В условиях ограниченной памяти компьютеров и их быстродействия, отсутствия необходимой инфраструктуры технического и информационного обеспечения и при этом необходимости охвата большого разнообразия проектных ситуаций, классов объектов и их отношений, зачастую неопределенных, возникла непреодолимая проблема обеспечения управляемости процессов проектирования и создания автоматизированных систем. Отсутствие управляемости приводило не только к большим дополнительным затратам, срывам сроков ввода систем в действие, но и к неадекватности проектов реальным условиям и, в конечном итоге, к дискредитации всего направления создания автоматизированных систем. Они не обеспечивали достижение таких поставленных при их создании целей, как уменьшение затрат, повышение качества продукции, ускорение ее производства и т.д. Причиной этого было также то, что предварительно не проводилась требуемая институциональная подготовка, осознание необходимости которой возникло у разработчиков систем значительно позднее. В результате новые методы решения задач и информационные технологии входили в противоречие с существующими правовыми, экономическими и организационными правилами взаимодействия субъектов управления и поэтому не могли всерьез использоваться в организациях. Некоторая литература по проблемам институционального обеспечения систем приведена в разделе 4.
Для перехода от автоматизации отдельных функций к проектированию организационных систем в целом необходимо было изменить сам контекст решения рассмотренных проблем. Управляемость процессов должна быть обеспечена на всех стадиях жизненного цикла выпускаемой продукции и производящих ее систем, включая их проектирование, создание, использование, восстановление и ликвидацию. Но особенно это было важно на начальных этапах разработки, так как тогда появлялась возможность избежать излишних затрат на повторное проектирование и ускорить процесс.
Для обеспечения полноты принимаемых решений и управляемости проектирования в условиях привлечения многих дисциплин требовался иной теоретический и методологический инструментарий, который, кроме того, должен был увеличить применяемость имеющихся программных средств и упростить процесс внесения изменений в систему.
Контрольные вопросы и задания
1. Какой недостаток имеет процедурная фиксация знаний при программировании? 2. Как обеспечить независимость программ от специфики предметной области? 3. Каким образом моделировалась предметная область в примере с автоматизированным проектированием тепловых электростанций? 4. Приведите пример моделирования предметной области в виде древовидных графов. 5. Почему не увенчались успехом первые попытки создания типовых автоматизированных систем? 6. Чем ограничивалась индустриализация проектирования автоматизированных систем?
3. Математические концептуальные методологии проектирования систем
3.1. Автоматизированная система проектирования систем
организационного управления (АСП СОУ)
Задолго до осознания широкими кругами разработчиков бесперспективности создания автоматизированных систем на базе традиционных методологий, в начале 70-х годов С.П.Никаноров сформировал новый методологический подход, в котором объектом автоматизированного проектирования являлись так называемые системы организационного управления (СОУ). Широкую известность С.П. Никаноров приобрел благодаря фундаментальному изложению проблем системного анализа в своем предисловии к переведенной им книге С.Л. Оптнера []. Идея С.П. Никанорова о необходимости и проблемах проектирования организаций была изложена им в предисловии к переведенной под его редакцией книге С.Янга [].
К СОУ относились любые организации, в которых осуществлялось производство, управление, проектирование, обучение и другие виды деятельности. Они органично включали в себя компьютерные информационные системы. Этот подход должен был разрешить проблему обеспечения управляемости процесса проектирования в условиях непрерывных изменений внутренней и окружающей среды, как проектируемой системы, так и проектирующей ее системы с помощью методов математического концептуального моделирования предметной области.
Сущность методологии. Перед непосредственным проектированием СОУ должна была быть сформирована ее общая математическая концептуальная модель. Процесс проектирования сводился к управляемой конкретизации общей модели и последующей ее интерпретации. Это обеспечивало целостность проекта системы, в отличие от традиционной технологии, когда проект является совокупностью автономно разрабатываемых частей. Предусматривалось, что полученный дедуктивным способом проект должен затем сопоставляться с исходными требованиями. При выявлении несоответствий концептуальная модель должна была быть скорректирована и затем осуществлено повторное проектирование. Такой процесс должен был быть итерационным, так как в общем случае математическая концептуализация не сводится к однозначной формализации реальных ситуаций, как это имеет место для более простых объектов проектирования, как, например, в упомянутой в разделе 1 системе МАВР.
В разработанном техническом проекте АСП СОУ [1-2:1977] новыми были не только объекты, но и методы моделирования и проектирования. Они были ориентированы на логически направленное и поэтому управляемое теоретическое и инструментально-технологическое проектирование. Прежде всего, обеспечивалась полнота понятийного пространства проектирования за счет логического формирования всевозможных комбинаций элементов понятийной конструкции с применением морфологического и иных методов. А математическая экспликация давала возможность оперировать понятийными конструкциями вне зависимости от прикладного содержания и знакового оформления.
Функции системы АСПСОУ. Функции, выполняемые при проектировании СОУ средствами АСП, показаны в таблице 3. Теоретизация предметной области (функция 1) основывается на выявлении проблем, установлении их системной природы и возможных путей решения. При проектировании знаковой реализации системы определяется состав баз данных, формы документов и т.п.
Для реализации этой методологии был разработан набор теоретических схем, названных конструктами, используемых для формирования с помощью логических методов теории предметной области и модели объекта проектирования. Разработка конструктов и последующий синтез конкретных теорий с контролируемым формированием производных понятий осуществлялись с использованием математического аппарата теории структур Бурбаки [3:1963,1965]. Были созданы различные технологии оперирования конструктами, позволяющие формировать из базовых понятий новые, более сложные, и при этом легко изменяемые понятийные схемы.
Из приведенного в таблице 3 описания функциональной структуры видно, что, в отличие от системы ПРИЗ, теории предметной области и модели объекта проектирования являются не входом, а выходом системы АСП СОУ. А уже затем формируются проекты СОУ, как производный результат логического вывода на построенных моделях предметной области и последующей интерпретации абстрактных математических конструкций.
Входом в процесс проектирования являлись, сформированные с использованием заранее создаваемых абстрактных метаматематических схем (конструктов), метамодели, описывающие понятия СОУ и их элементов, и метамодели, описывающие имеющиеся формализованные теории, необходимые для моделирования СОУ. К ним относятся теории технических систем, теории производственных систем, теории целенаправленных систем и т.д. Новым здесь явилось также использование аксиоматического представления теорий.
Таблица 3 - Функциональная структура АСП СОУ
| Функции | Выход | Вход |
| 1.Определение концепции теоретизации предметной области 2.Операционная трактовка теоретических схем. Определение процедур управления с их входами и выходами. 3.Проектирование знаковой реализации СОУ и пространственно- временной привязки. 4.Документирование проекта СОУ. | 1.Модель (теория) предметной области. 2.Проект СОУ. | 1.Метамодели, описывающие понятия организационных систем управления и их элементов. 2.Метамодели формализованных теорий. |
Универсальность и применяемость методологии. Универсальность методологии предопределяется сформированной общей метамоделью проектируемой системы с использованием конструктов, которые имеются в памяти системы, и возможностями ее конкретизации при проектировании. Если при интерпретации конкретизированной метамодели с помощью понятий охватываемой предметной области, СОУ и ее элементов выявляется ее неадекватность, то выбираются либо другие способы конкретизации, либо корректируется общая концептуальная модель.
Следует иметь в виду, что математические модели понятий формируются с использованием различных теорий таких, таких, как теория структур, теория множеств, категорная теория систем и т.д., в разных знаковых формах – текстах, таблицах, формулах, графиках и т.д., в разных языках, шрифтах и с разным размещением на различных носителях. Это может быть выражено с помощью предложенной в 70-х годах С.П.Никаноровым теоретической схемы, названной «логосинотопотехом». В ней выделялась логическая сущность («лог»), представляющий ее знак («син») и место расположения знака («топ») на носителе («тех»). Главным в этой схеме было семантическое отношение, раскрывающее смысл знакового представления.