Комплексное теоретическое исследование в системотехнике

 

Комплексное теоретическое исследование в системотехнике включает в себя ряд теоретических иссле­дований и рассматривает множество частных идеальных объек­тов. Средства и способы исследования выбираются из различных научных дисциплин или разрабатываются специально применитель­но к каждой конкретной проблеме. В комплексном теоретическом исследовании должны быть учтены все эти частные теоретические схемы. Они должны быть обобщены и пере­формулированы в своего рода частные теории систем, а их абстракт­ные объекты представлены как особые специальные системы. Из этих специальных систем в дальнейшем могут быть синтезированы различные (в зависимости от решаемой зада­чи) комплексные модели сложной технической системы.

Простран­ство всех возможных (в том числе и гипотетических) комплексных системных моделей (вместе с совокупностью специальных систем) и составляет фундаментальную теоретическую схему системотехники, являющуюся, с одной стороны, обобщением частных теоретических схем, используемых в ней теорий, а с другой - конкретизацией сис­темной картины мира, развиваемой в системном подходе и общей теории систем.

Системная онтология (или системная картина) мира выполняет по отношению к системотехнике функцию методологического ори­ентира в выборе теоретических средств и методов решения комплекс­ных научно-технических задач, дает возможность транслировать их из смежных дисциплин или методологической сферы. Она задает также методологический принцип конструирования комплексных системных моделей сложных технических систем, то есть позволяет экстраполировать накопленный в системотехнике опыт на будущие проектные ситуации. Комплексные модели сложной технической си­стемы, полученные на теоретическом уровне, могут быть использова­ны как исходный пункт проектирования новых систем.

Таким обра­зом, комплексное теоретическое исследование в системотехнике яв­ляется одновременно и теоретическим, и прикладным, так как оно ориентировано на инженерную практику. Каркас си­стемотехнической теории представляет собой системные представления и понятия, специфицированные под соответствующий класс комплекс­ных научно-технических задач. Любой класс задач включает также определен­ным образом переосмысленные и сгруппированные понятия тех на­учных дисциплин, которые используются для решения системотех­нических проблем.

 

Математика и системотехника

 

Математический аппарат в системотехнике выполняет несколько функций. Он предназначен как для инженерных расчетов, так и для анализа и синтеза сложных систем, точнее их теоретических схем. Иначе говоря, математический аппарат используется для различных дедуктивных преобразований абстрактных объектов, что обеспечивает саморазвитие системотехнической теории и дает возможность получения новых знаний без обращения к инженерной практике. Причем применение математики даже только для инженер­ных расчетов требует уже определенной идеализации сложной техниче­ской системы.

В системотехнике используется самый широкий спектр математических дисциплин и прежде всего теорий массового обслужи­вания вероятностей, конечных автоматов, исследования операций и соответствующие разделы вычислительной математики.

В системотехнической теории, как и в любой технической теории, на материале одной и той же сложной технической системы строится несколько оперативных полей, которым соответствуют различные типы теоретических схем, обладающих, однако, рядом существенных особенностей.

В сфере практической системотехнической деятельности решение задачи создания новой системы заключается в сочетании представле­ний различных научных дисциплин с инженерными представления­ми без сведения их к единому теоретическому изображению. Это позволяет отдельному исследователю или разработчику при решении частной системотехнической задачи строить каждый раз заново не похожие друг на друга схемы сложных технических систем. При этом практически невозможно воспроизвести процедуру их построения, поскольку она находится в сфере интуиции проектировщика.

Схемы такого рода фактически являются соединением объектных представлений различных теорий (элементов электрических и кинематических схем, структурных схем теории автоматического регулирования и других дисциплин) и представлений технической системы в инженерной деятельности: элементов разныхсхем изготовления, внедрения, функционирования и т.д. Способих соедине­ния зависит от каждой конкретной задачи. На одной общей структур­ной теоретической схеме, таким образом, присутствуют элементы кинематических, электрических и электронных схем, блок-схем и монтажных схем, на основе которых рассчитываются и собираются механические, электрические и другие блоки. Существенным недо­статком такого способа соединения представлений сложной техниче­ской системы является качественная неоднородность полученной теоретической схемы. Из-за этого возникает невозможность имитировать функционирование системы в целом, усложнение инженерных расчетов, проектных решений, разработки технологии ит.д.

Использование вышеописанных схем фактически не дает решения проблемы целостного описания сложной технической системы в те­оретической сфере. Чтобы решить эту задачу, необходимо предста­вить данную схему в виде системы однородных опи­саний (для разных режимов функционирования).

В системотехнике используется два типа однородных теоретичес­ких схем — абстрактные поточные (алгоритмические) схемы и абст­рактные структурные схемы.

Абстрактные поточные (алгоритмичес­кие) схемы были обобщены в кибернетике. В этих схемах рассматриваются преобразования вещества, энергии и информации. Они фактически являются идеализированным представлением функционирова­ния любой системы и исходным пунктом программирования на ЭВМ. В результате, оказывается, обеспечена связь с соответствующими функциональными схе­мами, зафиксированными в теории программирования.

Абстрактные структурные схемы на основе обобщения различного рода структур­ных схем (теории автоматического регулирования, теории сетей свя­зи, теории синтеза релейно-контактных схем и логических схем вы­числительных машин, а также такого рода схем, применяемых в со­циально-экономических исследованиях) развиваются в так называе­мый структурный анализ сложных систем. Такие унифицированные абстрактные структурные схемы позволяют изучать объект в "наибо­лее чистом виде".

Например, при структурных исследованиях систем авто­матического регулирования абстрактные структурные схемы содержат лишь связи, их число, порядок, знак и кон­фигурацию. Особое внимание уделяется при этом выявлению взаимных связей между элементами системы. Тем самым, на первое место выдвигается структура системы, а не состав ее отдельных компонентов. Поэтому возможно единообразно исследовать различные по своей природе системы.

Дальнейшая манипуляция с моделью может быть осуществлена при подключении к решаемой задаче алгоритмических языков имитационного моделирования. В них на основе данной структурной схемы составляется соответствующая поточная (алгорит­мическая) схема функционирования модели (системы). Эта структура ав­томатически переводится в машинный код и в свою очередь соответ­ствует определенной функциональной (математической) схеме.

Основная проблема, стоящая перед теоретической системотехни­кой, заключается в переходе от описания сложной инженерной задачи с помощью теоретических средств и представле­ний самых различных научных дисциплин к однородной абстрактной теоретической схеме. Это необходимо в свою очередь для того, чтобы в системотехнике можно было применить соответствующий матема­тический аппарат, для чего и должен быть выработан способ едино­образного описания качественно разнородных элементов.

Именно поэтому в теоретической системотехнике структурные и поточные теоретические схемы принципиально формируются как предельно абстрактные. В классической технической науке они являются гораз­до более специализированными и частными, причем в первую оче­редь это относится к структурным схемам.

Функциональные схемы в системотехнике могут быть двух типов. К первому относятся функциональные схемы, развиваемые в струк­турном анализе и направленные на исследование структуры сложных систем. Они соответствуют абстрактным структурным схемам системотехники. Ко второму типу принадлежат функциональные схемы, разработанные в теоретическом программировании, которые адекват­ны абстрактным поточным (алгоритмическим) схемам.

В системотех­нике эти два типа теоретических схем совмещаются на одном уровне абстракции, но в разных планах. Это происходит, например, в алго­ритмических языках имитационного моделирования, в которых по­точная (алгоритмическая) схема накладывается на структурную (ста­тическую) схему моделируемой системы. Причем правила преобразо­вания структурных и поточных схем в функциональные (математиче­ские) схемы формализованы и само такое преобразование осуществ­ляется автоматически на ЭВМ.

Современная техническая теория в отличие от классической тех­нической теории ориентируется не на какую-либо одну базовую естественную науку, из которой черпаются естественнонаучные представления, методы и средства математики, а на общенаучные (методологические) представления и понятия (системные, кибер­нетические и др.) и "универсальные" средства имитационного мо­делирования на ЭВМ соответственно. Поэтому процесс построе­ния современной технической теории неизбежно ускоряется, так как он связан с адаптацией этих уже развитых "универсальных" представлений и схем.

В качестве эмпирического базиса современной технической теории выступает научно-методический слой: прецеденты, рецептурные зна­ния, списочные структуры.

Прецеденты - это описания, фиксирующие отдельные акты деятельности, которые выступают как образцовые, то есть как предписания к еще неосуществленной деятельности аналогич­ного типа.

Рецептурные знания - это различные методические рекомен­дации, дизайн - программы, план - карты, типовые расчеты, руководящие стандарты и рабочие инструкции.

Списочные структуры - это справоч­ники, каталоги, перечни и другие, которые фиксируют знания, относя­щиеся к объекту исследования и проектирования.

Однако все эти три элемента эмпирического базиса современной технической теории яв­ляются не просто готовыми рецептами предстоящей инженерной дея­тельности, а одновременно и теоретико-методологической самоопределением современной инженерной деятельности и проектирования.

В отличие от тра­диционной инженерной деятельности в современных научно-техничес­ких дисциплинах рецептурное знание уже не лежит вне теории, а, на­против, вплетено в саму ткань комплексного теоретического исследова­ния. Но эта ткань не является такой теоретически однородной и четко иерархически структурированной, как в классических естественных и технических науках, напоминая скорее лоскутное одеяло, где сшиты вместе разнородные элементы теоретических представлений различных научных дисциплин и рецептурно-технологические схемы практичес­кой деятельности.

Кроме того, сами рецептурно-технологическое опи­сание и предписание к осуществлению исследовательской и проектной деятельности становятся особым идеализированным представлением процедур этой деятельности.

Например, при имитационном моделировании на ЭВМ или автома­тизации инженерных расчетов они должны быть зафиксированы в виде обобщенного алгоритма или программы. Представители классических технических наук под влиянием неклассического образца построения научно-технического знания также вынуждены сегодня специально за­ниматься анализом собственной исследовательской и проектной дея­тельности, прежде всего при автоматизации проектирования и констру­ирования. Для этого требуется предварительное описание обобщенных алгоритмов инженерных расчетов и процедур анализа и синтеза схем (например, кинематических схем механизмов или электрических схем электротехнических устройств). Записанные на каком-либо языке программирования эти процедуры исследовательской и проектной деятель­ности могут быть выполнены автоматически на ЭВМ.

Различия современных и классических теоретических исследований в научно-технических дисциплинах