в соответствующие им по смыслу поддеревья признаков (спецификаций).

Надо, стало быть, научиться нумеровать понятия их естественными номерами, «паспортизовать» их на равных правах во множестве допустимых имён прототипов, то есть подмножество имён конструкций исторической серии. Дадим общие очертания решения этой задачи.

Нумерация понятий

Ещё раз оговорим, что речь идёт о тех и только тех понятиях, которые фиксируют признаки строения конструкций, выделяя по одной альтернативе в линейках альтернатив и тем самым вычёркивая из них все остальные. Только такие понятия и могут быть снабжены индивидуальными уникальными естественными номерами.

Абстрактный термин или конъюнкция таких терминов выделяет класс конструкций именно потому, что фиксирует какие-то из признаков, оставляя свободно варьируемыми остальные. Научиться нумеровать такие фиксированные группы признаков — это и значит научиться нумеровать соответствующие им термины и сочетания (конъюнкции, дизъюнкции и т.п.) терминов.

Обеспечить нумерацию можно довольно легко, если ввести в каждой серии альтернатив комбинаторного файла дополнительную вспомогательную позицию, которая трактуется как произвольный (любой из оставшихся) признак этой линейки.

Выбор этой позиции означает по сути «отказ» от дальнейшего выбора в данной точке выбора, а значит и во всех нижележащих поддеревьях и эшелонах. Это и обеспечивает фиксацию вариативности. (Надо сказать, что это звучит несколько парадоксально, но это так. Это очень полезный, хотя и очень простой приём).

Удобно будет условиться, что позиция «неопределенного признака» всегда будет самая младшая в любой серии альтернатив. Каждое компоновочное понятие фиксирует ряд признаков и оставляет неопределёнными (вариативными) все остальные, давая тем самым возможность применить другие способы реализации выбирающих функций.

Таким образом, после введения позиции «неопределённого признака», надо будет последовательно и исчерпывающе указать, какие признаки данное понятие «раскрепощает», а какие фиксирует. Но это значит, что понятие однозначно выделяет из комбинаторного файла «своё» дерево признаков. Его можно считать деревом «фиктивной» абстрактной конструкции.

Такое дерево легко запомнить в комбинаторной памяти и паспортизовать. В качестве паспорта можно взять просто начертание слова или фразы, называющих способ компоновки. Теперь, включив абстрактные компоновочные термины в число средств формирования «словесных портретов», можно по начертанию термина отыскать в массиве паспортов его номер и этот номер развернуть в дерево спецификаций данного термина.

Так снова стандартно появляется возможность удобно и со смыслом оперировать большими фрагментами «скучного» и большого комбинаторного файла, теперь уже поименованные естественными понятиями. В результате появляются и оформляются начала будущего сложного процесса словесного формирования эскизов.

Конечно, позже на помощь словесному формированию эскиза придёт и «черчение», формообразование непосредственно движениями глаз проектировщика (с некоторой долей оперативной ручной коррекции).

Для этого потребуется систематизировать обширные данные по глазодвигательной баллистической, саккадической и микросаккадической активности и разработать в общем-то нехитрую аппаратуру снятия движений с глаза и преобразования их в управляющие сигналы для «диалоговых» программ электронной графики.

Обратная задача

Нумерация понятий и имён прототипов обеспечивает направление общения (воздействия) от конструктора к ЭВМ. Но надо обеспечить столь же эффективными средствами и обратный процесс, сделать его так же естественным.

Представим себе, что ЭВМ решила некоторую задачу оптимизации и выдаёт данные в виде дерева блоков (дерева спецификаций), содержащего

10.000 строк описания. По-видимому конструкторам будет скучно и трудно составлять интуитивное представление об этом «ворохе» строк, хотя и упорядоченном в виде дерева. Необходимо, чтобы ЭВМ снабдила свою «строковую выдачу» ещё и жаргонным рефератом, включающим привычные компоновочные и жаргонные термины и имена не слишком большого множества прототипов.

Допустимо в таком методе описание даже частичное «взятие хода» назад, например ЭВМ «утверждает», что крышка реактора «как у ВВР-27 за тем исключением, что…(и далее идёт небольшой список спецификационных поправок)»

Как решить эту обратную задачу?

Выше компоновочные и жаргонные термины были рассмотрены как имена фиктивных конструкций. Они допущены в историческую серию на равных правах с конструкциями.

Теперь, используя этот расширенный набор имён, надо дать способ решения этой обратной задачи, то есть членения полученного дерева блоков на такие фрагменты, которые имеют свои собственные номера в расширенной исторической серии семейства машин и соответствуют привычным именам собственным и абстрактным компоновочным терминам.

Это разбиение можно провести так, чтобы текст описания дерева спецификаций был самым коротким и доходчивым. Эту обратную задачу в коммуникации в направлении от ЭВМ к конструктору назовём задачей о прототипах.

Конечный результат решения задачи о прототипах — дерево блоков, снабженное текстовым словесным (понятийным) рефератом. Начальное условие задачи — некоторое, вообще говоря, достаточно произвольное односвязное дерево спецификаций, извлечённое из комбинаторного файла, например, расчётным путём.

В соответствии с определением множества прототипов можно предложить различные методы решения этой задачи. Однако в силу неизбежного несовершенства любой формальной постановки задача нуждается в корректировке даже в ходе её решения. Дело в том, что в зависимости от конкретного состава исходного дерева К_о в качестве словесного описания конструкции можно получить и чисто прототипическое описание, и описание в терминах компоновочного жаргона. Необходимо как-то дозировать соотношение этих выразительных средств. Поэтому более приемлемым может оказаться диалоговый (интерактивный) режим составления словесного описания дерева блоков, полученного расчётным путём.

При этом конструктор, составляющий словесное описание при поддержке ЭВМ, сможет в диалоговом режиме может проявить свои пристрастия и свою точку зрения на выразительность описания, наложив ограничения на обязательное или исключительное (или пороговое) использование тех или иных терминов.

Другие функциональные классы понятий

Мы рассмотрели выше класс понятий, функция которых — составлять утверждения о признаках строения, компоновки изделий. Однако подмножество языка — узкопрофессиональный, но всё еще остающийся естественным язык Я.

Способ численного (номерного) представления компоновочных понятий для объектного конструирования не является универсальным. Существуют классы понятий, для которых этот способ введения понятий в комбинаторный файл попросту неприменим.

Ими могут быть, например, понятия, описывающие конкретно-хозяйственную оперативную обстановку разработки образца новой машины.

Но и этот класс понятий далеко не исчерпывает ещё языка Я. Например, понятия, с использованием которых составляют утверждения о функциональных особенностях поведения разрабатываемых машин, имеют тесную связь с локальными комбинаторными сетками процессов, которые введены в разделе 4.3., а локальные комбинаторные сетки — это только самый простой подход к функциональному описанию машин.

Достаточно вспомнить практическую сложность жаргона и абстракций и многоплановость мыслей конструкторов при обсуждении принципиальных и функциональных схем изделий, чтобы понять, насколько сложен способ получения «номерных (цифровых)» описаний понятий (терминов) из этого класса.

Однако из-за явных преимуществ работы с ЭВМ путём применения слов естественного языка эта сложность будет преодолена.

Первым приближением к перечню классов понятий, которые должны быть промоделированы в первую очередь и для которых надо дать способы численного надъязыкового представления на комбинаторном файле, является следующее:

— класс понятий, с помощью которых составляют утверждения о целях разработки, технических проблемах и противоречиях;
— класс специфических понятий, с помощью которых составляют утверждения о формах в инженерной графике. Только после моделирования понятий из этого класса можно будет сделать первые заявки о полноценном словесном формировании чертежей;
— класс специфических понятий, с помощью которых составляют утверждения об альтернативах на имитационном (цифро-аналоговом) уровне конструирования;
— класс специфических понятий, с помощью которых составляют утверждения о надёжности и ремонтопригодности образцов данного семейства и т.п. основаниях членения и оценки конструкций.

Перечисленные и другие классы понятий не нуждаются в пояснениях того, как важно научиться получать их цифровые представления и оперировать с ними алгоритмически. Однако они свидетельствуют о несомненной трудности решения этой задачи.

Например, представление о сложности имитационного уровня конструирования можно получить, ознакомившись с фундаментальными результатами Крона. Развиваемый Кроном обобщённый тензорный анализ предназначен для имитационного моделирования и синтеза сложных инженерных систем, в материале которых во время их функционирования протекают самые разные химические и физические превращения, в том числе и ядерные.

В его «Диакоптике», например, дан метод полного расчёта энергетического ядерного реактора. Это факт малоизвестный для нашей научной и инженерной общественности, которая только ещё ставит эту задачу и собирается её решать.

Мы перечислили классы понятий и упомянули о сложностях их цифрового моделирования не для того, чтобы дать представление о всех областях нарождающейся техносистематики.

По-видимому, эти области будут возникать и изменяться вместе с развитием самих семейств техники, поэтому было бы неправомерно ставить задачу перечисления всех классов понятий и всех способов выработки надъязыковых цифровых представлений понятий.

Нам важно было лишь очертить всю эту тенденцию «утилизации безмерной мощности естественного языка» в расчётных процедурах не путём его «урезания» до уровня формальных языков, а напротив, — путём оснащения естественных языковых понятий дополнительными цифровыми «портретами».

Выше на нескольких примерах показано, как в отдельных конкретных случаях можно получать цифровые представления понятий и использовать их в коммуникации конструктора и ЭВМ. Обособление и разработка других конкретных классов и способов цифровых представлений — это достаточно трудоёмкая задача не только для авторов, но и для крупной научно-технической корпорации предприятий.

Задача поэтому не будет решаться здесь. Весь материал потребовался нам лишь для того, чтобы придать большую убедительность описанию тех работ, которые, как нам представляется, следует уже сейчас проводить в общемашиностроительном плане, не жалея средств, именно в период зарождения техносистематики. Перейдём к его описанию.

3. Начальный этап техносистематики

В настоящее время протекает начальный этап становления техносистематики. Его начало было отмечено, как симптомом, появлением фактографических баз данных и баз знаний. Экспертные системы, которые сейчас усиленно пропагандируют — это попытка получить результат без труда с помощью одной только теоретической эквилибристики.

Насколько нам известно, есть только две серьёзно применяемые экспертные системы: по яблочной плодожорке и по заболеваемости посевов ржи спорыньей, так как здесь позаботились о серьёзной предварительной систематике. «Шум», поднятый по поводу экспертных систем будет затихать.

Однако во всех отраслях машиностроения, и, в особенности, в ядерном машиностроении быстро обнаружили (в связи с базами данных и знаний), что «просто так брать и накапливать» данные невозможно. Даже точность сведений об элементарных процессах в материалах в зависимости от источника сведений колеблется на сотни процентов.

Это можно понять и объяснить самыми разными причинами, например, недостатками измерительных схем и методик, однобокостью способов обработки данных эксперимента, «наследуемой» от технологии вариацией состав примесей от образца к образцу и т.п.

А ведь неточность данных, используемых в ядерном машиностроении, может привести к аварии. Самое безобидное здесь — это удорожание изделия из-за неточности данных.

Получается так, что в условиях пресловутого и нашумевшего «информационного взрыва» неожиданно обнаруживается как раз недостаток, дефицит данных, необходимость их перепроверки, отсутствие ответственного административного органа, гарантирующего достоверность данных.

Бездумный перенос и интеграция данных из разных документальных источников стал вызывать серьёзные сомнения. Во многих странах были учреждены экспериментально-информационные центры, задачей которых стал, главным образом, не сбор данных, а их всесторонний анализ, сопоставление однородных данных из разных источников, перекрёстная

перепроверка, быть может, контрольный сертифицирующий эксперимент, и всё это с единственной целью — обеспечить требуемую точность данных, чтобы можно было взять на себя ответственность за их дальнейшее применение в конструировании, расчётах и оценках.

Появление ответственности за результат обычно связано с возникновением соответствующей профессии. Результат приобретает качество товара, причём изготовитель товара обычно имеет узкую специализацию, резко сужает номенклатуру производимых товаров, но при этом выдерживает высочайшие стандартные качества продукции.

Информационные центры пока не стали «фабриками» данных высокого качества. Они пока что не те, за кого себя выдают. Они обслуживают, конечно, довольно широкий круг специалистов и юридических лиц, пользуясь разнокачественными данными, которые перерабатывают и выверяют. При этом всё-таки отсутствует тот всесторонний охват данных, который так необходим при разработке средств новой техники.

Очевидно, что всесторонний охват данных и по-настоящему системный подход к их производству можно достигнуть в одном из двух случаев: либо брать данные везде (где только можно) и готовить их для единственного потребителя, например, главного конструктора и его коллектива, либо брать данные только у одного «производителя-поставщика», всесторонне выверять их и раздавать всем в соответствии с картиной потребностей.

При той и другой постановках загрузка «фабрики» получается по максимуму. Каждая из задач сама по себе уже предельно трудоёмка. Тем более сомнительным кажется объединение двух этих задач «под крышей» одного информационного центра.

Разновидностью первой задачи является концентрация данных из всевозможных источников в пользу одного конкретно взятого семейства техники, когда потребитель данных — процесс разработки новых изделий данного и только данного семейства техники (то есть коллектив конструкторов, занятых в этом процессе).

Здесь могут быть достигнуты предельно узкая специализация информационных товаров и их высокое качество, несмотря на разнородность источников и качества входных данных. Главной финишной товарной номенклатурой в этой специализации, несомненно, является комбинаторный файл на семейство техники.

Изложенный выше взгляд на данную область информационных технологий принадлежит П.Г. Кузнецову.

Это определено тем, что файл — базовая смысловая структура, и тем, что начинать систематику здесь можно только одним путём — составлением файлов по ведущим семействам машин, а не беспорядочным накоплением «данных» под сенью всевозможных каталогов, организованных по самому неестественному признаку упорядочения — алфавитному.

В атомной технике такими семействами являются исследовательские и энергетические реакторы, источники излучения, МГД-генераторы и т.п.

Обработанный и многократно выверенный комбинаторный файл на признаки строения и поведения должен утверждаться как отраслевой и государственный стандарт, действующий в пределах строго заданного и довольно короткого периода (до следующей версии).

По мере накопления новых альтернатив файл (база данных) пересматривают, реструктурируют и пополняют. Новую версию стандарта рассылают заинтересованным исследовательским и конструкторским коллективам, а старую изымают.

При этом представляет особый интерес тот круг специалистов, которые будут заняты систематикой, стандартизацией и обновлением базы данных — своеобразная научная администрация базы данных.

Ясно, что эти специалисты (назовём их техносистематиками или техноаналитиками или аналтехами) будут играть в этом процессе не ведущую, но определяющую роль. Примерно такую, какую при руководителе играет главный бухгалтер, но речь-то будет идти не о деньгах, а о предмете более дорогом и важном.

В процесс составления госстандарта и утверждения комбинаторного файла на конкретное семейство техники будут вовлечены специалисты самых разных профилей от физиков ядерщиков до электрохимиков и коррозионщиков. Постоянно будут давать о себе знать задачи установления совместимости и катахрезности альтернатив.

Однако ответственность за качество данных всё равно должна быть ограничена рамками небольшого высококвалифицированного коллектива, а возможно, она будет и персональной по отдельным участкам. Ведь, например, в авиационных КБ чётко разделена ответственность между бортовыми автоматчиками, двигателистами, группой шасси, группой механизации крыла, аэродинамиками-управленцами и т.п.

Поэтому возникает вопрос о том, что позволит аналтеху брать на себя всю полноту ответственности по своему участку за комплектность, достоверность и своевременность информационного товара, предлагаемого потребителю, то есть вопрос об основаниях его профессиональной уверенности, позволяющей ему вплотную приблизиться семантически и во времени к сфере рождения новых идей, а не быть просто сборщиком и поставщиком фактов.

Проблема целостности восприятия и целостности волевого решения — это центральная проблема в любой деловой дисциплине, связанной с истинным творчеством. Например, в принятии решений она отражена как идея всестороннего охвата решаемой проблемы, как идея системности.

Системность как прогрессивный омоним сейчас почти в любой науке выдвигается на роль инструмента, с помощью которого надеются связывать понимание сущности некоторой предметной области в целом с пониманием её конкретных отдельных проявлений и явлений.

Раньше это понимание достигалось в рамках индивидуальной интуиции без специальных когнитивных инструментов, теперь же с усложнением предметных областей кроме теорий требуются самодействующие, реализованные на ЭВМ нормативные, и в лучшем случае — формализованные понятийные модели, которые подкрепляли бы интуитивный вывод и умозаключения.

В атомной технике накоплен фонд патентов в сотни тысяч единиц хранения, и ежегодный их прирост составляет десятки тысяч. Казалось бы данная предметная область необозрима, однако это не так.

Целостное восприятие и осмысление элементов новизны невозможно без их непременного отражения во всём том, что уже накоплено. Иначе старое невозможно будет отличить от нового.

Но зарождение и осознание новой идеи всегда реализуется только в автономной продуктивной психике, грубо говоря, — в одной голове. Даже если поток элементов новизны под силу обрабатывать лишь большой группе специалистов, материал может быть разделён лишь по потоку, но не по смыслу, не «по ведомствам», то есть каждому члену группы всё равно придётся охватывать всё, решая вопрос с данным конкретным патентом. Сейчас это происходит и без вспомогательных моделей, во многом стихийно в меру таланта специалиста-аналтеха. Но скоро этого станет не хватать.

Комбинаторный файл должен стать для систематики конкретных семейств атомной техники основой целостного восприятия. Должно произойти разделение труда между техносистематиками (аналтехами), которые составляют целостную картину «мира данного семейства техники», и разработчиками систем и идей в сфере их производства и внедрения. Нет необходимости приводить аргументы в пользу того, что процессы творчества от этого только выиграют.

Список литературы

1. Любищев А.А. Систематика и эволюция. — В сб.: Внутривидовая изменчивость наземных позвоночных животных и микроорганизмов. Свердловск: 1966, с. 45-57.

2. Крон Г. Тензорный анализ сетей. Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1978.

Заключение.

Что же даёт системно-морфологический подход конструктору?

Непрерывно и настойчиво заявляющая о себе необходимость совершенствования общей методологии конструирования машин и технологических процессов и организации машиностроения в целом является следствием небывалых темпов научно-технического прогресса.

Конструктор новой техники работает сейчас в совершенно других условиях, нежели 10 — 15 лет назад. Резко возросли требования к максимальному сокращению времени, затрачиваемого на весь цикл создания машины или технологического процесса. Вновь создаваемая техника должна удовлетворять обязательному условию конкурентоспособности, высоким требованиям качества, технологичности и т.п.

При системно-морфологическом подходе к конструированию конструктор получает возможность систематизировать свои собственные знания и знания, полученные до него (или накапливаемые другими конструкторами параллельно с ним), по любым конкретным предметным областям, семействам техники, специализациям и специальностям. Возможность упорядочения данных в виде компактных и обозримых комбинаторных структур (комбинаторных файлов) — главное преимущество конструктора, владеющего системно-морфологическим подходом.

Кроме того, конструктор получает возможность быстро, форсированно изучить и систематизировать все известные (и прогнозируемые!) альтернативы выполнения блоков создаваемой конструкции в новой для него области техники или знаний.

Особенно большой эффект эта возможность даёт при обучении конструкторов, не специализировавшихся ранее в данной предметной области, но пришедших в неё. Возможность реализовать при этом ускоренное обучение и освоение — одно из преимуществ системно-морфологического подхода.

Большие преимущества даёт системно-морфологический подход для общей методологии организации машиностроения в целом, так как позволяет строить морфологические картины широких отраслей и межотраслевого взаимодействия.

Системы автоматизированного проектирования, инженерная графика, технологическое и функциональное прогнозирование, стандартизация, выдвижение актуальных новых направлений конструирования, конфигурационное управление разработкой новой машины — вот лишь малый список дисциплин, в которых системно-морфологический анализ находит своё применение.

Материал Тетради №?? призван был показать, что переход к автоматизации и информатизации в любой отрасли техники и технологии в первую очередь связан не только и не столько с внедрением ЭВМ, сколько с опережающим анализом основ машиностроения и наиболее общих законов и закономерностей творческого процесса конструирования и принятия общих решений по направлениям развития техники.