Читать книгу Как нам обустроить историю: глобальный кризис и системность в истории общества - Георгий Цветков - Страница 6

Задачи создания и применения инновационных технологий искусственного интеллекта в различных видах профессиональной деятельности требуют адекватного «инструментария» в научно-исследовательской и проектно-конструкторской работе. В качестве такого «инструментария» может использоваться функционально — структурный подход к моделированию сложных объектов, прежде всего, профессионально-организационной деятельности (ФСП) и соответствующие ему формализмы, исторически развивавшиеся для ситуационного управления большими системами.

Как все философские направления «проявляются» по их отношению к основному вопросу философии, так все подходы к созданию тех или иных систем «проявляются» по их отношению к проблеме установления объекта. В ситуационном управлении, например, эта проблема сводилась к построению семиотической модели объекта [36]. Ряд авторов при этом подчёркивал парадоксальный факт отсутствия общих приёмов и методов построения подобных моделей, в отличие, например, от задач управления процессами, осуществляемых на технологических объектах со сложившейся математически хорошо описываемой структурой [37–38].

Всё дело в том, что классические «естественные» науки начинали свой анализ с чётко отграниченных и материально выделенных объектов созерцания, существование и законы жизни которых не зависели от деятельности человека. Считалось, что они были именно такими, какими мы их находили и видели. Затем на этих объектах развёртывалась сложная система познавательных, в том числе, измерительных процедур, с помощью которых субъект расчленял, вычленял, сочленял и анализировал процессы и механизмы, а также сами организованности материала, присущие этим объектам [27–29]. Посредством специальных знаков он описывал их и отделял от материала объекта, наделяя «естественными» законами жизни, независимыми от характеристик материала. Рассматриваемые далее в качестве идеальной действительности, они либо переходили в сферу собственно научной теории с её логикой и методологией, либо могли возвращаться в сферу эмпирического исследования — практического использования и употребляться в качестве рабочих моделей материальных объектов как, например, сегодня в системах искусственного интеллекта.

Однако уже достаточно давно в кибернетике появился класс задач, и прежде всего, задач управления в сложных организационных человеко-машинных системах, для которых состав и структура управляемого объекта однозначно не определимы. Их выявление и описание не может быть произведено достаточно простыми средствами на основе непосредственного обследования и анализа, осуществляемых с использованием традиционных подходов. В таких задачах необходимо применение специального инструмента, позволяющего реализовать построение модели объекта, с учётом специфических особенностей моделируемой или проектируемой деятельности. В качестве такого «инструмента» в своё время в Риге в Центральном НИИ систем гражданской авиации (ЦНИИАСУГА) был разработан аппарат функционально-структурного подхода (ФСП) к моделированию сложных объектов управления, рекомендованный к применению Научным советом «Кибернетика» АН СССР[9] [27–29].

Функционально — структурный подход в управлении предполагал:

• рассмотрение какой-либо деятельности (преимущественно управления) в качестве специфической системы с вычленением процессов, задающих специфику рассматриваемой деятельности;

• структурирование этих процессов, то есть, их представление множеством, например, управленческо-интеллектуальных операций с заданным на нём множеством специфических прагматических (общесистемных) отношений;

• установление информационной базы, необходимой для осуществления этих процессов деятельности, а также выявление состава и структуры объектных процессов, соответствующих ранее установленной информационной базе.

Рассмотрение изложенного, по-существу, проектного подхода в виде теоретических положений, соответствующих процедурам выявления и описания состава и структуры сложного объекта управления, дало возможность обобщённо сформулировать следующие выводы [37–38]:

1. Любая существующая система деятельности со сложившейся профессионально — организационной структурой в аспекте компьютеризации представима «миром» её моделируемой деятельности» (в дальнейшем, «миром»).

2. «Мир» моделируемой деятельности содержит операциональную и объектную составляющие деятельности.

3. Операциональная составляющая «мира» моделируемой деятельности состоит из базисной и логической частей.

4. Базисная часть операциональной составляющей «мира» представима упорядоченным множеством операций, приводящих в результате своего осуществления к выработке решений.

5. Логическая часть операциональной составляющей «мира» представима множеством правил осуществления операций.

6. Объектная составляющая «мира» моделируемой деятельности содержит информационную и структурно-функциональную части.

7. Информационная часть объектной составляющей «мира» представима множеством информационных признаков или характеристик, необходимых для осуществления множества операций (образующих, например, для деятельности авиадиспетчеров базис-граф оперативного ситуационного управления [43]).

8. Структурно-функциональная часть объектной составляющей «мира» образуется связанным предметно-функциональными отношениями множеством объектных элементов, информация о фактических и нормативных (желаемых) состояниях которых необходима для осуществления операций.

В соответствии с данными инженерной психологии человек в процессе осуществления своей профессиональной деятельности формирует в памяти семиотическую модель её «мира» [36–37]. Модель «мира», например, деятельности по управлению представляет собой систему, состоящую из модели среды, в которой эта деятельность осуществляется (эту модель мы называем моделью объектной составляющей «мира») и модели процессов, непосредственно её осуществляющих (эту модель будем называть моделью операциональной составляющей «мира») [36–38].

Такое понимание термина «семиотическая модель» в ситуационном управлении дало возможность уточнить содержание понятия «мир моделируемой деятельности», в частности, в аспекте компьютеризации. Оно суть совокупность связанных множеств управленческо-интеллектуальных операций, приводящих в результате своего осуществления к выработке решений, правил осуществления операций и определяемого семантикой этих правил множества информативных признаков (или характеристик) с соответствующим ему множеством связанных предметно-функциональными отношениями элементов управляемого объекта, информация о фактических и нормативных (желаемых) состояниях которых необходима для осуществлнения операций. Была представлена система основных понятий и их формальных обозначений, служившая основой дальнейших разработок специального формального аппарата [37–38].

Y = {y_i} — множество управленческо-интеллектуальных операций (УИО);

i=1,2,3,…,n

R_пр = {r_k} — множество прагматических (общесистемных) отношений, которыми будем называть отношения в операциональной структуре деятельности, порождаемые целенаправленностью деятельности и существуюшие в процессе её осуществления;

k=1,2,3,…,l

[R_пр (Y)] — упорядоченное множество управленческо — интеллектуальных операций или операциональная структура, которой будем называть совокупность операций, связанных прагматическими (общесистемными) отношениями;

Р ={p_i} — множество правил осуществления операций деятельности;

i=1,2,3,…,n

C (Y) — множество информационных признаков или характеристик, необходимых для осуществления операций, и, в частности, речь может идти о множестве признаков или характеристик, соответствующих отдельной операции;

X ={x_j} — множество элементов объекта, информация о фактических и нормативных (желаемых) состояниях которых необходима для осуществления операций;

j=1,2,3…, m

R_тф = {r_t} — множество топологических и функциональных отношений(в общем случае, предметно — функциональных отношений);

t=1,2,3…, f

[R_тф (X)] — структура объекта деятельности и его элементов;

С (Х) — множество признаков или характеристик элементов объекта, в частности, речь может идти о множестве признаков или характеристик отдельного элемента или объекта в целом.

М = (М_оп, М_об) — «мир» моделируемой деятельности;

Моп = (S_оп, P) — операциональная составляющая этого «мира»;

M_об = [S_об, C(X)] — объектная составляющая этого «мира»;

Так как по определению М = (М_оп, М_об) и, кроме того,

М_оп = (S_оп, P) = [R_пр (Y), Р] и

М_об = (S_об, P) = [R_тф (Х), С (Х)], то

М = {(S_оп, P), [S_об, C(X)]}, и наконец,

М = {[R_пр (Y), P), [R_тф (X), C (X)]}

Полученное выражение означает, что описание «мира» моделируемой и/или компьютеризируемой деятельности может быть получено на базе описаний множества прагматических (общесистемных) отношений, заданных на множестве операций деятельности, правил их осуществления, а также на базе описаний множества признаков элементов и множества предметно-функциональных отношений, заданных на множестве этих элементов объекта.

Из определений операциональной и объектной составляющих «мира» моделируемой деятельности следует, что для целей компьютеризации конкретной деятельности необходимо иметь описания на естественном языке «деловой прозы» указанных составляющих деятельности с последующей формализацией этих описаний.

В дальнейшем множество операций с заданным на нём, например, отношением R₁ — «следовать за…» называем базисной частью операциональной составляющей М_оп и обозначаем как М^б_оп. Соответственно, описание базисной части операциональной составляюшей деятельности на естественном языке будет лингвистической моделью «базисной части» операциональной составляющей и обозначится как: ММбоп = М [R₁ (Y)]

Получаемое в результате осуществления этого этапа моделирования описание упорядоченного множества операций позволяет ответить на вопрос, «что» и «в какой последовательности» делает лицо, принимающее решение (ЛПР), для выработки управленческого решения. При этом, однако, остаются открытыми вопросы «как это осуществить?» и «что необходимо знать (иметь)» для осуществления операций? Другими словами — остаются неопределёнными правила P осуществления множества операций Y и множество информационных признаков С (Y), необходимых для осуществления операций. Моделирование операциональной составляющей некоторых видов, преимущественно дискретно-операционной, деятельности целесообразно осуществлять представлением множества операций в виде базис-графа управления G, представляющего собой ветвящуюся многоуровневую структуру подграфов, вершины каждого из которых отождествляются с операциями Y, а дуги соответствуют бинарным отношениям R₁ — «следовать за…». В дальнейшем функционально-структурный подход был применён в разработке и систематизации формально-логических языков описания современных систем. Компоненты языка описания фиксировались в форме вариантов для различных типов систем, а само рассмотрение представлялось относительно независимыми языками описания для различных типов систем [38–40].

Под «языком описания» в системах моделирования и воспроизводства профессионально-организационной деятельности обобщённо понимаем упорядоченную совокупность языков и языковых средств, на базе которых осуществляется описание конкретного типа системы и технологии машинного воспроизведения её жизнедеятельности. Он характеризуется системой базовых концептов и определений и входит составной частью в логико-лингвистическое обеспечение современных систем.

Формально язык описания систем представим в виде: N = N_т (N_по) = N_т (X, R, P), где предметно — оринентированной (лингвистической) компонентой языка описания являются множества понятий Х, отношений R и правил образования и преобразования выражений P. Технологическая компонента языка описания N_т отображает машинную технологию воспроизведения деятельности, в том числе, алгоритмы переработки текстов и машинных кодов с помощью ЭВМ. Предметом нашего основного интереса является предметно-ориентированная (лингвистическая) компонента языка описания систем, обозначаемая впредь без индексации.

В соответствии с принципами функционально-структурного подхода [38] предметно-ориентированная компонента языка описания деятельности представима в виде: Nno = (N_оп, N_об), где N_оп и Nоб — операциональная и объектная составляющие языка описания в указанном выше смысле. В соответствии с теми же принципами подхода операциональная составляющая языка описания представима: N_оп = (N_б, N_л) = [R_пр (Y), Р], где Р — правила осуществления множества операций, Rпр — упорядочивающие их прагматические отношения, а Y — само множество операций. В свою очередь, объектная составляющая языка описания представляется: Nоб = (N^сф, N^и) =[R_пф (Х), Р], где Р — правила выделения и фиксации множества элементов Х, Rпф — упорядoчивающие их предметно-функциональные отношения, а Х — само множество элементов. Состав и структура составляющих языка описания (ЯО) определяются далее спецификой указанных конкретных типов систем.

«Системы плановых расчётов» — N^пр = [R_пр (Y), Р_р]. Здесь Рр — правила, соответствующие алгоритмам расчёта: Рр= [R_оп (Х_п)], Rоп — отношения, соответствующие расчётным операциям алгоритма расчёта, а Хп — само множество исходных и расчётных показатедей. К специфике данных языковых средств следует отнести принципиально расчётный характер правил Р_р и агрегативность показателей Х_п, характеризующих объект управления.

В качестве примеров можно приводить многоуровневые АСУ «Транспорт», АСУ «Расписание», АСУ «Авиаремонт» и ряд других разработок института, в которых использовались сложные математические модели, развитые человеко-машинные процедуры, дистанционная обработка данных и др. Формально-математические методы описания данных систем можно охарактеризовать как оптимизационные методы. В них основное внимание уделяется проблемам нахождения оптимума системы при условии, что задача оптимизации формализована. Объект управления и управляющая система с такой традиционной для кибернетики точки зрения описываются в виде моделей классической теории управления (системы алгебраических или дифференциальных уравнений, статистические описания, системы массового обслуживания и т. д.). Данные языковые средства использовались главным образом на функционально — расчётных уровнях управления и не позволяли перейти к автоматизации задач, непосредственно связанных с процессом принятия решений линейных уровней управления [38–39]. При переходе к сложным или даже к сверхсложным (большим) системам управления подобные аналитические методы оказались из-за большой размерности и сложности моделей недостаточными, что повлекло за собой интенсивное развитие неклассических методов и средств, больше соответствующих особенностям сложных управляющих систем [38–41].

«Системы оперативного информирования». — функционирование систем оперативного информирования существенно связаны с эффективностью функционирования обслуживаемых ими систем управления. Здесь мы имели в виду как автоматизированные, так и не автоматизированные системы, причём не автоматизированные даже в большей мере [43–44]. В самом общем случае состав и структура ЯО систем СОИ могут представляться в виде:

N^сои = {[R_к (Х_к), Р_к], [R_пф (Х_эл), Р_об]}.

Здесь Хэл — множество элементов объекта управления, Rпф — множество отношений соответствующей предметной области, а Роб — отображают законы функционирования (жизнедеятельности) управляемого объекта. В свою очередь, традиционные концепты Х_к, R_к, Р_к отображают состав и структуру коммуникативных процессов систем оперативного информирования, где определяющими злементами являются запросы «пользователя» к системе в некоторой конфликтной ситуации на естественном языке [42–43].

В связи с расщирением круга лиц, являющихся потребителями компьютерной информации, но незнакомых в достаточной мере с языками программирования, была реализована опытная система СОИ, и выделен класс систем для избранной предметной области, с использованием языка «деловой прозы» — профессионального естественного языка [42–43].

Техническое оснащение и формирование сети информационно-вычислительных центров гражданской авиации (ГВЦ, 6 КИВЦ и более 30 ИВЦ) позволили разработанным в ЦНИИАСУГА системам органично войти в повседневную практическую деятельность самого Министерства, территориальных управлений (УГА) и авиационных заводов (АРЗ) гражданской авиации. Впервые в 1971 году составление расписания движения самолётов стало осуществляться на ЭВМ. В 1972 году осуществлено внедрение Центра и АС «Сирена-1» в Москве, а с середины 1970-х годов — в крупных городах страны — АС «Сирена-2/2М» на базе ЦАВС и КИВЦ.

«Системы оперативного управления» — как уже отмечалось, язык описания (ЯО) систем оперативного управления существенно влияет на структуру и состав ЯО систем оперативного информирования, а составляющие языка описания являются составной частью языка описания систем оперативного управления и в общем виде представляется как:

N^соу ={[R_к (Х_к), Р_к], [R_пр (Х_ол), Р_оп], [R_пф (Х_об), Р_об]}.

Здесь, аналогично предыдущему, Хоб — множество элементов объекта управления, Rпф — множество отношений соответствующей предметной области, а Роб — отображают законы функционирования (жизнедеятельности) управляемого объекта. В свою очередь, Роп — правила, соответствующие операциям, где Р_оп = [R_оп (Х_оп)], а Rоп — отношения, соответствующие операциям и Хоп — само множество операций.

Важнейшим этапом построения семиотической модели оперативного управления является формирование семантических правил Р_оп, производимое, как правило, индуктивно в процессе обучения. Формальная постановка задачи и описание алгоритмов решения задачи индуктивного формирования правил классификации и конкретизации приведены в [43].

Ситуационная семиотическая модель принятия решений была реализована в оперативном управлении отходом эксплуатируемых самолётов гражданской авиации (ГА) в ремонт на заводы ГА [43]. Разработанные алгоритмы и программы были реализованы на языке LISP (версия LISP — ES-1.6) и предполагали диалоговое взаимодействие, как на этапе построения семиотической модели, так и в эксплуатационном процессе принятия решений ЛПР [43]. Здесь запросы «пользователя» к системе могут иметь весьма разветвлённую логическую структуру, связанную с конкретизацией типовых решений. Хотя и в этом случае фиксируемый в запросе «пользователя» к системе в конфликтной ситуации объект может выступать как собственно объект, как свойство или отношение в различных неопределённостях [39–40].

«Экспликация языка описания систем». Типология таких ситуаций и соответствующих им запросов может быть построена в терминах языка описания Х, R, Р на базе понятий «объект», «элемент», «отношение», «свойство», и учитывающих их взаимопереходы и взамовырождения. В таком случае возможны следующие типы запросов:

— выявляется некоторый объект X или его элемент x_i, обладающий фиксированным в запросе свойством Р;

— выявляются некоторые свойства Р у фиксированного в запросе объекта Х или его элемента х_i;

— выявляется некоторый объект Х или некоторые его элементы x_i, находящиеся в фиксированном в запросе отношении R;

— выявляется некоторое отношение R между фиксированными объектами X или его элементами xij, имена которых указаны в запросе.

В более сложных случаях поиск может соответствовать, например, фиксации исходного свойства Р, нахождению затем некоторого отношения R, и, наконец, нахождению любого объекта Х, имеющего в себе найденное уже отношение R. Двойственным указанному будет информационный поиск любого объекта Х, в свойстве которого Р существует заранее фиксированное отношение R. Нетрудно заметить, что указанные более сложные типы поиска представимы набором предыдущих, выступающих в качестве элементарных.

В дальнейшем экспликация языка описания систем была продолжена, базируясь на категориях «вещи, свойства, отношения» и обозначениях [40,44]:

х — переменная, имеющая два следующих значения: t — определённая фиксированная вещь (элемент, объект), а — какая-то неопределённая вещь (элемент, объект).

Далее фиксирована способность каждой вещи (элемента, объекта) выступать в различных значениях:

Х (х) — вещь, выступающая как объект или как множество его элементов; R(х) — вещь, выступающая как отношение; Р(х) — вещь, выступающая как свойство;

у — переменная, имеющая три значения: 0 — задано, 1 — находится в соответствии с тем, что задано, 2 — находится в соответствии с тем, что находится в соответствии с заданным (эта переменная заменяет скобки).

Зададим некоторую стандартную последовательность. Пусть такой последовательностью или «словом» в нашем языке будут: Х(х), R(х), Р(х), т. е., «объект», «отношение» и «свойство». Задавая различные порядки перехода от фиксации значения одной переменной к фиксации у другой, получаем схемы, выражающие различные направления логических движений в работе систем. Наиболее простой вариант информационного поиска, характерный для систем, заключается в движении от фиксации в запросе пользователя некоторого объекта к определению свойств его элементов и множества отношений между ними. Такой вариант может быть выражен следующим набором символов:

Х (х), R (х), Р (х)

0 1 1

Повторение символа 1 означает, что порядок, в котором выявляются свойства или отношения, не существенен. Важно, что как свойства, так и отношения определены в соответствии с Х (х), то есть, с заданным в запросе объектом. Каких-либо специальных представлений объекта здесь не требуется, этот вариант соответствует традиционному уровню информационного поиска.

Следующий более высокий уровень информационного поиска предполагает выявление отношений не непосредственно мжду элементами или объектами, а между их свойствами. Этот тип выразим с помощью схемы:

Х (х), R (х), Р (х)

0 2 1

Этот уровень информационного поиска соответствует выявлению законов жизнедеятельности управляемого объекта. Имеет смысл взаимозамена 1 и 2:

Х (х), R (х), Р (х)

0 1 2

Последние два варианта также соответствуют указанному уровню информационного поиска систем. Является очевидным для всех трёх вариантов необходимость различаемости состава и структуры моделируемого объекта, что сразу выводит рассмотренные варианты за рамки функционально-структурного подхода. Поэтому рассмотрим более интересные запросы пользователя с фиксированными отношениями. Варианты логических движений см. в [40,44].

Х (х), R (х), Р (х)

1 0 1

1 0 2

2 0 1

В первой строке предполагается, что отношения интерпретируются, с одной стороны, на объекте и его элементах, а с другой — на их свойствах. Обычно в таких случаях элементы отождествляются со своими свойствами (с указанной ситуацией мы, например, встречаемся при использовании математических моделей к описанию объектных процессов).

Вторая строчка соответствует тому случаю, когда отношение находит интерпретацию на некотором множестве элементов объекта, а затем уже выявляются свойства этих элементов. Такая ситуация имеет место, когда структурное представление «мира автоматизируемой деятельности» интерпретируется на конкретном объекте, а уже потом следуют свойства операций или элементов. И, наконец, последняя строчка представляет двойственную, по отношению к заданной, процедуру задания системного поиска. Здесь задание запроса предполагает в качестве исходного пункта фиксацию отношения, а затем ищутся свойства, удовлетворяющие этому отношению и элементы, объекты, на которых реализуются данные свойства.

В период 1982–1989 годов в Институте ЦНИИАСУГА произошло синергетически критическое накопление необходимых условий роста квалификаций и опыта решения системных задач. Была проведена рациональная унификация проектных решений, созданы условия для продвижения новых идей, например, «сквозной» — от разработки до эксплуатации — метрологии АСУТП заводов ГА [45], творческого роста, обмена информацией и публикации результатов на конференциях и симпозиумах Совета «Кибернетика» АН СССР. Продолжение научно-проектных работ, в т. ч., в направлении создания формально — логического аппарата, адекватного дальнейшим разработкам перспективных систем, в том числе, для Латвийской республики, были остановлены «национальной» ликвидацией Института и «миграционным» трудоустройством ведущих разработчиков в России и в США. Можно только сожалеть, что этот период прервался процессом развала Советского Союза и ликвидацией Министерства гражданской авиации СССР.

Нынешним летом мы отметили 50-летие Института систем управления ЦНИИАСУГА и 45-летие Института системных исследований ВНИИСИ, тесно вовлечённого в процесс выработки решений в области долгосрочных программ развития СССР (с такими «прорабами» перестройки как Авен П. О., Березовский Б. А., Гайдар Е. Т., Зурабов М. Ю. и др.) — первых советских НИИ с нетипичными для того времени схемами организации научной и научно-проектной работы.