Author: Капустян В.М.
Tags: общее машиностроение технология машиностроения комбинаторный анализ теория графов машиностроение приборостроение
ISBN: 978-5-88981-083-4
Year: 2008
Text
Серия «Концептуальный анализ и проектирование»
Теоретические исследования
В. М. Капустин
КОНСТРУКТОР/
О КОНСТРУИРОВАНИИ
Москва 2008
Концепт
УДК 621039:519.1.001.2
ББК ***
В. М. Капустин.
КОНСТРУКТОРУ О КОНСТРУИРОВАНИИ. - М.: Концепт,
2008.-312 с.
Предложена новая концепция работы с альтернативами,
отличающаяся от известных тем, что в ней достигается большое комбинаторное
сжатие фактографических данных. Разработаны принципиально новые
системно-морфологические методы оптимизации и общая логическая
схема принятия решений в конструировании.
В целом новые комбинаторные методы формирования решений
представляют собой самостоятельное направление в теории и практике
управления и конструирования, названное в книге
системно-морфологическим подходом. В частности, изложены основы нового
"математического аппарата поэшелонных расчётов", применяемого для решения
задач оптимизации в конструировании.
Книга рассчитана на конструкторов новой техники, необходима
специалистам различных отраслей машиностроения и приборостроения,
научным работникам, специализирующимся в области теории
принятия решений при конструировании, аспирантам и студентам старших
курсов вузов. Она может служить учебным пособием при повышении
квалификации инженерно-технических работников.
© Аналитический центр «Концепт», 2008,
© В. М. Капустян, 2008.
ISBN 978-5-88981-083-4 ISBN 978-мв981в3-4
889»81083
Содержание
ПРЕДИСЛОВИЕ 9
Манифест Ф. Цвикки 10
ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ 17
Личность и коллектив 20
Творчество и рутина 21
Скорость коммуникации 23
«Профессиональная уверенность» и предвидение 24
Стандарты и новизна 25
Системный анализ, математика и техника 26
ГЛАВА ПЕРВАЯ. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТВОРЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ 33
1.1. Жизненный цикл образца 33
Разработка замысла новой машины 34
Проведение целевых исследований 34
Опытно-конструкторские работы 34
Создание и исследование опытного образца машины ....34
Выпуск в экономическую сферу 35
Прекращение выпуска и эксплуатации 36
1.2. Простейший цикл творческой активности 37
1.3. Материальные уровни конструирования 39
1.4. Предварительная систематика 40
Создание и изучение опытного образца машины 42
Эксплуатация 50
Производство 51
Опытно-конструкторские работы (ОКР) 52
Проведение целевых исследований 53
Разработка замысла новой машины 54
Постановка задачи (фаза целеобразования) 55
Прекращение выпуска и эксплуатации 55
4 Содержание
1.5. Принципы экономии труда при разработке новой
техники 56
Агрегатирование в производстве 59
Поисковое агрегатирование или макетирование 59
Графическое макетирование 60
Стандартизация 61
1.6. Процессы заимствования результатов 68
1.7. Процессы, обратные заимствованию 75
1.8. Каналы возникновения убытков в ходе разработки .77
1.9. Обобщённый процесс рекуперации-заимствования,
простейший критерий значимости идей 81
1.10. Некоторые итоги 88
ГЛАВА ВТОРАЯ. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТВОРЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ
(ОСНОВНАЯ КОМБИНАТОРНАЯ КОНЦЕПЦИЯ) 93
2.1. Дерево блоков 93
2.2. Комбинаторные совокупности конструкций 95
2.3. Альтернативы и комбинаты как сопряжённые
понятия 96
2.4. Комбинаторный файл 101
2.5. Пояса альтернатив как иерархические уровни
выбора в задачах конструирования 110
Дерево блоков 111
Альтернативная линейка 111
Комбинаторный файл 112
2.6. Упрощение геометрического вида
комбинаторного файла 119
2.7. Эшелоны и кусты 121
2.8. Идея Ф. Цвикки 123
2.9. Выбор и критерии выбора 125
2.10. Конвергентный процесс оптимизации 130
2.11. Сопряжённая оптимизация 131
2.12. Работа с ограничениями 134
2.13. Необходимость пополнения комбинаторного
файла 135
2.14. Пополнение файла сведениями о системной среде
и технологии 137
2.15. Некоторые итоги 142
ГЛАВА ТРЕТЬЯ.КОМБИНАТОРНАЯ ПАМЯТЬ 147
3.1. Роль памяти 147
Что значит вспомнить? 148
Парадокс калейдоскопа 150
Кинематика памяти 154
3.2. Как работает комбинаторная память 156
Естественная нумерация 159
Комбинаторная мощность 159
Обобщённо-полиадическая система счисления 161
Полиадическая позиционная система счисления 162
Выбирающая функция 164
Выработка номера дерева 164
Восстановление дерева по номеру 166
Плотное строковое представление массива номеров.. 167
Фактографический паспорт 168
3.3. Пример запоминания 169
Восстановление 175
3.4. Некоторые выводы 178
ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ. РОЛЬ АЛЬТЕРНАТИВ В ТВОРЧЕСКИХ
ПРОЦЕССАХ 179
4.1. Работа с альтернативами в инженерной графике.... 179
Синхронный демонстратор образов 179
Управление графической "мозаикой" 180
Уровни графической абстракции 181
Содержание
Средства для передачи сведений о движении 184
Итоги 186
4.2. Работа с альтернативами при выборе цели и
при снятии образца с производства 188
Техническая проблема 188
Фаза целеобразования 189
Тематическая полнота 190
Центральное превращение 191
Реальная производительность и дерево потерь 192
Выводы 195
4.3. Работа с альтернативами при конструировании
процессов 196
Два вида конструирования 196
Работа с объектными альтернативами 197
Процессные альтернативы 198
Детализация процессов 202
Локальная комбинаторная сетка 207
Конкретизация понятий, описывающих процессы 211
Неравномерность конкретизации 213
Поэшелонный расчёт при проектировании общей
процессной сети 214
Интерактивный процесс построения сети 215
Важность систематизации процессных данных 217
Выводы и итоги 218
4.4. Работа с альтернативами при инженерном
прогнозировании 219
Предвидение 219
Тактика разумного эгоизма 220
Задача создания фактографической системы для
инженерного прогнозирования 223
Пополнение файла прогностическими данными 225
Взаимодействие данных 228
Фиксация уверенности специалистов 229
Режим работы прогнозистов, диалог 232
ГЛАВА ПЯТАЯ. УПРАВЛЕНИЕ КОНФИГУРАЦИЕЙ
ОБРАЗЦА В ПРОЦЕССЕ КОНСТРУИРОВАНИЯ 235
5.1. Конфигурационное управление 235
5.2. Пополнение файла данными о конфигурации 238
Об извлечении уроков из прошлого 241
Ранг изменения 241
Уровень изменения 243
Паспорт изменения 244
5.3. Основы контроля конфигурации 245
Характеристики целого 248
Матрицы совместимости 250
Показатель целостности 252
5.4. Общая схема конфигурационного управления 257
ГЛАВА ШЕСТАЯ. ЗАРОЖДЕНИЕ ТЕХНОСИСТЕМАТИКИ .261
6.1. Предпосылки техносистематики 261
6.2. Роль понятий в техносистематике 265
Основная идея 268
Утверждения об альтернативах 270
Комбинаторный файл как базис языка по семейству
машин 271
Роль терминов 272
Выбор как сужение класса 273
Абстракции и конкреции прототипии 273
Нумерация понятий 276
Обратная задача 277
Другие функциональные классы понятий 279
6.3. Начальный этап техносистематики 281
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 287
ОБЩИЙ АЛФАВИТНЫЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 289
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 295
ПРИЛОЖЕНИЕ. КОМБИНАТОРНЫЙ ФАЙЛ
НАМГД-ГЕНЕРАТОРЫ 297
ПРЕДИСЛОВИЕ
Наука и техника на базе фундаментальных исследований, рождающих
основы инноваций, в кратчайшие сроки создаёт новые чрезвычайно
сложные системы, изделия и производства. Массовое применение результатов
фундаментальных исследований возможно во всех отраслях человеческой
деятельности.
Цель настоящей книги — описать современные методы
конструирования новых технических систем и новых технологий. Дело в том, что в
имеющейся мировой технической литературе (не считая основополагающих
работ Ф. Цвикки) за истёкшую с момента издания книги [1] более чем
четверть века так и не появилось ни одной работы, в которой
рассматривалась бы работа с альтернативами в конструировании.
Между тем нормативные модели этого процесса насущно необходимы
в машиностроении, архитектуре, разработке химических и биотехнологий
и, в особенности, при разработке таких систем, как системы
автоматизированного проектирования, автоматизированные рабочие места и т.п.
В книге описана так называемая комбинаторная концепция
конструирования, отличающаяся от известных тем, что в ней достигается большое
сжатие хранимого объёма фактографических конструктивных данных. На
её основе разработаны принципиально новые системно-морфологические
алгоритмы оптимизации и общая логическая схема принятия решений при
конструировании.
В целом комбинаторные методы формирования решений представляют
собой самостоятельное направление в теории и практике конструирования.
Это направление названо в книге системно-морфологическим подходом.
В книге изложены также основы простого математического аппарата
поэшелонных расчётов, применяемые для решения задач оптимизации в
конструировании.
Книга рассчитана на конструкторов новой техники и не является
справочником, а также не содержит готовых решений по вопросам про-
Предисловие
ектирования конкретных изделий, щднако в ней рассмотрен обширный
комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных проблем, постоянно
возникающих при конструировании новой техники.
Конкретные методики, излагаемые в книге, будут полезны
специалистам различных отраслей машиностроения и деловым людям из
коммерческих структур.
Книга особенно полезна для научных работников,
специализирующихся в области теории принятия решений при конструировании и
проектировании, аспирантов и студентов старших курсов вузов. Она может
служить учебным пособием при повышении квалификации инженерно-
технических работников.
Автор с благодарностью вспоминает своего научного руководителя
Поспелова Г.С., который многие годы возглавлял Секцию Прикладных
Проблем АН СССР и инициировал многие начиная, в том числе,
поддержал направление, развиваемое в данной книге.
Манифест Ф. Цвикки
Фритц Цвикки — своеобразный "мистер X" в астрономии и...
машиностроении, человек — легенда. Сведений о нём нет в астрономических
справочниках, хотя звёзды Хумасона-Цвикки (белые карлики) и
теоретически предсказанные им квазары, пульсары и коллапсирующая материя
("чёрные дыры") в справочниках представлены.
Всё, с виду, можно объяснить просто: Ф. Цвикки — участник самого
секретного проекта века — "Манхеттенского проекта" по созданию
ядерной бомбы. Но, кроме того, он — выдающийся общественный деятель,
одинокий ночной астроном-наблюдатель, автор многих
машиностроительных патентов, философ, ... и друг Чан-Кай-ши.
Читателю небезынтересно будет узнать, что Ф. Цвикки, хотя и не
включён в книгу рекордов Гиннеса, является абсолютным рекордсменом
по "общей массе открытых им объектов". Подобно более знаменитому
Леверье, "не выходя из кабинета", он сначала "на кончике пера" открыл,
а затем в ночных бдениях лично обнаружил (с помощью слабенького
шмидтовского телескопа @ 100 см.)) огромное количество находящихся на
расстояниях в тысячи световых лет, так называемых "карликовых галактик,
Манифест Ф. Цвикки
галактических кластеров и межгалактических звёздных мостов'*, которые и
составили выпущенный им и его сотрудниками трёхтомный справочник с
таким же названием. Работая в Манхеттенском проекте, он один получил на
своё имя около 20 патентов по ракетным двигателям и ракетным топливам
(над этим в то время работали многочисленные коллективы).
Может быть, он — коллективный автор — своеобразный Бурбаки
атомного проекта? Но нет, ходят слухи, что он скончался в Пасадене
в 1975 году.
Но, опять же, это могут быть всего лишь слухи, вызванные нашей
ссылкой в диссертационной работе [] от 1975 г., где буквально написано:
"В серии ив более чем 100 работ Ф. Цвикки с 1923 по 1975 год
излагает основные идеи созданного им "морфологического анализа...", что
и могло быть неправильно истолковано г. Корпуниным.
Находясь на базе Холломан в пустыне Аламогордо штата Нью-
Мексико, Цвикки изобрёл 256 принципиально различных реактивных
двигателей. Тезис о неисчерпаемости свойств материи Ф. Цвикки
использует очень активно, и в "рабочем порядке", разрабатывая семейство
"всевозможных" космических объектов, он формулирует гипотезы о
"чёрных дырах", квазарах и пульсарах (и ещё 17-и видах объектов,
которые пока не обнаружены астрономами). В другой публикации он как
бы "мимоходом" разрабатывает "Основы Вселенского Космического
Права". ... Когда, интересно знать, оно потребуется?
Любопытно выглядят страницы издаваемого в США "Индекса
научного цитирования" (Science Citation Index), который раз в квартал
суммирует то, как учёные в своих трудах ссылаются друг на друга (а
значит и то, насколько плодотворны и проникновенны их идеи). Здесь
Цвикки, несмотря на свою "малоизвестность" в научном высшем свете,
тоже — абсолютный рекордсмен.
Количество ссылок на его работы и география ссылок удивительны:
во всех странах ежеквартально цитируют не менее 100 работ Цвикки,
опубликованные им в период с 1923 года до наших дней. Всё это
занимает от одной до трёх страниц в каждом выпуске Индекса. Есть среди
цитируемых и работа, описывающая установку для выработки кислорода,
водорода, воды и других веществ на Луне из "местных" минералов и
солнечной энергии с помощью фотолиза. Обитаемой станции ещё нет,
а проект установки в наличии,... ждёт.
Предисловие
Не следует думать, что Ф. Цвикки — рассеянный, одинокий ночной
астроном-наблюдатель, кабинетный теоретик и т.п. Нет! Когда был
запущен первый искусственный спутник Земли, Цвикки в ответ на
"русский вызов" немедленно и очень энергично (в течение двух недель)
подготовил ракету и запустил искусственный спутник Солнца; заснял
траекторию полёта новой планеты (правда весом чуть больше двух граммов),
опубликовал результат. Между прочим, хотя результат превзойдён, но
приоритет-то остаётся за ним.
А чего стоит его знаменитый общественный проект "Помощь
научно-техническим библиотекам, пострадавшим во время Второй Мировой
войны"! Нам кажется, что, кроме всего прочего, проект носит яркий
рекламный характер: показывает как при почти нулевых начальных затратах,
имея хорошую голову (и методику), можно "горы своротить". Сейчас (по
возрасту) Ф. Цвикки отошёл от проекта, а проект работает,
доукомплектование библиотек по утраченным научно-техническим журналам
продолжается. Теперь у проекта другие, молодые руководители.
Несомненно, Цвикки — выдающийся учёный, талантливый
писатель, активный общественный деятель. Он ведёт обширную лекционную
программу. Главный лозунг ф. Цвикки: "Бороться с заблуждениями
человеческого ума!" Он — председатель "Международного общества
морфологических исследований". В вечернее и ночное время Цвикки
превыше всего ценит "часы созерцания далёких галактик, поиск новых
и сверхновых звёзд и вообще всего, что разыгрывается на грандиозных
подмостках Вселенной".
Видимо здесь в обсерватории Паломар в часы созерцания у Цвикки
возникла мысль о равноправной по сложности второй части
"морфологической картины мира", то есть о человеческом интеллекте, в глубины
которого ясной звёздной ночью легко опрокидывается половина видимой
Вселенной, и с той же лёгкостью силой воображения присоединяется
к ней вторая, невидимая. Это мир, который Дессауэр назвал "Миром
внутренней переработки".
Ф. Цвикки считает, что человеческий разум заслуживает уважения
как великое чудо. Следовательно, заслуживают всякого порицания
заблуждения рассудка и его одурманивание. Казнь Джордано Бруно
профессор до сих пор не может простить Святой Палате, как будто это
был его университетский друг.
Манифест Ф. Цвикки
Заблуждение ума — это отнюдь не только состояние
неосведомлённости. Это гораздо хуже. Заблуждения ума, по Ф. Цвикки, — это
воспитанная с детства, катахрезно и специально привитая, закреплённая
в повседневности, узаконенная учебниками и монографиями робость
ума. Следствием этой робости является неподготовленность к решению
проблем, выдвигаемых наукой, техникой, производственными системами
— всей жизнью.
Как тут не вспомнить слова, которые Иисус Христос (по Булгакову)
просил передать Понтию Пилату: "Скажите ему, что трусость — самый
страшный грех"... или "нет греха большего, чем пресечь творчество
ближнего. ..". Когда мертвящая и грешная робость ума вступает в живую
жизнь, она может натворить много бед.
Цвикки замечает, что в спектре этих проблем наблюдается смещение
в сторону усложнения, масштабности и, в особенности, в том смысле, что
теперь проблемы захватывают всё большие группы людей как по своим
последствиям, так и по тому, какие люди и какое их число привлекается
для их решения. Достаточно упомянуть проблему антропогенной
дестабилизации биосферы, которая теперь касается уже всех существ, а не
только людей.
И вот что замечательно. Когда Цвикки предлагает разработанные им
морфологические методы как инструменты для решения этих проблем,
он делает одно "тихое", ненастойчивое, но чрезвычайно важное, на наш
взгляд, замечание. Это замечание о самодеятельной активности
народных масс. Одной активности учёных мало; лишь высокая сознательность
народных масс поможет справиться с комплексными проблемами,
которые несёт с собой "век научно-технического прогресса" и он же — "век
одичания" одновременно. Невиданно развитие производительных сил,
но невиданны и потери чисто "человеческого".
То, что Цвикки так высоко оценивает творческую активность
народных масс весьма примечательно. Это важнейший показатель, он
лишний раз подчёркивает плодотворность его морфологических методов.
Разумеется, отсюда не следует делать вывод о том, что любую проблему
надо начинать решать морфологическими методами лишь тогда, когда она
усугубится до масштаба всенародной или общечеловеческой проблемы. Не
надо забывать и о "незапаздывающей рефлексии" и превентивным мерам,
которые не всегда требуют вмешательства общественности.
Предисловие
Допустим на минуту, что результаты, полученные Цвикки, не
являются прямым следствием применения изобретённых им методов. Ведь бывает
же так, что замечательные результаты получают какими-то неявными
методами, но, совершенно искренне заблуждаясь, считают, что при этом
"работали" совсем другие методы.
Проводя довольно далёкую аналогию, мы можем заметить, что
существует более сотни различных вокальных школ, каждая из которых в своих
основополагающих установках противоречит сразу нескольким другим.
Но выдающийся певец есть певец, независимо от исповедуемой школы.
Таким образом возникает вопрос об адекватности предъявленных
Цвикки методов, полученным с их помощью результатам. В самом деле,
пройдя "школу Цвикки" и усвоив его методы, сможем ли мы "петь
морфологически" так же хорошо, как он?
Если даже оставаться до конца на столь "недружелюбной" и
пристрастной позиции, то можно отметить следующий большой и, несомненно,
новый результат, который невозможно обесценить никакими подозрениями.
Этот результат — практически впервые описанная правильная работа с
альтернативами в ходе (научно-технического) творчества.
Новое открытие или изобретение — это всегда одна или более новых
альтернатив для конструирования, которыми мы раньше не располагали.
Конструирование здесь следует понимать в предельно широком смысле: от
конструирования электронного чипа до конструирования международной
организации.
Если эти новые альтернативы или комбинации альтернатив являются
изобретениями, их авторам, как принято почти во всех странах мира,
выдают дипломы, патенты, авторские свидетельства. К сожалению,
большинство этих альтернатив-изобретений лежат затем на полках, не
взаимодействуя друг с другом, пока некий изобретатель не ознакомится с
ними, объединит их в своей голове и придумает в рамках своей интуиции
какой-нибудь их новый "комплекс". Ф. Цвикки первым из
исследователей построил информационные знаковые модели с "принудительно"
взаимодействующими альтернативами.
Он строит модели сразу целых семейств машин, механизмов, явлений
и считает, что при решении проблем ни одним членом этого семейства
нельзя пренебречь заранее. Он считает, что невозможно дать
определение, например, тому, что такое насос, но можно составить целостное
Манифест Ф. Цвикки
представление о всём семействе насосов в виде интегративного взгляда
на совокупность альтернатив выполнения их отдельных узлов и блоков на
всех уровнях членения. То есть ответ будет не на вопрос "Что есть X", а
на вопрос "Какие они — X — бывают и в чём истоки их разнообразия".
Это неожиданно перекликается с идеями коннотативной семантики
Р. Барта и с его настойчивыми предложениями работать с
множественными, а не только классическими текстами [].
В самом деле, как можно давать определения, например, самолётного
крыла, рассматривая его "сквозь призму альтернатив", но один раз
находясь "на позициях" 1920 года, а второй раз — на позициях 1976-го? Это
же будут два совершенно разных определения. Например, в 1920 году
просто не существовало ничего из области "механизации крыла". Так стоит
ли гоняться за ускользающим смыслом дефиниций непокорных понятий
и терминов? Не лучше ли заниматься самими альтернативами и делать это
правильно? Просто нужна правильная работа с альтернативами.
Такой взгляд Цвикки называет интегрально-инженерным. Сейчас
подобный подход известен под именем "системного подхода". На наш
взгляд целесообразно говорить о "системно-морфологическом анализе и
синтезе" как весьма плодотворной методологии исследования и
конструирования систем.
Сам Ф. Цвикки так определяет сущность системно-морфологического
подхода: "Морфологическое исследование есть целостное
исследование, которое непредвзято выводит все решения данной проблемы.
Глобальная же цель морфологических исследований — дать панораму
общей структуры всех областей знания.
Этими областями могут быть материальные объекты, явления,
отношения, концепции, теории. Равный интерес ко всем объектам
морфологического исследования, решительная ликвидация всех
преждевременных ограничений и оценок, максимально точная
формулировка решаемой проблемы — это отправные точки морфологического
исследования" [].
Себя и других инженеров, владеющих этим методом, он называет
"морфологами". Морфологи, по словам Цвикки, — это "специалисты
по невозможностям", логика их мышления основывается не только
на умении "перечислять и распознавать во времени и пространстве
Предисловие
равенство, сходство, порядок, совпадение, неравенстов, различие,
разнобой..."
В книге [] Цвикки пишет: "Морфолог работает с учётом идеи
континуальности всех вещей, всех феноменов и всех умозрительных
представлений. Для морфолога привычна точка зрения всеобщего
взаимодействия и зависимости вещей в исходном пункте
исследования. Для морфолога ничто не может быть несущественным с самого
начала..."
Знакомство с результатами творческой жизни Ф. Цвикки неизбежно
приводит к заключению, что все они получены одним и тем же подходом
с применением восьми изобретенных и описанных им оригинальных
обособленных инструментальных морфологических методов творчества.
Таким образом, следует заключить, что идеи Ф. Цвикки, а не только
его личные запатентованные результаты, весьма интересны и до сих пор
актуальны. Особую ценность им придаёт принципиальная ориентация
автора на естественные науки и машиностроение.
Это области, которые, по своей сущности, наиболее подготовлены
самой историей, наиболее "формализованы". Альтернативы в них легко
обособляются, потому что они стандартизованы, имеют чёткие текстовые,
понятийные и графические описания •. • короче, — они уже самим развитием
этих областей хорошо структурированы. Для распознания новых
альтернатив здесь действуют общепризнанные культурные своды правил.
Достаточно вспомнить правила определения авторства на открытие
или же патентоведение с его неизменной фразой ..., отличающийся тем,
что... в любой патентной формуле. Именно эта исторически сложившаяся
чёткость машиностроения позволяет надеяться на то, что идеи и методы
Ф. Цвикки будут весьма полезны для теории и практики принятия
решений при разработке новой техники и, в частности, для бурно
развивающегося в последнее время направления, обозначенного как "автоматизация
проектирования".
Опираясь на идеи Ф. Цвикки, необходимо делать попытки описать
и составить технологию правильной работы с альтернативами в ходе
научно-технического творчества.
ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Многообразие форм живой материи продолжает удивлять
человечество по мере того, как открывают всё новые виды живых существ (около
пяти видов в день!). Однако известно, что это многообразие основано
на сравнительно небольшом генетическом фонде, возможности которого
мобилизуются и реализуются на уровне клетки принципиально
одинаково во всех живых существах. Через клеточный генетический фонд мы
получаем информацию о живом в целом.
В мире индустрии тоже происходит гигантский прирост многообразия
форм — это машины, приборы, аппараты и процессы в сфере производства
и потребления. Ежегодно регистрируются сотни тысяч изобретений, с
внедрением которых появляются модификации машин, а иногда и целые
новые отрасли техники и технологии.
Вследствие применения в машиностроении всё новых и новых
физических процессов и конструктивных решений картина общего
технологического прогресса удручающе усложняется и для восприятия становится
фрагментарной. Всё труднее становится обозревать мир индустрии в
целом и различать в нём чёткие тенденции развития. Это сказывается на
эффективности передачи опыта, общеобразовательном и специальном
обучении, процессах разработки новой техники, патентно-лицензионной
политике и т.п.
В связи с этим возникает невольный вопрос: нельзя ли так же, как и в
случае с животным миром и генетикой, получить целостное представление
о мире техники через некоторую "техногенетику" и простой исходный
"техногенофонд " ?
Речь, таким образом, идёт о том, чтобы научиться обнаруживать и
выделять некоторое множество сравнительно простых факторов и
признаков, определяющих всё многообразие техники в отдельной отрасли.
Очевидно, что многообразие средств техники растёт монотонно с
ростом множества различных по природе и интенсивности физических
Прогностическое введение
процессов и превращений, которые конструкторы уже могут
предусмотреть и вызвать в материале создаваемой конструкции.
Это множество, в свою очередь, хотя бы чисто внешне, расширяется
по мере того, как расширяются интервалы достижимых физических
параметров материалов. Так существенными являются интервалы давлений,
температур, концентраций примесей (от грубо дозируемых до легирующих
концентраций в высокочистых материалах), термической прочности,
упругости, регулируемых перемещений (от микро- до макроскопических),
скоростей перемещения, электромагнитного излучения, теплопроводности,
вязкости и т.п.
С расширением интервалов освоенных значений растёт множество
эффектов, которые используются, работают в машинах: сверхпроводимость,
эффект Беккереля, закон Ома, эффект Гаусса, закон Капицы, эффект
Молтера, эффект Дембера, явление Бенедикса и т.п.
Можно было бы, конечно, характеризовать каждую конкретную
машину списком эффектов, которые в ней предусмотрены и играют
существенную роль в функциональном цикле. В принципе это нетрудно
сделать, однако полезность подобной "классификации" будет чисто
умозрительной, познавательной.
Можно ведь хорошо понимать, как работает машина, и не знать
основ конструирования новых машин. Можно проследить всю
физико-техническую историю, указывая, какие интервалы параметров и
эффекты принимались во внимание в тот или иной период
физико-технического творчества, но это ничего не даст для понимания законов и
основ творчества.
Хотя характеристика техники с помощью интервалов достижимых
параметров и эффектов чрезвычайно проста и привлекательна, необходим
другой подход, который вскрыл бы истоки разнообразия техники
в конструктивном плане, позволил бы эффективно использовать эти
истоки, применять их на практике без затруднения. Необходимо дать
представление "техногенофонда", с которым мог бы работать любой
конструктор.
К. Маркс в I томе "Капитала" [1] приводит следующие слова Пьетро
Верри: "Все явления Вселенной, созданы ли они рукой человека или же
всеобщими законами природы, не дают нам идеи о действительном
сотворении материи, а дают лишь идею о её видоизменении. Соединение
19
и разделение — вот единственные элементы, которые обнаруживает
человеческий разум... когда земля, вода и воздух превращаются на поле
в растение или когда под рукой человека клейкие выделения насекомых
превращаются в шёлк, или отдельные куски металла соединяются
вместе и образуют часовой механизм".
К этому можно добавить разве что ещё транспортировку частей в
"зону сборки" и из "зоны разборки".
Наблюдая творчество конструкторов и многочисленные итоговые
документы и изделия, легко увидеть множество уровней преобразования
материи (о которых упоминает К. Маркс, цитируя Пьетро Верри),
разделённых большой дистанцией иерархии: от общих схем компоновки машин
до вариантов материального состава мельчайших деталей изделия.
Эта иерархия была справедлива и в "доатомную эпоху" развития
техники, когда в распоряжении конструкторов имелись все альтернативы
строению на всех уровнях. С открытием ядерных превращений в эту схему
добавилось огромное число микроуровней. В результате центр внимания в
конструировании сместился на структуры материалов вплоть до
мельчайших "деталей" — отдельных атомов, их ядер и элементарных частиц.
Именно атомное машиностроение, приборостроение и ядерная
технология дали примеры всестороннего учёта факторов при конструировании,
когда ни одним признаком или процессом невозможно пренебречь
заранее, игнорировать его в надежде на заведомо незначительные эффекты и
последствия недоучёта.
Ядерные превращения, изотопы и химия дали громадный толчок в
развитии других областей техники и технологии.
В первую очередь появились инструментально-измерительные схемы,
которые были принципиально невозможны ранее, затем — новые процессы
в химической и биотехнологии. Можно сказать, что ядерная физика
единовременно дала технике столь большое приращение техногенетического
фонда, что оно ещё только начинает осваиваться и осознаваться.
Ситуацию можно пояснить аналогией: добавление новых ярусов
конструирования и выбора с приходом в машиностроение ядерных
превращений как бы создало критическую массу новых конструктивных
знаний, так что в настоящее время наблюдается первая фаза в развитии
цепной реакции "взрыва в конструировании". Основные результаты и
последствия появятся в будущем [2-9].
?0 Прогностическое введение
Гигантский прирост многообразия форм и возможностей,
происшедший с появлением ядерной физики и технологии, подсказывает подходы
к оформлению упомянутого техногенофонда.
Во-первых, ярко выраженное многообразие эффектов и форм
заставляет ограничивать задачу, сужать её. Ясно, что необходимо разграничить
рассмотрение рамками семейств функционально-родственных систем.
В самом деле, биологическая генетика изучает общие принципы
наследования признаков и проверяет конкретные механизмы наследственности на
представителях популяции отдельных биологических видов.
Во-вторых, такой техногенофонд, будучи сформированным для
отдельного семейства машин, по-видимому будет представлен с помощью
уже существующих понятий, принятых в практике конструирования.
Скорее всего, это должна быть понятийная конструкция, отражающая и
перечисляющая в сжатой форме признаки машин, которые изобретены
на данный момент.
В третьих, наконец, техногенофонд должен быть принципиально
открытым для приёма в него непрерывно поступающих новых
"признаков-мутаций" строения только что изобретённых машин.
Со временем многие идеи и концепции отвергаются; многие вещи и
процессы из нашего окружения, столь привычные нам, что мы их редко
замечаем, когда-то были предметом дискуссий и конфликтов, пока не
стали естественными. Рассуждая об источниках технического могущества
человечества, стоит вспомнить, какой ценой оно добыто. Всё это нужно
учитывать при попытках предвидеть будущее. Слишком увлечённые
прогнозы обычно выглядят наивными через 50 лет, а нам как раз необходимо
заглянуть на полстолетия вперёд.
Тем не менее, мы решимся это сделать.
Итак, каким же будет труд изобретателей, исследователей и
инженеров, создающих новую технику, через 50 лет? За основу с необходимостью
возьмём современные проблемы конструирования.
Личность и коллектив
Что бы ни говорили о роли коллективов в разработке сложной
техники, о том, что время изобретателей-одиночек миновало, будущую
машину прежде всего надо вообразить. Вообразить же то, чего нет
можно только в одиночку. Идеи рождаются в одной голове. Чтобы эти
Личность и коллектив
идеи были качественными, надо для конструктора создать продуктивную
обстановку в коллективе.
Вряд ли через 50 лет положение вещей изменится. По-прежнему
конструкторское воображение и машиностроительная интуиция будут в
центре творчества. Роль творческого потенциала личности будет только
возрастать. Одновременно с этим будет возрастать и роль коллективного
труда (заметим и подчеркнём ещё раз, что мы говорим о коллективном
труде, а не коллективном творчестве!) в создании машин.
Творчество и рутина
Всё, что надо изобрести — это предмет творчества. Всё, что уже
изобретено, — предмет рутинной работы. Почти всегда вредно и убыточно
изобретать то, что уже изобретено. В условиях современного
"информационного взрыва" избежать этого становится всё труднее.
Конструктор в ходе предваряющих проект изысканий вынужден
постоянно выступать в двух противоположных и противоречивых ролях:
его память должна быть свободна для творческого озарения и в то
же время — быть занятой многочисленными фактами машиностроения,
чтобы можно было сверять творческие находки с лучшими (или худшими,
— катахрезными!) прошлыми решениями.
Это противоречие не всегда бывает движущим. Чтобы знать прошлый
опыт, конструктор должен очень много читать. А чтобы постоянно
обгонять мировой уровень решений — очень много конструировать,
отрабатывать конструкторские навыки и "автоматизмы". Но бюджет-то
времени у конструктора один.
Мы полагаем, что через полвека это (не движущее!) противоречие
будет полностью разрешено. Во-первых, чрезвычайно возрастёт роль
методологии технического творчества. Во-вторых, память конструктора
будет попросту разгружена от обязательной фактографии.
Если кому-то и захочется помнить много конкретных фактов по своей
специальности, то это будет делом вкуса и специального увлечения, а не обязательно
предметом профессиональной уверенности. Скорее'акцент в сознательном
удержании фактов сместится в сторону того, "как нельзя делать", — так
называемого "отрицательного опыта конструирования", и в сторону знания методов в
соответствии со сказанным Г.В.Ф. Лейбницем: "На свете есть вещи поважнее
великих открытий ^- это знание методов, которыми они были сделаны".
?? Прогностическое введение
Уже в настоящее время конструктор обычно не помнит всего, тем
более он не сможет претендовать на это через 50 лет, если даже сохранятся
наблюдаемые тенденции роста числа изобретений.
Но как же так? Ведь при предъявлении очередного образа замысла
машины или любой её части конструктор обязан иметь, как минимум,
следующие комментарии об узлах, блоках и процессах, отражённых в замысле:
— такой блок (процесс, узел) уже был ранее (или "является
стандартным");
— такой конструкции (признака) раньше не было;
— узел такой-то конструкции уже решено построить в таком-то
коллективе разработчиков.
Ясно, что при формировании образа замысла это основная (главная)
функция памяти: ведь замысел — не замысел, если в нём не
обнаруживается ни одного элемента новизны. Но ниоткуда не следует, что это должна
быть функция личной памяти конструктора как индивида.
Довольно легко представить коллектив конструкторов, которые
варьируют образ замысла, с одной стороны, и автономную ("своезаконную")
независимую фактографическую память, с другой стороны, которая как
своеобразный "субъект" наблюдает все эти вариации и комментирует
каждую в терминах "было — будет — не было".
В этом случае конструкторы лишь будут получать представление
о месте их замысла в "океане" прежних решений не загодя ("в
библиотечных странствиях"), а непосредственно в процессе творчества (в
реальном масштабе времени).
Не надо будет сначала много читать, а потом "идти изобретать".
Новая информация будет "подстерегать" конструктора непосредственно
в ходе творчества и будет в реальном темпе творчества поступать в этот
процесс "принудительно".
Приём сообщений в автономную фактографическую память о
прогрессе, касающемся данного семейства машин будет производиться другими
специалистами (техносистематиками), минуя индивидуальные памяти
конструкторов. Будет образована такая профессия — техносистематик.
Со своим предметом и своими методами. Контуры этой профессии
прорисованы в последней главе этой книги.
Конструктор же будет узнавать о новых событиях
научно-технического прогресса лишь в связи с формируемым замыслом и в самом процессе
Творчество и рутина
изобретения. Может так быть, что о некоторых событиях, в силу
специализации, он так и не узнает никогда.
Разветвлённый интеллектуальный комментарий находок и действий
конструктора будет производить компьютерная программа,
мобилизующая как свой скромный "интеллект", так и (в большей мере)
совокупный интеллект, вложенный в структуру программы и базы данных,
техносистематиками. Комментарий этот станет привычной рутинной
составляющей каждодневных и ежечасных актов творчества и будет
совмещён с творчеством во времени. Таким будет механизм
мобилизации рутинной информации.
Скорость коммуникации
Когда воображение нарисовало замысел в целом или прогрессивное
новое решение любой его части, возникает необходимость объяснить его
коллегам — членам коллектива конструкторов. Жаргон, терминосистема,
карандаш и бумага для эскизов — вот пока и все инструменты, с помощью
которых конструкторы, в этом плане, могут общаться.
"Глаз" всё умеет увидеть, но почти ничего — показать. Часто, конечно,
жаргон даёт возможность чрезвычайно быстро индуцировать у визави
представление об объясняемой идее. Несомненно, что изображения
(рисунки, эскизы) обеспечивают наиболее высокую степень коммуникации,
(когда они уже готовы). Однако больше всего необходима способность
быстро рисовать образ, а не только умение понимать чертёж.
Мы полагаем, что будет создан так называемый демонстратор
образов (термин СП. Никанорова), управляемый вручную или словесно
(через речевой канал), с помощью которого можно будет формировать
геометрические образы почти синхронно с процессом их возникновения
в сознании. Довольно легко представить себе словесное формирование
эскиза (см. последнюю главу), сопровождаемое незначительным ручным
редактированием с помощью тех средств, которые уже сейчас предлагает
электронная графика.
Построение такого демонстратора образов будет, конечно, основано
на всестороннем анализе терминологического, понятийного и жаргонного
аппарата машиностроения и установлении всех его существенных связей с
группами преобразований, характерных для инженерной графики. В
данном случае технические средства намного опередили развитие теории.
Прогностическое введение
Уже существуют цветные стереодисплеи для построения
пространственных изображений, но всё ещё не проведён системный анализ сложных
объектов инженерной графики и семантический анализ "цеховых языков"
машиностроения. С построением первых демонстраторов образов
неизмеримо возрастёт скорость творческой коммуникации инженеров.
«Профессиональная уверенность» и предвидение
Профессиональная уверенность инженеров связана со знанием фактов,
с опытом владения методами (техникой) творчества при конструировании.
Но только эти качества лишь помогут быть исполнителем чужих замыслов.
Полная уверенность и продуктивность работы зиждется на способности к
схватыванию законов развития и предвидении путей развития техники,
обострённом чувстве назревших потребностей.
Недаром Томас Карлейль определил гений как "способность
беспокоиться раньше других". Это в полной мере относится и к
талантливым инженерам-инноваторам. Ясно, что предвидение и опережающее
беспокойство перед лицом социальной потребности, тесно связано с
воображением конструктора. По существу, это элементы стиля жизни
инженера.
Трудно представить, что через 50 лет появятся ЭВМ, способные
"беспокоиться" и "воображать". Скорее всего, это останется прерогативой
человека.
Однако вычислительная техника может способствовать воображению
инженеров в их попытках предвидеть будущее. По крайней мере, уже
сейчас хорошо зарекомендовали себя (в отдельных случаях) различные
методы инженерного прогнозирования, основанные на технике предельных
оценок и физической сущности прогнозируемых феноменов.
Будущие методы и системы инженерного прогнозирования помогут
конструктору детально изучать различные футуристические варианты
машин, выбирать не существующую пока, но предполагаемую
технологию производства, прикидывать, как она сможет повлиять на признаки
строения и элементы поведения будущих машин и т.п.
Ориентировочным примером того, как это будут повсеместно делать,
может служить конструирование машин отдалённого будущего, которое
иногда предпринимается и в наше время, основываясь на сочетаниях
выдающихся существующих и предполагаемых открытий, — машин подобных
«Профессиональная уверенность» и предвидение ??
фотонным звездолётам, гравитационным телескопам, термоядерным и
аннигиляционным реакторам и т.п.
Таким образом, программное рутинное подкрепление процессов
предвидения через 50 лет сможет превратить сумму методик прогнозирования
в специальную информационную технологию по выработке достоверной
и официально принимаемой картины возможного развития техники.
Стандарты и новизна
Стандарты и нормали — могучий экономический рычаг
машиностроения, олицетворение машиностроительного здравого смысла и идей
всеобщей кооперации. Об этом свидетельствует как позитивный, так
и негативный опыт, накопленный в сфере стандартизации. Ежегодный
убыток от несовершенства стандартов только по подготовке производства
составляет по стране около 2 млрд. руб. [10].
Стандарты всегда указывают на предпочтительные, рекомендуемые
или обязательные альтернативы выполнения определённых признаков
строения машин. Но, кроме того, что они полезно ограничивают
области творчества, стандарты и нормали по каждому семейству (типажу)
машин представляют собой систему особого вида в полном смысле
этого слова.
Еще в период становления индустрии нашей страны А. К. Гастев
поставил задачу оценки эффекта от совокупности (системы) стандартов,
Или, — выражаясь современным языком, — эффекта от взаимодействия
стандартов внутри профиля стандартов. Это прекрасный пример
стихийной системной постановки задачи. При этом даже по грубым оценкам
эффект от системы стандартов на порядок превосходит сумму расчётных
эффектов от каждого стандарта в отдельности.
Следует заметить, что появление понятия "профиль стандартов" на
самом деле связано с замыканием и вводом в действие двух новых
инфраструктурных контуров управления.
Первый из них находится теперь внутри системы управления любого
из сложных проектов — это процедуры разработки, утверждения и
оперативной коррекции состава профиля стандартов под влиянием текущих
успехов или неудач самого проекта.
Второй контур управления принадлежит уже не уединённому
проекту, а ансамблю родственных проектов, выполняемых в определённый
Прогностическое введение
временной промежуток, и управление здесь состоит в том, что обобщают
опыт управления качеством и успешностью проектов через ряд
профилей стандартов и вырабатывают методы "наследования и модификации
профилей стандартов" в новых проектах. Так мало-помалу формируется
новая "дисциплина конструирования систем стандартов".
Мы полагаем, что через 50 лет будет создана и будет применяться
"теория системной стандартизации", с помощью которой будут
разрабатываться долгоживущие, эффективно действующие и опережающие
системы (профили) стандартов. В настоящее время такая теория находится
только на этапе зарождения.
Пока отсутствует язык для описания фактов взаимодействия и
характеров взаимодействия стандартов в системе. Не проанализирован
центральный механизм полезности всей системы машиностроительных
стандартов.
Отсутствуют теоретически обоснованные численные критерии,
которые связывали бы все применяемые сейчас методы стандартизации. Для
построения этой теории "в главном и целом", прежде всего, необходимо
стандарты, помимо их обычного вида, привести к форме утверждений
о предпочтительных, обязательных и запрещённых альтернативах
выбора в задачах конструирования.
Стандарты насущно необходимо "перевести на язык
альтернатив». Что, видимо, и будет сделано гораздо
раньше, чем минует 50 лет.
Системный анализ, математика и техника
Математика призвана продуцировать расчётные модели. Системный
же анализ выдвигают на роль инструмента, с помощью которого в сложных
областях деятельности можно попытаться связать понимание отдельных
явлений с их сущностью, возникающей при их соединении. Он задуман
как прикладная методология, гарантирующая контроль над ситуацией
там, где с этим не справляется и допускает недосмотры невооружённая
"простая интуиция*'.
Техническое творчество — это та область, в которой системный анализ
и математика должны применяться более всего. В самом деле, нигде, кроме
как в технике, предметы творчества не подразделяются на такое большое
Системный анализ, математика и техника 27
число формальных функций, подсистем, частей, деталей и т.п. Ни в каких
других искусственных системах не определяют, не устанавливают такого
большого разнообразия математически описываемых взаимодействий
между подсистемами. К машинам применяют несколько сот
общемашиностроительных критериев.
И нигде, кроме как в машиностроении объекты анализа не имеют
столь обширных списков существенных (полезных и катах резных)
свойств и признаков, которые надо учесть. И хотя системный анализ
возник в сфере общественных наук и практик, считается, что наиболее
показательно он был применён при решении именно технических проблем
в период расцвета массовых производств.
Однако в 50-е годы стали различаться новые тенденции в применении
старой системологии. Выяснилось, что, пользуясь системными методами,
можно создавать совершенно новые технические системы (без явно
обозначенного машиностроительного прототипа, выверенного многовековой
практикой).
Методология системного анализа основана на чрезвычайно важном
понятии управляемого эксперимента [11]. Управляемый эксперимент
стал обобщённым названием той части методологического инструментария,
который позволяет форсированно вырабатывать необходимые новые
знания, не дожидаясь их длительного "эволюционного созревания", в той
или иной области науки и техники.
Множество примеров этого может дать космическая программа,
программа освоения океанского шельфа, глобальные метеорологические
международные программы (модели ноосферной глобалистики типа
модели с названием "Гея" в ВЦ АН СССР) и др.
Известно, что США хотя и упустили приоритет в выходе человека
в космос, однако первой разработкой корпорации RAND был проект
обитаемого спутника Земли, и этот проект был детально выполнен ещё
в 1946 году [12]!
Каково же будет совместное развитие системного анализа и
машиностроения в ближайшие 50 лет? Достигнуты ли максимальные результаты
этого соразвития или всё ещё только в будущем?
Мы полагаем, что апогей применения математики и системного анализа
в машиностроении ещё не достигнут. Более того, многие результаты, в
настоящее время приписывают системному анализу не по праву, находясь под
Прогностическое введение
впечатлением отдельных случаев удачного применения и распространяя
его на те случаи, когда результат получен совсем другими методами.
Действительно, само словосочетание "системный анализ" в первую
очередь предполагает отделение систем и семейств систем, иначе не будет
предмета для анализа. Для анализа нужны ряды систем, поколения систем,
типажи систем и т.п. Однако ни понятие "семейство", ни другие понятия
в настоящее время в машиностроении не выделены, не сформированы, "не
введены в культуру".. ¦ Поэтому они пока не подвергнуты анализу.
Идея системности и всестороннего охвата существенных факторов
не является чем-то новым в машиностроении. Эту идею ещё в начале
XX века высказал замечательный инженер, академик А. И. Сидоров:
"Конструктивное изучение машин должно затрагивать все стороны
дела, все обстоятельства работы машины, все физические свойства
реальных тел, так как инженер строит машины и сооружения не
из воображаемых, упрощенных материалов, а из действительных
тел, добываемых в природе, и все свои выводы, суждения и расчёты
должен основывать на полном и всестороннем знании всех свойств
именно этих реальных тел и материалов..* Таким образом, упрощать
и пренебрегать инженер не может. Он должен знать всё, всё уметь и
принимать во внимание все действительные свойства тел и
обстоятельства явлений и свободно, в природе, и несвободно, в его машинах,
происходящих [13]". (Выделено нами. — Авт.).
Если детализировать это требование всестороннего охвата, то методы
системного анализа в машиностроении должны обеспечивать
согласованный выбор альтернатив при конструировании одновременно в
следующих областях:
— среди альтернативных признаков строения самой машины;
— среди альтернативных технологических процессов производства
деталей, узлов и блоков машины;
— среди альтернатив состава внешней среды, в которой
предполагается работать будущей машине;
— среди альтернативных режимов эксплуатации данной машины.
Здесь и далее под альтернативами понимается одно из двух или
нескольких возможных решений, направлений, нужных вариантов.
При этом в разработке новой машины должны быть учтены:
— последние достижения фундаментальной науки и прогнозируемые
изобретения и открытия;
Системный анализ, математика и техника
— потоки патентов и других ограничительных документов,
регулирующих выбор посредством фактора права;
— экономические возможности;
— производственный задел и возможности производственной
кооперации;
— системы стандартов в данной области;
— рынок комплектующих изделий и т.п.
То есть, всё то, что можно обобщить понятием «системная обстановка
проекта» новой машины.
Ясно, что в настоящее время, несмотря на наличие методов системного
анализа, такой полный охват факторов и характеристик при разработке
какой бы то ни было системы пока нигде не реализован.
Чтобы реализовать подобный охват и ничего не упустить в динамично
меняющейся обстановке проекта, действительно владеть ситуацией, иметь
дело с настоящими научно-техническими достижениями и обеспечивать
высокий уровень конструирования (по сравнению с общемировым
уровнем), необходимо сузить задачу.
Можно представить себе следующий путь сужения.
Фиксируют конкретное функциональное семейство систем.
Формируют базу данных по структурным признакам строения систем только
этого семейства: результаты объектной детализации материальной части
и процессной детализации функций машины. Только на этой базе можно
начинать обсуждение объектных и процессных признаков внешней среды
машин (различные наборы и фрагменты всех возможных внешних сред)
и признаки всех технологий производства, применимых для данного
семейства машин.
Запоминают историческую серию машин данного семейства.
Запоминается по каждой машине набор её признаков строения и
обнаруженных (полезных и катахрезных) элементов поведения, паспорт
экономических и хозяйственных параметров (история создания, выпуска
и применения).
Полученная база данных может быть пополнена полезными данными,
заимствованными из других семейств техники. После этой процедуры в
базе данных будут собраны многие данные, но это данные, относящиеся
только к этому конкретному семейству техники. Кроме этого, базу
данных пополняют прогностическими данными, используя результаты
новейших фундаментальных исследований.
Прогностическое введение
Теперь можно охарактеризовать этот поэтапный процесс
наращивания, концентрирования данных в целом.
Видно, что данные комплектуются в определённом смысловом
порядке: сначала главные признаки, затем подчинённые им по смыслу,
следующий уровень подчинения и т.д. При этом всё подчинено единственной
организующей идее: добыть данные откуда бы то ни было, но чтобы они
относились к конкретному семейству техники (взяты ли они из сторонних
родственных проектов, патентов, прогнозов, сценариев и т.п.)
Далее, изучают и приспосабливают к задачам по рассматриваемому
семейству все доступные методы оптимизационных расчётов и
численного моделирования, интегрально осмысливают весь набор
общемашиностроительных методов и понятий. Всё это можно охарактеризовать как
концентрацию и фокусировку данных, понятий, алгоритмов и методов
на конкретное семейство машин, как на своеобразную точку.
Что же даст такая концентрация, когда она будет проведена (хотя бы
в плане когнитивного эксперимента)?
Мы полагаем, что результат будет двоякий. С одной стороны,
произойдёт форсированное развитие "подвергнувшегося" эксперименту
конкретного семейства изделий, так как в анализ будет вовлечён большой
объём знаний занятых специалистов, причём таких знаний, которые "не
попадают в монографии и справочники".
С другой стороны, это окажет обратное действие на всю — теперь
уже — систему применённых методов, принципов и приёмов, так как они
впервые будут комплексно и совместно применены к одному и тому
же предмету — автономной системе знаний по данному семейству. И
только здесь реально "почувствуют друг друга". Пока этого нет...
Интересным "нулевым" приближением к описанному проекту
является проект "Хиндсайт" [14], который принёс неочевидные интересные
результаты, подлежащие тщательному осмыслению.
Излагаемые в книге концепции являются обобщением и некоторым
синтезом результатов, взятых из таких сравнительно новых дисциплин,
как управление научно-техническим прогрессом [15], системный анализ
[11], программно-целевой подход в управлении [16] и морфологический
анализ в конструировании [17-19], а также результатов, полученных
Системный анализ, математика и техника
самими авторами в течение 1970—1980 гг. В силу этого предлагается
совокупность методов и приёмов, излагаемых в книге, называть
системно-морфологическим подходом к анализу творческих процессов
конструирования.
Фактический материал книги авторы почерпнули из цитированных
ранее работ [4-8], публикаций в журнале "Атомная энергия", изданий
ЦНИИатоминформа, книг и монографий, подготовленных Атомиздатом.
Полезными были также некоторые положения из работ [20-23].
Список литературы
1. Маркс К. Капитал. Т. I Кн.1. Процесс производства капитала.
М.: Политиздат, 1978. С. 52.
2. Кириллин В. А. Энергетика — проблемы и перспективы.
Коммунист, 1975. № 1. С. 43-51.
3. Жимерин Д. Г. Энергетика настоящего и будущего. М.: Знание,
1978.
4. Котельников Р. Б., Башлыков С. Н., Каштанов А. И.,
Меньшикова Т. С. Высокотемпературное ядерное топливо. М.: Атомиз-
дат, 1978.
5. Петросянц А. М. Современные проблемы атомной науки и
техники. М.: Атомиздат, 1979.
6. Алексеев Г. Н. Прогнозное ориентирование развития
энергоустановок. М.: Наука, 1978.
7. Дорощук В. Е. Ядерные реакторы на электростанциях. М.:
Атомиздат, 1977.
8. Корсаков В. С, Выговский В. Ф., Михан В. И. Технология
реакторостроения. — М., Атомиздат, 1977.
9. Одум Г., Одум Э. Энергетический базис природы и человека.
Пер. с англ. М.: Прогресс, 1978.
10. Рабинович Б. Д., Донской Б. В. Экономика заводской
стандартизации. М.: Знание, 1978.
11. Оптнер С. Л. Системный анализ для решения деловых и
промышленных проблем. М.: Сов. радио, 1969.
Прогностическое введение
12. Шейдина И. Л. США — фабрики мысли. М.: Наука, 1973.
13. Сидоров А. И. Основные принципы проектирования и
конструирования машин. М.: Макиз, 1929.
14. Айзенсон Р. С. Опыт технического прогнозирования при
выполнении проекта "Хиндсайт". Научно-техническое прогнозирование
для правительственных и промышленных учреждений. М.:
Прогресс, 1972. С. 21-38.
15. Афанасьев В.Г., Кузнецов П.Г. Некоторые вопросы управления
научно-техническим прогрессом. Научное управление обществом.
М.: Мысль, 1970. Вып. 4. С. 211-232.
16. Поспелов Г. С, Ириков В. А. Программно-целевое планирование
и управление. М.: Сов. радио, 1976.
17. Zwicky F. Entdecken, Erfinden, Forschen im morphologischen
Weltbild. Munich-Zurich-Knaur, 1966.
18. Zwicky F. Morphology of propulsive power. Pasadena, Calif. Society
for Morphological Research, 1962.
19. Одрин В. М., Картавов С. С. Морфологический анализ систем.
Киев, Наукова думка, 1977.
20. Барташов Л. В. Конструктор и экономика. М.: Экономика,
1977.
21. Борисов В. П. Общая методология конструирования машин.
М.,: Машиностроение, 1978.
22. Шрейдер Ю. А. Равенство, сходство, порядок. М.: Наука,
1971.
23. Моисеев Н. Н. Математика ставит эксперимент. М.: Наука,
1979.
ГЛАВА ПЕРВАЯ.
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТВОРЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ
1.1. Жизненный цикл образца
Создаваемая техника по назначению чётко делится на характерные
функциональные семейства машин. Внутри семейств по ходу времени
различают поколения машин. Поколения выделяют по физическим
принципам, заложенным в конструкцию, и по хорошо выраженному интервалу
времени наибольшего применения.
Каждое поколение машин представлено образцами (не путать с
физическими экземплярами машин). Любой образец имеет свой жизненный цикл.
Это значит, что можно точно зафиксировать, когда возник замысел
разработать данный образец, когда образец поступил в производство и
эксплуатацию и, наконец, когда он был снят с производства (закончил
свой жизненный цикл).
Например, ядерные реакторы — это семейство, реакторы на быстрых
нейтронах — перспективное поколение реакторов, а БР-5 — конкретный
образец. (Конкретный экземпляр, кто имеет возможность, определит сам).
Жизненный цикл образца [1] состоит из цепочки фаз (рис. 1.1.);
Рис. 1.1. Жизненный цикл образца
34 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Рассмотрим их специфику.
Разработка замысла новой машины
На этой фазе создают принципиальную схему будущей машины
(образ замысла). Фаза эта полностью информационная, так как решения о
том, каким быть образцу, принимаются исключительно на основе всех
уже имеющихся сведений о машинах данного семейства ответственными
и компетентными лицами. Фаза заканчивается обязательной итоговой
фиксацией решений в виде документов, приобретающих в машиностроении
силу закона на многие годы.
Проведение целевых исследований
Замысел нового образца может быть таким, что потребуется
исследовать те или иные возможности, упомянутые в замысле, в целях изыскания
необходимых физических эффектов и выяснения интервалов характеристик
уже известных явлений. Исследования и изыскания проводят в рамках
программы НИР, призванной подтвердить или опровергнуть состоятельность
тех или иных элементов замысла. При этом стремятся обеспечить желаемые
свойства машины в принципе. На фазе заняты исследователи
фундаментальных и прикладных проблем; необходимо научное оборудование.
Опытно-конструкторские работы
Когда программа НИР подтвердила физическую реальность
замысла, необходимо выяснить схемную осуществимость всех узлов и блоков
будущего изделия. Эти схемы (результаты конструкторской проработки)
предстоит проверить в материальном воплощении. На фазе заняты
изобретатели, конструкторы, испытатели.
Создана экспериментальная производственная база, стендовое
оборудование. Проверяется работоспособность отдельных блоков в условиях,
которые имитируют условия и режимы их работы в будущем изделии.
Широко применяются всевозможные имитаторы воздействий.
Создание и исследование опытного образца машины
Если программа ОКР показала жизнеспособность всех блоков и
подсистем предполагаемого образца, то приступают к его проектирова-
1.1. Жизненный цикл образца
нию в целом. Изготовляют образец на опытном производстве и проводят
всесторонние исследования его поведения в различных условиях. Эти, как
правило, форсированные испытания и исследования проводят с целью
выяснения и устранения ряда нежелательных свойств машины, чтобы они
отсутствовали у промышленного, обычно серийного, образца.
Выпуск в экономическую сферу
После того как образец рекомендован для промышленного
использования, наступает черед организаторов производства, которые должны
использовать имеющийся задел и выделенные средства и организовать
экономически выгодное производство машин данного образца. Эта фаза
делится на ряд подфаз.
(а). Подготовка производства. Строение опытного образца и
предполагаемую технологию производства согласуют в течение ряда итераций,
так что, сохранив все функциональные элементы поведения, он может, тем
не менее, по виду сильно отличаться от начального. Еще более
тщательно проверяют патентную чистоту и соблюдение стандартов н нормалей.
Кроме того, решают задачу симплификации, т. е. максимально
возможного упрощения детального состава образца и технологии изготовления
и сборки. Проектируют технологию. При этом решают задачу освоения
требуемых технологических процессов,инструментальной базы, оснастки,
технической документации н т. п.
(б). Собственно производство. Это согласованная работа головного
предприятия и поставщиков комплектующих изделий. На этой подфазе
продолжается рационализация и удешевление технологии. Реализуется
программа повышения качества изделий.
(в). Эксплуатация. Состоит в экономически выгодном применении
(потреблении) машины. Ввиду полезности образца растет парк
применяемых машин и сфера применения как в географическом, так и
технологическом смысле (направления использования). По мере эксплуатации
происходит старение и износ машин.
Поэтому приходится проводить их профилактический и капитальный
ремонт. По сути дела, это такое же производство машин, но максимально
приближенное к сфере их потребления, как бы продолженное в ней, что
особенно наглядно прослеживается на примере комплектующих изделий
разового использования. Изготовленные в массовых количествах, они,
36 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
выполнив в машине свою функцию, поступают в утилизацию, снова в
заводские условия. Когда расходы на ремонт превышают определенное
пороговое значение, дальнейший ремонт становится невыгодным и машина
поступает на слом. Весь механизм этой фазы в очень упрощенном виде
показан на рис. 1.2.
Производство
Эксплуатация
Комплектация
Ремонт
Утилизация
Слом
Рис, 1,2, Фаза Ф6 жизненного цикла образца
Прекращение выпуска и эксплуатации
По ходу общетехнического прогресса, по мере замены оборудования
в других семействах техники, данный образец машин данного семейства
начинает ограничивать те или иные показатели общей производственной
системы. Тогда говорят, что машины данного образца морально
устарели, и ставят вопрос об их замене машинами более совершенного образца,
который к этому времени уже разработан и принят в производство.
Устаревший образец снимают с производства и постепенно вытесняют из
эксплуатации выпускаемыми машинами нового образца. Так
заканчивается жизненный цикл образца. Заметим, что не следует путать жизненный
цикл образца машин с интервалом существования экземпляра, то есть
отдельной машины от производства до слома. За период жизни образца
могут быть выпущены и изношены в сфере применения тысячи и десятки
тысяч экземпляров машин.
Как видно, перечисленные фазы выделены по профессиональному
признаку, то есть характерны тем, кто и с помощью каких методов и
1.1. Жизненный цикл образца
оборудования прилагает на этой фазе наибольшие продуктивные и
определяющие усилия по созданию образца.
Подчеркнем, что на всех фазах жизненного цикла происходит
непрерывное производство НОВЫХ знаний и постепенное овеществление этих
знаний не только в строении машин, но и в технологии, в окружающей
среде, в регламентах и технологической документации, патентах, научных
публикациях и т. п.
Причем по объему вырабатываемого знания практически ни одна фаза
не является лидирующей, даже если речь идет о фазе целевых
исследований. Например, знания, выработанные на фазе 6, не менее многочисленны
и значительны, чем на фазе 3. На всех фазах важной является скорость
производства и распространения нового знания.
О некоторых методах ее повышения будет сказано далее. Общие
вопросы производства и распространения знаний изложены в работе [2].
Сделаем несколько замечаний по поводу полезности понятия
"жизненный цикл образца" для фундаментальной систематики многообразных
явлений в сфере технического творчества.
Во-первых, последовательность фаз цикла можно использовать как
своеобразную шкалу развития, с помощью которой можно отметить,
насколько развит тот или иной конкретный образец техники [3].
Во-вторых, явно перегруженная система критериев и методов на фоне
понятия "жизненный цикл" разделяется по его фазам, где критерии и
методы приобретают дополнительный проясняющий смысл, так что система
больше не кажется перегруженной. Появляется возможность приводить
формальное рассмотрение, строить оптимизационные модели в целях
совершенствования процессов управления разработкой техники.
В-третьих, только с помощью этого понятия удается раскрыть
существо работы с альтернативами в ходе технического творчества, что делает его
фундаментом для естественной систематики технического творчества.
1.2. Простейший цикл творческой активности
Жизненный цикл образца — это самый длительный и сложный цикл
творческой активности, тогда как в повседневной работе инженеров и тех-
38 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
ников реализуется самый краткий и простой цикл творческой активности.
Практически ежечасно они выдвигают идеи, предположения и гипотезы
различного масштаба, требующие для проверки их правильности
оперативных действий разной трудоемкости. Но независимо от масштаба гипотез
и трудоемкости их проверки действия инженера всегда укладываются в
следующую очевидную схему: уяснение потребности, генерация
альтернатив, выбор альтернатив строения и конкретизация элементов строения
объекта, материальная реализация, испытания, истолкование результатов,
коррекция, окончательное решение (рис. 1.З.).
Назовем эту схему циклом творческой активности. Это простое
понятие оказывается полезным при классификации многих других понятий
и при постановке некоторых вопросов. Выделим и обозначим для
дальнейшего использования основные объекты и соответствующие понятия,
фигурирующие в простейшем цикле:
Ot — директива,
02 — работа с альтернативами,
03 — критерий выбора альтернатив,
04 — форма представления альтернатив,
05 — инструменты,
О, — технология,
О? — исследуемый объект,
08 — аппаратура для исследования,
09 — схема испытаний,
010 — данные испытаний,
Olt — суждение (истолкование),
012 — поправки,
013 — окончательное решение.
1.2. Простейший цикл творческой активности
39
Критерий Представлв-
выбора ниеформы
Рис. 1.3. Простейший цикл творческой активности
1.3. Материальные уровни конструирования
Еще в середине позапрошлого века большинство машин изготовлял
кузнец. Он проводил всю работу от замысла до реализации. Инженер
давал мастеру лишь устные указания. Чертежей и чертежного хозяйства
не было. А еще столетием раньше воспроизведение машин
осуществляли с первого удачного изделия, которое для облегчения с соблюдением
масштаба 1:1 воспроизводили из дерева, называли моделем и возили с
завода на завод, чтобы мастера создавали с него работоспособные копии
машин [4].
По мере усложнения техники из-за участившихся случаев
обнаружения промахов лишь в момент изготовления машины экспериментальную
оценку форм стали проводить до воплощения их в материале. Появились
новые уровни постепенной материализации замысла. Схему машины и
поправки к ней, возникающие в сознании изобретателя, стали проверять
не на самой сооружаемой машине, машину стали формировать не сразу,
а сначала многие её части делали из материалов, которые легче и дешевле
обрабатывать и испытывать по некоторым параметрам, а только потом
— из положенного материала.
40 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Развилась практика и теория подобия. С развитием инженерной
графики стало очевидным, что чертеж — это самый удобный способ
моделирования. Оформилась достаточно строгая система нормалей
чертежного хозяйства.
В настоящее время все чаще форма поставляется на производство в
закодированном виде и предназначается для станков с числовым
программным управлением. Так форма машины была постепенно отделена
от материала машины. Материал и форма, как правило, встречаются и
соединяются на последней фазе материализации — фазе производства
машин.
Объект, подвергающийся изменениям под действием решений
конструкторов во время синтеза формы машины, может иметь самую разную
символическую или физическую природу, однако всегда легко установить
ту дистанцию, которая отделяет рассматриваемое состояние формы от
ее реализации в работающей машине. Полная же дистанция очевидно
заключена между концептуальным состоянием формы, когда идут
обсуждения технического задания и общего замысла (при этом форма словесна,
понятийна, а при обсуждении преобладают профессиональный жаргон,
метафоры, рассуждения по аналогии и т. д.), и материальным состоянием
формы. Перечислим состояния формы, которые назовем материальными
уровнями конструирования:
— концептуальное (понятийное текстовое) состояние формы;
— имитационное (числовое), записанное на машинный носитель,
состояние формы;
— визуально-графическое состояние формы;
— материальное воплощение формы.
Этот перечень не претендует на полноту и сформулирован лишь для
некоторого облегчения дальнейшего изложения материала.
1.4. Предварительная систематика
Воспользуемся понятиями "жизненный цикл образца" и "простейший
цикл творческой активности" для того, чтобы провести первоначальную
систематику понятий, бытующих в сфере индустриального
технического творчества.
1.4. Предварительная систематика
Смысл предварительной систематики в следующем. В настоящее
время, особенно под влиянием системной методологии, происходит бурное
переосмысление методологических и инструментальных основ
машиностроения [5-11]. Вместе с тем, задачи автоматизации проектирования и,
вообще, автоматизации производства новой техники вызвали к жизни
многие практические методики, направленные на повышение
производительности труда создателей новой техники.
Продолжаются успешные работы по автоматизации технического
эксперимента. Массовое движение изобретателей и рационализаторов
привело к появлению и обобщению изобретательских методов поиска
новых технических решений [11]. Но развитие техники определяют не
только и не столько инженеры-конструкторы.
Деятельность по стандартизации, унификации, симплификации
изделий и технологии, программы повышения надежности и качества техники
имеют общемашиностроительный характер. Наконец, в техническом
творчестве бытует и повседневно учитывается несколько сот
общемашиностроительных критериев [7], не говоря уже о нескольких десятках
действующих функциональных критериев по каждому конкретному
семейству техники.
Всякий раз, когда сообщают об успехах в перечисленных или других
областях деятельности, возникают две задачи: во-первых, точно
определить, к какой области понятийной системы относится данное сообщение,
т. е. однозначно определить тему сообщения, существо результата, и,
во-вторых, оценив полезность результата, выяснить возможность его
распространения, переноса в другие области (в книге [12] этот перенос
назван горизонтальным движением технологии). Эти задачи невозможно
решить, не имея первоначальной и самой общей систематики понятий.
Кроме указанного назначения первоначальной систематики, есть
еще одна специфическая, но важная задача, которая не может быть без
неё решена. Это — обнаружение проблемных и слаборазвитых областей
машиностроительной методологии, своеобразных "белых пятен", которые
настоятельно требуют исследования и форсированной разработки.
Для систематики мы применим метод морфологических таблиц
[?], который предназначен не для систематизации альтернатив, а, по
возможности, для исчерпывающего перечисления понятий предметной
области. Смысл его будет ясен непосредственно из изложения. Полезное
свойство таких таблиц — это возможность с их помощью обнаружить те
42 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
понятия, которые плохо разработаны или вообще ещё не обозначились
в виде терминов в профессиональном языке, хотя с ними, тем не менее,
неявно работают. Метод перечисляющих морфологических таблиц внешне
похож на "метод полного покрытия поискового поля" Ф. Цвикки [?], но
назначение его иное и техника применения отлична.
Итак, обозначим Ф^ Ф2, Фу Ф4, Ф5, Ф6, Ф? — фазы жизненного
цикла образца и Ot, O2, ..., О13 — понятия, увязанные с простейшим
циклом творческой активности. Составим таблицу, в которой входной
столбец — это О., а входная строка — Ф.. Тогда в каждой клетке таблицы
получены комбинации соответствующих понятий, которые в большинстве
клеток легко идентифицировать.
Например:
(Ф3, Olt) читается как "истолкование на фазе НИР"
— это, очевидно, написание отчёта по НИР;
(Ф4, Ot) — "директива на проведение
опытно-конструкторских работ" — это, очевидно, частные технические
задания на блоки изделия и т.п.
Интерпретация облегчается, если вести её по столбцам таблицы,
то есть последовательно описывать на каждой фазе жизненного цикла
образца специфику соответствующего стандартного цикла творческой
активности.
Те клетки таблицы, которые поддаются простой интерпретации,
заполнены, как показано в табл. 1.1. Однако ряд клеток поддаются
интерпретации с большим трудом, ибо не имеют в повседневной индустриальной
практике установившихся наименований, не стандартизованы. В таких
случаях в соответствующем месте в таблице проставлены вопросительные
знаки. Это по сути "зародыши" будущих полезных понятий. В связи с
этим рассмотрим столбцы таблицы в том порядке, который наилучшим
образом способствует раскрытию её смысла.
Создание и изучение опытного образца машины
Ot — составляется техническое задание (ТЗ) на опытный образец,
обычно как итог предыдущей фазы ОКР и общего замысла конструкции.
О2 — рассматриваются альтернативы, касающиеся как элементов
новизны, так и элементов прототипов. При этом конструкторы пользуются
1.4. Предварительная систематика
43
справочниками и другими специальными изданиями по предпочтительным
альтернативным способам выполнения часто встречающихся блоков
изделий рассматриваемого семейства.
Табл. 1.1а. Характер творческой активности учёных, конструкторов и
менеджеров на исследовательской стадии инновации (иси)
Творческая
активность на
ИСИ
Фазы исследовательской стадии индустриальной
инновации (ИСИ)
Выбор цели
инновации
Разработка
принципа
действия Ф7
Научные
исследования Ф,,
Опытно-конструкторские
разработки Ф4
Технико-
экономическое
противоречие,
потребность
Утвержденная
формулировка цели
Тематический
план НИР
Тематический
план ОКР
рекомендации по
использованию
физических
процессов
с I §
Формулировка цели
Принципиальная схема
будущей
машины
Образцы
материалов, схемы
физических
процессов
Макетные
образцы блоков
s в g
Данные по
исторической
серии машин
и
прогностические
данные
Приборы и
установки для
научных
исследований
Испытательные
стенды,
имитаторы
условий-функционирования
Альтернативы строения,
технологии и
эксплуатации
Альтернативы
физических
рабочих
процессов в будущих
блоках изделия
Альтернативы
схемных
решений
44 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Табл. 1Ла. Характер творческой активности учёных, конструкторов и
менеджеров на исследовательской стадии инновации (ИСИ) (окончаниеI
Творческая
активность на
ИСИ
Фазы исследовательской стадии индустриальной
инновации (ИСИ)
Выбор цели
инновации
Разработка
принципа
действия Ф?
Научные
исследования Ф3
Опытно-конструкторские
разработки Ф4
? (неявная)
? (понятие
не
обсуждалось)
Интуитивная
Полноту
пытаются
обеспечить за счет
НТИ
Понятие
полноты
принципиально
отвергнуто
Интуитивная
работа с
альтернативами
Понятие
полноты относительно
s.
?
Интуитивные
критерии
Функциональные
технологические,
экономические
Требуемая
производительность
превращений
Функциональные
критерии,
обозначенные в
техническом задании
Данные об
используемых
прототипах и
физических
эффектах
Данные
научных
исследований
Данные
испытаний. Эскизы для
конструкторской
проработки
Утверждение
цели
(авторизация)
Утверждение
принципиальной
схемы изделия
и программы
работ
Рекомендация
использовать
физический
эффект как
центральный
рабочий процесс
изделия
Решение
использовать данную
схему в опытном
образце изделия
1 Вопросами отмечены позиции, соответствующие неустановившимся в
практике понятиям
Табл. 1.1б. Характер творческой активности учёных, конструкторов и менеджеров
на реализационной стадии инновации (рси)
Творческая
активность
на РСИ
Создание и
испытание
опытного
образца Ф5
Фазы реализационной стадии инновации (РСИ)
Выпуск в экономическую сферу Ф.
Серийное производство Ф,
Подготовка
ф„.г
Выпуск
Прекращение выпуска
Ф6.1.3
Использование Ф,
Эксплуатация
Ф6.2.Г
Прекращение
эксплуатации
Утилизация
парка
изделий Ф„
Техническое
задания на
образец,
рекомендации
на ОКР
технический
проекта
Наряд на
производство
Решение
о снятии
образца с
производства
Эксплуатационная
документация
Решение о
замене
оборудования
Технология
утилизации парка
машин
Е §
Опытный
образец
машины
(технологии)
Производственные
инфраструктурные
мощности
Промышленная
технология
ТЭОна
замену
оборудования
Парк
машин
и
технологий
данного
образца
Схемы
замены
оборудования,
запасы
комплектующих
изделий
Технологии
утилизации
второго
использования
машин
11
1|
Полигонные
сооружения,
среда и
измерительный
комплекс
Экономике -
статистические методы
Потенциал
рационализации
Табл, 1Л в. Характер творческой активности учёных, конструкторов и менеджеров
НА РЕАЛИЗАЦИОННОЙ СТАДИИ ИННОВАЦИИ (РСИ) (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Творческая
активность
на РСИ
Фазы реализационной стадии инновации (РСИ)
Создание и
испытание
опытного
образца Ф.
Выпуск в экономическую сферу Ф,
Серийное производство Ф,
Подготовка
®6.1.Г
Выпуск
Прекращение выпуска
®6.1.3
Использование Ф,
Эксплуатация
Ф6.2.1-
Прекращение
эксплуатации
Утилизация
парка
изделий Ф„
Альтернативы
компоновки, режимов
эксплуатации
и сфер
применения
Альтернативы
технологических
процессов,
инструмен-
т а л ь н о й
базы,
материалов
Альтер-
н а т и в ы
оснастки,
вторичных
инструментов,
материалов
Альтернативы
отношений с
потребителями систем
данного об-
Альтер-
нативные
вакансии
по
применению
систем
данного образца
Альтернативы
технических замен
Альтернативы тактик
замены
оборудования
Табл. 1.1 б. Характер творческой активности учёных, конструкторов и менеджеров
НА РЕАЛИЗАЦИОННОЙ СТАДИИ ИННОВАЦИИ (РСИ) (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Творческая
активность
на РСИ
Создание и
испытание
опытного
Фазы реализационной стадии инновации (РСИ)
Выпуск в экономическую сферу Ф.
Серийное производство Ф,
Подготовка
6.1.1'
Выпуск
6.1.2
Прекращение выпуска
Ф6.1.3
Использование Ф,
Эксплуатация
Ф
6.2.1*
Прекращение
эксплуатации
Утилизация
парка
изделий Ф-
Функциональные
критерии
Себестоимость
производства
машин
Темп
выпуска
Коэффициент
использования
Планируемые убытки
при замене
Доля
извлекаемых
веществ и
материалов
Табл. 1 • 1б. Характер творческой активности учёных, конструкторов и менеджеров
НА РЕАЛИЗАЦИОННОЙ СТАДИИ ИННОВАЦИИ (РСИ) (ОКОНЧАНИЕ)
Творческая
активность
на РСИ
Создание и
испытание
опытного
образца Ф,
Фазы реализационной стадии инновации (РСИ)
Выпуск в экономическую сферу Ф,
Серийное производство ФА
Подготовка
Ф6.1.Г
Выпуск
Ф6.1.2
Прекращение выпуска
Ф
6.1.3
Использование Ф,
Эксплуатация
Прекращение
эксплуатации
Утилизация
парка
изделий Ф„
Данные
испытаний ,
технологичность
Данные о
членах
изводственной
кооперации
Данные о
причинах
потерь
дительности
Статистика
сбоев,
простоев,
потребности в
запчастях
Решение о
серийном
производс-
Рабочий
проект
Решения о
рационализации
технологии
Дополнительные
рекомендации
по
эксплуатации и
решение о
снятии образца
с
эксплуатации
1.4. Предварительная систематика 49
Конструктор обращается к ним по собственной инициативе. После
выбора альтернативы лишь в редких случаях бывают групповой просмотр
и обсуждение правомочности этого выбора. Элементы новизны, которые
обнаруживаются в проекте (без учета того, что изобретено на фазе ОКР),
являются целиком достижением конструктора. Не принято выдвигать
конкурирующие альтернативы. Конструкторы изобретают ровно столько,
сколько требуется, но не больше.
03 — устанавливаются специфические функциональные критерии, так
как надо обеспечить нормальное функционирование опытного образца в
заданных интервалах основных характеристик.
04 — на данной фазе преобладает графическая форма представления
альтернатив, что отражено в документах, вошедших и эскизный проект.
05 — оборудование и оснастка опытного производства.
06 — опытная технология с достаточно универсальными станками и
оборудованием. Для нее характерна полностью ручная сборка блоков и
изделия в целом.
07 — опытный образец машины в целом, пригодный для всестороннего
изучения его поведения и эффективности его функций.
08 — комплекс полигонных сооружений, регистрирующие приборы,
испытательная натуральная среда с необходимыми воздействующими
факторами.
09 — схема полностью зависит от назначения образца в том, что
касается функциональных испытаний, однако в части испытаний на износ,
климатические воздействия и старение обычно преобладает схема
форсированных испытаний с соответствующей логикой обработки и пересчёта
данных, полученных на коротких интервалах форсированных испытаний,
в данные для реальных интервалов эксплуатации изделий [13,14].
010 — протоколы испытаний с соответствующим табличным и
графическим материалом.
Оп — сверка ТЗ и полученных характеристик и выявление как
нежелательных (катахрезных), так и полезных отклонений от ТЗ.
012 — рекомендации о замене того или иного блока изделия, об
изменении схемы компоновки или материала деталей.
013 — решение о степени промышленной полезности данного опытного
образца машины.
50 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Эксплуатация
01 — решение о широкой промышленной эксплуатации образца.
02 — устанавливается способ перечисления и группировки альтернатив.
На этой фазе альтернативами могут быть только условия применения и
режимы функционирования. Так как даже при очень тщательном
проектировании невозможно предусмотреть их во всей полноте, эксплуатирующие
машину специалисты выступают также в роли исследователей. Однако в
большинстве отраслей не существует официально утвержденных единых
форм и документов для фиксации и оценки альтернатив на этой фазе.
03 — в качестве критерия выбора альтернатив, как правило, применяют
коэффициент использования машины или же суточное время наработки.
Выбирают допустимые варианты и режимы применения, при которых
эти функционалы максимальны.
04 — форма представления альтернатив специально не фиксирована,
произвольна.
О5, О6 — ЗИП, схемы и вспомогательная аппаратура для
расконсервации промышленного изделия и периодической подготовки машины
к работе, а также диагностические комплексы.
О? — парк машин данного образца, находящийся в промышленной
эксплуатации и дающий разнообразную статистику отказов и
неисправностей. Исследование заключается в тщательной систематизации и изучении
факторов экономической эффективности образца, так как они и только
они послужат основанием для разработки задания на следующий более
совершенный образец.
Og — часто аппаратура для исследования не имеется. Лишь в
дорогих и сложных машинах монтируются системы контроля, которые ведут
непрерывную регистрацию параметров процесса аксплуатации машины.
Обычно же проводят периодический осмотр или наблюдают весь процесс
эксплуатации и по нему судят о состоянии машины.
09 — схема применения.
010 — отчеты о простоях, ремонте, потребности в запчастях, отказах
и полезной наработке.
Оп — периодически обобщают статистику применения машин данного
образца в централизованном порядке и вырабатывают дополнительные
рекомендации по использованию [13].
1Л. Предварительная систематика 51
О13 — решение о замене данного образца в сфере эксплуатации
другим, более совершенным. Обычно эта задача формулируется как задача
замены оборудования.
Производство
Ot — решение о серийном или массовом производстве машин данного
образца; производственная документация.
02 — в единой системе конструкторской документации предусмотрены
способы спецификации, при которых можно зафиксировать
альтернативные варианты выполнения узлов и блоков изделий, а также варианты
промышленной технологии. На фазе производства предусмотрен выпуск
типовых блоков для формирования типажа машин. Типаж отражает
многообразие способов и режимов применения машин.
03 — выбор той или иной альтернативы производственных форм
машин означает временное предпочтение данной модификации перед
другими, что может произойти под давлением текущей потребности, но
при этом обязательно учитывают трудоемкость переналадок, состояние
склада и т. п. Критерием является объем накладных расходов на
экземпляр машины.
04 — утвержденные формы единых систем конструкторской и
технологической документации.
О5,06 — заводское производственное оборудование, вторичные
инструменты, оснастка, приспособления в полном соответствии с технологией
примышленного производства.
О? — весь производственный комплекс, задействованный на выпуск
данного образца и выборочные образцы из каждой партии, которые
подвергают всесторонним испытаниям вплоть до слома. Напомним, что
партией машин называется группа изделий, выпущенных .в период
между двумя последовательными выверками и подстройками оборудования,
двумя завозами сырья и т. п. Предполагается, что внутри партии изделия
обладают стабильными характеристиками от экземпляра к экземпляру.
08 — производственная контрольно-измерительная аппаратура и
испытательные стенды для выборочных образцов.
09 — схема испытаний для каждого семейства машин специфична,
утверждается официально и строго соблюдается: обычно — схема
форсированных испытаний.
52 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
О10 — результаты испытаний.
Otl — составление статистической сводки о причинах отказов
оборудования и потерь качества выпускаемых образцов (причины
производственного брака).
012 — на основании данных испытаний и статистики отказов
производственного оборудования в течение всего периода выпуска данного
образца не прекращается совершенствование самого образца,
производственного оборудования и технологии. Масштаб поправок: от мелкой
рационализации до серьезных изменений в схеме машины.
013 — на основании анализа экономической эффективности
производства и применения рано или поздно принимается решение о прекращении
выпуска машин данного образца в связи с его моральным износом.
Опытно-конструкторские работы (ОКР)
Ot — решение полномочных органов, данные по общему замыслу,
результаты исследований и рекомендации с предшествующей фазы — ОКР,
технические задания на комплекс ОКР.
02 — способ перечисления и группировки альтернатив определяется
полностью опытом и интуицией ведущего конструктора. Форма
группировки альтернатив произвольна.
03 — функциональные критерии, которым должны удовлетворять
будущие блоки изделия.
04 — рабочие эскизы для экспериментальных цехов и мастерских.
О5,06 — инструменты, оборудование н оснастка экспериментального
производства. Технология специально не разрабатывается и зависит от
опыта рабочих и техников.
О? — макетный образец некоторого блока будущего изделия. Обычно
в нем трудно узнать тот блок, который будет ему соответствовать в
промышленном изделии. Это обусловлено тем, что на фазе ОКР проверяют
принципиальную осуществимость данной схемы и соответствие ее рабочих
параметров техническому заданию. Преждевременная отработка
второстепенных параметров пойдет в убыток, если схема будет забракована по
основным показателям.
1.4. Предварительная систематика
08 — различные стендовые измерительные и испытательные
комплексы, имитаторы условий и потоков (типа "космическое солнце",
"физический вакуум", "дождь", "вибростенд" и т. п.).
09 — обычно многократное осуществление функционального
рабочего цикла блока. Часто это форсированные испытания с повышенными
нагрузками (метод перегрузок, метод доламывания и др.)«
010 — результаты испытаний.
Olt — отчет по ОКР.
012 — альтернативные изменения в схемах функциональных блоков,
схемах испытаний, материале выполнения деталей и т. п.
013 — решение о пригодности функционального блока для включения
в состав будущего промышленного образца изделия.
Проведение целевых исследований
Ot — тематический план НИР, техническое задание на НИР,
материалы по общему замыслу конструкции.
02 — перечисление и оценка тех физических эффектов и процессов,
которые предположительно будут использоваться и осуществляться в
будущей машине. Успехи фундаментальной физики, химии, механики и
других смежных наук дают здесь большую свободу выбора. Однако не
существует стандартной формы представления альтернатив. Данные о
них разбросаны в отчетах, статьях, монографиях. Своеобразного "банка
физических эффектов" пока не существует. Все зависит от эрудиции и
опыта исследователей.
03 — критерии выбора альтернатив не систематизированы.
04 — пояснительная записка-обоснование содержательного
(предметного) выбора направлений исследования, как правило, произвольна.
05 — набор приборов и инструментов универсального характера для
подготовки препаратов.
06 — довольно сложные и всякий раз специфические способы
получения препаратов для исследования. Для последних десятилетий в развитии
техники характерно требование высокой чистоты препаратов, высокой
точности обработки и т. п.
О? — препарат, физическая ячейка, образец материала и т. п.
О8 — приборы, аппараты и установки для научных исследований.
54 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
09 — схемы испытаний специфичны.
010 — таблицы, графики, текстовые описания, магнитные записи,
обменные исследовательские ленты и т. п.
Olt — творческий процесс, не стандартизованный и не поддающийся
регистрации схемами.
012 — поправки к технологии изготовки препаратов, к схемам
испытаний, составу испытываемых объектов и т. п.
013 — решение либо об отказе от исследований и поисков в рамках
данного физического, химического или другого эффекта, либо о
рекомендации его для конструкторской проработки, изготовления макетных
образцов.
Разработка замысла новой машины
01 — решение полномочных органов.
02 — способ перечисления и группировки альтернатив не
систематизирован.
03 — все критерии, которые затем будут учитываться на последующих
фазах жизненного цикла образца. (Фаза замысла как бы заключает в себе
весь последующий цикл.) Разработчики замысла стремятся предвидеть
дальнейший ход событий в условиях очень большой неопределенности.
04 — произвольная текстовая форма.
О5, О6 — инструменты и технология не установлены.
О? — общая концепция будущего изделия, его предполагаемая
принципиальная схема.
О8 — аппаратура для исследования отсутствует.
О10 — протоколы обсуждений.
Otl — истолкование не установлено, иногда применяется расчет.
012 — поправки к текстовым формулировкам, физические
соображения об осуществимости, предельные оценки, физические и инженерные
расчеты средней сложности.
013 — рекомендуют или отвергают ту или иную принципиэльяуто
схему для проработок на фазах НИР н ОКР.
1.4. Предварительная систематика
Постановка задачи (фазацелеобразования)
Oj, O2 — понятия "альтернативные цели и подцели" отсутствуют, хотя
на практике встречаются случаи конкурирования разнокачественных, но
эквивалентных по эффекту целей. (Особенно, когда решают: во что же
вложить ресурсы ?)
О3—О5 — не установлены.
06 — описанные в литературе всевозможные технологии оценки целей,
когда они уже сформулированы, например, PATTERN, RDE и т. п.
Однако широкого практического распространения методики не имеют.
07 — формулировка цели.
08 — аппаратура для исследования отсутствует, в редких случаях
ЭВМ, если имеется соответствующая имитационная модель для проверок
расчета возможной эффективности вложения средств.
О9—О12 — не установлены.
О13 — визирование формулировки цели, включение ее в директивный
документ, передача замысла конструкции на разработку.
Прекращение выпуска и эксплуатации
Рассматриваемая фаза долгое время не была выделена как
самостоятельная, поэтому она меньше всего разработана. Однако эта фаза
определяющая.
Ot — директива о замене оборудования (или модернизации)
выпускается лишь в крайнем случае, когда эксплуатация машины становится
убыточной.
02 — в качестве альтернатив выступают различные тактики замены
оборудования, которые надо провести так, чтобы производственная
система не прекращала выполнять своих функций.
03 — убытки при замене.
04 — форма представления альтернативы не стандартизована,
произвольна, зависит от навыков организаторов производства.
05 — инструменты отсутствуют.
06 — технология всякий раз изобретается заново, весьма специфична
и сложна.
56 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
О? — функционирующая в реальном масштабе времени отраслевая
или экономическая подсистема, в которой в это время производят замены
машин.
08 — аппаратура для исследования отсутствует, в редких случаях
ЭВМ с соответствующими имитационными моделями.
09 — не установлен.
010 — сведения об убытках и потерях во время замен.
Ojt — не установлен.
012 — изменения в темпе и тактике замен старых машин машинами
нового образца.
013 — решение о продолжении замены согласно плану или переходе
к новой тактике замен.
1.5. Принципы экономии труда
при разработке новой техники
В цикле образца в целом или любой его фазе и даже в их общем
описании проглядывают различные критерии организации труда разработчиков
и общие критерии полезности техники.
Рассмотрим жизненный цикл образца в целом. Все его фазы, кроме
фазы промышленной эксплуатации машин, по существу убыточны. На
всех фазах имеют место немалые затраты, и лишь на одной из них
происходит возврат вложенных средств и получение прибыли. На рис. 1.4
это обстоятельство показано графически.
Кривые пользы от образца машин как бы "вморожены" в
календарное время. Если начать разработку и внедрение образца с отставанием,
например, от зарубежных аналогов, как показано пунктирной кривой,
то прибыль от эксплуатации образца не будет уже равна максимально
возможной учредительской прибыли Е [15].
Это произойдет по той причине, что остальная техника,
работающая в комплекте или связанная с машинами данного образца, все время
совершенствуется. При очень большой задержке внедрения образца на
технологических переходах между ним и более новыми машинами могут
получиться значительные убытки из-за простоя этого более нового
окружающего устаревший образец парка машин.
1.5. Принципы экономии труда при разработке
57
Оптимальный
момент отказа
от эксплуатации
Реальный
момент отказа
от эксплуатации
Момент
оправдания затрат
Реализа- Время полезной жизни
Время; Номера
жизненного цикла
цикл
Рис. 1.4. Кривые пользы от образца техники: 1 — при своевременном
внедрении; 2 — при преждевременном внедрении; 3 — при
запоздалом ВНЕДРЕНИИ ОБРАЗЦА
Как видно из рис. 1.4, важно предсказать наиболее выгодные моменты
начала и завершения эксплуатации машин данного образца, поскольку при
преждевременном внедрении требуются повышенные затраты DR, а при
запоздалом, теряется часть прибыли DE, что приносит большие убытки.
Поэтому выдвигаются требования к характеристикам фаз жизненного
цикла образца:
а — продление времени полезной жизни образца,
Ь — сокращение реализационного периода разработки,
g — сокращение времени вывода убыточного образца из
экономической сферы (время замены).
Зачастую запаздывают с началом разработки (в случае
конкурирующих или противоборствующих образцов), тогда реализационный цикл
требуется проводить (см. рис. 1.4) в сжатые сроки и по возможности
с наименьшим перерасходом средств. Необходимо быстро внедрить и
увеличить количество действующих машин.
58 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Это, в свою очередь, означает, что либо машины должны быть
высоконадёжны (и поэтому парк растёт пропорционально выпуску), либо
необходим их массовый (массированный) выпуск, который перекроет их
естественную убыль из-за слома.
Форма кривой пользы, её высота, зависит от состава разработанного
образца и перечня сфер применения. По воле главного конструктора время
полезной жизни может быть расширено, а высота увеличена (увеличена
учредительская прибыль). Это значит, что тщательный учёт экономических,
технологических и функциональных факторов может привести к созданию
образца-долгожителя, почти не подверженного моральному износу. Этому
случаю соответствует форма кривой, показанной на рис. 1.5.
Время
Время полезной жизни
Рис. 1.5. Кривая пользы от образца-долгожителя
Приведенные рассуждения, разумеется, носят приближенный
качественный характер. Дать аналитическое выражение "кривой пользы" весьма
трудно; еще труднее связать ее параметры с конкретным образцом даже
в ретроспективе, когда образец уже снят с производства и закончил свой
жизненный цикл.
Подобная задача трудоемка и требует многочисленных измерений.
Представление об этом дает проект "Хиндсайт", осуществлённый в США
[16]. Но нам достаточно лишь качественных рассуждений для того, чтобы
поставить следующий вопрос: какими методами располагает
машиностроение, чтобы по возможности выполнять требования а, Ь и g ?
1.5. Принципы экономии труда при разработке 59
Рассмотрим сначала требование Ь. С этой целью перечислим
некоторые характерные обстоятельства.
Агрегатирование в производстве
Если выдвигаются все новые функциональные и параметрические
требования к машинам данного семейства (назначения), то во избежание
перерасходов на проектирование новых модификаций и в целях продления
времени полезной жизни прибегают к так называемому агрегативному
конструированию [17]. На основном производстве собирают не машину
в целом, а так называемые выпускные формы, из которых можно собрать
самые разные конфигурации машин в условиях вспомогательного
производства или даже в сфере непосредственной эксплуатации.
Эти конфигурации позволяют гибко реагировать на смену
требований. Время жизни каждой конфигурации может быть и небольшим, зато
возрастает время полезной жизни всего суммарного набора выпускных
форм. В частности, при агрегатировании в производстве должна быть
решена проблема взаимозаменяемости.
Поисковое агрегатирование или макетирование
Если опытный экземпляр образца в изготовлении сравнительно дешев,
т. е. проста технология и мало время подготовки производства, и если при
этом часто меняется функциональная структура образцов, хотя
используются в них одни и те же физические эффекты и принципы, то основные
средства расходуются при конструировании и подготовке чертёжной и
другой технической документации.
В таком случае прибегают к так называемому макетированию. С этой
целью в условиях основного производства выпускают наборы
функциональных блоков различной сложности. Имея такую систему макетирования
и техническое задание на образец, конструкторы приступают к поиску
нужных форм и проверке гипотез непосредственно на макете.
Одновременно идет и конструирование, и функциональное
исследование образца. Получив удачную конфигурацию, ее собирают
лабораторными методами и отправляют на испытания в натуральных условиях. Если
испытания успешны, лабораторные методы сборки быстро заменяют на
промышленные и начинают массовый выпуск изделия. При макетировании
существенно удешевляется и сокращается реализационный цикл, причем
60 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
настолько, что корректирует любые колебания во времени полезной жизни
образцов.
Тем самым в качестве основного объекта в процессе создания
образцов выступает уже не сам образец, а система макетирования. Поэтому
надо заботиться в основном о времени ее полезной жизни, т. е. сделать
правильный набор блоков и обеспечить простой переход от лабораторной
технологии к промышленной.
Графическое макетирование
Проблемы хранения, поиска и повторного использования бумажных
чертежей в условиях массового проектирования привели к
возникновению различных методов блочного составления чертежей [16]. В методе
чертежей-заготовок используют один и тот же чертеж без проставленных
размеров, снимают копии и для разного применения проставляют свои
разные размеры.
Квалифицированный труд чертежника, таким образом, требуется лишь
для выполнения исходной заготовки. В методе аппликаций используют
базовые чертежи, в которых перекрывают чистой бумагой некоторые
части, и на этих местах выполняют поправки, модификации, а затем снимают
копию с этой своеобразной композиции.
В методе наклеек почти весь чертеж выполняют из наклеек,
тиражированных типографским способом. Затем проводят незначительное
ручное редактирование чертежа и снимают нужное число копий. В методе
темплетов чертеж собирают на щите из отдельных темплетов, т. е. частей
чертежа, сделанных на пластиковой основе.
Темплеты можно перемещать, пока не будет найдена удобная схема
компоновки. Затем с компоновки снимают копию. В методе фотомоделей
на чистом листе ватмана, закрепленном на магнитном щите, размещают
бумажные темплеты с металлическим вкладышем (для магнитной фиксации
темплета), затем дочерчивают нетипичную часть чертежа и тоже снимают
копии. Эти методы всё ещё достаточно оперативны и экономны.
Как естественное (правда не всегда удачное) продолжение
перечисленных методов созданы системы электронной графики [19], в которых
элементы изображений и операторы, преобразующие эти элементы по
размерам, масштабу, положению в пространстве и цвету, хранятся в
памяти ЭВМ в виде так называемых компонент (примитивов) и могут
t.5. Принципы экономии труда при разработке 67
быть вызваны конструктором в поле зрения на монитор, вставлены в
создаваемый (компонуемый) на экране чертёж.
Появились бинокулярные чертёжные стереосистемы, в которых
синтез чертежа идёт в пространственном поле зрения. Это достигается
расчётным сдвигом изображений на двух экранах, так что создаётся
стереопара кадров.
Перечисленные методы графического макетирования повышают
производительность труда проектировщиков в несколько раз.
Рассмотренные примеры дают достаточно ясное представление об идее
агрегатирования, причём она правомерна на всех этапах конструирования
и на всех фазах жизненного цикла образца.
Поэтому принципиально возможно составить комбинативную таблицу
"фазы—уровни" и как вписать в её соответствующие клетки все уже
перечисленные методы агрегатирования, так и обнаружить некоторые новые (табл. 1.2).
Читатель может убедиться и в эвристической полезности таблицы,
продолжив заполнение её пока пустующих клеток, опираясь на знание
разработки некоторого конкретного образца техники.
Стандартизация
Стандартизация — это общемашиностроительная функция,
выполняемая специалистами — стандартизаторами в целях экономии труда, в
целом, и инженерного мышления, в частности, на всех фазах разработки
и существования техники.
Она касается формы, размеров и других параметров, состава и
функций технических средств на всех фазах. Созданы и работают как
национальные, так и международные организации по стандартизации. Хотя
надо сказать, что стандартизацию в России понимают совсем иначе, чем,
например, в США.
Значение методов стандартизации, их влияние — фундаментальны.
Предметы стандартизации относятся не только к настоящему, но и к
ближайшему и отдалённому будущему. В последнем случае речь идёт об
опережающей стандартизации, которая является высшей (рефлексивной)
формой стандартизации, так как требует достаточно точного предвидения
путей развития техники и сферы технического творчества в целом.
Образно говоря, стандартизация, к чему бы она ни была приложена,
ограничивает творчество инженеров, но ограничивает его рационально
62 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
(разумно), так как это ограничение предпринимается исключительно в
целях экономии усилий и средств, стимулирует и концентрирует
творческий потенциал инженеров на нестандартных областях.
Дело в том, что стандарты законодательно указывают на те предметы,
процессы, рецепты и условия, которые запрещено или нежелательно
"переизобретать" снова и снова или хотя бы менять в количественном отношении.
Напротив, их, как строго неизменные (стандартные), берут за основу
в их готовом виде, чтобы направить всё внимание и творческую активность
инженеров на разработку именно нестандартных предметов новизны,
параметры которых надо установить применительно к данной машине,
технологии, документу и т.п.
Благодаря стандартам на чертежи и документы инженеры
достаточно однозначно понимают друг друга ("читают" чертежи друг друга), а
производственники при подготовке производства имеют возможность
опираться не только на собственную производственную базу, но могут
рассчитывать на стандартную часть производственной базы
многочисленных соисполнителей, на рыночные комплектующие изделия.
При проектировании можно использовать многие части чертежей
предыдущих проектов. В эксплуатации благодаря стандартам упрощаются
переналадка машин, ремонт, консервация, разконсервация, обкатка и т.п.
Стандартизация предоставляет инженеру установленный набор
альтернативных решений и типоразмеров, значений других параметров,
процессных режимов, изобразительных средств, вычислительных
процедур, схем измерений и метрологической базы, чтобы он воспользовался
ими как элементами прототипов (разумеется, если существо самой работы
это допускает!).
Установив возможные элементы прототипов, инженер с полной
отдачей может заняться исключительно изобретением элементов новизны
изделия.
На данный момент нельзя утверждать, что разработка методов
стандартизации закончена или даже близка к завершению и полноте.
Например, можно указать на такие новые области, как стандартизация процессов
автоматической сборки, стандартизация с учётом потока патентов (как
одну из по существу "рутинных" подфункций в опережающей
стандартизации), стандартизация тенденций развития техники (миниатюризация,
повышение надёжности, освоение новых физических эффектов и т.п.)
Табл. 1.2. Методы агрегирования
Уровень
целе-
обра-
зова-
ния
Разработка
замысла
машины Ф„
Проведение
целевых
исследований
(НИР)
Проведение ОКР
Создание
и изучение
опытного
Выпуск в экономическую сферу
Производство Ф
6а
Подготов-
КаФ6а1
Выпуск
Эксплуатация
Прекращение
эксплуатации
(снятие)
В
Методы
графического
макетирования:
темплетов,
наклеек,
аппликаций
Системы
электронной
графики, метод
чертежей-
заготовок
Табл, 1.2. Методы агрегирования (окончание)
Уровень
целе-
обра-
зова-
ния
Разработка
замысла
машины Фо
Проведение
целевых
исследований
(НИР)
Проведение ОКР
Создание
и изучение
опытного
образца
Выпуск в экономическую сферу
Производство Ф6а
Подготов-
6al
Выпуск
6а2
Эксплуатация
8
Прекращение
эксплуатации
(снятие)
Модуль-
но-агре-
гатные
системы
вательской
аппаратуры
Системы
поискового
макетирования
для
оперативной
сборки
блоков
изделия
Поисковые
агрегатные сис-
темы для
оперативной сборки
опытных
образцов
изделия в
целом
Модульная
оснастка,
модули для
создания
вьоричных
инструментов и
приспособлений
Агрегатные
станки
и линии
обработки,
онированное
оборудование
Типаж
конструкций,
создаваемых из
набора
выпускных
агрегатов
1.5. Принципы экономии труда при разработке 65
В таблице 1.3, составленной по той же форме, что и таблица 1.2, но
озаглавленной и заполненной другим смыслом, по клеткам размещены
некоторые методы общей стандартизации. Вопросительные знаки в
некоторых клетках сигнализируют о том, что соответствующие по смыслу
понятия либо не стали общепринятыми, либо ещё не получили должного
развития. Таким образом, эта таблица также имеет эвристическую
ценность и может быть использована читателем для дальнейшей
самостоятельной специальной проработки.
66 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Табл. 1.3. Методы агрегирования2
Уровень
Фаза целе-
образования
Разработка
замысла машины
Проведение
целевых
исследований (НИР)
Проведение
ОКРФ.
(Понятийный аппарат)
(Концептуальный стандарт
на процессы
заимствования
( Формулировки
осноных законов
фундаментальных наук)
Принципы
конструирования
(Методы
оценки кацес-
тва
выдвигаемых целей)
( Руководящие
методические
материалы и
методики оценки
эффективности
новой
технологии)
(Стандартные
системы мер,
уравнения
математической
физики, численные
методы решения
диффернициаль-
ных уровней)
(Пакеты
прикладных
программ для
инженерных
расчетов)
В
Нормали и
графика эскизных
и предэскизных
изысканий
ч
п
II
Стандартные
системы макет-
но-модельного
проектирования
Стандартная
метрологическая
база и
процедуры проверки
аппаратуры
Стандартные
имитаторы и
стенды,
стандартные
комплектующие изделия в
составе
макетных образцов
2 Предлагаемые варианты понятий приведены в скобках
1.5. Принципы экономии труда при разработке
67
Создание и
изучение
опытного образца
Ф5
5
Стандартные
тенологические
термины
Стандартные
системы им-
митационного
моделирования
процесса
применения машины.
Стандартные
модули таких
систем
Стандарты и
нормали
чертежного хозяйства —
единая система
конструкторской
документации
Стандартные
заимствованные
и покупные
детали в составе
опытного
образца, стандартные
испытательное
оборудование и
схемы испытаний
Выпуск в экономическую сферу Ф,
Производство Ф,
Подготовка Ф^
6
Единая система
технологической
подготовки
производства,
формы документов
Стандартные
количественные методы
оптимизации
параметров
объектов
стандартизации
Единая система
технологической подготовки
производства
— графическая
часть
Стандартная
оснастка и
оборудование.
Стандартные
инструменты,
материалы,
сырье,
ископаемые
Выпуск Ф6а2
7
Единая система
технологической
документации, формы
документов
Стандарты на
управляющие
программы для
автоматизиро -
ванной системы
управления
технологическими
процессами
Единая система
технологической
документации —
графическая часть
Установленные
типоразмеры
выпуска форм
Эксплуатация Ф6б
8
Стандартные формы
эксплуатационной
документации
Стандарты на
системы автоматической
диагностики,
программные средства
ремонтных диалоговых
систем, математическое
обеспечение
анализаторов логических
состояний, методы
расчета эффективности
Стандартные
режимы
функционирования и переналадки
машин
Прекращение
эксплуатации
(снятие)
ф7
9
?
?
?
?
68 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
1.6. Процессы заимствования результатов
На фазе разработки замысла особое значение имеют процессы
естественного заимствования технических решений, сделанных другими
разработчиками как во все времена, так и в ближайшее прошедшее и
будущее время.
План создания новой машины реализуется успешно и экономно, если
при выборе замысла тщательно оценены и согласованы три основных
источника знаний для проектирования.
1, Архив фактов машиностроения, как недавних, так и ставших
достоянием истории техники. Сведения о них, до поры пребывающие
неподвижными, мобилизуются и привлекаются для проектирования на
основе выявленного множества прототипов.
2. Реальные ресурсные и творческие возможности коллектива
разработчиков и соисполнителей, которые только и позволяют в расчётный
(директивный!) срок получить пока неведомые творческие технические
решения и новые знания для проектирования. Это происходит в
результате изобретений и исследований в ходе проектирования, построения
блоков изделий и вариантов изделий в целом, испытаний этих образцов
и осмысления результатов.
3» Прогностический массив тоже пока неведомых технических
решений, то есть предполагаемых событий мира техники. Знания, которых
сейчас нет, но которые будут получены всем миром машиностроителей и
исследователей и станут доступны для данного коллектива, очевидно,
помогут сэкономить усилия и ресурсы коллектива на многих направлениях.
Так обычно и бывает. Правда, могут быть и аномалии. Стародавняя
история попыток получения "металлического водорода" — прекрасная
иллюстрация дорогостоящего научного мистицизма, самоуспокоенности
и необоснованных надежд на незримых партнёров. Так или иначе, но эти
неведомые пока знания имеют "вероятностный" характер и привлекаются
для разработки в ходе инженерного прогнозирования.
Необходимо подчеркнуть следующее обстоятельство. Указанным
источникам знаний уделяется неоправданно разное внимание (в затратном
выражении!). Возможности (потенциал) коллектива разработчиков
способен наиболее полно оценить только руководитель проекта, и эта оценка
не может, как правило, быть фиксирована внешне (эксплицитно).
1.6. Процессы заимствования результатов 69
Когда речь идёт об источнике 3, то называют различные и разные
методы инженерного прогнозирования и чётко осознают их
предсказательные возможности. Однако, знания из источника 1, как правило,
недооценивают, считая их по большей части устаревшими и
малополезными. Между тем многие изобретения объявлены морально устаревшими
и забыты незаслуженно.
Это происходит из-за увлечения сложностью или вследствие того,
что то или иное изобретение было использовано в составе ("не по его
вине") неудачного образца машины и унаследовало неверную оценку. На
самом же деле нередки случаи (стихийные) повторной полезной жизни
изобретений. Для этого они должны быть использованы в новом "ярком
удачном" сочетании.
Для этого нужно лишь изменить некоторые черты технического
решения, чтобы оно обновилось и стало современным. Такая точка зрения
на архивы машиностроения хотя и мало распространена, но имеет своих
сторонников [20], которые разработали методики "реабилитации"
прежних технических решений.
Инновативный потенциал архивов оценивается как весьма высокий.
Следует обратить внимание на то, что нет официально утверждённых и
практикуемых методик реабилитации прежних решений.
Однако не этот факт является главным. Оказывается гораздо более
важна взаимосвязь изобретений, сделанных или предполагаемых в разные
периоды времени.
Построим ещё одну очень простую комбинативную таблицу для
оформления сказанного. Для этого введём и символически обозначим
следующие простые классы технических решений:
1. Пр — прошлые;
2. Тек — текущие;
3. Буд — будущие (прогнозируемые).
Составим матрицу, показанную на рис. 1.6. Она даёт представление о
тех тематических разделах, на которые должны обращать своё внимание
и которые обязательно должны обсуждать разработчики замысла.
Кроме того, эти тематические разделы должны быть постоянным
предметом внимания в ходе разработки на всех фазах жизненного цикла
изделия. Интерпретируем их и озаглавим (номинируем), начав с
наиболее привычных и устоявшихся процессов (тенденций).
70 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
| Классы подбора
Буд
Тек
•
Фиксируемая группа
Пр
Тек
J
Буд
Рис. 1.6. Матрица элементарных процессов заимствования
В силу этого матричные индексы данных понятий пойдут ниже
несколько случайно, не в порядке их возрастания. Второй член в оппозиции
будет всегда означать то, что фиксировано на выходе процесса, то есть
должно войти в состав замысла конструкции, а "вход" обозначает
множество, из состава которого делается подборка.
"Тек — Тек" B.2) — Кооперирование
Текущие, то есть, как правило, реализованные решения подбирают
среди имеющихся на предприятиях соисполнителей и поставщиков, на
открытом рынке комплектующих изделий и "в других местах" и
соединяют с некоторой группой фиксированных решений, включённых в ядро
состава проекта и реализованных гарантированно на данном предприятии
(головном предприятии Главного конструктора). Эта практика обычно
называется кооперирование.
"Пр — Тек" A.2)— Вовлечение прошлых решений
К уже имеющимся в производстве и эксплуатации решениям
подбирают прошлые решения, модифицируя их.
1.6. Процессы заимствования результатов 7/
"Буд — Тек" C.2) — Тактика разумного эгоизма (выжидание и
"осторожное откладывание" )
Среди предвидимых (прогнозируемых или заявленных в планах
предприятий и проспектах фирм) технических решений подбирают подходящие
для данной фиксированной группы уже освоенных технических решений,
которые с большой вероятностью войдут в ядро проекта на фазе ОКР.
При этом, как это ни парадоксально, собственные средства на их
разработку не тратят, а внимательно ждут, когда эти решения "на стороне"
станут достаточно зрелыми. Такая практика названа тактикой разумного
эгоизма [3].
В этом случае можно более продуктивно и экономно использовать
выделенные средства на разработку тех изделий, которые данное
предприятие делает лучше всех и, не перенапрягаясь, предоставлять другим
предприятиям разрабатывать то, что у них получается лучше, чем у
других.
В какой-то момент (по данному техническому решению), убедившись
в правильности и выгодности полученных параметрических результатов,
можно форсированно подключить к их доводке и собственные средства.
Назовём такой специфический процесс выжиданием или осторожным
откладыванием разработки.
Пусть теперь фиксирована группа прошлых технических решений,
которые предположительно будут использованы в образце машины.
"ПР — Пр" A.1)— ПОИСК ЗАПОЗДАВШИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ
К фиксированной группе прошлых решений подбирают также прошлые
решения, ведя поиск аналогий в смежных или даже необычных областях
техники. Такая практика довольно часто имеет успех и названа поиском
запоздавших или несостоявшихся изобретений.
В работе [11] описан ярчайший случай с опозданием изобретения
менисковых телескопов на целых 300 лет. Это решение Максутова,
оставившее "за бортом" и взаимно уравновесившее все недостатки рефлектора
с хроматической аберрацией рефрактора, могло быть ещё тогда успешно
реализовано на плохих зеркалах и плохих сортах стекла.
7^ Глава первая. Системный анализ творческих процессов
"Тек — Пр" B.1) — Горизонтальное смещение технологии
или модернизация
К фиксированной группе прошлых решений подбирают сочетание
текущих серийно освоенных решений. Этот процесс в работе [12] назван
горизонтальным движением технологии. Назовём такой процесс
модернизацией.
"Буд — Пр" C.1) — Футуризация проектов
Среди "по идее" описанных решений, которые вероятно появятся,
подбирают для фиксированной группы прошлых решений (не допуская в
неё современные текущие, как будто их нет!) подходящие функциональные
замыкающие решения.
Этот процесс по существу "неосознанно" реализуется всеми
методиками инженерного прогнозирования. При этом прошлые решения
выступают в качестве своеобразной темы для привязки прогнозируемых
конструкционных идей.
Такой процесс наблюдается при создании функционально новых
машин; например внедрение метода меченых атомов повлекло за собой
создание устройств с совершенно новыми функциями. Процесс не имеет
устоявшегося названия, поэтому назовём его футуризацией.
Зафиксируем теперь группу предсказываемых или заявленных
технических решений и проведём подбор в тех же трёх классах решений.
"Пр — Буд" A.3) — Парадоксальное проектирование
Процесс подбора прошлых решений, например, к будущим решениям
с ярко выраженной эффективностью также легко представить.
Ориентировочно его можно назвать парадоксальным конструированием.
"Тек - Буд" B.3) - Подбор базы
К будущим решениям подбирают подходящие замыкающие решения из
текущих, используемых в технике решений. Этот процесс может показаться
не столь важным, однако проект "Хиндсайт" показал, что именно от этого
процесса зависит внедрение в жизнь многих основополагающих идей.
Дело в том, что самые замечательные идеи могут реализоваться только
в сопровождении нескольких более мелких идей-сателлитов, которые в
1.6. Процессы заимствования результатов
73
сумме по трудоёмкости реализации превышают трудоёмкость
разработки основной "замечательной" идеи обычно в девять раз (то есть сама
центральная идея стоит 10%, а вспомогательные сателлиты — 90%).
Предлагается назвать этот процесс подбором базы.
"Буд - Буд" C.3) - Опережающее конструирование
Процесс представляет собой довольно распространённые попытки
конструирования с использованием сочетаний самых новых, ещё не
проверенных решений (фиксированная группа) и перспективных,
прогнозируемых решений. Его легко представить и осуществить. Назовём
этот процесс опережающим конструированием.
Все рассмотренные выше процессы на практике не встречаются в
отдельном "чистом виде". Однако каждый из них может быть проведён
специально (препаративно!) во время разработки замысла и по каждому
из них может быть составлен итоговый документ (отчёт) Все эти процессы
можно показать на совместной видеограмме (рис. 1.7А).
Рис. 1.7. Сложные процессы заимствования
74 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Как видно, гораздо естественнее могут быть сопряжены тройки и
двойки обсуждённых процессов. Эти тройки приведены на рис. 1.7Б без
интерпретации: достаточно взять соответствующие интерпретации для
одиночных процессов.
Фиксация обсуждённых девяти характерных процессов в качестве
базисов смысла для интерпретации и структурирования реально
протекающего процесса разработки замысла даёт альтернативу концептуальному
стандарту на этой фазе разработки машины (клетка А2 в табл. 1.3).
Тот, кто разрабатывает замысел, не должен пренебрегать заранее ни
одним из названных процессов и должен перед утверждением замысла
отчитаться по каждому процессу (итого — девять справок-отчётов). Это
похоже на то, как эксперт-патентовед отчитывается по проверенным
смысловым разделам в случае принятия им решения о выдаче патента
("положительного решения", так как для "отрицательного решения"
достаточно найти аналог).
Хорошо организованный процесс заимствования в течение всех фаз
жизненного цикла способствует значительному сокращению
реализационного цикла (требование Ь). Перечислим ещё раз все девять базисных
процессов заимствования вместе : кооперирование, повторное
вовлечение прошлых решений, выжидание, поиск запоздавших
изобретений, модернизация, футуризация, парадоксальное конструирование»
подбор базы, опережающее конструирование.
Этот "понятийный кадр внимания" является необходимой основой
для разработки любых процедур принятия решений при разработке новой
техники. Обходить его и не принимать во внимание, по меньшей мере,
предрассудочно.
Перечисленные процессы являются своеобразными базисными
векторами, комбинируя которые, можно описать любую конкретную
"смешанную" доктрину или тактику заимствования, проводимую тем или
иным коллективом разработчиков.
Так в некоторых коллективах принята доктрина — добиваться
минимума технической преемственности, то есть избегать вовлечения
прошлых решений, парадоксального конструирования, поиска запоздавших,
несостоявшихся изобретений, модернизации, и, напротив, предпочитать
подбор базы, футуризацию, кооперирование и даже в некоторых случаях
опережающее конструирование [21].
1.6. Процессы заимствования результатов ?5
Это позволяет резко увеличивать время полезной жизни образца,
хотя первоначальные траты в реализационном цикле оказываются много
больше, чем при стремлении к преемственности.
В тех же случаях, когда выделенный на разработку ресурс мал, а
силы коллектива ограничены, приходится прибегать к кооперированию,
вовлечению прошлых решений, модернизации, футуризации,
парадоксальному конструированию, что иногда даёт просто поразительные
результаты.
Эта доктрина более доступна и привлекательна. Она по сути
эксплуатирует гигантский комбинаторный потенциал общечеловеческого фонда
изобретений. Крайним выражением подобной доктрины — "получить
результаты почти задаром" — только с использованием
научно-технической информации, аналитических способностей и фантазии являются
многочисленные методики изобретательства и поиска новых технических
решений.
1.7. Процессы, обратные заимствованию
Каждая, даже самая элементарная, идея может окупить себя лишь
тогда, когда она использована в промышленном работающем образце
машины. Затраты на разработку идей, не нашедших применения в
промышленной сфере, приходится списывать в убыток.
Однако существуют "побочные" организационные механизмы,
которые позволяют более интенсивно окупать затраты, сделанные на
протяжении реализационного цикла. Это механизм нахождения
посторонних применений частей того, что составило функциональную сущность
данного образца.
Технические решения по данному образцу стремятся немедленно
применить в других, возможно, далеко отстоящих образцах техники в
сфере, далеко не родственной данному семейству.
Одним из каналов для подобных действий является тщательное
оперативное патентование текущих изобретений и отлаженный механизм
продажи лицензий по ним. Это частично соответствует тому, что в книге
[12] названо горизонтальным перемещением технологии.
Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Процессы I
заимствования |
и отдельных решений
Рис. 1.8. Процесс заимствования и процесс рекуперации
Если при разработке замысла стремились собрать и использовать
уже имеющиеся решения, то с момента выпуска первого промышленного
экземпляра машин данного образца (а, возможно, и значительно раньше!)
стремятся распространить технические решения, заложенные в образец,
использовать его дополнительно или побочно.
Наиболее ярким примером является перевод технических решений из
сферы разработки систем вооружений в сферу гражданских технологий. С
этой целью во многих странах созданы довольно прибыльные институты
и фирмы.
Процессы распространения технических решений и непрямого
извлечения выгоды из разработки, даже когда она ещё не завершена, по
аналогии с подобным явлением в теплотехнике, правомерно назвать
процессами "прагматической рекуперации". Рекуперация в теплотехнике,
как известно, означает улавливание и возврат в функциональный цикл
данной машины или сопряжённого с ней потока тепла, который иначе
будет потерян.
Процессы рекуперации и заимствования, как взаимно обратные по
логике действия, показаны на рис. 1.8. Использование достижений
ядерных технологий в здравоохранении, технике, биоселекционной работе и
других областях даёт многочисленные примеры "стихийной" рекуперации.
Дело за тем, чтобы сделать эти процессы управляемыми и расчётно-
экономическими.
1.8. Каналы возникновения убытков в ходе разработки 77
1.8. Каналы возникновения убытков
в ходе разработки
Сложный процесс создания машины легко разбить на элементарные
составляющие, когда сохранены все данные о том, как он протекал. Такими
составляющими являются так называемые "элементарные траектории9
— особые цепочки взаимосвязанных событий.
События эти относятся к одному и тому же отдельному
элементарному изобретению — обособленной идее, использованной в теле созданной
машины. Отдаленное представление об этом можно получить, вспомнив
об отдельных пунктах патентной формулы.
Когда конструкция завершена, легко исследовать её состав и дать
исчерпывающий отчёт о технических сложных и элементарных идеях,
которые в ней воплощены. По любому из этих отчетов можно совершенно
точно указать:
— кто именно и когда выдвинул эту идею;
— кто, приложив изобретательность, разработал по ней макетные
образцы и доказал, что идея состоятельна не только в форме
понятий, но и в материальной форме;
— наконец, кто и когда довёл "макетное подтверждение" до
возможности использовать идею в работающем промышленном образце
изделия.
Градации здесь могут быть и более тонкими. Важен сам принцип:
если всё это зафиксировано, то тем самым оказывается зафиксированной
любая из действенных генетических цепочек, которая соединяет не только
идеи, но и людей.
В сущности именно из таких цепочек складывается вся картина
технического прогресса. Это легко увидеть на дистанции "от кареты до
автомобиля" и "от кассового аппарата и компостера-перфоратора IBM
до современного персонального компьютера".
Рассмотрим тот момент в процессе создания образца изделия, когда
фаза разработки замысла, в основном, завершена, а ресурсоёмкие
проработки ещё не начаты.
Имеются: техническое задание и утверждённый документ по замыслу
системы. Известна, следовательно (и совершенно точно!), начальная
73 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
совокупность технических идей, взятых за основу, на которые
возлагается надежда.
Часть из них прошла проверку в других образцах машин. Другая
часть ещё требует фундаментальной проверки либо проработки самой
разной по трудоёмкости. Это, возможно, именно те элементы новизны,
без которых никак не появятся требуемые в техническом задании свойства
будущей машины.
От замысла к реализации проходит отрезок времени, на котором
происходят отказ одних идей и привлечение других.
Поэтому, записав, "застенографировав" весь процесс разработки
— её историю, всегда можно обнаружить не только полные цепочки (от
понятийного замысла до материализации идеи), но и прерванные, которые
соответствуют неудавшимся, "оставленным" техническим идеям.
Цепочка может ведь быть прервана по самым разным экономическим
и познавательным причинам, в частности потому, что в замысел было
включено хотя и выдающееся и многообещающее, но не подходящее для
данного образца решение-изобретение.
В силу сказанного, нам снова необходим некоторый символический
объект, например, комбинаторный граф, на котором были бы
экономично представлены все реально мыслимые варианты состава как полных,
так и прерванных цепочек. На рис. 1.9 показан такой граф.
Рис. 1.9. Элементарные траектории идей
Его вершины взяты из таблицы 1.4, которая представляет собой теперь
уже привычную нам комбинаторную табличку на способы разработки
блоков конструкции. Как видно из рис 1.9, возможны всего 12 полных
качественно различных элементарных траекторий. Этот набор полон.
Интерпретируем некоторые из них:
1.8. Каналы возникновения убытков в ходе разработки
79
Характер
элементов замысла
н
Элементы новых
изделий
N
Элементы изделий
—прототипов
Р
Полезно
отчуждаемые изделия
R
Возможные способы разработки или получения элементов
будущих изделий
Собственными
силами а
Е
Разработка
поручена собственным
подразделениям
А
Отладка на
собственных средствах
L
Продажа лицензий
вторым
поставщикам
Силами
соисполнителей Ь
F
Разработка
передана соисполнителям
С
Компоновка и
отладка у
соисполнителей по спецзаказу
SL
Продажа
разрешений на
сублицензионную деятельность
Путём
заимствования и закупок g
G
Схемные решения,
заимствуемые из
сторонних проектов
D
Стандартные
комплектующие, которые
будут закуплены
H-P-D-K — в образце использовано известное ещё при утверждении
замысла рыночное комплектующее изделие;
H-N-E-A-K — блок изобретен в ходе проектирования и изготовлен
на собственном производстве;
H-N-E-D-K — блок изобретен в ходе проектирования собственными
силами, но с опозданием и утерей приоритета, так как он уже появился
на рынке и было решено закупать его для комплектации изделий, а свой
списать на убытки;
H-N-G-D-K — блок ещё не был реализован в момент утверждения
замысла, он разработан в стороннем проекте, поступил на рынок и
приобретен для комплектации изделия и т.д.
Остальные траектории тоже легко интерпретируемы, достаточно читать
и осмыслить формулировки клеток таблицы в заданной цепочке на рис. 1.9.
последовательности. Кроме того, возможны следующие оборванные
(укороченные) по тем или иным объективным причинам траектории:
H-P-D
— закуплено для комплектации, но не использовано в
H-N-F-D окончательном образце конструкции (образуются запасы
Н N С П на склаДах и так называемь*е неликвиды);
Глава первая. Системный анализ творческих процессов
H-N-E-A
H-P-F-A
H-N-G-A
Н-Р-С
H-N-E-C
H-N-F-C
H-N-G-C
H-N-E
H-N-F
H-N-G
Н-Р
H-N
— изготовлено на собственном производстве, но не
включено в финишный образец изделия;
— изготовлено соисполнителями, но не включено в состав
конструкции;
— разработано собственными силами, но в производство
не направлено;
— разработано соисполнителем, но в производстве не
освоено;
— заимствовано из стороннего проекта, но в производстве
не освоено;
— исключено из состава замысла на начальных этапах
разработки.
Для каждой из названных траекторий легко (по истечении проекта!)
определить её длительность и объем затраченных ресурсов. При этом
ясно, что полезно затраченные ресурсы оказываются только на полных
траекториях, да и то не на всех, так как три траектории H-N-(EFG)-D-
К явно указывают на отставания и утери приоритетов (как собственных,
так и соисполнителей). Расходы, понесённые "вдоль" этих траекторий и
"вдоль" всех укороченных траекторий в рамках данного проекта, должны
рассматриваться как убыточные.
Таким образом, чисто внешнее управление разработкой новой
конструкции можно трактовать как мониторинг элементарных траекторий,
соответствующих идеям, заложенным в замысел. Естественно, что идеальным было бы
отсутствие укороченных траекторий и утерь приоритетов. Это
свидетельствовало бы об идеальных способностях предвидения у разработчиков замысла.
1.9. Обобщенный процесс рекуперации-заимствования 81
Однако на практике этот идеал не достижим. Более того, под
давлением кратких сроков, отведённых на разработку, часто дублируют
элементы замысла, прорабатывая несколько принципиально различных
вариантов того или иного ответственного блока изделия. Затем в образец
включается лучшая из альтернатив. При таком подходе остальным
альтернативам будут соответствовать заведомо укороченные траектории, а
значит, убыточные.
Как видно, понятие траекторий предельно упрощает регистрацию
событий в рамках проекта, то есть фактографию проекта.
Условимся далее называть все полные траектории, по которым утерян
приоритет, и все укороченные траектории каналами убытков в
реализационном цикле образца.
1.9. Обобщённый процесс рекуперации-
заимствования, ПРОСТЕЙШИЙ КРИТЕРИЙ
ЗНАЧИМОСТИ ИДЕЙ
Процессы заимствования в момент разработки замысла и процессы
рекуперации идей в ходе разработки и после того, как создан
промышленный образец, приводят к уменьшению затрат и убытков во время
реализационного цикла образца.
Рис. 1.10. Обрывы элементарных траекторий в ходе исследовательской и
РЕАЛИЗАЦИОННОЙ СТАДИЙ И ПРИВЛЕЧЕНИЕ НОВЫХ ИДЕЙ ПРИ
ПЕРЕСМОТРЕ замысла. Зачерченными квадратами отмечены
отброшенные РЕЗУЛЬТАТЫ, СВЕТЛЫМИ КВАДРАТАМИ — ПРИВЛЕЧЁННЫЕ СО
СТОРОНЫ РЕЗУЛЬТАТЫ
82 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Они представляют как бы два полюса общей тенденции экономии
труда. Однако, оба эти процесса не касаются тех каналов убытка, которые
свойственны самому процессу разработки и соответствуют укороченным,
или оборванным траекториям идей.
Образно говоря, заимствование и рекуперация имеют дело с
законченными идеями, которые прошли промышленное опробование и доказали
свою полезность. Возникает вопрос, как быть с недоработанными идеями
— результатами "обрыва" траекторий, которые случились на самых
разных фазах жизненного цикла и на которые потрачены (в сумме) немалые
средства.
Картина множественных обрывов элементарных траекторий показана
на рис. 1.10.
Идея решения этого вопроса по существу весьма проста: необходимо
прейти к рассмотрению не только одного разрабатываемого (данного)
образца, а набора родственных образцов в различных проектах, тогда
может случиться, что траектория, оборвавшаяся в данном проекте, будет
продолжена в другом проекте, где полученный результат будет вполне
удовлетворять менее жёстким техническим требованиям.
В сущности эта "доктрина" лежит в основе всего процесса в системе
научно-технической информации, где результаты НИР, ОКР и опытной
эксплуатации публикуют и широко распространяют в надежде на
случайную потребность в результатах.
Ясно, что суммарные расходы в реализационном цикле по набору
образцов будут, в среднем, намного меньше, если все каналы убытков
превратить в каналы рекуперации и заимствования между различными
проектами. Тогда ни одна техническая идея не будет выдвинута и
разработана напрасно.
Конечно, такая ситуация является сильно идеализированной. Нельзя
надеяться, что случайный процесс употребления будет полным лишь в
результате научно-технического информирования.
Инженеры-конструкторы, вообще-то, не жалуют библиотеки своими посещениями.
Необходимо искать и строить не случайные, а детерминированные
и строго регламентированные процедуры организованного обобщённого
заимствования-рекуперации при финансировании и реализации ансамбля
проектов при разработке новой техники.
1.9. Обобщенный процесс рекуперации-заимствования 83
I
I
Фг
of-.
o&_»
эл
of-»
O2-»
i
Фз Ф4
о77' м oO/ mi
/A
/og-g
^'" ^ /
/
РИС. 1.11. СВЯЗИ ТРАЕКТОРИЙ ПО НАБОРУ (АНСАМБЛЮ) ПРОЕКТОВ
Один из методов такого регламентированного управления
заимствованием промежуточных результатов — метод решающих матриц, дан
в программно-целевом подходе [1]. Изобразим на рисунке траектории
развития технических идей сразу по нескольким проектам (ансамблю
родственных проектов).
При этом для изобразительности раздвинем фазы жизненного цикла
(вдоль "оси" цикла) на некоторые расстояния, чтобы можно было показать
связи между траекториями разных образцов (рис. 1.11).
Когда разрабатывают замысел каждого из образцов и планируют
действия на всех последующих фазах их жизненных циклов, то естественно,
стремятся предвидеть результаты и оценить их будущую полезность.
Опытные разработчики и руководители проекта в состоянии предвидеть
не только абсолютную, но и взаимную (эмерджентную) полезность идей.
По крайней мере, по завершении составления планов становятся
известными списки работ по НИР, ОКР и опытной эксплуатации во всех
проектах. И тогда легко визуально (на нашем рисунке) зафиксировать
предполагаемый эффект взаимной полезности, проведя пунктирную линию
в промежутке между фазами и соединив ею соответствующие траектории
разработок (из двух разных образцов!).
84 Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Так будет фиксирован наглядный суммарный графический образ
взаимной полезности образцов в ансамбле проектов. Если то же самое
излагать в терминах формализмов, то проведение указанных связей есть
не что иное, как заполнение значением 1 клеток в матрицах инциденций
(НИР X ОКР) и (ОКР X Оп.пр.).
Эта информация о "возможной взаимной полезности" идей носит
слегка "мистический" характер. Трудно понять, как можно судить о двух
вещах, которых ещё нет, да ещё и оценивать их взаимную полезность.
Не ясно, как эксперты и специалисты её вырабатывают, проводя парные
сравнения идей, но впоследствии практика показывает, что угадывают они
довольно часто, так что эта способность может давать прибыль и должна
быть использована (даже если мы не знаем, как она "работает").
Итак, полученный наглядный образ может быть превращен в
формальный объект, пригодный для анализа и расчётов. Для этого покажем
фазы жизненного цикла как вершины некоторого графа, линии взаимной
полезности — как ориентированные линии (дуги) этого графа.
Добавим также начальную А и конечную Б фиктивные вершины. Получим
ациклический граф [22] (рис.1.12). Поставим ему в соответствие матрицу
инциденций его вершин. Эта матрица уже есть символический объект, над которым
можно совершать формальные (матрично-алгебраические) операции.
Из теории графов известен следующий в сущности элементарный
результат. Если матрицу инциденций ациклического ориентированного
графа возводить в степень, то на конечном шаге (К+1) произойдёт
вырождение, то есть все элементы матрицы I(k+1) будут равны нулю.
Этот результат легко интерпретировать визуально на самом графе:
(Нулевая степень всякой матрицы — единичная матрица).
Первая степень матрицы — I1: наличие в некоторой недиагональной
ячейке значения 1 указывает на то, что между соответствующими этой
ячейке вершинами заключена дуга.
Вторая степень — I2: наличие в некоторой ячейке этой матрицы
некоторого положительного целого значения а говорит о том, что существуют
а двухзвенных путей между соответствующей парой вершин.
К-я степень — Ik: наличие в некоторой ячейке этой матрицы значения
s говорит о том, что существует s различных k-звенных путей между
соответствующей парой вершин.
1.9. Обобщенный процесс рекуперации-заимствования
Образец
Ъ— ©^"^ +<&
Рис. 1.12. Граф взаимной полезности результатов в наборе проектов
(К+1)-я степень — 1<к+1): (как уже сказано) все элементы этой
матрицы равны нулю. Это значит, что в графе нет ни одного пути длиннее
к звеньев, и подсчёт путей с помощью возведения в степень можно на
этом прекратить.
Заметим, что в данном конкретном случае (см. рис. 1.12) вырождение
наступает в I7, так как не существует ни одной пары вершин, которую
соединял бы путь длиной в семь звеньев.
Теперь составим следующий ряд чисел. Для вершины столбца Э
(буквы от Э, П, О, Р, S помещены в кружочках вершина на рис. 1.12)
выберем, например, в I1 число q в строке А и в I3 — число г в строке Б.
Перемножим эти два числа.
Полученное произведение qr есть число шестизвенных путей
(соответствующих необорванным траекториям!), соединяющих вершины А и
Б и обязательно проходящих через данную вершину Э. Таким образом,
мы получили некоторый функционал Ф(Э), некоторым вполне
определённым образом представляющий численно "всю структуру графа" в
данной вершине Э.
Глава первая. Системный анализ творческих процессов
Аналогично вычисляется этот функционал для остальных вершин-фаз
жизненного цикла. Так та же процедура со степенями даёт для любых
вершин из слоев:
П: 12ХГ>
О: РХР
Р: 14Х12
S: PXI1
В результате этих вычислений получим значение функционала Ф
для любой вершины всех слоев нашего графа — проходящих сквозь эту
вершину полных траекторий проекта.
Эти значения функционала можно интерпретировать как значения
важности вершин (идей) в рамках данного ансамбля проектов. В самом
деле, шестизвенный путь, проходящий через данную вершину-идею всегда
есть полная траектория жизни некоторой идеи.
Обраэеп Ф, Ф3 Ф4 Ф5 ф6
N
л-
о—м
Рааработка и взаимные
поставит результатов
Рис. 1.13. Общая картина процессов экономии труда при разработке
НАБОРА ПРОЕКТОВ
1.9. Обобщенный процесс рекуперации-заимствования #7
Но тогда число полных траекторий, проходящих через данную
вершину, есть показатель того, насколько важен данный результат НИР,
ОКР и других фаз.
Грубо говоря, самая ключевая идея — на самом оживлённом
перекрёстке. Если значение Ф для данной вершины мало, то данная идея данного
проекта слабо "реагирует" с другими результатами-идеями.
Если показатель велик, то данная идея-результат очень важна и её
отсутствие (то есть неудача в разработке) резко скажется на остальных
проектах и приведёт к обрьюу многих траекторий разработки и
превращению их в каналы убытков в рамках многих проектов ансамбля проектов.
Зная значение Ф для данной вершины и оценивая его как большое
и "влиятельное", можно сделать далеко идущие выводы о данной идее
и, например, продублировать её разработку принципиально разными
способами.
С помощью вычисленного критерия Ф значимости результатов-идей
можно ранжировать по важности результаты и внутри столбцов Э—S,
что может влиять на распределение ресурсов, так как будут выделены
"наиболее значительные НИР", "наиболее значительные ОКР" и т.п.
Здесь могут быть построены самые разные механизмы принятия
решений о рациональном перераспределении ресурсов в зависимости от
текущих результатов работ. Например, интерес представляют процедуры
так называемого "зондирования ситуации", когда моделируются "отказы",
то есть обрывы траекторий развития идей за наименьшее число шагов.
Это может заставить разработчиков по иному смотреть на те или иные
ключевые идеи, положенные в основу разработки.
Покажем общую картину процессов рекуперации-заимствования на
рис. 1.13. Как видно, она достаточно тривиальна, однако для конкретного
применения необходима формализация картины, переход к принятию
решений и на основе расчётов.
Сами же расчётные процедуры могут быть эффективными лишь при
условии их реализации в форме программ для ЭВМ. В работе [23] дано
описание таких программ, где предполагается диалоговый режим
принятия решений в ходе планирования и оперативного управления по мере
разработки ансамбля проектов (образцов новой техники).
<$# Глава первая. Системный анализ творческих процессов
1.10. Некоторые итоги
Рассмотрев общую картину "предварительной систематики" понятий
из области технического творчества, можно подвести некоторые итоги,
которые определят весь стиль и направленность дальнейшего изложения
материала данной книги.
1. Понятие "жизненный цикл образца" оказалось определяющим
в систематике многообразных понятий и явлений в сфере технического
творчества. Исторически сложившаяся и явно перегруженная система
всевозможных критериев и методов легко "расслаивается" по фазам
жизненного цикла, получает возможность дальнейшей детализации.
Более того, "расслоившись" и "разойдясь" по смыслу, понятия в контрасте
приобретают дополнительную "фактуру".
2. Введение таких понятий, как "материальные уровни
конструирования" и "простейший цикл творческой активности", позволяет
провести дальнейшее разделение и обособление понятий и методов
машиностроения и системотворчества вообще.
3. Главным понятием в результате предварительной систематики
оказалось понятие "работа с альтернативами" на всех материальных
уровнях конструирования и на всех фазах жизненного цикла образца.
4. Не менее важным обстоятельством явилось и то, что на всех
фазах цикла и на всех уровнях конструирования без исключения помимо
конструктивной (работы с альтернативами) происходит и "вездесущая"
исследовательская и испытательная деятельность с различными
предметами. На всех фазах жизненного цикла интенсивно вырабатываются
одинаково важные новые знания.
5. Анализ всех построенных комбинационных таблиц, приведённых в
первой главе, показывает, что во многих случаях в них имеются
незаполненные ячейки. Это значит, что соответствующие им понятия либо вообще
не обсуждались (не попадали в кадр внимания теоретиков), либо пока не
имеют чётко очерченных границ смысла. Перечень таких незаполненных
ячеек должен послужить отправным материалом при более детальной
систематике основных общих понятий в машиностроении.
6. Общие методы стандартизации, когда они касаются фаз Фг
Ф2 и Фу жизненного цикла, и в особенности концептуального уровня
конструирования на этих фазах, имеют много общего с методами и про-
1.10. Некоторые итоги
цедурами системного анализа. В сущности так оно и должно быть, так
как применение системного анализа обязательно приводит к составлению
стандартных процедур работы с понятиями, к появлению регулярных
процедур в управлении проектированием и созданием техники.
7. Из всех категорий творческой активности в элементарном цикле
(см. табл. 1.1) наименее ясными оказались те, которые относятся к работе
с альтернативами.
Это естественно, так как работа с альтернативами не
рассматривалась ранее как целостное понятие по всем фазам жизненного цикла
образца. Сквозное рассмотрение взаимосвязанной и взаимно
определяющей работы с альтернативами по всем фазам жизненного цикла образца
не проводилось.
Изучение влияния выборов альтернатив на одной фазе на выбор
альтернатив другой фазы по существу пока никем систематически не
проводилось.
Обычно работа с альтернативами остается неявной как на
практике, так и в теории.
На анализе выводов настоящей вводной главы и основано всё
дальнейшее изложение материала.
Список литературы
1. Поспелов Г.С., Ириков В.А. Программно-целевое планирование
и управление. М.: Сов. радио, 1976.
2. Махлуп Ф. Производство и распространение знаний в США.
Пер. с англ. М.: Прогресс, 1966.
3. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Принципы организации
информации в автоматизированных фактографических системах для
инженерного прогнозирования. — Научно-техническая
информация, 1976. Сер. 2, № 8. С. 23-33.
4. Уварова Л.И. Научный прогресс и разработка технических
средств. Эволюция и современное состояние. М.: Наука, 1973.
5. Артоболевский И.И., Крейнин Т.В., Павлов В.И. К созданию
систем автоматизированного поиска параметров машин. —
Машиностроение, 1977. № 5. С. 24-29.
Глава первая. Системный анализ творческих процессов
6. Петросянц А.М. Современные проблемы атомной науки и
техники. М.: Атомиздат, 1979.
7. Kesselring F. Technische Kompositionslehre. Anleitung zu technisch-
wirtschaftlichem und verantwortungs-bewusstem Schaffen. Berlin,
Springer Verlag, 1954.
8. Бруевич Н.Т. О принципиальных основах автоматизации
умственного труда человека. Автоматизация научных исследований
и измерений размеров в машиностроении. М.: Наука, 1968. С.
65-85.
9. Методы поиска новых технических решений/ Под ред. А. И. По-
ловинкина. Йошкар-Ола, 1976.
10. Фролов К.В. Научные разработки — основа машин будущего.
- Машиноведение, 1977. № 5. С. 3-14.
И. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Моск. рабочий,
1973.
12. Янч Э. Прогнозирование научно-технического прогресса. Пер. с
англ. М.: Прогресс, 1970.
13. Перроте А.И., Карташов Г.Д., Цветаев К.Н. Основы
ускоренных испытаний радиоэлементов на надёжность. М.: Сов радио,
1968.
14. Карташов Г.Д. Форсированные испытания при нестабильном
процессе производства. — Изв. АН СССР. Техническая
кибернетика, 1971. № 4. С. 84-90.
15. Гильфердинг Р. Финансовый капитал. Пер. с нем. М., Изд-во
соц.-экон. лит., 1959.
16. Айзенсон Р.С. Опыт технического прогнозирования при
выполнении проекта "Хиндсайт". Научно-техническое прогнозирование
для правительственных и промышленных учреждений. М.:
Прогресс, 1972. С. 21-38.
17. Бойцов В.В., Кузьмин В.В., Найдов И.Г. Агрегатные станки
и автоматические линии из нормализованных элементов. М.:
1962.
18. Алфёров И.Д. Машинная графика и автоматизация проектно-
конструкторских работ. М.: Энергия, 1973.
1.10. Некоторые итоги
19. Принс М.Д. Машинная графика и автоматизация проектирования.
Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1975.
20. Prisler W. Wirth S. Rationelle Informationsverarbeitung. — Informatik,
1975, № 2, pp. 43-49.
21. Ильюшин — учёный и конструктор. Сб. статей. М.: Наука,
1978.
22. Оре О. Теория графов. Пер. с франц. М.: Наука, 1968.
23. Беляев И.П., Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Итеративная
диалоговая процедура распределения ресурсов. — Управляющие
системы и машины, 1977. № 1. С. 77—81.
ГЛАВА ВТОРАЯ.
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТВОРЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ
(ОСНОВНАЯ КОМБИНАТОРНАЯ
КОНЦЕПЦИЯ)
2.1. Дерево блоков
Дерево блоков технической системы есть графический образ,
получающийся накладыванием друг на друга различных оснований членения —
факторов, из-за которых приходится по-разному разделять конструкцию на
части. К ним относятся функциональное, технологическое, организационное,
ремонтопригодное и многие другие членения (около 90 оснований!).
Этот графический образ необходим для того, чтобы перейти к так
называемому комбинаторному дереву блоков семейства машин, а уже от
него — к понятию комбинаторный файл.
.. -. \
б
Рис. 2.1. Дерево блоков (а) и его круговое изображение (б).
1, 2, 3, ... — УРОВНИ РАЗБИЕНИЯ
94
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
При рассмотрении технических средств и технических систем их
разделяют (сначала для понимания, а затем для производства) на блоки
всё меньших и меньших размеров вплоть до технологически неделимых
деталей. Затем выделяют признаки строения и состава самих деталей,
описывают (группируют) в виде дерева признаки технологий производства
этих деталей. Вместе с тем, при изготовлении технической системы
простые конструктивные узлы собирают из деталей, блоки — из этих узлов,
агрегаты — из блоков и т.д. вплоть до системы в целом.
Если изобразить кружками и стрелками это последовательное
подразделение графически, то и получится дерево, последовательно этаж за этажом
показывающее "что из чего состоит". Такое дерево можно назвать деревом блоков
машины; более общее название — дерево признаков строения машины.
Ясно, что в изображении дерева блоков основную роль играют
символы, термины и понятия и сама древовидная связь обозначенных ими узлов
(кружков). Построение его — довольно сложная работа с понятиями,
закладывающая основу конкретной систематики.
Сложные технические системы удобно показывать не в виде дерева
блоков, как на рис. 2.1.а, а в виде списка иерархии спецификаций:
(а)
(Р)
(Y)
E)
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.2.1.
1.2.2.
1.3.1.
1.3.2.
1.2.2.1.
1.2.2.2.
22. Комбинаторные совокупности конструкций 95
2.2. Комбинаторные совокупности конструкций
В работе [1] обращается внимание на то, что совокупности, с которыми
приходится иметь дело конструкторам, существенно комбинаторны, то
есть, как правило, последовательно необозримы, хотя и перечислимы
теоретически.
В частности, это означает, что переход от простых к более сложным
системам сопровождается настолько быстрым ростом количества
возможных вариантов машин, на которых мог бы остановить своё внимание
конструктор, что даже вычисление этого количества становится
трудоёмкой самоцелью.
Получаются настолько большие числа, что теряется смысл операций
над ними. Например, для таких систем, как насосы, радиолампы или
квантовые генераторы, число вариантов доходит до 1030. В таких же
семействах как МГД-генераторы или ядерные реакторы, число
комбинаторных вариантов превышает 10100. Заметим для сравнения, что число
атомов в видимой части Вселенной оценивается только в 1073.
Покажем, откуда берётся такое большое число комбинаций.
Рассмотрим уровень деталей некоторой конкретной машины. На этом уровне
сосредоточены сведения о конфигурации и материальном составе деталей.
Однако одну и ту же деталь, не изменив её конфигурации, часто вполне
допустимо изготовить и из других материалов, например, вместо стали
— из бронзы. Если некоторые детали изготовить из иных материалов,
то, несмотря на неизменность деталировочных чертежей конструкции,
на деле получится уже иная техническая система. У неё будет примерно
та же функция полезности, но слегка изменятся её поведенческие
характеристики. Иными окажутся масса, надёжность, ремонтопригодность,
технологичность и т.п.
Пусть каждую из К деталей можно изготовить, использовав один из
N материалов, тогда число различных комбинаций будет равно NX К.
Как видно, число конструкций-комбинаций будет даже в этом весьма не
вариативном частном случае расти как степенная функция от
номенклатуры применимых конструкционным материалов.
Но практика показывает, что изменять (варьировать) можно не только
материалы, но и конфигурации деталей, схемные решения узлов и блоков
и даже менять основные физические процессы, составляющие рабочую
?6 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
сущность системы, лишь бы при этом не изменилась сущность её пользы,
то есть назначение.
Так в автомобиле детали можно изготовлять из самых разных
материалов, можно менять конфигурацию салона и кузова, ставить колёса и
фары разных конструкций, менять число мест и дверей салона, двигатель
может быть поршневым, роторным, шаровым и даже газотурбинным. Это
может быть двигатель внутреннего сгорания на самых разных топливах,
электродвигатель, инерционный двигатель и даже паровая машина (в
наши дни!). Рама может быть прямоугольная или её можно сделать в
виде трубы, как в автомобилях "Шкода" и т.д.
Таким образом, перечисленные и многие другие возможности
взаимной замены и совместных комбинаций обеспечивают громадное
разнообразие мыслимых конструкций автомобиля.
Принцип комбинирования прост, но нуждается в целях
систематического практического применения в организующей идее. В сущности этому
посвящена данная монография. Для того, чтобы учитывать и применять
все возможности реальной подмены технических решений деталей, узлов
и блоков конструкций, далее вводятся вспомогательные понятия
альтернатив и комбинант.
2.3. Альтернативы и комбинанты
как сопряжённые понятия
Альтернативы отражают все локальные, исключающие друг друга,
варианты взаимной подмены блоков при конструировании:
б^б*, ...
+б2, б22, б23, ...
N^,2,3,
где Бл. — функциональный блок; б.1, б2 б^,... — конкретные
альтернативные способы его выполнения. Но, если одновременно заменять блоки
в двух разных местах системы (машины):
б, - б',; б. - б'.,
23. Альтернативы и комбинанты 97
то не всякая мыслимая из таких двойных замен правомерна. Для того,
чтобы зафиксировать, какая из формальных замен имеет смысл, а какая
нет, служит понятие комбината.
В результате альтернативы и комбинанты оказываются
сопряжёнными: совокупность всех мыслимых альтернатив формально порождает
множество комбинаций, а отношение комбинантности ограничивает это
множество и показывает, что на самом деле заведомо невозможно, а что
следует ещё испытать.
Таким образом, альтернативы и комбинанты определяют
технологические и конструкционные возможности реализации машин данного
семейства.
Рассмотрим эти понятия более подробно. Изучая конкретные
образцы техники из некоторого семейства машин, например из семейства
МГД-генераторов, можно убедиться, что, действительно, свойством
функционально замещать друг друга в конструкции обладают не только
материалы, из которых изготовлены детали, но и целые блоки.
При этом альтернативы могут иметь разные уровни общности: макро-,
мезо- и микро-, то есть фактически можно ожидать появление их серий на
любом уровне дерева блоков. Так в МГД-генераторах для мобилизации
энергии можно использовать:
— инжектор,
— камеру сгорания,
— взрывную камеру,
— газовый распределитель ударной трубы,
— теплообменник, ...
В качестве съемников мощности с потока рабочего тела в цепь нагрузки
генератора можно использовать:
— кондукционные приёмники (электроды),
— индукционные приёмники (катушки).
При этом функционально эквивалентные блоки и способы сильно
отличаются друг от друга по устройству из-за физической разнородности
их основных рабочих процессов. Заменяя в МГД-генераторе одни блоки
другими, можно, как и в случае замены материалов деталей, формально
получать новые конструкции, причём многие из них будут реально
осуществимы.
98
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Допустимость той или иной комбинации альтернатив определяется
физическими процессами, которые будут протекать в материале
конструкции и которые либо известны из опыта, либо предсказуемы теоретически.
Приведённым примером показаны сложные подстановки-подмены. Здесь
конструкции будут резко отличаться друг от друга в противоположность
случаю простой замены материалов.
Условимся как при простых, так и при сложных подстановках
называть замещающие друг друга, то есть функционально эквивалентные
в конструкции, — альтернативами. Ряды или серии функционально
эквивалентных объектов, процессов или способов будем называть
альтернативными сериями или альтернативными линейками.
Рис.2.2. Линейка альтернатив: 1 и 2 — соответственно первый и второй
круги (уровни) разбиения; Z — ось альтернатив
Однако лишь знания серий альтернатив, как уже было сказано,
недостаточно, чтобы при подстановках всегда получались жизнеспособные
конструкции. В конструкциях некоторые пары, тройки, четвёрки, ...
альтернатив из разных серий могут быть несовместимы, как, например,
в МГД-генераторах альтернативы: <камера сгорания>:<индукционные
съёмники мощности>.
Чтобы владеть сведениями о всех вариантах конструкций, не храня
всё их необозримое комбинаторное множество, и иметь возможность
выделить любую конструкцию, надо, как минимум, уметь учитывать все
наличные альтернативы и комбинаты, для чего необходимы списковые
и иные средства регистрации.
Но в первую очередь для изображения альтернативных линеек могут
быть предложены простые графические средства. Будем изображать каж-
23. Альтернативы и комбинанты
99
дую отдельную альтернативу символом диска ("шайбы", "монеты", ...),
а серию альтернатив в виде стопы наложенных друг на друга дисков.
Используем также скользящую стрелку, символизирующую
возможность выбрать любую из представленных в стопе альтернатив (рис.2.2).
Позиционирование на альтернативе и выбор можно представлять по
аналогии с движением ползунка реостата поперёк витков катушки
сопротивления и "выбора" потребного значения сопротивления (напряжения,
тока, сопротивления).
а
/
/
/
/
0
1
0
1
1
I I
' P V
/
/
0
1
0
0
1
/
О
1
1
1
О
/
s /
Рис. 2.3. Иллюстрация к понятию комбинант
В списках же формулировки альтернатив будем маркировать с помощью
специальной буквенно-цифровой децимальной нотации, например, так:
1.6.1.3.2. Материал стенок МГД-канала
1.6.1.3.2.IA1. Нержавеющая сталь
1.6.1.3.2.IA2. Окись магния, обожженная в дуговом разряде
1.6.1.3.2.IA3. Жаропрочный бетон на основе окиси алюминия
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Здесь ключ 1.6.1.3.2 нумерует скользящую стрелку, смысл которой
задан её словесной формулировкой. Далее в списке идут формулировки
альтернатив данной серии, причём в нумерации каждой формулировки
ключ скользящей стрелки используется как "опорная" часть, а справа от
этой опорной части ставится "!", буква "А" (знак ветвления по
альтернативам) и затем номер альтернативы в списке завершающая точка.
Для фиксации парных комбинант используем матричный способ в
полном соответствии с тем, как предлагают А. Холян и С. Элюким [2].
В этой матрице (табл.2.1) входной столбец образован номерами
альтернативы одной линейки, входная строка — номерами другой линейки.
Матрица, вообще говоря, не обязательно квадратная и может иметь
любые размеры в зависимости от размеров списков в сериях альтернатив
(рис.2.3).
В самом начале такая матрица заполняется, например, значком @.
На пересечении строки и столбца матрицы будем проставлять "Г', если
соответствующая пара разнородных альтернатив комбинантна
(допустима), в противном случае — 0. Если сведений о комбинантности нет,
ячейка остаётся заполненной знаком @. Таким образом, фиксируется
как состояние заполнения, так и "дефицит" информации о комбинантах.
Когда все значки @ в ячейках "вытеснены", работа с матрицей считается,
в первом приближении, законченной.
Все матрицы комбинант как блоки могут быть собраны в так
называемую блочную матрицу комбинант. В представленной в таблице 2.1 матрице
собраны матрицы a, b, g (см. рис.2.3). Здесь блочная диагональ заполнена
единичными матрицами, показывающими, что перед нами принципиально
несовместимые позиции из одной линейки альтернатив.
Такая блочная матрица обобщает и отношение альтернативности, и
отношение комбинантности. Число возможных вариантов "конструкций"
(рис. 2.3) без учёта комбинант равно 18. С учётом же заполнения
недиагональных блоков матрицы 2.1 их число равно всего 5.
Списковое представление альтернативных линеек и матричную
фиксацию парных комбинант можно применять при построении
комбинаторного файла семейства машин. Комбинаторный файл — это простая
списковая структура, в которой учтены все альтернативы признаков
строения машин данного семейства и вся информация о комбинантах,
известная на данный момент.
23. Альтернативы и комбинанты
101
Табл. 2.1. Блочная матрица3
l.l.l.nl.al
1.1.1.п1.а2
1.1.1.п1.аЗ
1.1.3.nl.al
1.1.3.nl.a2
1.1.3.nl.a3
1.2.1.nl.al
1.2.1.п1.а2
Б
1
0
0
с
ил.
0
1
0
ел
С
0
0
1
Б
0
1
1
1
1.1.3
1
0
1
0
1
0
Б
1.1.3
1
1
1
0
0
1
'З
Б
1.2.1
0
0
1
0
1
0
1
0
с
1.2.1
1
1
0
1
1
1
0
1
Комбинаторный файл — открытая информационная структура,
развивающаяся вместе с семейством техники по мере изобретения новых
альтернатив и определения их комбинантности между собой и с уже
имеющимися в файле.
2Л. Комбинаторный файл
Слово "файл" в переводе восходит к обычной "картотеке". Для
систематизации той или иной предметной области всегда было удобно применять
карточки и картотеки, в любое место которых можно "методом прямого
доступа" всегда поместить новую карточку, легко отыскать нужную,
рассмотреть, откорректировать или даже изъять её и т.п.
3 Блочная матрица собрана из матриц a, b, g (см. рис. 2.3). На блочной
диагонали стоят единичные матрицы, указывающие на то, что соответствующие
позиции - альтернативы по определению. Блочная матрица обобщает понятие
отношения альтернативности, показанного на ее блочной диагонали. Число
возможный вариантов конструкций без учета матрицы совместимостей равно
18 (с учетом матрицы - 5).
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Эти свойства картотек постарались обеспечить и при создании и
обработке внутримашинных массивов данных в ЭВМ, оставив за ними
старое название файл при новом физическом обличье.
При подготовке данных для формирования внутримашинных файлов
картотека часто всё ещё является необходимым промежуточным звеном
(этапом), преход от картотеки к файлу тривиален.
Но картотека теперь уже как метафора остаётся полезной для
рассуждений и умозрений. Поэтому мы будем рассматривать далее
комбинаторный файл как картотеку (или списковую структуру) и обсуждать
особенности её формирования, памятуя о том, что знание
внутримашинных премудростей реализации файлов мало что добавит для понимания
идей. Программист легко сделает этот мысленный переход за считанные
секунды.
Однако сначала дадим некоторые пояснения к тому, что такое
комбинаторный файл и каково его назначение.
Комбинаторный файл — это список (или картотека)
лексикографически упорядоченных записей (карточек) [3] Он обладает уникальным
свойством описывать некоторое семейство машин в целом и ни одной
машины в отдельности. Файл представляет собой как бы коллективный
портрет семейства, но не такой, где "все сидят в ряд", а такой, на котором
изображения машин совпали по идентичным частям и отличаются только
только оригинальными узлами и признаками, так что поначалу невозможно
выделить ни одну из них.
Такое же впечатление будет производить фотография, на которой
будет по ошибке на один и тот же кадр снято несколько лиц разных
людей. Чтобы подобный "гибрид" имел информационную полезность, надо
уметь не только накладывать изображения, но и выделять любое из них
из наложений.
Такой способ описания семейства оказывается чрезвычайно
полезным, так как при выделении признаков можно получить их комбинации,
соответствующие новым, принципиально возможным, но пока не
реализованным конструкциям. Именно благодаря этому свойству порождать
описания большого числа новых конструкций файл и назван
комбинаторным.
Занимаясь конкретным семейством технических систем, например
МГД-генераторами, конструктор не может одновременно помнить
2А. Комбинаторный файл ЮЗ
образцы всех существующих, а тем более мыслимых, проектируемых
конструкций. Кадр его внимания в каждый данный момент занят
манипуляциями лишь с одним умственным образом [4], например, того или
иного характерного блока в одном из МГД-генераторов.
Две из этих ментальных манипуляций просты по своей сущности и
состоят в следующем: конструктор пытается мысленно членить на менее
сложные составляющие его блоки или, не пытаясь членить его, сразу
представляет общие альтернативы построения этого блока.
Перенося внимание от блока к блоку, конструктор выбирает одну из
этих манипуляций, конечно, если он думает исключительно об устройстве
блоков, а не о поведении их при работе конструкции.
Приняв естественное предположение о последовательном характере
мышления, то есть считая, что внимание конструктора неожиданно не
перескакивает с одного блока на совершенно чуждые ему по смыслу образы
блоков, можно сказать следующее: перебирая всё множество знаний о
признаках строения машин данного семейства, конструктор преобразует
это множество в некоторую иерархическую списковую структру, потому
что любая из двух названных манипуляций с образами блоков сохраняет
связность по смыслу и одновременно задаёт иерархию (подчинение "часть-
целое", "целое-варианты целого")
В самом деле, сведения об устройстве конструкций разбросаны в
различных публикациях, технических документах и памяти конструкторов.
Тем не менее такой с виду рыхлый массив сведений можно
реорганизовать в весьма компактную память, последовательно отвечая всего на два
вопроса:
— есть ли качественно иные варианты (альтернативы) строения для
данного блока?
— из каких частей (подблоков) состоит блок?
В качестве условного, но близкого к реалиям примера рассмотрим
часть иерархического списка, который получается при переработке массива
данных об устройстве МГД-генераторов, который приведен в
Приложении. Этот пример охватывает лишь часть вопросов о компоновке и составу
агрегатов и узлов генераторов.
В этом примере содержимое "карточек" помещено между соседними
в списке горизонтальными чертами. При этом встречаются карточки
двух типов:
104 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
— карточки, на которых перечислены части целого — подблоки
данного блока, признаки данной детали и т.п.;
— карточки, на которых перечислены альтернативные варианты
(градации) данного блока (признака).
Это полностью соответствует ответам на два приведённых выше
вопроса "каковы варианты целого?", "каковы части целого?".
На каждой карточке записи с помощью "точечной нотации"
пронумерованы децимальными номерами с использованием двух нецифровых
вставок 'А' и Т. Смысл первой ясен из описания того, как представлять
альтернативы, а смысл восклицательного знака в том, что он "младше"
всех среди кодировок символов.
Поэтому, первоначально нумеруя позиции в списке ветвления с
использованием этого знака, мы обеспечиваем (в будущей компьютерной
базе данных) следование записей карточек подряд, не лимитируя при
этом длину списка в карточке. Далее всякая из записей повторяется в базе
данных уже без значка Т в ключе и как заглавная на "своей" карточке.
Таким образом, записи на карточках "неравноправны". Верхняя
всегда задаёт смысл остальным. Назовём её головной записью. Возможны
головные записи двух типов:
— головная запись называет (именует) некоторое целое (блок,
признак, вещество и т.п.);
— головная запись именует один из принципиально возможных
вариантов некоторого целого (альтернативу строения, градацию
признака, альтернативу материального выполнения детали и т.п.).
В картотеке каждая запись встречается дважды: первый раз как
внутренняя (неголовная) запись на странице, а второй раз уже как головная
запись на "собственной" карточке, стоящей в картотеке в соответствии
со старшинством децимальных номеров. Эта двойная запись позволяет
сохранять смысловую связность и никак не ограничивает возможность
ветвления информации.
Как уже сказано, размеры списков в карточках произвольны. Кроме
того, при предварительном ручном формировании картотеки это
единственный способ упорядочения данных во избежание путаницы и ошибок
в нумерации.
Работа по составлению картотеки чисто внешне происходит
следующим образом. Заполнив очередную карточку, аналитик немедленно
2.4. Комбинаторный файл
заполняет и все подчинённые ей карточки, то есть берет все неголовные
записи на этой карточке и заполняет по каждой свою карточку, где эта
запись фигурирует уже как головная, хотя остальное поле карточки
остаётся временно пустым.
Когда затем аналитик последовательно просматривает карточки, эти
временно пустые места на карточках показывают, где можно или нужно
продолжить работу по детализации признаков строения, то есть заполнить
соответствующую "пустующую" карточку подчинёнными записями.
Но, сделав это, аналитик получает новые карточки с пустыми
полями и т.д. Так будет продолжаться до тех пор, пока по некоторым из
появившихся карточек с пустым полем не станет ясно, что дальнейшая
детализация невозможна.
Такие карточки отмечают прочерком в поле списка, а в конце
децимального номера ставят символ Z, сигнализирующий компьютеру, что
карточка "тупиковая" (финишная) в том смысле, что работа над ней
закончена.
Подмножество карточек с временно пустыми полями в процессе
формирования картотеки является своеобразным тематическим запросом к
аналитику, который просматривает неупорядоченное множество
документов, извлекая всё новые альтернативы и признаки строения. Совокупность
пустых карточек — "фронт работы" для аналитика. В какой-то момент
все карточки с пустыми полями могут быть заполнены и может создаться
впечатление, что все признаки строения исчерпаны.
Однако, это не так. Просто на этом завершается первый этап
формирования картотеки.
На следующем этапе тщательно проверяют полноту каждой
карточки: не упущена ли в поле карточки ещё какая-нибудь составная часть
(признак) или какая-нибудь альтернатива данного блока. Обнаружив
упущения, их вносят, заводят на них карточки, как на головные записи и
детализируют их, пока снова не дойдут до тупиковых карточек, которые
дальше детализировать невозможно.
В какой-то момент все проверки на полноту карточек перестанут
давать дополнительные записи. Это означает конец второго этапа в
формировании картотеки.
Затем проводят проверку картотеки "на предмет" несмешения уровней
детализации. Дело в том, что при первичном формировании картотеки в
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
силу своеобразной тяги к немедленной конкретности может быть
пропущено сразу несколько звеньев детализации, и слишком конкретные
признаки попадут в начало картотеки, тогда как их место где-то недалеко
от тупиковых (данный аспект детально пояснён при визуальной
интерпретации комбинаторного файла).
Обнаружив подобное обстоятельство, ведут поиск более общих
понятий и признаков, которые были упущены, а имеющиеся конкретные
признаки сдвигают в направлении тупиковых карточек. Могут произойти
переделка и перенумерация большей части картотеки, построенной
на первых двух этапах.
Третий этап требует привлечения "живого знания", то есть
задействования большого числа специалистов в отличие от предыдущих этапов, где
может работать всего один аналитик-систематик. В самом деле, чем ближе
работа над картотекой к завершению, тем общепонятней должны быть
её записи. Они должны стать своеобразным понятийным стандартом по
альтернативам строения машин данного семейства. Это может
произойти лишь при всестороннем обсуждении и устранении всех спорных мест
(формулировок и структуры ветвления) в картотеке.
Как видно, работа с картотекой довольно трудоёмка.
Пусть, наконец, картотека завершена. Теперь представим, что в каждой
из карточек, на которых перечислены альтернативы, вычеркнуты все
альтернативы, кроме какой-то одной, например, даже случайным образом. Если,
двигаясь от начала картотеки, изымать все карточки с головными записями,
которые были зачёркнуты в предыдущих списках, а вместе с ними и целые
подчинённые им "блоки" карточек, то в конечном итоге картотека будет
"прорежена" настолько, что из картотеки будет изъято "почти всё", кроме
небольшого количества карточек. При ближайшем рассмотрении окажется, что это
— дерево блоков некоторой, возможно осуществимой конструкции. Впрочем,
это небольшое количество карточек, описывающих данную конструкцию,
можно получить менее "разорительным" для картотеки способом: надо
последовательно (от начала картотеки и к концу) скопировать те карточки,
головные записи которых не вычеркнуты в предыдущих списках ветвления.
Процедура довольно проста, а картотека останется "неприкосновенной".
Выполняя процедуру вычёркивания по-разному, можно получить
огромное множество таких описаний-комбинаций некоторых "возможно-
конструкций".
2А. Комбинаторный файл 10]_
Назовём число альтернатив в альтернативной линейке длиной линейки.
Тогда, по оценке сверху, множество описаний-кмбинаций будет равно
произведению длин всех альтернативных линеек, имеющихся в
комбинаторном файле. В приведённом выше фрагменте файла на МГД-генераторы
(уже при "прямом" и точном подсчёте) число комбинаций равно
m = 1085 880 840 489 259109 034 560 000 000, то есть около 1030
комбинаций.
Тот факт, что лишь исчезающе малая доля их представлена
действующими или опытными образцами в материале, кажется парадоксальным,
так как сведения о них налицо.
Конечно, для их фантастической воображаемой реализации не хватит
ни времени, ни кадров машиностроителей, ни сил, ни даже всех материалов
в радиусе сферы в несколько тысяч световых лет. Это очень
примечательное обстоятельство, но на первый взгляд оно внушает пессимизм:
подвергается сомнению сама целесообразность перебора и изучения всего
огромного множества комбинаций.
А этого делать мы и не будем. Мы не будем работать с финишными
комбинациями, а будем оперировать признаками разной степени общности
и выращивать нужный вариант конструкции практически без
"сопутствующих конкурентов". "Переборные задачи" — это не наша стезя.
Но вот что важно.
Когда конструктор изобретает две-три новых альтернативы
некоторого произвольно взятого блока изделия, он, казалось бы, должен
просмотреть миллиарды новых конструкций-комбинаций, в которые эти
альтернативы, возможно, войдут и дадут новые эффекты! По существу,
если новая альтернатива появилась где-то в начале картотеки (на самых
общих уровнях), то она практически удваивает вышеприведённое число
т. Эффект изобретения мультипликативен.
Это наводит на мысль, что объектом, который испытывает воздействие
от изобретательской мысли, является вовсе не тот проектный образец,
над которым в данный момент работает конструктор, а совсем другой
— нематериальный (идеальный) объект — комбинаторный файл на всё
данное семейство машин как формальное представление живого
развивающегося знания. Именно система знаний подвержена здесь влиянию,
а не материальный конструируемый объект.
108 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
U.3.3.
Источник тока для
питания соленоида
2.13.3А5 2Л.З.ЗЛ2
Источник на основе «заморо- Стандартный универсаль-
женного» контура тока ный источник питания
2.U.3.A5.2.2.
Блок-инжектор
(токоваядовушка)
2.13.3А5.2.2А7 [^^ ^ \ 2.1.3.3A53.2.AJ
Кондуктивная ^Ч If Бесконтактный сверхпро-
ловушка тока водящий генератор
Z1AXA&ZZA7.1
Токовый ключ
2.1.3.3.А5.2.2Л7ЛЛ — механический
2.1.3.3.А5.2.2Л7.1.2- тепловой
2Л.З.З.А5.2.2Л7Л.З- магнитный
Рис. 2.4 Цепочки последовательного выбора
Поэтому вопрос о том, что является объектом управления, когда
коллектив конструкторов решает конкретную научно-техническую проблему,
остаётся открытым (и чрезвычайно сложным).
Отметим важное свойство комбинаторного файла. В приведённом
примере файла на МГД-генераторы легко прослеживаются так
называемые цепочки возможного последовательного выбора (или "каскады"
выбора), то есть последовательности зависящих друг от друга ситуаций
и возможностей выбора элементов строения машины.
Зависимость между отдельными актами выбора в каждой из таких
цепочек однонаправленная, иерархическая. Например, можно только тогда
думать о том, какой вариант токового ключа (механический, тепловой или
магнитный) выбрать в системе питания соленоида, лишь когда пройдена
цепочка, показанная на рис.2.4. Очевидно, что конструктору не пришлось бы
думать над вариантом токового ключа, не сделай он два предыдущих выбора
так, как показано на этом рисунке стрелками, уклоняющимися влево.
2Л. Комбинаторный файл
При другом выборе ему не пришлось бы размышлять о ключе.
Токового ключа просто вообще не было бы в конструкции.
Следует заметить, что чем ниже мысленно спускается конструктор по
такой цепочке выбора, тем конкретней становится его выбор и физическая
сущность будущей машины и тем ближе он к сборочным чертежам на
конкретные блоки.
Когда все цепочки пройдены до конца, перед конструктором предстаёт
минимальный списковый и графический набросок конкретного явления,
которое надо вызвать, реализовав в материале.
Подчеркнём, что это набросок конкретного физического процесса,
несмотря на то, что конструктор отправлялся в своих трудах от
технического задания, сформулированного в весьма приближенных и абстрактных
терминах.
Таким образом, комбинаторный файл может оказаться удобным
средством для упорядочения процесса принятия решений в ходе
конструирования технической системы. В этом случае файл сыграет роль опорной
стандартной списковой структуры, своеобразной отправной точки для
воображения конструктора.
Возможность принимать решения об устройстве будущей конструкции
не сразу, а в несколько этапов и каскадов вдоль каждой цепочки
последовательно уточняющегося выбора далее используется для определения так
называемых поясов альтернатив и более точном определении иерархии
выбора в задачах конструирования.
Подведём итог:
— комбинаторный файл — это компактный неразвёрнутый список
признаков строения семейства технических систем;
— в файле отражены все сведения об устройстве всех известных
образцов данного семейства;
— комбинаторный файл — это открытая информационная система,
способная присоединить к себе новые сведения о подходящих
научно-технических достижениях из любой отрасли машиностроения;
— благодаря комбинаторному свойству смысловые данные об
элементе строения очень многих конструкций записываются лишь один
раз и лишь в одном месте файла, что даёт большую степень сжатия
данных по сравнению с запоминанием каждого дерева признаков
на каждую мыслимую конструкцию отдельно.
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
2.5. Пояса альтернатив как иерархические уровни
выбора в задачах конструирования
Понятие поясов альтернатив оказывается наиболее подходящим при
построении простейших вспомогательных моделей выбора вариантов
конструкций. С помощью поясов альтернатив выделяется то неотъемлемое
общее и простейшее, что есть в любом творческом процессе — иерархия
выбора.
Не все ситуации, в которые по ходу дела попадает конструктор,
независимы друг от друга. Первая группа независимых ситуаций лишь
намечает структуру будущей конструкции.
Вторая группа ситуаций, определившаяся после первого выбора,
конкретизирует структуру конструкции, третья (полностью независимая
от двух предыдущих выборов) — намечает функции системы и т.д. При
этом выбор в некоторой группе ситуаций существенно снижает свободу
выбора в последующих ситуациях. Имеет место иерархия возможностей
выбора.
После того, как выбор завершён, то есть, определён каждый
мельчайший конкретный элемент конструкции, всегда можно проследить путь,
который привёл к выбору именно данного элемента, а не другого. Этот
путь есть полная цепочка последовательного выбора.
Но одно дело — восстановить (мысленно реконструировать) пути
выбора, когда задача конструирования уже решена, и другое дело —
построить такие цепочки для целей конструирования, чтобы все пути выбора были
видны, чтобы процесс выбора был полностью осознан и упорядочен.
Это надо делать с гарантией полного охвата области выбора, без
пропусков вдоль цепочек выбора и т.п., чтобы можно было надеяться на
повышение продуктивности процесса конструирования в этой ситуации
осознанного и зримого пространства выбора. Справиться с этой задачей
можно с помощью комбинаторного файла, линеек альтернатив и ряда
других вспомогательных геометрических образов.
Чтобы точно определить пояс альтернатив, надо представить
комбинаторный файл не только с помощью метафоры картотеки, но и как
целостный визуальный образ с видимой специфической внутренней
структурой. Ведь структура картотеки даже для опытного каталожного
работника не очень-то эвристичный образ.
2.5. Пояса альтернатив в задачах конструирования fM
Потребуется дополнительная метафора — пирамида альтернатив,
которая родственна теперь уже привычному и популярному понятию дерево
целей, но эксплуатирует третье измерение: если дерево целей — плоский
образ, то пирамида альтернатив — трёхмерный.
Дополнительное измерение потребовалось, чтобы показать ветвление
по альтернативам в дополнение к иерархии и ветвлению по подсистемам.
Так или иначе, но этот образ будет чрезвычайно полезен. С ним будет
связано много новых производных понятий, немыслимых вне пирамиды
альтернатив, например, понятия, классифицирующие возможные типы
выбора и оценок, так называемые поэшелонные расчёты, проводимые на
файле в процессе выбора и т.п.
Дерево блоков
Наряду с традиционным изображением дерева блоков (см. рис. 2.1а)
будем временно пользоваться и круговым изображением, показанным на
рис. 2.1б. В нём уровни разбиения замкнуты в круги разбиения, а
декомпозиция системы показана как идущая не сверху вниз, как обычно делают,
а от центра к периферии по кругам всё большего радиуса.
Альтернативная линейка
Возьмём дерево блоков некоторой машины. Начиная с первого круга
разбиения, будем искать для блоков разные варианты выполнения. Для
этого воспользуемся файлом-картотекой, где все варианты уже
систематизированы.
Каждой головной записи на карточке поставим в соответствие вершину
(на рисунке — диск). Если для какого-то блока есть несколько
вариантов (то есть имеется линейка альтернатив), то, как уже было условлено,
поставим соответствующие диски плашмя, образовав стопку дисков (см.
рис. 2.2).
По мере пополнения картотеки в результате нахождения или
изобретения новых альтернатив линейки (стопы дисков) будут расти в высоту.
Эту естественную тенденцию линеек к росту отметим с помощью оси
альтернатив (рис. 2.5), которую направим перпендикулярно плоскостям
декомпозиции.
т
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Постоянно будем помнить, что всё сказанное, все вводимые
графические понятия, — лишь сложная метафора, помогающая лучше интуитивно
представлять очертания комбинаторного файла. Это — визуализирующая
метафора.
Комбинаторный файл
В полученной своеобразной системе координат, состоящей из осей
альтернатив, и множества параллельных плоскостей декомпозиции, построим
визуальный "портрет" комбинаторного файла. Сделаем это
последовательно. Итак, пусть построена некоторая альтернативная линейка. Своим
основанием (нижним диском) она стоит на нижней плоскости декомпозиции,
и для нижнего диска в этой плоскости можно показать, из каких подблоков
состоит соответствующий блок (см. рис. 2.5). Но альтернативы,
соответствующие второму, третьему и последующим дискам альтернативной
линейки, тоже нужно разбить на составляющие подблоки.
Рис. 2.5. Выбранная система координат "ось альтернатив — плоскости
декомпозиции"
25. Пояса альтернатив в задачах конструирования 1J3
Рис. 2.6. Визуальный "портрет" понятия "комбинаторный файл
Условимся мысленно проводить их декомпозицию в плоскостях,
которые проводятся на высоте соответствующего диска параллельно
нижней плоскости декомпозиции. Так мы получим семейство плоскостей
декомпозиции. Ось альтернатив и семейство плоскостей декомпозиции
составляют систему координат, в которой комбинаторный файл и получает
свое наглядное представление (рис. 2.6). Его построение в соответствие
с конкретными данными картотеки сопровождается уступообразным
подъёмом вверх от нижней плоскости в направлении оси альтернатив.
Действительно, любая из цепочек последовательного выбора будет
представлена восходящими уступами-каскадами, как показано на рис. 2.7.
Теперь дадим точное определение поясов альтернатив, сопровождая
его графическими пояснениями. Двинемся от центральной вершины
(первой карточки) комбинаторного файла на его периферию, то есть к
тупиковым карточкам.
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
(
\
Рис. 2.7. Уступообразное изображение последовательности выбора
A,2,3, — НОМЕРА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ЛИНЕЕК )
В дереве карточек (записей) комбинаторного файла на любом пути,
соединяющем центральную вершину с некоторой тупиковой записью,
могут встретиться альтернативные линейки. Переберём все такие пути и
пронумеруем встретившиеся на них альтернативные линейки
(заштрихованы и пронумерованы на рис. 2.8), пользуясь простым правилом:
— нумерация ведётся и возрастает только в направлении вдоль
простых путей, то есть двигаться можно только вперёд без
возвратов;
— первая встреченная линейка получает номер 1, вторая — 2 и так
далее.
Очевидно, что нумерация по этим правилам будет давать одну и ту же
номерную разметку альтернативных линеек независимо от того, в каком
порядке перебирать и нумеровать (размечать) простые пути.
Если два пути частично совпадают, то проведя нумерацию на первом,
можно проводить нумерацию на втором пути, оставив
неприкосновенными номера на совпадающем участке и продолжив наращивать номер на
ответвлении с последнего номера совпадающей части. Это правомерно в
силу того, что в файле из центральной вершины во всякую данную ведёт
один и только один простой путь.
25. Поясл альтернатив в задачах конструирования М5
Первым поясом альтернатив будем называть множество ближайших
к центральной вершине файла альтернативных линеек, которые при
нумерации все получили номер 1. Множество линеек, которые при
нумерации получили номер 2, назовём вторым поясом альтернатив.
Множество линеек, которые при нумерации получили номер К,
назовём К~м поясом альтернатив. На рис. 2.9 дана наглядная картина
двух поясов альтернатив.
Первый пояс
Рис. 2.8. Разметка альтернативных линеек при движении вдоль простого
ПУТИ ИЗ ЦЕНТРА НА ПЕРИФЕРИЮ ДЕРЕВА
Сделаем теперь несколько замечаний по поводу физического смысла
поясов альтернатив, хотя это поначалу и звучит необычно. При описании
конструкции обычно используются многие понятия, которые только все
вместе в данном конкретном наборе понятий достаточно точно
описывают этот физический объект (и процесс).
Его конкретное терминологическое имя как бы наращивается в
процессе уточнения выбора. При решении любой задачи конструирования
идёт интенсивная работа с понятиями, с циклами
абстракции-конкретизации независимо от того, хотят ли этого конструкторы или нет, и
замечают ли они эту работу с понятиями. Файл помогает сделать эту
работу явной и видимой.
^ Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
В самом деле, выбор варианта конструкции всегда можно трактовать
так, как будто он произошёл последовательно, "глядя на комбинаторный
файл": сначала зафиксировали некоторые позиции в первом поясе
альтернатив, затем уточнили выбор во втором поясе и т.д.
Значит, описать конкретный объект из семейства машин можно,
лишь пройдя все пояса альтернатив соответствующего файла, сделав в
них выбор. Заметим, что это допущение вполне естественно. Выбор же
как бы "по наитию" будет обсуждён нами позже, в последующих главах
и будет вполне рационально объяснён как следствие неосознанного
употребления так называемой "абстракции прототипии", легко сводимой к
последовательному выбору.
Таким образом, когда идёт процесс последовательного (от пояса к
поясу с возрастанием номеров) выбора, понятия претерпевают
многоступенчатую конкретизацию, всё более детальное уточнение. При
этом в поясах альтернатив последовательно снимается неопределённость
относительно того, какие конкретные физические процессы будут
протекать в материале системы, каково будет её реальное поведение.
Интересно хотя бы качественно проследить и проиллюстрировать, какую
долю в снятии неопределённости вносит выбор в каждом последующем
поясе альтернатив, как это зависит от номера пояса.
Легко видеть, что основной набор физических процессов, которые
предполагается вызвать и использовать в общем функциональном цикле
машины, оказывается сполна определённым уже после выбора в первом
поясе альтернатив. Например, в первом поясе выбирается тип процесса
мобилизации энергии в будущем МГД-генераторе. Выбор идёт среди:
— процесса горения,
— процесса парообразования щелочных металлов,
— взрыва,
— теплообмена...
Ясно, что уже в каждом наименовании хотя и содержится мало конкретной
информации, но конкретная физика размежёвана. Выбрав одну из
альтернатив, мы определим лишь центральный рабочий процесс блока мобилизации
энергии МГД-генератора. (Отметим, что это очень плодотворное понятие
введено СП. Никаноровым, а нами исследовано в работе [5].) Физическая
суть, отраженная в каждой альтернативной позиции, вполне конкретна,
элементы же строения будущего блока пока весьма абстрактны.
2.5. Пояса альтернатив в задачах конструирования
Итак, после выбора в первом поясе определён список конкретных
физических процессов, взятых в качестве центральных в каждом крупном
функциональном блоке изделия. Следовательно, в первом поясе можно
выбирать конкретные комбинации конкретных физических процессов,
которые будут работать в изделии.
Рис. 2.9. Комбинаторный файл с выделенными поясами альтернатив
Если по данному семейству машин проводят ассоциированные
фундаментальные исследования, то при положительных результатах "растут"
длины альтернативных линеек первого пояса, куда поступают открытые
новые процессы (физические эффекты), претендующие на применение в
основных функциональных блоках.
Выбор во втором поясе альтернатив имеет существенно более
прикладной характер. Он приводит к тому, что получают определённость
многочисленные вспомогательные процессы, которые тоже будут протекать в
"физическом теле" (материале) будущего изделия. Он как бы замкнут,
соединяет в сеть процессы выбранные в предыдущем поясе. Например,
если в первом поясе на МГДГ выбраны:
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
а) процесс парообразования щелочных металлов по одному блоку и
б) солнечная печь — по другому блоку,
в) индукционный процесс отбора мощности в МГД-канале, то во
втором поясе речь будет идти, например, о процессе порционирования
и канализации потока металлического пара из печи в МГД-канал,
например, с помощью пропульсивного E5 Гц) автоколебательного
инжектора — устройства довольно специфического и связывающего
своим процессом в сеть процессы а), б) и в).
Третий и последующие этапы выбора в поясах альтернатив
достраивают и завершают сетку целевых процессов, которые предполагается
вызвать и связать в материале машины при реализации её основной
функции. Пусть, наконец, вся сетка (до мельчайших процессов)
построена и связана, определились материалы и конфигурации каждой детали
реального устройства. Инженеры сделали свою работу.
Теперь исследователи машин, испытатели должны подтвердить или
опровергнуть состоятельность замысла.
В самом деле, именно такой системы ещё никто не создавал (в целом),
элементы её поведения неизвестны. Логика ничего не позволяет сказать
о ней до конца определённо.
Вместе с функциональной сеткой предусматриваемых и предвидимых
процессов будут происходить и другие процессы, которые при текущем
состоянии дел и науки невозможно предвидеть. Некоторые из них могут
оказаться эмерджентно-катахрезными (или, говоря по-русски, —
постепенно, накопительно вредными, возможно разрушительными).
Непредусмотренные процессы могуттак "сойтись" в общей сетке процессов,
так "найти друг друга", что мало-помалу "съедят", погубят весь полезный эф-
фектисделаютмашинунеработоспособной. Подобные примеры отрицательного
проектирования имеет в запасе почти любой опытный конструктор.
Получившийся образец машины не всегда напрямую подчиняется тем
физическим законам, на которые полагается разработчик, выбирая их в
первом поясе альтернатив.
Таким образом, при движении от первого пояса альтернатив сначала
возрастает, а потом убывает вклад конструктора в создание машины,
падает роль теоретической физики и постепенно нарастает значимость
суждений и процедур, проводимых экспериментаторами-практиками,
испытателями, экономистами.
2.5. Пояса альтернатив в задачах конструирования
Можно условно сказать, что первым и последним поясами альтернатив
"заведуют" специалисты, умеющие исследовать поведение (теорфизики,
испытатели) технических систем как в общем, так и в частных его
элементах, тогда как всеми промежуточными поясами занимаются специалисты,
лучше всего умеющие соединять, связывать, конструировать — вызывать
в материале конструкции. Здесь ясно видно принципиальное различие
между учёным-исследователем и конструктором-практиком [6].
2.6. Упрощение геометрического вида
комбинаторного файла
Теперь, имея общее представление о визуальном строении
комбинаторного файла, упростим и сделаем это представление регулярным.
Круги или уровни, разбиения системы не совпадают с поясами
альтернатив. Это усложняет понимание комбинаторного файла и всех
построений, которые с ним связаны или будут связаны. Уплотнением
графического образа комбинаторного файла можно добиться совпадения
уровней разбиения и поясов альтернатив.
Вернёмся от круговой компоновки файла к слоисто-вертикальной. В
результате комбинаторный файл будет сведён к пирамидальной структуре —
пространственному трёхмерному дереву блоков, в котором есть три характерных
направления или три оси: ось наращивания альтернатив, ось перечисления
подблоков и ось переходов с уровня на уровень при разбиении.
Общее уплотнение комбинаторного файла состоит из ряда локальных
уплотнений во фрагментах типовой структуры. Рассмотрим такой типовой
фрагмент. Пусть фиксирована некоторая вершина файла. Исследуем все
простые пути, которые ведут из данной вершины к ближайшим
альтернативным линейкам (рис. 2.10.а).
Очевидно, что они могут быть самой разной длины (в смысле числа
промежуточных вершин, которые не являются альтернативами). Очевидно
также, что все альтернативные линейки, достигнутые из данной вершины,
принадлежат какому-то одному поясу альтернатив.
Действительно, если на простом пути из центральной вершины файла
к данной вершине встретилось К альтернатив, то все достигаемые из неё
далее альтернативы будут (К+1)-ми по "глобальному" счёту.
120
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Рис.2.10. Последовательность уплотнения фрагмента комбинаторного файла
Теперь надо все пути, ведущие из данной вершины к альтернативным
линейкам, заменить на однократные пути независимо от того, сколько звеньев
в каждом из них. В теории графов для такой операции есть даже специальное
название — "стягивание", которое в данном случае хорошо отражает смысл
уплотнения: альтернативные линейки как бы подтягиваются к данной вершине
путём последовательного "пропуска" промежуточных вершин.
После уплотнения или стягивания, фрагмент приобретает вид,
показанный на рис. 2.10.6.
В локальных процедурах уплотнения из образа файла исключаются все
вершины, которые не являются альтернативными линейками. Это
обстоятельство означает, что после всех локальных уплотнений в геометрическом
образе файла представлены только вершины-альтернативы.
При этом в уплотнённом образе центральную вершину будем считать
находящейся на нулевом уровне разбиения. Все же линейки альтернатив
разместятся на кругах разбиения, которые теперь совпали с поясами
альтернатив.
Поэтому разомкнём эти круги и вытянем их в горизонтальном
направлении в уровни, следующие "вниз" друг под другом в порядке возрастания
номеров, начиная с номера 1.
Получится пирамидальная структура, которая показана на рис. 2.11. Она
специально изображена симметричной для лучшей иллюстрации самой идеи.
Конечно, подобный вид образа конкретного файла на конкретное
семейство не столь "благовидно" симметричен, как на этом рисунке. В этом
можно убедиться на примере "неблаговидного" комбинаторного файла на
процессы (способы) сварки металлов, который дан в гл.4 (стр. ***) или
2.6. Упрощение вида комбинаторного файла
т
простым рассмотрением спискового комбинаторного файла на тепловыде-
лящие элементы (ТВЭЛы), который приведён на стр. *** данной главы.
Пояса альтернатив
Альтернативные
линейки
Рис. 2.11. Регулярная структура комбинаторного файла после его уплотнения
В этой структуре название "пояс альтернатив" уже не будет себя
оправдывать, хотя соответствующее ему понятие остаётся. Поэтому наряду
с названием "пояс альтернатив" в этом регулярном представлении мы
будем использовать и название "слой альтернатив".
2.7. Эшелоны и кусты
В полученной более наглядной и простой пирамидальной форме
комбинаторного файла выделим типовые объекты, которые ещё более
упрощают восприятие идеи комбинаторного файла и дают возможность
вводить новые понятия и идеи для дальнейшего развития формализма.
Большинство этих идей и понятий будут относиться к оптимизационным
расчётам на комбинаторном файле, но особое значение они имеют для
обсуждаемого в главе 4 механизма так называемой комбинаторной памяти.
122 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Два смежных близлежащих по "высоте" вместе взятых слоя
альтернатив будем называть эшелоном. Эшелонам тоже присвоим возрастающие
номера, начиная с верха пирамиды файла. Нулевой и первый слои
альтернатив образуют первый эшелон, первый и второй слои — второй эшелон
и т.д. Таким образом, номера слоев и эшелонов оказываются естественно
согласованными: в эшелоне два слоя — верхний и нижний, и эшелон имеет
тот же номер, что его нижний слой.
Рассмотрим некоторый эшелон. Выберем в его верхнем слое любую
вершину. Из этой вершины скользящие стрелки выбора альтернатив
опираются на некоторое множество линеек в нижнем слое эшелона.
Назовём совокупность этих линеек кроной куста, а подчиняющую
их вершину — корнем куста. Все вместе: корень куста, его скользящие
стрелки и линейки кроны — будем называть просто "кустом". Теперь
окажется, что любой сложный комбинаторный файл есть многоуровневая
композиция кустов.
Рис. 2.12. К понятию куста — стандартной составляющей уплотнённого
КОМБИНАТОРНОГО ФАЙЛА
В самом деле, очевидно, что любой эшелон может быть разбит на
составляющие его (но накладывающиеся друг на друга одной вершиной от
эшелона к эшелону) кусты. Введённое понятие куста чрезвычайно важно
2.7. Эшелоны и кусты
123
для дальнейшего. Дело в том, что большинство расчётов на комбинаторном
файле сводится к локальным расчётам в каждом кусте и к итерациям от
эшелона к эшелону (в направлении вверх-вниз).
Данный аспект обсуждается далее. Здесь же, введя понятие куста,
поясним, почему комбинаторный файл является обобщением понятия
"морфологический ящик", введённого основоположником морфологического
анализа швейцарским астрономом и инженером Ф. Цвикки [3].
На рис. 2.12 показаны различные примеры, иллюстрирующие разбиение
комбинаторного файла на его составляющие — кусты, находящиеся на
разных уровнях и содержащие в кроне различное число линеек альтернатив.
2.8. Идея Ф. Цвикки
Фритц Цвикки первым опубликовал чрезвычайно простой метод
работы с альтернативами строения при конструировании техники. Мы
выделили слово "опубликовал" потому, что метод этот столь естественен,
что его рано или поздно изобретает практически каждый инженер, но не
придаёт этому "микроизобретению" должного статуса.
Ф. Цвикки изобрёл этот метод и развил его исчерпывающе до мощного
работающего регулярного метода. Идея в следующем. Техническую систему
исследуют, выделяя ряд её характерных признаков или функций ft—fN. Затем для
признаков находят градации (для функций — разные методы их выполнения),
то есть взаимоисключающие значения одного и того же признака и оформляют
как списки. Полученные списки сводят в таблицу типа таблицы 2.2.
Таблица 2.2. Морфологический ящик
all
a«
au
...
321
a22
a24
...
и
/ Si
a,,
a34
...
• ••
...
^ ...
...
...
fN
aN1
^2
aN4
...
124 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Дальнейшая работа состоит в том, что в каждом столбце (с целью
построения некоторого образа возможной технической системы)
выбирают (иногда просто из любопытства) некоторую градацию признака и
соответствующий символ обводят, например, кружком или квадратиком.
Затем, когда выбор сделан в каждом столбце, кружочки соседних столбцов
соединяют отрезками линий.
Появляется многозвенная ломаная линия, которая символизирует
описание признаков некоторой возможной конструкции. Инженер
выписывает позиции ломаной линии подряд на отдельную карточку или
страницу и пытается здесь же прикинуть эскиз конструкции, оценить её
преимущества, а возможно и причуды. Это раскрепощает, освобождая
от назойливых иногда прототипов. Тем более, что Цвикки требует не
останавливаться на одном эскизе, а сделать их все.
Такую таблицу Цвикки предложил назвать метафорически
"морфологическим ящиком" по аналогии с библиотечным каталожным ящиком,
у которого было бы столько выдвижных коробок (пеналов), сколько
функций (признаков) в рассматриваемой системе, а в каждой коробке
стояли бы карточки с описанием одной альтернативы на каждой.
Тогда, взяв по одной карточке из каждой коробки, инженер имел
бы аналог указанной выше ломаной линии (из таблицы) в виде стопки
карточек-альтернатив. Здесь, очевидно, каждый столбец таблицы
соответствует одному пеналу (коробке), а каждая запись столбца в таблице
— записи на карточке в коробке.
Преобразуем морфологическую таблицу чисто визуально. В каждом
столбце каждую запись представим как уже привычный нам диск. Тогда
столбец станет стопкой дисков — альтернативной линейкой. Ломаную
линию заменим ещё одним диском и исходящими из него скользящими
стрелками, опирающимися на преобразованные столбцы-линейки. Это
будет символизировать целостный выбор.
Легко видеть, что перед нами предстаёт изображение обычного куста
из комбинаторного файла. Понятие Ф. Цвикки "морфологический ящик"
полностью совпало с понятием "куст".
Теперь, рассматривая пирамидальную многоэшелонную форму
комбинаторного файла, легко увидеть, что поскольку он есть многократная и
многоуровневая композиции кустов, то это и многократная композиция
морфологических ящиков. Альтернативы в кроне каждого куста одновременно
являются корневыми вершинами в некоторых близлежащих ниже кустах.
2.8. Идея Ф.Цвикки
Так нами обобщена идея Ф. Цвикки. До знакомства с этой идеей
авторы уже имели её в запасе и пользовались в работе по конструированию,
но как и большинство, не придавали ей должного значения. В сущности же
путь к построению образа комбинаторного файла на практике начинался
с морфологического ящика Ф. Цвикки.
2.9. Выбор и критерии выбора
Воспользуемся пирамидальной формой комбинаторного файла и
рассмотрим, как происходит процесс выбора альтернативы конструктором, изучим
также возможность делать выбор без участия человека (полностью расчётным
путём) и выясним, какие для этого нужны исходные данные. Затем сравним
эти два способа выбора и два процесса выбора — "человеческий" и
"машинный" и покажем их принципиально противоположную ориентированность.
Сначала рассмотрим, что происходит в комбинаторном файле, когда
конструктор делает выбор в одной-единственной линейке альтернатив.
Выбор одной альтернативы означает гораздо меньше, чем пренебрежение
остальными.
Отвергнутые альтернативы и все подчинённые им нижележащие
больше не будут участвовать в дальнейшем многоуровневом уточнении и
конкретизации. Таким образом, выбор-то он выбор, но кроме того он есть
сильнейшее прореживание комбинаторного файла даже при выборе всего
в одной линейке (если это не линейка самого нижнего уровня).
Обычно конструктор начинает выбор, принимая довольно абстрактные
(обобщённые) решения (соображения), и постепенно конкретизирует его,
уточняя элементы строения конструируемого объекта. Действительно,
обычно начинают с общих видов, эскизов, пред-эскизов и лишь затем
уточняют компоновку, проводя итеративный процесс согласования
качественных сторон будущего изделия, пока не сочтут возможным приступить
к деталировке и сборке на бумаге.
Эта дедуктивная тенденция мышления конструктора достаточно
характерно изобразима на файле пирамидальной формы. Самый абстрактный
выбор может быть сделан лишь в единственном кусте первого эшелона.
Чуть более конкретный выбор возможен в некоторых (или сразу
во всех) кустах второго эшелона, оставшихся после разрежения файла
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
предыдущим выбором. Затем приходит очередь оставшихся альтернатив
третьего, четвёртого и т.д. эшелонов.
На рис. 2.13 этот поэтапный (поэшелонный) процесс (а—М5—>>в)
показан на условном файле для трёх эшелонов. Видно, что по мере
дедуктивного выбора наверху файла образуется и постепенно расширяется
область, свободная от не разрушенных альтернативных линеек. Выбор по
существу и означает их разрушение.
И, как уже было отмечено, для конструктора имеет гораздо большее
значение то, что он отбросил в результате выбора данной альтернативы,
а не то что "просто выбрал". Это очень важное обстоятельство.
Рис. 2.13. Последовательный альтернативный выбор с переходом с
уровня НА УРОВЕНЬ И ОТБРАСЫВАНИЕМ ВСЕХ НЕВЫБРАННЫХ АЛЬТЕРНАТИВ: А —
ИСХОДНЫЙ ФАЙЛ, Б И В — ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ФАЗЫ ВЫБОРА
Особенно оно сказывается в абстрактных эшелонах файла, близких к
первому. Здесь файл наиболее чувствителен к "прореживанию". Другое
дело в самом низу файла. Поскольку здесь (как и везде) длина линейки,
в среднем, — 5, то можно говорить, что здесь прореживание "сильнее
выбора" только в четыре раза, тогда как наверху — в миллиарды раз.
Сумма смыслов отбрасываемого слишком велика наверху файла,
чтобы не обращать на него внимания, а фиксировать внимание только на
выбранной альтернативе.
Однако, в зависимости от склонностей конструктора выбор не
обязательно делается равномерно: обязательно исчерпать (разрушить)
альтернативные линейки в данном эшелоне, а уж затем переходить в
низлежащий. Напротив, конструктор может надолго оставить довольно
абстрактными ("не прорисованными") некоторые из качественных сторон
2.9. Выбор и критерии выбора
изделия, но зато быстро детализировать какие-то другие стороны. Это
можно характеризовать как неравномерную конкретизацию.
На условном изображении файла это выразится как искривление
границы области, свободной от линеек ("фронта выбора"). Она уже не
будет проходить по границе только двух смежных эшелонов. Там, где
конкретизация зашла далеко вперёд, появятся нисходящие локальные
"прорывы" сквозь многие эшелоны, и, напротив, абстрактные признаки
будут выглядеть как "возвышения" границы области проведённого выбора.
Всё это условно показано на рис. 2.14.
Область,
свободная от
альтерната
Область,
содержащая
линейки
альтернатив
Рис. 2.14. Иллюстрация неравномерной конкретизации: Условное
изображение КОМБИНАТОРНОГО ФАЙЛА С ИСКРИВЛЁННЫМ ФРОНТОМ ВЫБОРА.
Дедуктивный процесс интуитивного выбора чрезвычайно сложен как
натуральное явление. В самом деле, ещё тогда, когда концепция будущего
изделия лишь вырисовывается в сознании конструктора, он уже уточняет
эту концепцию, одновременно учитывая гигантское множество различных
критериев и характеристик.
Конечно, можно заметить, что за его плечами опыт поколений
конструкторов и что он сильно эксплуатирует прототипы. Это так, но не это главное.
Главное в том, что здесь происходит своеобразное параллельное
(одновременное) проектирование таких типов характеристик изделия
128 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
как геометрические, функциональные, надёжностные, экономические,
рыночные и т.п.
Это и в самом деле по-настоящему параллельное проектирование,
так как ведь невозможно сначала спроектировать габариты и обводы,
затем переключиться на проектирование надёжности, потом на
проектирование экономичности и т.д.
Все эти характеристики изделия увязаны между собой слишком
сильно, так как реализуются в одной и той же материальной субстанции
изделия. Пока что не ясен механизм интуиции, благодаря которому
конструкторам удаётся увязывать критерии при выборе» работая почти
всё время с абстрактными качествами будущего изделия.
Приведённые аргументы, иллюстрирующие сложность интуитивного
выбора, могли бы показаться данью моде, если бы не следующее
обстоятельство. Дело в том, что пока фронт выбора не достигнет нижнего
эшелона комбинаторного файла, не может быть определена ни одна из
количественных характеристик машины.
Например, даже такая характеристика, как масса изделия в целом (как
и любого его блока) не может быть точно определена, пока не ясно, из
каких конкретных деталей оно состоит. То же самое относится и к любой
другой характеристике, регистрируемой приборами и измерительными
инструментами.
Значит, приходится предполагать, что человеческая интуиция
способна работать не с точными значениями величин и даже не с их интервалами
в отдельности, а с некоторой причудливо преобразующейся целостной
областью в пространстве параметров машин.
При этом интуиция через выбор направляет "параметрическую точку
— машину" в сторону требуемых техническим заданием значений.
Насколько эта работа сложна, можно судить по тому, что при
конструировании действуют и учитываются около 800 общемашиностроительных
критериев [7]. Это и значит, что конструируемую систему представляет
точка, движущаяся в более чем 800-мерном пространстве!
Таким образом, пользуясь комбинаторным файлом, можно
наблюдать и регистрировать ("стенографировать") процесс выбора решений
конструктором, но осознать, как он при этом работает с критериями и
характеристиками, практически невозможно.
2.9. Выбор и критерии выбора
Тем более, невозможно эту работу хоть как-то формализовать. Но,
казалось бы, как раз это и надо сделать, чтобы многокритериальный
механизм смоделировать на ЭВМ. Делать этого не нужно, как и невозможно.
У ЭВМ здесь "своя стезя", а у конструктора — другая.
Предостережением к тому, что нельзя (как и попросту невозможно)
копировать конструкторскую работу с критериями, является сам состав области
в комбинаторном файле, на котором они (критерии) могут быть изначально
заданы. По крайней мере, ясно, что они не могут быть заданы там, где
конструктор как раз начинает работу, то есть в верхнем эшелоне файла.
Как уже было сказано, все измеримые (или вычисляемые на основе
измерений) характеристики изделия могут быть определены лишь тогда, когда
состав конструкции задан перечислением всех её деталей и всех физических
свойств этих деталей. Об этом говорит вся практика инженерных расчётов.
Но эти детали представлены висячими вершинами в комбинаторном
файле. Значит параметрические вариации изделия возможны только на
нижнем уровне. Если пытаться копировать работу конструктора по выбору
решений и с помощью ЭВМ идти сверху вниз от эшелона к эшелону, то
это окажется попросту невозможным.
В верхних эшелонах ЭВМ попросту не с чем работать. Там нет
данных ни об одной характеристике, так как они могут располагаться
лишь в нижних терминальных вершинах.
Возникает подозрение, что ЭВМ должна начинать работу именно здесь,
внизу. Грубо говоря, её стартовая позиция не совпадает со стартовой
позицией конструктора в самом начале работ. Но должна совпадать в конце.
Таким образом, выбор конструкции на комбинаторном файле
исключительно путём вычислений не может происходить в направлении сверху
вниз. Это и наводит на мысль организовать его в направлении снизу вверх.
И оказывается, что такой процесс (далее он назван конвергентным) не
только возможен, но необычен и чрезвычайно полезен.
В сопряжении с дивергентной интуитивной дедукцией конструктора
конвергентный вычислительный процесс даёт новый класс процессов,
который обсуждается далее и назван сопряженной оптимизацией. На наш
взгляд, это единственно возможный процесс оптимизации при решении
конструкторских задач с помощью ЭВМ.
Рассмотрим сначала в общих чертах конвергентную оптимизацию.
130 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
2.10. Конвергентный процесс оптимизации
Пусть имеется комбинаторный файл и его висячим вершинам
присвоена, например такая характеристика, как масса. Ставится задача выбрать из
файла конструкцию минимальной массы. Смысл конвергентного процесса
прост. Поскольку вычисления можно начинать только с самого нижнего
эшелона, то в каждом кусте этого эшелона выбирают сочетание деталей,
дающее самый лёгкий узел.
Подчеркнём, что расчёт проводится в каждом кусте. Это "равные
возможности" для всех. Вопрос в том, "кто сумеет прорваться наверх".
Затем значение массы каждого из самых лёгких (в своём кусте) узлов
приписывают корню соответствующего узла (запомнив, какая из
комбинаций дала это значение).
В результате происходит "подъём" данных в верхлежащий эшелон, и
в нём самом с этими значениями можно провести точно такой же расчёт
в каждом его кусте. Но этих кустов уже существенно меньше.
Данные снова поднимутся в следующий верхлежащий эшелон
(теперь уже вместе со сведениями о том, какие из трёхуровневых деревьев
дали эти самые лёгкие комбинации). Так будет продолжаться вплоть до
последнего конкурса "вытащенных" снизу деревьев — конкурса в кусте
первого уровня. И здесь в последнем акте расчёта определится как сам
минимальный вес, так и структура дерева, которая этот вес даёт.
Благодаря самой структуре комбинаторного файла описанный процесс
конвергентной оптимизации обладает следующим замечательным свойством.
Во время его проведения альтернативы в каждом эшелоне конкурируют
по многим линиям, а не в "однолинейном конкурсе", как это бывает в
традиционных оптимизационных расчётах, вследствие чего происходит чрезвычайно
быстро сходящийся отбор альтернатив (и структур!) и принимается сочетание
альтернатив самых лёгких узлов, соединённых в дерево блоков.
Следует заметить, что конкурирующие древовидные структуры не
передаются от эшелона к эшелону вместе со значениями вычисленных весов.
Вместо этого просто производится пометка выбранных альтернатив, а когда
конкурс в кусте верхнего уровня завершается, просмотр в обратном порядке
восстанавливает односвязное оптимальное дерево по этим пометкам
(значениям так называемой выбирающей функции). Визуальное представление
о конвергентном выборе можно получить по рис. 4.2, где показаны (на
условном файле) две последовательные фазы конвергентного "конкурса".
2.10. Конвергентный процесс оптимизации ^L
2.11. Сопряжённая оптимизация
Всякий формальный подход неизбежно ограничен. Представление
области возможных альтернатив конструирования в виде комбинаторного
файла в этом смысле не представляет исключения.
Если пользоваться для выбора конструкции с заданными свойствами
только численным расчётом снизу вверх, то будут получаться такие
конфигурации, которые, скорее всего, будут отвергаться инженерами. Нечто
подобное наблюдалось при первых попытках применять линейное
программирование к составлению меню. Всё время получались калорийные,
но очень невкусные или совсем неприемлемые сочетания продуктов. Так
продолжалось до тех пор, пока не выяснили, что всё дело в ограничениях,
в умении задать систему ограничений на переменные в задаче.
Точно также и в нашем случае; чтобы получать приемлемые результаты
расчётов, необходимо уметь интуитивно ограничивать область
конвергентного расчёта. Делать это можно, естественно, только через выбор среди
альтернатив. Рассмотрим, как это может происходить в простейшем случае.
Каждый, кто знаком с утомительным перечислением спецификаций
при проектировании, желал бы иметь процедуру, которая генерировала бы
громоздкие детализирующие списки после того, как сделан выбор "в общих
чертах". Например, задав общую компоновку, конструктор хотел бы, чтобы
расчётный алгоритм заполнил её стандартными комплектующими изделиями
и деталями, обеспечив, скажем, минимум стоимости машины.
После этого конструктор ознакомился бы с результатом и, если это
необходимо, попытался бы откорректировать его вручную. Тем самым
был бы замкнут один шаг в диалоге по совместной оптимизации схемы
будущей машины.
Таким образом, процессы интуитивной и численной оптимизации
можно объединить как два процессных канала и составить из них
функциональное целое так, чтобы постоянно компенсировать недостатки одного
процесса преимуществами другого: на стороне конструктора быстрая
целостная мысль, на стороне компьютера — быстрый расчёт. Для этого,
всего лишь, надо соединить крест-накрест входы и выходы этих двух
процессов, как показано на рис. 2.15. При этом каждый процесс-канал
будет развиваться по самостоятельному (автономному) механизму, но
процессы (в промежутках между циклами) будут влиять друг на друга
через их общую содержательную основу — комбинаторный файл.
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Процесс
интуитивного выбора
\х \ж
• ••
алгоритми' —I
ческого выбора
Рис. 2.15. Схема процесса сопряженной оптимизации
Рассмотрим на каком-то шаге очередной акт преобразования образа
замысла (выбираемой совокупности признаков изделия). Этот шаг всегда
состоит в том, что от некоторой области уже произведённого выбора О1
переходят (продолжив детализировать выбор, или, быть может, отменив
ранее сделанный выбор, как бы взяв ход назад) к области выбора О2 с
несколько иной конфигурацией.
Выберем в качестве критерия оптимизации, скажем, массу изделия Р.
Обозначим через А — полное множество альтернатив в комбинаторном
файле; О — множество выбранных альтернатив; А\О — множество
альтернатив, над которыми может начать работать алгоритм численной
оптимизации; Р(О) — масса самой лёгкой конструкции, полученной в результате
применения численной оптимизации к множеству альтернатив А\О.
Варьируя конфигурацию области О, получим функцию от множества
Р(О), с помощью значений которого можно по сути комментировать
интуитивные действия конструктора. Получается несколько неожиданный
результат — "ЭВМ комментирует интуитивные действия конструктора".
Ясно, что это метафора: это конструктор комментирует сам свои
собственные действия интуитивного типа через действия расчётного типа,
но сам эти действия не производит, за него это делает конструктор. Но
большинству эта метафора нравится как удобная, и мы будем ею
пользоваться. В самом деле, говорят же "взошло солнце" вместо длинной фразы
"планета повернулась вокруг своей оси настолько, что в данной местности
центральное светило стало видным под значительным углом по отношению
к горизонту" и никого это не смущает.
Итак, пусть сначала Q = 0, тогда Р(?2) = Р@) есть значение массы
конструкции, которая будут выбрана с помощью файла, если оптимизацию
будет полностью проводить ЭВМ, а конструктор не будет вмешиваться
в этот процесс.
2.11. Сопряжённая оптимизация
Если обозначить A(?2t) — потерю эффективности оптимизации из-
за интуитивного вмешательства из-за интуитивного вмешательства Q., а
Д(?22) — то же, но для конфигурации области выбора ?22, то AA(?lf-*&2)
— ухудшение или улучшение (в зависимости от знака), достигнутое в
результате преобразования-перехода Q^Q2. Как видно, — это простой
функционал на множестве преобразований образа замысла.
Самое интересное, что это есть "бесстрастный" функционал для оценки
интуитивных творческих действий конструктора, то есть принципиально
не формализуемых действий.
Каковы бы ни были действия разработчиков и какими бы
соображениями они ни диктовались, алгоритм численной оптимизации будет
выдавать стандартную реакцию — сообщать разработчикам, как далеко
их соображения и их выбор уводят от глобального оптимума, который был
бы получен без их вмешательства.
Не следует полагать, что большие рассогласования между
результатами сопряженной и чисто численной оптимизации будут редкими.
Во-первых, это будет происходить в силу неизбежного несовершенства
любой и всякой формализации в области творчества. Во-вторых,
первоначальную концептуальную фиксацию потребности в новой машине нельзя
считать идеально сформулированной и раз навсегда заданной.
В ходе разработки замысла она будет многократно пересмотрена
как со стороны разработчика, так и со стороны заказчика. При больших
рассогласованиях разработчики довольно долго будут испытывать
уверенность в том, что замысел состоятелен, считая, что рассогласование
возникло из-за неправильной фиксации потребности и ограничений. В
большинстве случаев они будут правы.
В случае параллельных расчётов по многим целевым функциям, на
некотором шаге интуитивных преобразований замысла алгоритм
численной оптимизации в качестве ответной реакции может сигнализировать о
том, что превышено пороговое значение той или иной целевой функции.
Разработчики будут вынуждены ознакомиться с соответствующим
деревом блоков и пересмотреть свои действия. Следствием этого может
быть естественный "откат", "взятие хода назад", "возврат на исходные
позиции" или же попытка изменить первоначальную систему ограничений,
вызванных формой потребности.
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
2.12. Работа с ограничениями
Внешняя не формализуемая ситуация проектирования может
диктовать жёсткие и с виду не формальные условия на применимость имеющихся
альтернатив. Эти условия, тем не менее, могут быть формально учтены в
нашем процессе. Остановимся кратко на способе фиксации ограничений
на процесс выбора альтернатив (как для интуитивной, так и для численной
оптимизации).
Система ограничений задаётся тем, что, что множество А всех
альтернатив комбинаторного файла делится на три подмножества:
А^ — альтернативы, которые в данном случае запрещено
применять;
А^бяз— такие множества альтернатив, из которых в оптимальную
конструкцию должны войти обязательно по одной альтернативе;
А — остальные альтернативы комбинаторного файла, которые могут
как войти, так и не войти в дерево блоков оптимальной конструкции.
После того, как эти подмножества чётко определены, можно
преобразовать комбинаторный файл перед началом сопряженной оптимизации. Из
файла просто вычёркивают альтернативы первого подмножества вместе
с тем, что с ними топологически связано.
При обработке второго подмножества ограничений сначала берут все
простые пути, ведущие из центральной вершины файла к альтернативам
конкретного подмножества А^ . Ту альтернативу, на которой все эти
пути сходятся, оставляют в файле, а другие из её линейки вычёркивают.
Процедуру выполняют итеративно, пока не будут достигнуты линейки,
в которых непосредственно находятся альтернативы, входящие в Ф^.
В этих достигнутых линейках вычёркивают все линейки, кроме
обязательных. Таким образом ограничение, зафиксированное в форме
"обязательные" сводится к форме "запрещённые" (А^ ). Но ясно, что первый
способ более естественен.
Таким образом, наложение ограничений всегда сводится к сужению
состава альтернатив комбинаторного файла, допускаемых в процесс
интуитивной и численной оптимизации. Ограничения учитывают до
вычислений и до интуитивного выбора, а сами их проводят так, как было
описано в разделе 2.11.
2.11. Сопряжённая оптимизация
2.13. Необходимость пополнения
комбинаторного файла
"Реальное взаимодействие науки и техники, их
социально-экономических условий и результатов требует системного подхода — ... учёта
определённых объективно существующих взаимосвязанных комплексов:
наука—техника—производство;
наука—техника—бытовая индустрия;
наука—техника—образование, рост квалификации, подготовка
кадров;
наука—техника—улучшение условий труда; увеличение свободного
времени;
наука—техника— медицина;
наука—техника—охрана природы (применение экологии;
обеспечение благоприятных для здоровья человека природных условий);
наука—техника—управление;
наука—техника—вся система информации;
наука—техника—изменение социально-экономических форм.
Все эти отдельные комплексы в экономической и технической
политике должны рассматриваться согласованно..." [8].
Призыв к системному рассмотрению всего множества факторов,
определяющих развитие техники, столь выразительно сформулированный
в этой цитате, требует чёткой алгоритмической основы. Мало
сформулировать идею всестороннего учета. Она прозрачна. Надо обеспечить
конструктивные операционные средства этого учёта.
Для конкретного семейства машин средства подобного учёта могут
быть построены на базе комбинаторного файла этого семейства. В
сущности во всех последующих главах речь идёт о работе с альтернативами
по конкретным содержательным аспектам: прогностическому,
экономическому, целеобразованию, элементам графики и т.п.
И в каждом из этих аспектов комбинаторный файл предоставляет
смысловую основу для того, чтобы разместить дополнительные данные, однозначно
указать их место в общей системе знаний о данном семействе машин. Именно
система (а не просто совокупность!) знаний о семействе, более точно —
системность этих знаний, диктует необходимость аналитической работы, которая
136 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
помогала бы уточнить характер этой системности. Необходимость последней
как раз и является основной причиной пополнений комбинаторного файла.
Немногим более пятидесяти часов проходит в условиях массового
производства некоторого изделия с того момента, как из природных
месторождений возьмут сырьё, до выхода машины с конвейера.
Поток природных материалов буквально устремляется на заводы,
чтобы под влиянием потока мощности и человеческих знаний превратиться
в готовую продукцию. Вещества, прежде рассеянные в природном сырье
недр, концентрируются и в итоге превращаются в высококачественные
детали, узлы и блоки машины.
Первый из формирующих потоков — поток мощности — легко
представить и измерить, например счётчиками электроэнергии и взвешенными
количествами энергоресурсов на производстве. Но нет такого счётчика
знаний, и не все отдают себе отчёт в том, какой гигантский объём
всевозможных "привычных", а потому не замечаемых знаний активизируется,
приходит в движение, превращается в поток управляющих данных и
определяет режимы изготовления и формы узлов и блоков изделия.
Кто знаком с технической подготовкой производства, знает, что в
проектирование и серийное производство даже очень простых с виду
изделий вкладываются несоизмеримо большие технические знания, повсюду
распределённые в производственной системе. Для примера можно назвать
электролампы, а ещё лучше — обыкновенные спички или бумагу.
Эта вторая формующая составляющая, — поток знаний и данных,
— имеет огромное экономическое значение [9,10].Так как информационная
насыщенность процесса производства конкретного изделия весьма велика,
то не меньшей она должна быть и в процессе проектирования нового изделия,
ибо здесь, несмотря на некоторую обобщённость данных, приходится
мобилизовать знания не об одном изделии (машине), а обо всём их семействе.
Память, хранящая сведения для процесса проектирования машин,
должна быть существенно шире, чем совокупность сведений об элементах
строения всех известных образцов. Она должна содержать гораздо большую
массу дополнительных (но "привязанных" к элементам строения) сведений,
также необходимых для аргументации выбора замысла конструкции.
Комбинаторный файл в связи с этим должен быть пополнен, чтобы
согласовать работу с альтернативами во всех областях выбора, допускаемых
условиями формирования замысла. К таким областям, кроме множества
2.13. Необходимость пополнения комбинаторного файла 137
альтернатив по элементам строения, можно отнести функциональную
внешнюю среду, то есть объекты, которые так или иначе будут
контактировать с изделием, процесс, в которые оно будет по замыслу или вопреки
ему вовлекаться и т.д.
Кроме того, идёт выбор технологии производства блоков машины.
Возможности выбора в этих областях в несколько раз превосходят возможности
выбора только альтернатив строения. Строение лишь намечает черты
поведения деталей, узлов и блоков, а применённая технология делает его почти
определённым. Хотя следует "специально и ещё раз и очень настойчиво"
подчеркнуть, что, не задав всех альтернатив строения, мы просто не будем
иметь предмета обсуждения и уточнения, то есть не сможем даже начинать
разговор о технологии изготовления и условиях эксплуатации.
2.14. Пополнение файла сведениями
о системной среде и технологии
Механизм пополнения комбинаторного файла данными о внешней
среде машин и технологии их производства чрезвычайно прост. Условимся
при запоминании технологии производства записывать её признаки
следующим образом. Пусть на данной карточке файла головная запись есть
имя конкретного блока, тогда подчиненные записи (список ветвления)
суть наименования подблоков. Добавим в списке ветвления ещё одну
специальную запись — "технология производства данного блока". А
чтобы отграничить "царство технологии" от "элементов строения", в ключе
(индексе) этой записи применим вставку "Т". Это будет весьма кстати
при написании алгоритмов машинной обработки файла: ЭВМ до поры
до времени, например, работая только с элементами строения
конструкции, не будет "видеть" записи с маркером "Т". В программе это можно
предусмотреть одним оператором "IF SUBSTR(KEY) >< T' THEN
DO; или "IF INDEX(KYE, Tf) = 0 THEN DO;".
Далее эта запись будет повторена как головная и расписана на
составляющие признаки и их альтернативные градации. Мы автоматически
получаем возможность работы с альтернативами технологий на равных правах
с альтернативами признаков строения, но при явном главенстве (примате)
последних. Переработка сведений о всех возможных технологиях произ-
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
водства данного блока даст своеобразный "технологический"
комбинаторный подфайл с той же принципиальной схемой, что и основной файл.
Если на данной карточке головная запись есть имя детали D, то
подчинённые записи — признаки строения. Тогда добавим в списке ветвления
ещё одну запись — "Способ изготовления D" и т.д. Таким образом, сведения
о технологии производства вводятся в первоначальный комбинаторный файл
почти на всех его уровнях, исключая наиболее высокие (общие).
Снова отметим, что выбор способа изготовления любого блока
конструкции сильно влияет на вторичные, а иногда и на первичные
характеристики его функционирования и функционирования всего
изделия в целом. Повторимся и скажем, что строение лишь намечает черты
поведения деталей, узлов и блоков, а применённая технология делает его
определённым до конца.
Например, внешне неразличимые сварные соединения будут обладать
совершенно разными функциональными свойствами в зависимости от того,
как они выполнены: электронным или лазерным лучом, газовой сваркой,
дуговой сваркой, сваркой трением, импульсной точечной сваркой и т.п.
Это значит, что мы можем существенно (иногда определяющим
образом) управлять качеством поведения изделия, выбирая различные
варианты технологии производства его подсистем и его самого в целом.
Теперь посмотрим, нельзя ли точно также обработать сведения о
внешней среде для машин данного семейства. Внешняя среда для экземпляров
изделия — это совокупность возможных контактов между элементами
экземпляра и факторами окружения в период существования экземпляра
во время хранения в запасниках, ввода в действие, обкатки, перевода из
одной рабочей зоны в другую (часто за тысячи километров) и т.п.
Существует статистика подобных контактов и их влияния как на
функции изделия, так и обратно — на контактирующие фрагменты среды. Кроме
того, многие контакты легко предвидеть при конструировании, даже если
фрагмент среды выполняет роль функционального блока в конструкции.
Заметим на будущее, что речь шла о контактах экземпляра машины.
Если же речь пойдёт о контактах "образца" машины, то это совсем
иная сфера: образец — не материальная целостность, а "сплав идей"; у
него своя среда и своя жизнь в ментальной сфере конструирования. Если
у экземпляра машины основное — "моторесурс", то у образца —
"моральный ресурс развития".
2.14. Пополнение файла сведениями
Образец будет "заявлять" о себе на всех других уровнях
существования формы, кроме материального, и у него будут свои "контакты" и своя
"среда". Часто эти два понятия — "экземпляр" и "образец" — путают,
когда увлечённо говорят о "развитии машин", проводя не всегда
осознаваемую аналогию с биосистемами.
Экземпляры машин не развиваются, они только старятся и ломаются.
Развиваются образцы машин, но развитие это нематериально. Здесь на
развитие работает совсем другая "субстанция", наполняющая ментальный
мир технических идей.
Итак, перечень контактов данного блока экземпляра машины с
внешней средой условимся записывать следующим образом: как только
появилась карточка с данной головной записью S, именующей блок,
генерируется типовый список ветвления,
S. (Имя блока)
5.1. Строение
5.2. Контакты со средой
причём в карточке с головной записью S.2 перечисляются именно контакты
данного блока с фрагментами среды, а не контакты его деталей.
Для деталей эта процедура повторяется (данные уточняются "точно
по месту").
Таким образом сведения о контактах со средами "конкретного"
экземпляра расслаиваются и захватывают почти все уровни комбинаторного файла.
Им также характерна общность и конкретность, как и элементам
строения, за которыми они послушно и следуют. Кроме того, они сами
обладают определённым запасом альтернативности, и здесь, как и в
случае с технологиями, появляются автономные комбинаторные подфаилы с
вариантами строения фрагментов внешней среды.
Это обстоятельство особенно важно в том частном случае, когда
"среда" искусственна, то есть, по сути является набором возможных
установочных позиций данного изделия "внутри" (или "в смычке с") иногда
совершенно неожиданных других изделий.
Здесь работа с альтернативами важна для отделов или служб
технической и технологической совместимости (см. об этом гл. 5. Управление
конфигурацией образца в процессе конструирования).
140 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Всё сказанное полностью соответствует указанию работы [И] о том,
что среда сама может иметь иерархически организованную сложную
структуру и должна внимательно учитываться при конструировании.
Обсуждённый способ пополнения файла данными о среде позволяет
"схватить" лишь необходимый минимум этой иерархичности и
альтернативности среды и остановиться на той понятийной границе, переход
которой означал бы переход к конструированию не данного образца, а
уже и его альтернативной среды.
Это не значит, что переход этот, как таковой, запрещён. Это значит
лишь, что существует иной стиль конструирования — "параллельное
конструирование образца и среды его реализации". Но этот очень сложный
стиль конструирования здесь обсуждаться не будет.
Иногда случается, что конструкция с замечательными
функциональными свойствами оказывается полностью неприемлемой на практике и не
идёт поэтому в серийное производство, то есть экономическая выгода от
её разработки йе извлекается и затраты представляют собой убыток.
При этом заключение о неприемлемости конструкции тщательно и
объективно аргументируют. Аргументы бывают самого разного характера, например:
нет возможности разместить производство на существующих агрегатных
заводах; необходимо слишком много новых сборочных инструментов и
автоматических или полуавтоматических сборочных линий; нужно переподготовить
слишком большой контингент рабочих, техников и даже инженеров; машина
не приспособлена к перевозке железнодорожным, морским или авиационным
транспортом, требует предварительной разборки, сложной упаковки; появились
новые машины, сводящие к нулю полезность данного образца (то есть он устарел
раньше выпуска со стапелей первого экземпляра машины) и т.д.
В каждом таком случае у лиц, принимающих решение о
неприемлемости конструкции, возникает мысль, что подобную аргументацию можно
было бы изыскать и применить ещё до начала разработки. Тогда бы и
убытков не было. Достаточно было бы учесть дополнительные данные,
существенные для выбора структуры замысла.
Но для этого надо было бы по смыслу связать их в одно целое в "кадре
внимания" конструкторов и вызывать таким образом, чтобы рассматривая
тот или иной блок, думая о его схемном решении, конструктор не мог не
увидеть и не подумать рано или поздно о:
— контактах блока со средой;
— заделе, имеющемся в промышленности для его производства;
2.14. Пополнение файла сведениями
— всех вариантах технологии производства;
— кадрах специалистов, которые будут в состоянии понимать изделие
и подготовить производство;
— превратностях существования образца от производства до
окончательной поломки
и т.д.
Могут возразить и сказать, что для "кадра внимания" одного
специалиста этого "многовато". Может быть так оно и есть, но тогда встаёт
дополнительный вопрос о том, как организовать "коллективный кадр
внимания" с разделением компетенции.
Обычно это делают последовательной проработкой замысла и
техдокументации конструктором, технологом, экономистом, представителем
заказчика и т.п. Однако в некоторых КБ поступают по-иному: на стадии эскизного
проектирования и за "кульманом" одновременно (в реальном времени, а не
последовательно) сидят сразу трое — конструктор, технолог, экономист
(иногда ещё и "коррозионщик", и специалист по испытаниям и надёжности).
В этом, казалось бы, излишественном "бригадном" методе исключается
всякая бросовая работа и уж, конечно, тут не начертят узлов и блоков,
которые "неизвестно, как собрать" или "неизвестно, как разобрать" при ремонте
или для утилизации или "неизвестно, как разместить в производстве".
Обратим внимание на то, что все обсуждаемые факторы находятся
вне рассматриваемого блока машины, хотя и привязаны к элементам его
строения и его функции. Это как бы внешние не главно-функциональные,
но важные элементы поведения блока или экземпляра машины в целом.
Получается "диалектическая" ситуация: чем больше мы обсуждаем
данную вещь, тем больше мы говорим о вещах, которые данной вещью не
являются. Происходит как бы отток внимания на "семантическую периферию".
Поэтому, обсуждая идею пополнения комбинаторного файла
ассоциированными по смыслу данными, мы приходим к идее стандартного принудительного
просмотра альтернатив. Заметим, что без понятия "комбинаторный файл"
сама конструктивная формулировка этой идеи была бы невозможной; она
воспринималась бы как желательная, но реально недостижимая.
Если же налажена процедура составления и пополнения
комбинаторного файла, то появляется семантическая основа для регламентированного,
скрупулёзного и неуклонного, неотвратимого просмотра всех факторов,
способных повлиять на состоятельность замысла будущей машины.
142 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Такой придирчивый просмотр особенно важен при конструировании
атомной техники, где практика дала много отрицательных и неожиданных
последствий неучёта "безобидных сочетаний, казалось бы, безобидных
факторов" [12]. Таких последствий, аварий и катастроф станет
существенно меньше при проведении регламентированных просмотров на базе
комбинаторного файла [13].
Дальнейшим развитием идеи регламентированного просмотра и
принудительного ознакомления с новейшими конструктивными решениями
является просмотр решений, принятых по замыслу, в целях обнаружения
в них слабых мест, невыгодных сторон, которые тут же предъявляются
конструкторам с тем, чтобы они попытались их либо исключить, либо
исправить. Такой просмотр решений обсуждается в четвёртой главе.
2.15. Некоторые итоги
Подведём итоги и сделаем некоторые выводы по поводу понятия
"комбинаторный файл" и тех возможностей, которые с ним связаны:
— комбинаторный файл достаточно хорошо отображает
комбинаторную природу научно-технических достижений (идей), их
загадочную способность вступать в различные сочетания и и образовывать
новые детали, узлы и блоки машин. Понятие "комбинат"
естественно уточняет и ограничивает комбинируемость изобретений,
вводя её в контекстуальные историко-технические рамки;
— для начала формирования комбинаторного файла на семейство
изделий достаточно тех традиционных сведений, которые содержатся
в научно-технических фирменных и публичных изданиях, какую
бы форму, доступность и периодичность они ни имели.
Требуются лишь владение некоторыми общеизвестными аналитическими
навыками и внимательное чтение документации. Но, конечно, важное
значение имеет простой показ в реальном времени того, как находить, извлекать,
оформлять в виде карточек "ветвящуюся информацию" первоисточников.
Кадры специалистов "старой информатики" владеют этими навыками:
— комбинаторный файл отражает то главное, что есть в любой
сфере технического творчества — иерархию выбора возможностей в
конструировании;
2.15. Некоторые итоги
— структура стандартного комбинаторного файла приспособлена для
расчётов специального вида, которые названы поэшелонными. По-
эшелонный расчёт позволяет за минимальное число шагов решать
задачи оптимизации с целевыми функциями специального вида,
например, аддитивными типа массы или стоимости.
Кроме того, имеется возможность вести сопряжённую оптимизацию,
когда выбор совершается алгоритмически, но всякий раз в ответ на
ограничения и выбор, "выставленные" конструктором "вручную", интуитивно:
— комбинаторный файл может быть пополнен данными о среде,
технологии изготовления и других объектах, процессах и отношениях,
существенных для конструирования;
— после пополнения комбинаторного файла всеми сведениями,
существенными для выбора замысла машины, и последующей его
детализации в ходе дальнейшего конструирования появляется
возможность всестороннего учёта факторов и принудительного
ознакомления с фондом альтернатив с тем, чтобы не допустить
конструирования катахрезных, деструктивных или
неэффективных образцов машин. Для этого комбинаторный файл должен
быть превращен в концептуальный стандарт — обязательный
набор альтернатив, который считается общепризнанным,
общеизвестным.
Таким образом, комбинаторный файл оказывается наиболее общей
базовой смысловой (семантической) структурой, которая явно или неявно,
но в любом случае фигурирует в процессе конструирования.
Анализ процессов и методов технического творчества необходимо
начинать именно с этого базового понятия. Оставить его вне внимания,
значит, пропустить главное — систематический взгляд на альтернативы
данной предметной области, задающие смысл всему остальному. Любой
практический разбор и рассмотрение также могут начинаться только с
построения комбинаторного файла на соответствующее семейство машин.
Масштаб сложности концептуально моделируемых семейств техники
несуществен при попытках строить комбинаторные файлы по их
предметной области. Можно собрать довольно большой объём сведений по
МГД-генераторам, и теми же методами и приёмами можно составить,
например, приводимый ниже файл на тепловыделяющие топливные
элементы ядерных реакторов — ТВЭЛы.
144 Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Комбинаторный файл на тепловыделяющие элементы
!.1. Ядерное топливо
!.2. Материал воспроизводства
!.3. Вторичное ядерное топливо
!.4. Несущая конструкция твэла
!.5. Теплоноситель
1. Ядерное топливо
1.!1. Форма активной компоненты
1.!2. Строение материала активной компоненты
1.13. Состав ядерного топлива
1.1. Форма активной компоненты
1.1.IA1. Блочок
1.1.IA2. Стержень
1.1.IA3. Кольцо
ША4. Труба
1.1.IA5. Пластина
1.1.IA6. Лента
1.1.IA7. Шарик
1.1.IA8. Призма
1.1.!А9. Мелкодисперсные частицы
1.1.IA10. Жидкая активная компонента
1.2. Строение материала активной компоненты
1.2.IA1. Однородное строение
1.2.IA2. Неоднородное строение
1.2.А1. Топливо однородного строения
1.2.А1.11. Агрегатное состояние
1.2.A1.I2. Вид материала
1.2.А1.2. Вид материала топлива однородного строения
1.2.A1.2.IA1. Металл
1.2.А1.2.1А2. Керамика
1.2.А2. Топливо неоднородного строения
1.2.A2.I1. Наполнитель, связующая компонента
1.2.A2.I2. Активная фаза топлива
1.2.А2.1. Наполнитель, связующая компонента
1.2.A2.1J1. Металл
1.2.A2.1.I2. Полимер
1.2.A2.1J3. Керамика
1.3. Состав ядерного топлива
1.3.!А1.Уран
1.3.IA2. Плутоний
1.3.IA3. Торий
2.15. Некоторые итоги
1.3.!А4. Сплав урана, плутония и тория
1.3.!А5. Карбиды урана, плутония и тория
1.3.!А6. Нитриды урана, плутония и тория
1.3.!А7. Окиси урана, плутония и тория
1.3.!А8. Интерметаллическое соединение урана и алюминия
2. Материал воспроизводства
2.IA1. Природный или обеднённый уран
2.IA2. Торий
2.!A3. Воспроизводство не предусмотрено
4. Несущая конструкция ТВЭЛа
4.11. Оболочка
4.!2. Концевые детали
4.!3. Держатель, стабилизатор твэла
4.1. Оболочка твэла
4.1.11. Материал оболочки
4.1.12. Тип контакта оболочки с активной компонентой
4.1.1. Материал оболочки
4.1.1.LA1. Алюминий
4.1.1. !А2. Сплавы магния с цирконием
4.1.1.IA3. Циркалой-2
4.1.1.IA4. Нержавеющая сталь
4.1.1.IA5. Никель
4.1.2. Тип контакта оболочки с активной компонентой
4.1.2.IA1. С зазором
4.1.2.!А2. С диффузионным сцеплением без контактного слоя
4.1.2.IA3. С твёрдым контактным слоем
4.1.2.LA4. С жидким контактным слоем
4.1.2JA5. С обжатием
4.3. Держатель, стабилизатор твэла
4.3.!А1. Графитовая втулка
4.3.!А2. Графитовый сердечник
4.3.IA3. Секционирующие металлические полосы
5. Теплоноситель
5.LA1. Углекислый газ
5.IA2. Вода
5.!A3. Жидкий натрий
5.1А4. Гелий
Глава вторая. Основная комбинаторная концепция
Список литературы
1. Эшби У.Р. Несколько замечаний. "Общая теория систем". М.:
Мир, 1966. С. 171-178.
2. Холян А., Элюким С. Формализация составления вариантов в
задачах конструирования. — Техническая эстетика, 1970, No 7,
с.3-5.
3. Zwicky F. Entdecken, Erfinden, Forschen im morphologischen
Weltbild. Munich-Zurich-Knaur, 1966.
4. Ландкоф В. Графические средства в различных проектировочных
ситуациях. — Техническая эстетика, No 6, с.13—16.
5. Капустян В.М., Махотенко Ю.А., Шеверов В.Г.
Комбинаторный метод проектирования и анализа систем — "КОМПАС".
Электронная техника, серия 9 — Автоматизированные системы
управления. Вып. 1A), 1972, с. 67—81.
6. Саймон Г. Наука об искусственном. Пер. с англ.М.: Мир, 1972.
7. F. Kesselring. Bewertung von Konstruktionen. Dusseldorf — 1951.;
8. Гатовский A.M. Экономические проблемы научно-технического
прогресса. М.: Наука, 1971.
9. Махлуп Ф. Производство и распространение знаний в США.
Пер. с англ. М., Прогресс, 1966.
10. Уварова Л.И. Научный прогресс и разработка технических
средств. Эволюция и современное состояние. М., Наука, 1973.
11. Никаноров СП. Системный анализ: этап развития методологии
решения проблем в США. Предисловие к книге Оптнера С.Л.
Системный анализ для решения деловых и промышленных
проблем. М.: Сов. радио, 1970, с. 5-49.
12. Петросянц A.M. Современные проблемы атомной науки и
техники. М.: Атомиздат, 1979.
13. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Пояса альтернатив как
иерархические уровни выбора в задачах конструирования. — Кибернетика,
1977, No 4, с. 7-13.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ.
КОМБИНАТОРНАЯ ПАМЯТЬ
3.1. Роль памяти
В настоящей главе рассмотрен механизм памяти, в котором
отсутствуют процессы информационного поиска, столь привычные и как будто
неизбежные в конструировании. В предлагаемой памяти поиск уступил
место вычислениям.
Машиностроение за относительно недолгий период своего бурного
развития накопило много прецедентов, которые невозможно
игнорировать, когда идёт конкретный процесс конструирования.
Эти прецеденты имеют двоякий характер, то есть их надо запоминать
по одной из двух причин: либо конструктивное решение было удачным
и его надо запомнить, чтобы применять вновь или по крайней мере не
изобрести вновь; либо решение было крайне неудачным — катахрезным,
то есть таким, что оно привело к убыткам, авариям, катастрофам и т.п.
— тогда надо его помнить, чтобы больше не применять, таким образом,
память фиксирует как положительный (прагматический), так и катахрез-
ный (отрицательный) опыт конструирования и применения машин.
Однако количество прецедентов быстро растёт, растёт число
конструкторских коллективов, которые заняты производством новых технических
решений. Становится трудным не только учёт опыта предыдущих решений,
но и само запоминание всего их множества.
Учёт прошлого опыта реализуется по двум алгоритмам: или
конструктор активно владеет событиями прошлого, то есть помнит о них в
ходе конструирования, или он вынужден после того, как сконструирует
нечто, просматривать архивы, например, проверяя решение на патентную
чистоту.
Оба алгоритма рассчитаны исключительно на внутренний механизм
ассоциаций, присущий мышлению инженера. Пока, к сожалению, не
148 Глава третья. Комбинаторная память
существует автономных устройств, которые были бы способны
отождествлять предъявленное решение со всем тем, что было раньше, или находить
с ним общие черты, устанавливать степень сходства.
Конструктор вынужден комментировать своё или чужое решение,
только усвоив целостные образы большой серии прошлых решений.
Информация в этом случае обязательно должна быть активирована в
сознании отдельного человека.
По мере того, как растёт архив решений, для его активации в пользу
сейчас протекающего процесса конструирования требуется всё больше
специалистов, которые делят между собой объём сведений, непосильный
для одиночек, то есть вынужденно прибегают к разделению труда.
Итак, чтобы сведения о прошлых решениях могли быть использованы
в конкретном процессе конструирования, они должны быть активированы,
то есть из неподвижного состояния в архиве перейти в подвижную форму
— должны быть мобилизованы.
Эта мобилизация всякий раз должна иметь иной характер по
содержанию в зависимости от состава проекта, которым заняты конструкторы.
В самом деле, мобилизации ведь подлежит лишь тот материал, который
хоть чем-то сходен, ассоциативен с обсуждаемым составом проекта.
Поэтому в зависимости от состава проекта будет мобилизована та или
иная, но всякий раз другая часть архивных данных. Это в сущности
очевидное утверждение приводит к следующему выводу: состав воспоминания
целиком определяется текущим составом проекта машины. Именно
содержательные признаки строения будущей, проектируемой машины служат
побуждением к вспоминанию, к мобилизации архивных прецедентов.
В силу сказанного нашей задачей является разработка внешнего по
отношению к сознанию конструкторов информационного механизма,
например компьютерного программного комплекса, который был бы
способен к выявлению сходства, сопричастности и взаимной полезности
(или вредности, катахрезности!) идей, активировал бы и предъявлял
конструкторам только те части архива решений, которые в данный момент
проектирования причастны к разрабатываемой конструкции машины.
Что значит вспомнить?
Вспомнить нечто, значит предъявить изображение (образ) и доказать,
что оно соответствует конкретному, имевшему место событию, таким об-
ЗА. Роль памяти
разом, мы должны при этом предъявить элементы по меньшей мере двух
видов: элементы изображения и элементы доказательства.
Обычно элементы изображений представлены более богатым
набором, а элементы доказательства — это большей частью удостоверяющая
подпись под изображением, его привязка к картине мира.
Например, на документальной фотографии запечатлена мизансцена
в какой-то момент времени, а подпись под ней, во-первых, именует
участников мизансцены ("слева направо"), а, во-вторых, — помогает
увязать состав изображения со всем тем, что не вошло (и не могло по
своей природе войти) в кадр, но в этот момент или перед этим имело место
(или предположительно будет иметь место после фотографирования) и
тем придаёт ему окончательный смысл.
При этом речь идёт, разумеется, не обязательно о натуральных
изображениях (вспомним хотя бы кадры аэрофотосъёмок). Сопоставления и увязки
фактов между собой особенно важны и наглядны в хронологии древнего мира.
В мире машиностроения, несмотря на относительную малость периодов
времени, необходимо применять все методы хронологии и фактографии.
Можно даже сказать, что эти методы, заимствуя их отовсюду, в
машиностроении надо насаждать. Будет только польза и польза немалая!
Чтобы эта задача была обозримо и автономно выполнимой, удобнее всего
ограничиться событиями, связанными исключительно только с процессом
развития конкретного семейства машин.
Общий процесс развития конкретного семейства машин — это цепь
событий самого разного масштаба от мельчайших усовершенствований
деталей и материалов до появления разнокачественных финишных
образцов машин и их экземпляров.
Конечно всякий раз наиболее значительным событием, венчающим
всё дело, становится факт реализации (в новой области применения!)
того или иного экземпляра машин данного образца, его серийный или
даже массовый выпуск, выгодная (или невыгодная!) эксплуатация в
экономической сфере.
Меньшими по масштабу, но не менее значительными являются факты
разработки и опробования отдельных крупных функциональных блоков
машин (стадия ОКР), менее значительны факты разработки
принципиально-альтернативных агрегатов узлов и блоков изделий, которые могут
иметь место не обязательно в рамках данного семейства.
150 Глава третья. Комбинаторная память
И в самом "низу" масштаба, как уже сказано, — факты разработки
новых конструкционных материалов, пригодных для выполнения деталей
машин данного семейства.
Назовём эту серию разномасштабных, разнозначимых, но логически
увязанных (под именем данного семейства) событий и фактов
исторической серией событий (ИСС) данного семейства машин.
Когда конструктор, формируя эскиз, делает выбор среди альтернатив,
после каждого акта выбора ЭВМ (ПТП) должна давать комментарий о
том, на какие из элементов исторической серии более всего похож, близок
к ним преобразуемый конструктором эскиз. При этом ПТП может
представить не обязательно один похожий элемент. Может быть представлен
и так называемый составной прототип.
Чтобы "уметь" делать такой комментарий, ЭВМ должна решать
задачу о прототипах после каждого шага преобразования эскиза.
Математический смысл этой задачи обсуждается в шестой главе. Всякий раз
прототипический комментарий состоит из имён конструкций (агрегатов,
узлов, блоков), наиболее полно "покрывающих своим строением тело
эскиза", фактографического "паспорта" и пояснительных данных, в которых
кратко резюмирован опыт применения данного прототипа.
Главная польза от такого комментария состоит в том, что, рассматривая
свой эскиз и ознакомившись с опытом применения "накрывающих" его
прототипов, конструктор может, зная поведение прототипов, силой своего
воображения как бы оживить эскиз и понять, как возможно поведёт себя
будущая конструкция или тот или иной блок.
Это можно квалифицировать как автоаналогию — частный случай
проведения аналогии между системами с целью получения
"гипотетически нового" знания через старое. Система (функция) как бы сверяется
со своим прошлым. Здесь для конструктора важны случаи мобилизации
катахрезного опыта в предупредительных целях.
Так или иначе, но процесс вспоминания отдельной "конструкции" из
исторической серии семейства является здесь центральным, поэтому далее обсудим
соответствующий механизм памяти: вспоминание и запоминание.
Парадокс калейдоскопа
Роль памяти, её работу часто представляют так: данные в виде
отдельных записей хранятся внутри памяти, время от времени их транспорти-
3.1. Роль памяти
руют к выходу из "хранилища" и предъявляют по требованию. Правда,
вопрос о таком требовании весьма туманен. В более или менее сложных
случаях в "информационно-поисковых системах" (ИПС) и базах данных
такие требования составлять никто толком не умеет.
Их тогда составляют наугад, по аналогии или в надежде на
тематическую ассоциацию, заключённую в силе языковых понятий. Гарантий
полноты поиска — никаких. Теорий "релевантности, толерантности и
пертинентности" весьма много, а толку мало.
Но лучше всех это обстоятельство в своём парадоксе выразил ещё
Платон: "Если ты знаешь то, что ищешь, то зачем ты ищешь? Если ты
на знаешь того, что ищешь, то как же ты найдёшь?"
В ИПС библиотечного типа погребено много такого, что периодически
будучи раскопано и оказавшись вдруг "злободневным" вызывает восторги
"наших мудрецов". А сколько навсегда обречено быть не раскопанным?!
В таких действующих ИПС на самом деле всегда при реализации
"поисковых предписаний" эксплуатируется интеллектуальный потенциал
обслуживающего персонала (опытного библиографа), который эксплуатирует не
каталоги, а собственную ментальную картину мира (и данной ИПС).
Итак, пусть память должна фиксировать образы как единицы
предъявления. Если память представляет собой хранилище, склад, то ясно, что
эти образы надо помещать в неё и извлекать из неё.
В этом случае становится правомерным такое понятие, как объём
памяти, и такая процедура, как ревизия памяти. Объём памяти всегда
можно выяснить, если провести ревизию хранилища, то есть извлечь и
сосчитать все находящиеся там образы.
При этих допущениях обычный детский калейдоскоп будет
опознан тем, кто не знает его устройства и принципа действия,
как запоминающее устройство бесконечного объёма.
Действительно, при каждом встряхивании калейдоскоп будет
изготовлять всё новые и новые образы, которые, однако, не являются
изображениями каких-то ранее бывших фактов (они изображают сами себя
как текущий факт — данное состояние калейдоскопа).
Устройство, родственное калейдоскопу, — фото-робот криминалистов
после некоторых ухищрений сможет показать число "лиц", на несколько
порядков превышающее число лиц, живших и живущих за всю историю
человечества.
152 Глава третья. Комбинаторная память
Многие будут опознаны, но как быть с остальными? Впрочем, здесь
важно лишь то, что фото-робот также не хранит в себе демонстрируемые
образы, как не хранит в себе ноктюрны, скажем, концертный рояль.
Отдаленную сходную апорию мы испытываем при мысли о том, что
ведь видимо и наши сны не хранятся в сознании, не запасены заранее,
а изготовляются подсознанием перед их "просмотром".
Фото-робот, калейдоскоп и осознание факта сновидений наталкивают
на мысль создать механизм памяти, в котором при вспоминании главным
является процесс построения нужного образа, а не процесс поиска в
"хранилище" готового образа.
Подытожим.
Процесс запоминания-вспоминания можно осуществлять двумя при*
нципиально различными способами.
1. Запоминая, записывать образ вместе с доказательством его смысла
и реальности в обособленную отдельную область носителя данных запись.
Запоминая ряды образов, создавать массивы записей. Вспоминая, искать
в массивах и извлекать образ, навсегда связанный с доказательством его
реальности и предъявлять наблюдателю-заказчику.
2. Запоминая, проанализировать состав образа, разложить на
элементы и запомнить только те новые из них, которые пришли с данным образом.
Не создавать никаких массивов записей, а создавать что-то, содержащее
материал для возможного восстановления любого запомненного образа, и
доказательства фактов предъявления образа с данной структурой.
Отдельно хранить понятийные паспорта как "неизбежность".
Вспоминая, отправляясь от структурного факта "выращивать" образ из элементов,
присовокуплять к нему "паспорт" и предъявлять наблюдателю-заказчику
эту готовую компоновку.
Есть подозрение, что при одинаково хорошей постановке дела
заказчик-наблюдатель не сможет различить, каким из этих способов обслужили
его "поисковое предписание".
Однако привычные понятия-метафоры "библиотека" и "склад",
"хранилище", "банк", "база" и т.п. — довлеют над программистами и породили
стойкий, претендующий на безальтернативный абсолют, — взгляд на память
исключительно как на "склад данных", "базу данных", "банк данных".
Смысл один, хотя в названиях эксплуатируются вроде как разные
метафоры.
3.1. Роль памяти
В результате при таком одностороннем подходе настоящие глубинные
свойства памяти маскируют, подменяют их неоправданно зауженными, а то
и вовсе чуждыми памяти (привнесёнными) "складскими" заменителями.
Так с конструированием этого одностороннего типа памяти связывают
большое число проблем "информационного поиска", свойственных больше
складам и складированию, а не собственно явлению памяти и процессам
запоминания-вспоминания.
Это обстоятельство, видимо, и заставило Ст. Бира высказать
следующее резкое суждение: "...я, право, не переношу..., когда память
представляют себе так, будто нечто засовывают в ящик до
востребования или как свёрток сдают в камеру хранения". [1]
Между тем для аналогового представления явления памяти можно с
успехом использовать и другой в такой же степени привычный рассудочный
образ — образ заводского сборочного цеха. Тогда перед организаторами
памяти (программистами) предстанут совсем другие свойства и связанные
с ними преимущества, вытекающие из этого подхода.
Следует специально отметить, что высказанная мысль и
проведённая новая аналогия на самом деле не являются чем-то совершенно
новым. Подробное обсуждение устройства и особенностей
функционирования памяти-цеха было проведено А. Бергсоном ещё в конце
XIX века [2].
При этом утверждалось, что память человека устроена именно таким
образом и для обоснования гипотезы были привлечены обширные
материалы различных психологических экспериментов из нейропсихологии,
психопатологии и психиатрии.
На практике, в тех областях, где идея памяти-склада с очевидностью
не реализуема, производственная необходимость заставляет переходить
к процедурам памяти-цеха. Не во всех таких случаях это ярко выражено.
Можно упомянуть два наиболее показательных примера.
1. В фенологии и биологической систематике, в таксономическом
анализе [6], имеющих дело с громадными совокупностями слабо различимых
друг от друга объектов, сделаны попытки накапливать и запоминать лишь
признаки всего семейства объектов (обычно помещаемые в определители
видов и подвидов), а к имени объекта (латинскому названию) подходить,
отвечая на серию вопросов о наличии/отсутствии того или иного признака
у отловленного экземпляра (например, насекомого).
Глава третья. Комбинаторная память
Если в результате цепочки таких "вычислений" конкретное имя
получить не удалось, значит, отловлен представитель нового
вида/подвида/трибы... В этих науках продолжаются исследования, направленные
на построение целостных вычислимых моделей отдельных видов, родов,
классов, семейств, одним словом, — "образцов" растительного и
животного мира — так называемых "таксонов".
2. В практике чертёжного хозяйства постепенно установилась
ситуация, при которой из-за дефицита помещений отказались от хранения всей
совокупности чертежей по всему гомологическому ряду типовых проектов
зданий, сооружений, машин и т.п. Вместо этого по мере возникновения
потребности, набор чертежей по данному типовому проекту воссоздают
заново, пользуясь техникой копирования и системой методов плоскостного
макетирования:
— фотомоделей,
— чертежей-заготовок,
— аппликаций,
— наклеек,
— магнитных (прозрачных) темплетов и т.п. [7].
Мы видим, что идея памяти-цеха не столь уж парадоксальна и
эксплуатируется в жизни, хотя и в зачаточной, не всегда осознаваемой форме.
Кинематика памяти
Принятие решений, и особенно решений в создании техники, по своей
сущности есть процесс информационный, связанный со вспоминанием и
полезным учётом большого числа прошлых событий, которые могут быть
мобилизованы только механизмом памяти.
Однако в теории принятия решений понятие "память" до сих пор
остаётся попутным: память признают как реальность, о ней говорят, когда
обсуждают модели принятия решений, но в конечном итоге память как
математический операнд в модели принятия решений не вводят.
Итак, говоря всюду о феномене памяти, с ней, по сути, обходятся
как с эпифеноменом — «обездвиженной информацией». Для сравнения и
усугубления можно представить себе, как выглядела бы, например,
классическая механика, если бы понятие "энергия" оставили умозрительным
и не ввели бы его в состав уравнений движения.
3.1. Роль памяти
На практике память как объект со сложной структурой и
специфическим самопроизвольным откликом играет в принятии решений
исключительную роль. Эта роль ничуть не меньше, чем той, что выпала на долю
силы, энергии и мощности в управлении механическим движением.
В связи с этим настоятельно необходимо моделировать «движения»,
состояния и структуры, внутренне присущие памяти, обсуждать
механизмы преобразования этих структур в процессе работы активных и
адаптивных систем, принимающих решения.
Кинематика памяти как чувствительной системы не должна оставаться
вне рассмотрения и должна занять своё достойное место в «уравнениях»
информатики.
Обсуждение памяти ведь нельзя сводить только к рассмотрению
"массивов данных", особенностей их организации на физических
носителях и трудностей "информационного поиска" — нами же и созданных
при создании "больших хранилищ".
Когда память воспринимает содержательно новое сообщение,
изменяются её абсолютная структура и, что более важно, полный набор
возможных откликов памяти на последующие воздействия.
Если память представлять только как неподвижный массив записей без
свойств их подвижности, смысловой связности и логической целостности, то
получается своеобразная "недо-память". Действительно, при приёме нового
сообщения в ней добавляется одна запись, то есть меняется её наполнение:
на носителе заполняется часть поля, которая до этого была свободной.
Факты, записанные в такой памяти, лишены возможности
взаимодействовать друг с другом. Они соединяются в осмысленные фрагменты
лишь под воздействием внешних поисковых предписаний, когда некто
произведёт информационный поиск.
В такой памяти добавление новой записи не изменяет набора откликов
памяти, а точнее, память, в которой надо сначала искать, сама вообще не
способна на отклик.
В силу сказанного особое внимание необходимо обратить на такие
механизмы памяти, которые не были бы связаны с хранением
обособленных образов и с поиском в хранилищах.
Объём материала по исторической серии событий любого, даже
небольшого, семейства машин таков, что просто невозможно использование
"складских" информационных систем для разумно-оперативного обслужи-
Глава третья. Комбинаторная память
вания процессов конструирования в реальном масштабе времени. Образно
говоря, у складских систем всегда будет слишком медленная реакция.
Однако сама идея памяти, в которой нет массивов обособленных
"искомых" образов и нет информационного поиска, кажется нереальной.
Тем не менее, такая специализированная память реализуема для семейства
объектов, которые имеют много общих признаков.
Этому, в частности, и соответствует любое семейство технических
систем конкретного назначения, в котором признаки организованы в
комбинаторный файл. И вполне естественно, что именно комбинаторный
файл выбран в качестве основы механизма памяти. В силу этого память
названа комбинаторной.
3,2, Как работает комбинаторная память
В основу комбинаторной памяти положено, в сущности, три идеи. Две
из них хорошо известны: естественная нумерация объектов натурального
множества [3] и строковое представление массивов попарно различных
чисел [4]. Третья идея касается обобщения понятий "система счисления" и
"фигура числа". Последняя, в привычных нам системах счисления, обычно
выглядит как поразрядная строка цифр.
В рассматриваемом случае фигура числа обобщена до так называемого
дерева цифр. Дерево цифр трактуется как порядковое число, значение
которого, если надо, всегда легко выяснить, переведя его, например, в
обычную десятичную систему счисления.
Десятичная система и другие, нам привычные, имеют одно основание.
Но известны полиадические системы со многими основаниями. Система
счисления, имеющая много оснований и древовидные фигуры чисел,
названа нами обобщённо-полиадической системой счисления.
Эта система служит для превращения древовидных структур
признаков (через их индексы узлов) в древовидные числа как таковые с
последующим переводом их, например, в десятичные.
И наоборот, можно взять десятичное число, перевести его в
древовидное число, рассмотреть соответствующую структуру признаков и,
возможно, усмотреть в ней некий смысл. Но смысл гарантирован, если
попалось число, соответствующее реально запомненной конструкции.
3.1. Роль памяти
Итак, соединение упомянутых идей позволяет построить
совершенно новый и необычный механизм памяти, в котором удаётся избежать,
казалось бы, неизбежного — создания массивы и, конечно, связанного с
ними пресловутого информационного поиска.
Запоминающая система (а не массив!) с этим механизмом не является
хранилищем по-объектных записей, поэтому массивов нет и, как
следствие, — нет самой основы для процессов какого бы то ни было поиска чего
бы то ни было в этой памяти.
Она просто запоминает, просто вспоминает, но ничего при этом не
ищет. Не ищет места, откуда взять вспоминаемое, и не ищет места, куда
записать запоминаемое. Эта память не объёмна, как бы "не
пространственна'*. В целом механизм памяти состоит в следующем.
Все признаки и градации признаков, которые могут встретиться хотя
бы в двух объектах запоминаемой совокупности, объединены в структуре
комбинаторного файла, где признаки и градации признаков
пронумерованы, в силу чего набор признаков объекта (описанных понятиями и
символами) выступает также как дерево номеров. Множеству запоминаемых
объектов соответствует некий мыслимый массив таких деревьев.
Каждое дерево номеров рассматривается как фигуру некоторого
порядкового числа в обобщённо-полиадической системе счисления и
получают его значение в десятичной системе. Так получается десятичный
естественный номер данного объекта.
Множеству объектов, таким образом, будет соответствовать массив
естественных номеров этих объектов. Но массив номеров, как таковой,
тоже не создают.
Вместо него берут так называемую запоминающую строку битов,
первоначально сплошь заполненную нулями. (На самом деле то, что
будет сделано, можно трактовать как "финишный" переход в самую
тривиальную позиционную систему счисления с основанием — 1.) В эту
строку, в соответствии с v-ым номеров запоминаемого дерева, в v-ый по
счёту бит от начала строки засылают битовую единицу, чем и завершается
запоминание признаков данного объекта.
В конечном итоге в запоминающей строке можно будет обнаружить
столько битовых единиц, сколько объектов было предъявлено для
запоминания. Каждый объект запомнен как своеобразная битовая точка,
находящаяся на строке на вполне определённом расстоянии от её начала.
158 Глава третья. Комбинаторная память
Это расстояние равно номеру объекта. Ясно, что каждый номер (а
значит и весь массив номеров) можно восстановить, "измерив" и
распечатав расстояния всех битовых единиц от начала строки.
Для вспоминания отдельного объекта (его дерева признаков)
предусмотрена процедура, которая по положению битовой единицы в строке
"узнаёт" её номер — v, затем переводит десятичную величину — v — в
древовидную величину в обобщённо-полиадической системе счисления.
При этом дерево цифр выделяет на комбинаторном файле как на
своеобразном табло дерево индексов и связанные с ними понятийные и
знаковые расшифровки признаков v-ro объекта. Восстановив так дерево
признаков объекта, необходимо добавить к нему в качестве поясняющей
"подписи" так называемый фактографический паспорт объекта.
Фактографический паспорт, по определению, содержит понятийно-
знаковые описания только тех признаков, которые свойственны одному
лишь данному объекту и никакому другому. Поэтому такие признаки
и не включены в комбинаторный файл (их не с чем комбинировать, нет
смысла комбинировать).
Паспорта объектов находятся в отдельном упорядоченном списке Р
(это как бы остаточный массив, но мы увидим, что в нём тоже не надо
ничего искать). Принцип упорядочения паспортов следующий.
Паспортов столько, сколько запомнено конструкций и, следовательно,
сколько единиц наблюдается в запоминающей битовой строке. Первый
паспорт в Р относится к первой по счёту ("слева") битовой единице,
второй — ко второй и т.д.
Взяв конкретную единицу в строке битов, можно определить две величины:
Za и Z6, где Za — номер объекта (расстояние от начала строки), a Z6 — зна-
ченние на счётчике, который запоминал при "скольжении" вдоль строки битов
(когда мерилось "расстояние"), сколько встретилось битовых единиц.
Следовательно, Z6 — это порядковый номер данной единицы в цепочке
единиц от начала строки. Естественно, что под этим номером в Р должен
находиться соответствующий паспорт. Паспорт и извлекается из Р как
по ключу методом прямого доступа.
Заключительный акт процедуры вспоминания состоит в том, что
призначный портрет (дерево) объекта связывают с содержимым его
паспорта. Это и выглядит как снабжение рисунка подписью.
3.2. Как работает комбинаторная память
Ясно, что, рассматривая этот финишный результат вспоминания,
конечный пользователь не будет иметь поводов интересоваться, каким
путём этот образ получен — поиском в катакомбах хранилища или чисто
вычислительным процессом.
Но мы-то видим, что здесь процесс поиска устранён полностью и
заменён на вычисления. Последствия этого механизма памяти нам
предстоит ещё осознать во всей полноте.
Как видно, информационный поиск не применяется ни в процедуре
запоминания, ни в процедуре вспоминания. Вместо него всюду выступают
вычисления. Таковы общие черты нового механизма памяти.
Естественная нумерация
Чтобы получить цифровые представления множеств и решать задачи,
работая не с наборами объектов, а с наборами чисел, элементы множеств
обычно нумеруют натуральными числами. Однако эта нумерация во
многом произвольна и лишь иногда обеспечивается (или диктуется)
спецификой задачи. Возникает вопрос, не может ли совокупность родственных
объектов, независимо от существа решаемых задач, сама по себе быть
источником натуральной нумерации, диктуемой характером сходства
объектов, самой физической природой совокупности.
Идеальный пример в этом смысле даёт нумерация химических
элементов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.
Если в каждой конкретной совокупности объектов превратить
отдельные признаки объектов в своеобразные разряды системы счисления,
а конкретные свойства объектов (фиксированные градации признаков)
— в "цифры" в этих разрядах, то всякий объект за набором свойств будет
как бы скрывать определённое натуральное число — только ему присущий
номер в естественной системе. И наоборот, по номеру всегда можно будет
воссоздать набор свойств соответствующего объекта.
Комбинаторная мощность
Любая вершина в пирамидальной форме комбинаторного файла
выделяет ("под собой") некоторый комбинаторный подфайл. Эта вершина
является для него корневой вершиной.
160 Глава третья. Комбинаторная память
Введём по сути главную числовую характеристику комбинаторного
файла — его мощность. Мощность комбинаторного файла — это число
различных попарно различных безальтернативных деревьев, которые
можно выделить из файла.
Такая характеристика правомерна и для комбинаторных подфайлов,
что позволяет приписывать значение комбинаторной мощности не
только подфайлу в целом, но и его корневой вершине. Таким образом, всем
вершинам в комбинаторном файле будут формально приписаны значения
комбинаторных мощностей. Висячим вершинам а нижнего уровня
естественно по определению приписать очевидное значение т(а) = 1.
В любом эшелоне между значениями т(а) для корневой вершины
отдельного куста и значениями ш(а..) для вершин его кроны существует
простое соотношение
\? C.1)
где а.. — j-я альтернатива i-й серии в кроне куста; l(i) — число
альтернатив в i-й серии; N — число линеек альтернатив в кроне куста.
Это соотношение и положено в основу простого поэшелонного расчёта
значений комбинаторной мощности для всех вершин файла. Расчёт состоит
в следующем.
В каждом кусте нижнего Q-ro эшелона вершинам кроны присваивают
очевидные значения т(а) = 1, поэтому появляется возможность провести
расчёт по формуле C.1) и приписать полученные значения мощностей
корневым вершинам всех этих кустов.
В результате появляются исходные данные для для аналогичного
расчёта по формуле 3.1 в непосредственно верхлежащем (Q-I)-m эшелоне.
Расчёт в (Q-I)-m эшелоне даст данные для расчёта в (Q-2)-m эшелоне,
и так вплоть до расчёта в единственном кусте первого эшелона.
Для примера и пояснения укажем, что расчёт комбинаторной мощности
файла, показанного на рис. 2.13, во втором (нижнем) эшелоне даёт во всех
кустах т(а) = 12, а в единственном кусте 1-го эшелона — 1728.
Далее мы этот условный комбинаторный файл используем всюду для
простых иллюстраций идеи наряду со сложным также иллюстративным примером,
связанным с реальным файлом на способы сварки металлов (стр.***).
3.2. Как работает комбинаторная память
161
Значения комбинаторной мощности, полученные таким образом,
используют затем для построения в каждом кусте своей
локально-полиадической системы счисления.
Обобщённо-полиадическая система счисления
Некоторую конфигурацию цифр можно трактовать как обозначение
количества лишь в рамках строго определённой системы счисления. Это
значит, что должно быть известно, как интерпретировать начертание и
положение каждого символа внутри конфигурации.
Должны быть указаны старшинство цифровых символов, неразрывные
интервалы значений цифр, которые могут появиться именно в данной
ячейке конфигурации, а для каждой ячейки также — оператор, определяющий
её вклад в общее значение числа.
Эти требования кажутся вычурными и излишними для тех, кто
воспринимает десятичную позиционную систему счисления как нечто очевидное.
Однако существует большое разнообразие других, в частности и
непозиционных, систем счисления, для которых эти требования весьма актуальны.
Стоит, для примера, задуматься о процедуре сравнения двух,
казалось бы, равных интервалов времени в "три года, два месяца, семь дней,
одиннадцать часов, 30 минут", один из которых начинается в 00 часов 13
января 1837 года, а второй в 23.00 24 июня 2026 года.
'
х73+
х7°+
\*.
Рис. 3.1. Древовидные структуры чисел
Достаточно также вспомнить о римской непозиционной символике,
которая довольно трудна для чтения, не говоря уже о вычислениях в ней.
Существуют также различные специальные системы счисления с
симметричной и несимметричной базой, системы счисления со смешанными
Глава третья. Комбинаторная память
и даже комплексными основаниями, модулярные системы счисления,
системы счисления в остаточных классах и т.п. [4].
Однако всех их объединяет одно общее свойство — возможность
сравнительного изучения путём неотвратимого перевода величин чисел
из одной системы счисления в другую.
Конечно, наиболее удобно пользоваться десятичной позиционной
системой счисления, чтобы понимать и обсуждать остальные. Так в
семеричной системе счисления
A313O = 1Х73 + ЗХ72 + 1Х71 + 3X7° = E00I0,
что удобно показать в виде конфигурации пересчёта (рис.3.1,а). В
римской непозиционной системе счисления
(XIX)R = A9I0,
а конфигурация перевода из римской в десятичную показана на
рис.3.1,б.
Эти конфигурации пересчёта наводят на простую мысль: усматривать
число (и схему перевода) не только за двухуровневыми древовидными
"деревьями цифр", но и за многоуровневыми "деревьями цифр".
Ведь именно такие "фигуры чисел" получаются после остановки
скользящих стрелок в комбинаторном файле и выделении дерева признаков (а
значит и дерева "цифр") того или иного объекта.
Систему счисления, в которой фигуры чисел суть деревья цифр, а
дуги помечены операторами над цифрами и числами, сводящими всю
конфигурацию к количественному значению в десятичной системе
счисления, будем называть "обобщённо-полиадической системой счисления"
(ОПСС). Но сначала обсудим простые позиционные полиадические
системы счисления.
Полиадическая позиционная система счисления
В полиадической позиционной системе счисления с каждым i-м
разрядом связан свой интервал изменения возрастающих на единицу
цифр, "показывающихся" в этом разряде, — 0,1, 2 ... L t, то есть длина
интервала цифр равна Ц, а вес Ак к-го разряда равен произведению длин
интервалов всех предшествующих ему разрядов, то есть
А = LtL2L3L4... Lk2Lkl
При этом вес самого младшего разряда Ао = 1, по определению.
3.2. Как работает комбинаторная память
163
Полиадические системы широко распространены в быту и обычно
считаются неудобными, хотя ими продолжают пользоваться, например
такое число как "две недели, три дня, пять часов и десять минут", изоб-
разимо как 2.3.5.10, но придётся помнить, сравнивая попарно подобные
числа, о диапазонах "цифр"и о весах разрядов E2,7,24,60) и A0 080,
1440, 60,1). В таблице 3.1. приведены все характеристики полиадических
систем счисления.
Таблица 3.1. Характеристики полиадической системы счисления
Номер
разряда
п
...
i
• ••
2
1
0
Значение
цифры
а
п
...
«i
...
«2
«1
ао
Интервал
изменения цифр
в разряде
L
п
...
Ц
...
Ц
ц
Lo
Весовой
коэффициент
цифры
А
п
• ••
<"
...
\
А1
А0
Значение веосого
коэффициента
...
ч,
1
Примечания:
1. Число по значениям цифр в разрядах определяют по формуле:
;=о
2. Рекуррентное определение значений цифр в разрядах по значению
v и весам разрядов А производят по формуле:
ct,.=
Таким образом, полиадические системы счисления — это позиционные
системы со многими, "нанизывающимися" друг на друга основаниями, и
Глава третья. Комбинаторная память
разными от разряда к разряду диапазонами изменения цифр. Достаточно
положить все основания равными друг другу и дать конкретное значение,
например, 2, 4, 8,10 и мы естественно получим формулы для двоичной,
четверичной, восьмеричной и десятичной систем счисления.
Выбирающая функция
Чтобы проводить расчёт, манипулировать с деревьями цифр,
необходимо иметь способ выделения дерева признаков на комбинаторном
файле. Это требуется как перед переработкой дерева в номер, так и после
разворачивания номера в дерево. Для выделения дерева на комбинаторном
файле воспользуемся понятием выбирающей функции.
В каждом кусте файла на множестве вершин его кроны введём
логические функции Р. Если значение Р..= 1, то это значит, что в i-й серии
выбрана j-я альтернатива. Если в кусте не выбрана ни одна альтернатива,
то все Р равны нулю.
Совокупность конкретных значений Pij в данном кусте будем называть
локальной выбирающей функцией. Фиксированный в данный момент
(процесса выбора) набор локальных выбирающих функций, по одной в
каждом кусте, будем называть глобальной выбирающей функцией или
просто выбирающей функцией.
Заметим, что благодаря наличию в каждой линейке фиктивной
альтернативы "не выбрано ничего" как локальные, так и глобальная функция
существуют (заданы для операций алгоритма) всегда, даже до начала выбора.
Любому дереву признаков однозначно соответствует его выбирающая
функция, выделяющая его на файле, поэтому выработать десятичный
номер дерева значит, по сути дела, вычислить его, пользуясь значениями
выбирающей функции и функционалом комбинаторной мощности т(а).
Восстановить же, развернуть дерево из его номера значит
восстановить его выбирающую функцию, исходя из номера дерева и комбинаторной
мощности ш(а).
Выработка номера дерева
Выработка десятичного номера дерева, то есть перевод "дерева цифр" (в
обобщённо-полиадической системе) в многозначное десятичное число,
происходит в поэшелонном расчёте с предачей данных в комбинаторном файле
снизу вверх и выглядит как многоэтапная "подстрижка" этого дерева.
32. Как работает комбинаторная память
Данные о целом, то есть о дереве (его кроне) поступают от его
составных частей и однозначно перерабатываются, после чего эти части можно
как бы отбросить. Число этапов "подстрижки" равно числу уровней
нумеруемого дерева. Данные стекаются от мелких ветвей ко всё более
крупным в направлении к корню дерева. Весь процесс состоит из
многократно повторяемой типовой процедуры поочерёдного расчёта в отдельном
кусте комбинаторного файла. От куста к кусту в расчёте меняются только
исходные параметры (число и длины альтернативных линеек куста и
переданные в них значения гп(а) из низлежащих расчётов).
Результат расчёта в любом кусте k-го эшелона есть единственная
величина, так называемая добавка v^k4\ которая приписьюается корню куста.
Основу для расчёта в кусте k-го эшелона составляют:
— комбинаторные мощности m(k)(a.) вершин кроны куста;
— значения выбирающей функции Рк(а..), указывающей, какие
именно из вершин данного куста входят в данное дерево;
— значения добавок i/Ч, вычисленные в низлежащем (к+1)-м
эшелоне расчёта и приписанные тем вершинам а.., для которых Р.. = 1.
Таким образом, при расчёте в каждом кусте имеет место сжатие
структурных данных, так что векторные характеристики m(a..), v(k>, Pk(a.)
перерабатываются в единственную скалярную величину
N
q=0
где
а, =
j=o
у=0 7=1
то есть число с цифрами {а.} в локально-полиадической системе
счисления данного куста так, как показано в примечании 1 к таблице 3.1.
Проведя последовательный расчёт во всех эшелонах с N-ro по
первый, получим номер дерева i/*->. который при расчёте в верхнем кусте был
приписан корневой вершине aQ.
Глава третья. Комбинаторная память
Восстановление дерева по номеру
Восстановление дерева по номеру или же перевод номера из
десятичной системы к его "древовидной форме" в обобщённо-полиадической
системе счисления происходит также в поэщелонном расчёте, но теперь уже
с передачей данных в обратном направлении — сверху вниз. Этот процесс
выглядит как поэтапное "выращивание" искомого дерева. Это выглядит
вдвойне естественно, так как сначала надо восстановить основные ветви,
а затем "вырастить" на них всё более тонкие детали данного дерева.
При этом типовой расчётной процедурой тоже является обработка данных
в отдельном кусте. На выходе расчёт в любом кусте (к+1)-го эшелона даёт:
— значения выбирающей функции Рк+?., показывающие, какие из
вершин кроны данного куста надо включить в выращиваемое
дерево;
— значения остатков v(k+1^, от переработки номера, приписанных тем
вершинам крону, для которых было вычислено Рк+! = 1.
Эти остатки подлежат дальнейшей переработке в кустах низлежащего
(к+2) эшелона.
Основу для вычислений в кусте (к+1)-го эшелона составляют значения
комбинаторной мощности т(а.) для вершин кроны куста и значения остатка v(k+1)..,
приписанное корню данного куста при расчёте в верхлежащем k-м эшелоне.
Таким образом, при расчёте в каждом кусте наблюдается своеобразное
ветвление или развёрстка данных, когда скалярная величина v(k+1?.9
однозначно перерабатывается в пару векторных характеристик Рк+.1 и v(k+1L
На рис. 3.2 дана структурная схема алгоритма, который производит
однозначный выбор альтернатив в сериях альтернатив кроны куста, исходя
из элементов строения куста, значений комбинаторной мощности вершин
и значения остатка vk.
Этот алгоритм даёт обратную процедуру по отношению к той, что
используется при нумерации дерева. В нём использованы формулы из
примечаний 2 к табл. 3.1, определяющие значения цифр числа в
полиадической системе счисления по значениям десятичной системе счисления.
В качестве оснований в локальной полиадической системе счисления
выступают величины
м /о*:
7=0
32. Как работает комбинаторная память
167
Проводя расчёт последовательно во всех эшелонах комбинаторного
файла от первого до N-ro , получают глобальную выбирающую функцию
Р, которая и выделяет на файле структуру дерева, закодированного ранее
номером и.
Плотное строковое представление массива номеров
Массив попарно различных целых чисел выглядит в строковом
представлении как строка битов, в которой число v запомнено таким
образом, что просто в и-й байт от начала этой строки внесено значение 1
бит. Поэтому в строке столько битовых единиц, сколько чисел имеется в
запомненном так массиве.
Длина запоминающей строки больше или равна величине наибольшего
из чисел массива. Когда речь идёт о запоминании массива "цифровых
деревьев", то есть обобщённо-полиадических чисел, то обнаруживается
неожиданное свойство этого строкового представления массива.
Подчеркнём его специально: независимо от числа ветвей и числа уровней
дерева факт его предъявления запоминается всегда с помощью одного
бита и расстояния этого бита от начала строки.
Нет
1 *
,fl*\ = (А-1)
Рис. 3.2. Алгоритм выбора альтернатив при построении дерева по номеру
168 Глава третья. Комбинаторная память
Если потребуется ещё больше сжать строковое представление, то это
можно будет сделать, лишь "сжимая" вторую из названных компонент в
способе запоминания, то есть искать более экономные способы
представления расстояния бита от начала строки, ибо сам этот бит далее "сжимать"
уже невозможно.
После запоминания массива в строке могут встретиться длинные
незаполненные отрезки, сплошь состоящие из битовых нулей.
Выбросив их, можно существенно сократить длину строки, но тогда придётся
запоминать все факты таких сокращений. Сокращённую строку назовём
плотной строкой. Для запоминания фактов сокращений применим список
сокращений {x.,D.}. Здесь (хо, Do) показывает, что при работе счётчика,
который считает подряд проходимые битовые ячейки, после х -го бита
плотной строки надо "накинуть" на счётчик D выброшенных нулей. Эта
идея была описана в работе [3].
Фактографический паспорт
Свяжем с плотным строковым представлением два счётчика z6m и z .
Первый счётчик считает все биты подряд независимо от их значения,
внося коррективы из списка сокращений, второй же счётчик считает
только встреченные вдоль строки единицы.
На его показания, естественно, список сокращений не влияет. Счётчик
г6ит даёт десятичный номер дерева для его восстановления, а счётчик гед
даёт номер для извлечения так называемого фактографического паспорта
восстановленного дерева.
Фактографический паспорт — это сумма данных, которые не вошли
по данному объекту в список признаков в комбинаторном файле в силу
их уникальности, так как характеризуют действительно индивидуальные
свойства данного объекта.
В рассмотренном далее примере запоминания способов сварки
металлов в фактографический паспорт могут входить:
— фамилия изобретателя,
— организация-патентовладелец,
— название патента, даты заявки, выдачи, выкладки и т.п.
Построенному дереву признаков паспорт придаёт индивидуальную
конкретность точно так же, как пояснительная подпись превращает
фотографию из "просто изображения" в факт.
32, Как работает комбинаторная память 169
Следующие ниже примеры запоминания деревьев и восстановления
их по номеру преследуют несколько целей. Но первая из них — желание
избавить читателя от впечатления излишней сложности и "пляски
индексов" в описанных выше алгоритмах. Это было сделано из элементарных
соображений строгости изложения. Она уместна до поры до времени.
На самом деле все развиваемые идеи, по сути, арифметически просты.
Чтобы в этом убедиться, надо "попробовать" их на конкретном материале,
конкретных примерах. Перейдём к этим примерам.
3.3. Пример запоминания
Пусть надо запомнить множество известных способов сварки
металлов, и комбинаторный файл на признаки способов составлен. Пусть он
такой как показано ниже.
1 Способы сварки металлов
Металл первой из соединяемых частей
2. чугун
3. сталь
4. алюминий
5. медь
Металл второй из соединяемых частей
6. чугун
7. сталь
8. алюминий
9. медь
Толщина соединяемой части
10. малая (фольга)
11. средняя (лист)
12. большая ("литьё")
Форма зоны соединения
13. точка
14. заклёпка
15. шов
16. встык
17. внахлёст
18. кольцевой
19. объёмное соединение
170 Глава третья. Комбинаторная память
20. заварка дефекта изделия
21. наварка сработанной части изделия
22. плоская поверхность соединения
Агрегатное состояние металлов в момент соединения:
23. расплавленное состояние
24. твёрдое состояние вблизи предела текучести
Элементы внешней среды, контактирующие с зоной соединения:
25. вакуум
26. воздух
27. вода
Защита зоны соединения от воздействия среды:
28. создание инертной газовой среды
29. обдув зоны соединения
30. помещение в камеру с инертной газовой средой, состав:
31. аргон
32. углекислый газ
33.водород
34. защита путём погружения зоны соединения во флюс
35. защита не требуется
Подготовительный разогрев зоны соединения
36. не применяется
37. разогрев в печи
Подготовительное сдавливание деталей в зоне соединения
38. сдавливание валками
39. сдавливание простым сближением частей (оснастка)
Завершающий процесс соединения
40. диффузное взаимопроникновение
41. под действием ковки (кузнечная сварка)
42. в результате прессования
43. в прокатке
44. под действием взрывной волны
45. под действием ультразвука
46. сплавление, процесс получения тепла плавления:
47. в экзотермической химической реакции
48. реакция горения
49. термитная реакция
50. коррускативная детонация
Компоненты реакции:
окислитель:
51. кислород
52. порошок углерода
33. Пример запоминания
53. окись железа
горючее:
54. водород
55. метан
56. ацетилен
57. пропан
58. бензол
59. бензин
60. керосин
61. порошок алюминия
62. порошок титана
63.плавление световым лучом,
способ концентрации излучения:
64. с помощью зеркал
65. с помощью линз
66. с помощью распределительной голограммы
источник излучения:
67. солнце
68. оптический квантовый генератор
69. индуктор (индукционное плавление)
70. плавление электрической дугой
ток:
фазовая характеристика:
71. однофазный
72. многофазный
частотная характеристика
73. постоянный ток
74. ток промышленной частоты
75. ток повышенной частоты
76. ток высокой частоты
электроды
77. плавящийся
78. неплавящийся
возбуждение дуги
79. коротким замыканием
80. токами высокой частоты
81. предварительным нагревом электродов
82. плавление металла пучком электронов
83. плавление электротоком на сопротивлении контакта
84. плавление плазменной струёй
85. плавление трением.
Глава третья. Комбинаторная память
В графическом представлении файла (рис. 3.3) номер альтернативы в
списковой структуре повторён на левой грани соответствующего кубика
на рисунке. На верхних гранях кубиков проставлены значения
комбинаторной мощности. На скользящих стрелках указаны суммы
комбинаторных мощностей вдоль серий альтернатив. Эти суммы соответствуют
диапазонам изменения цифр L 4i 0 в разрядах локальных полиадических
систем счисления.
Комбинаторный файл имеет три эшелона: первый состоит из одного
куста с корневой вершиной 1; второй — из кустов с корневыми вершинами
47, 63.70. Серии альтернатив помечены малыми латинскими буквами
для ссылок в тексте. Данный файл даёт 10 690 560 различных деревьев
признаков. Надо запомнить те из них, которым соответствуют, например,
запатентованные способы электросварки. Возьмём два описания
изобретений и переработаем их, получив два номера. Проследим конкретно, как
это делается. Кроме того, восстановим по взятому наугад номеру 10 031
480 описание способа сварки и рассмотрим его осуществимость.
Следует заметить, что далее текст удручающе скучен. Но иначе
невозможно изложить идею. В её истинности приходится убеждаться шаг за
шагом путём проверки вычислений. В утешение можно сказать следующее.
После того, как идея становится прозрачно ясной, даже начинающему
программисту не составляет труда написать соответствующие программы
для ЭВМ, оттестировать их и в дальнейшем "доверяться им, не вникая в
архитектуру конкретных расчётов", как мы доверяем обычному
калькулятору. Поэтому на ближайшие три страницы следует набраться терпения.
Способ 1. Сварка листа меди и листа стали в двухслойный лист в
воздушной среде без предварительного разогрева и специальной защиты
поверхности соединения путём их сближения и диффузного
взаимопроникновения металлов под действием взрыва.
Анализ текста комбинаторного файла, где для простоты изложения
данного текста пронумерованы только вершины альтернативы (причём
сквозной нумерацией!), позволяет по этому описанию выделить
альтернативы 3, 9,11, 22, 24,26, 35,36, 39, 40, 44. Для поэшелонных расчётов
выделим из перечисленных альтернатив кусты 40 и 1.
Расчёт в кусте 40 тривиален, так как его крона состоит из одной только
линейки р. Позиция 44 в р эквивалентна цифре 3. Эта цифра (и число)
и передаётся в корень куста 40.
3.3. Пример запоминания
173
Для отображения данных в кусте 1 используем таблицу 3.2. В ней
буквами а—к обозначены разряды полиадической системы счисления,
локализованной в кусте 1.
Верхние индексы — номера деревьев. Чтобы определить число в
десятичной системе, достаточно сложить произведения вдоль трёх последних
столбцов таблицы.
Определим цифры первого дерева. В разрядах 1а, Ь, с, е, f, h, i решение
очевидно: первая позиция в каждой линейке соответствует цифре 0. В
разряде Id 0 позиция 22 эквивалентна цифре 7 = 1+1+3+2. В разряде lg
позиция 35 эквивалентна цифре 7 = 6+1+0. В разряд Ik 0 ставим цифру
3, которая была передана после расчёта в кусте 40. Проводя свёртку
ос] Д , получаем Nt = 5 117 633.
Рис. 3.3. Графическое представление комбинаторного файла на способы
варки
Таблица 3.2. Стадии расчета номеров деревьев
Характе-
ристка
полиадической
системы
Ц
А
а<'>
аB)
а<3>
Аа<«
Аа<2>
Аа"»
Разряд полиадической системы
а
4
2672640
1
0
3
2672640
0
8017920
Ь
4
668160
3
0
3
2004480
0
2004480
с
3
222720
1
2
0
222720
445440
0
d
8
27840
7
5
0
194880
139200
0
е
2
13920
1
0
0
13920
0
0
f
3
4640
1
1
1
4640
4640
4640
g
8
580
7
6
7
4060
3480
4060
h
2
290
1
1
1
290
290
290
i
N)
145
0
0
0
0
0
0
k
145
1
3
83
90
3
83
90
N
—
—
—
—
—
5117633
593133
10031480
3.3. Пример запоминания
175
Способ 2. Устранение пустотного дефекта чугунного литья путём
заплавления на воздухе с помощью коррускативного заряда из титана и
углерода, имеющего присадку чугунного порошка, с погружением зоны
соединения во флюс без её предварительного разогрева.
В результате анализа текста выделяем альтернативы 2, 6,12,19, 20,
23,26, 34,36,39,46,47,50,52, 62 и для поэшелонного расчёта кусты
47, 46,19,1. Расчёт в кусте 47 отображён в матрице
47 г s t
v = 9X8 + 3X2 + 1X1 = 79
Добавку Я) передаём в корень куста 47. Расчёт в кусте 46 тривиален и
в корень 46 передаём ту же добавку 79. Результирующая цифра в разряде
к равна 5 + 79 — 1 = 83. Позиция 20 эквивалентна цифре 0, поэтому в
корень куста 19 передаём добавку 0. Позиция 19 трактуется теперь как 1
+ 1 + 3 = 5, она записана в разряд куста 1. Цифры разрядов а, Ь, с, е, f,
h, i в кусте 1 очевидны: в разряде к — цифра 83, и в разряде d — цифра 5.
ц
А
а.
9
9
8
3
3
2
3
1
1
Свёртка
даёт N2 = 593133.
Восстановление
Восстановим дерево, которое имеет наугад взятый номер (не
выходящий, естественно, за пределы комбинаторной мощности файла)
— 10 031 480. Первый эшелон расчёта проходит в кусте 1. Напомним,
что восстановление дерева происходит в направлении сверху вниз. Делим
исходный номер последовательно на веса разрядов:
10 031480
8 017 920
2013 560
2 004 480
9080
2
3
3
672 640
668160
222 720
...ь
176
Глава третья. Комбинаторная память
0
9 080
0
9 080
0
9080
4 640
4 440
4 060
380
290
90
0
90
0
0
0
1
7
1
0
27 840
13 920
4 640
580
290
145
... с
...d
... е
...f
•••8
...h
... i
...к
Исходя из полученных цифр, определим в каждой линейке, каким
позициям и формулировкам они соответствуют. В линейках а, Ь, с, d, e, f,
h, i это, очевидно, 5, 9, 10, 13, 23, 26, 39, 36 соответственно; в линейке
g — позиция 35. На ней остановимся, вычитая значения комбинаторной
мощности предыдущих позиций из цифры 7: 7—6—1. В линейке к цифра
90 после вычитания 4 приводит в интервал позиции 46 с остатком 86. В
кусте 46 расчёт тривиален и указывает на корень куста 63 при остатке 5.
В кусте 63 получаем
L
А
ос.
и
3
2
2
V
2
1
1
5
4
1
2
2
1
1
^ 33. Пример запоминания 1JL
Это соответствует позициям 55 и 68.
Выпишем теперь все полученные путём разворачивающих вычислений
вершины комбинаторного файла вместе с их смысловым содержанием:
5,9 — металл соединяемых частей — медь;
10 — соединяемые части — фольга;
13 — форма зоны соединения — точка;
23 — металл в момент соединения расплавлен;
26 — сварка на воздухе;
35 — без специальной защиты зоны сварки;
36 — без предварительного подогрева;
39 — при сближении частей;
46 — сплавление световым лучом;
67 — оптического квантового генератора;
66 — распределяемого голограммой.
Этот текст имеет вполне осмысленный характер, он может быть легко
истолкован конструктором и соответствует одному из запатентованных
способов сварки межсоединений в многослойных печатных платах.
Плотное строковое представление массива этих трёх деревьев
выглядит так:
Номера битов 123456789
Значения битов 01001001000000
Массив сокращений, сделанных при уплотнении строки битов:
Номер бита
Приращен, на Z^
1
593132
2
4524497
5
4913844
Список паспортов, разумеется, условный, может выглядеть так:
патент 411 222 (США), Смит, Хьюлет-Паккард, 1947 г.;
патент 100 002 (ФРГ), Шмидт, Сименс-Гальски, 1970 г.;
патент 333 444 (США), Коваль, Дженерал электрик, 1943 г.
Глава третья. Комбинаторная память
3.4. Некоторые выводы
Чтобы запомнить историческую серию машин данного семейства,
достаточно превратить соответствующий комбинаторный файл в основу
памяти следующего специального вида.
— память основана не на поиске, а на заменяющих его процессах
вычисления. При запоминании дерева признаков машины
вырабатываются номера по его структуре, наложенной на комбинаторный
файл. При вспоминании дерева признаков происходит его
воспроизведение из номера этого дерева.
— благодаря тому, что поиск как процесс отсутствует, появляется
возможность говорить о памяти как системе с активным откликом,
реагирующей на информационное воздействие. Главным понятием
становится кинетика памяти — вычислительный процесс, который
реализуется при запоминании и вспоминании.
Эта память совершенно нового типа несёт с собой и новые возможности для
совершенствования автоматизированного проектирования новой техники.
Список литературы
1. Бир С. На пути к кибернетическому предприятию. — В кн.:
Принципы самоорганизации. Пер. с англ. М.: Мир, 1966. С. 125.
2. Бергсон А. Материя и память. — Собр. соч. СПб., Изд-во
Семёнова, 1914, т. 2.
3. Любищев А.А. К логике систематики. — В кн.: Проблемы
эволюции. Новосибирск, 1972, т.2.
4. Акушский И.Я., Юдицкий В.Н. О комбинаторном подходе к идее
сжатия информации. В кн.: Цифровая вычислительная техника и
программирование. М.: Сов. радио, 1971, вып.6, с.5—17.
5. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Пер. с англ.
Т. 2. Получисленные алгоритмы. М.: Мир, 1977.
6. Смирнов Е.С. Таксономический анализ. М.: Изд-во МГУ, 1969.
7. Алфёров А.В. Механизация и автоматизация проектно-конструк-
торских работ. М.: Изд-во "Энергия", 1973.
ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ.
РОЛЬ АЛЬТЕРНАТИВ В
ТВОРЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
4.1. Работа с альтернативами в инженерной графике
Синхронный демонстратор образов
Два композитора, вместе сочиняющие один опус, находятся в гораздо
более выгодном положении, чем два конструктора, сообща
разрабатывающие одну конструкцию. В самом деле, удачный музыкальный образ
абстрактен уже по самой своей природе и сразу легко демонстрируется,
скажем, на фортепьяно.
Конструкторы же лишены возможности немедленно демонстрировать
возникшую мысль. Аналог фортепиано, предназначенный для набора
образов конструкций синхронно с воображением проектировщика
отсутствует. Следовательно, налицо большой разрыв между способностью понять
готовый чертёж, предъявленный другим конструктором, и возможностью
самому немедленно графически показать ответную мысль.
Термин "синхронный демонстратор образов" предложен СП. Ника-
норовым ещё в 1970 году. Отсутствие такого демонстратора подчёркивает
более объёмный факт — асимметрию между возможностями перцепции
(восприятия) и экспрессии (демонстрации, сенсации в старом смысле
слова), который, возможно, составляет своеобразное "проклятие"
человеческого рода.
Синхронный демонстратор образов до сих пор не создан даже в
черновом, "нулевом" приближении. Разрыв между возможностью посмотреть
и возможностью показать образ стойко сохраняется. Был бы сделан
значительный шаг вперёд в создании такого демонстратора, если бы
конструкторы могли обмениваться фрагментарными, грубо выполненными,
пусть даже наскоро состыкованными, но всё же понятными рисунками,
№0 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
набираемыми из заранее заготовленных частей-темплетов, именно в тот
момент, когда это оперативно потребуется.
Ведь, рисуя наброски, конструкторы бывают не слишком
требовательными. Лишь бы другому понятно было. Они готовы поступиться
изяществом рисунка ради увеличения скорости графической
коммуникации. В конце концов, остановившись на удачном варианте, они могут
закрепить изображение, отредактировать, убрать вручную графические
"заусеницы" и дорисовать оставшиеся два-три процента изображения.
Практика показывает, что при фиксированном семействе технических
систем в чертежах и рисунках устройств повторяются очень многие
детали, а часто даже целые блоки и функциональные подсистемы [1]. Эти
повторяющиеся фрагменты тем не менее немногочисленны.
Управление графической "мозаикой"
Если бы удалось систематизировать все повторяющиеся графические
фрагменты и научиться быстро выбирать и отправлять их на визуальное
поле, то получился бы своеобразный геометрический калейдоскоп,
демонстрирующий блочную чертёжную мозаику. При этом можно представить
себе управление мозаикой через некоторый клавишный и акустический
пульт. Принципиально возможен и словесный ввод данных по компоновке
чертежа (подробнее об этом сказано в Главе 6.)
Вопрос о том, как управлять изобразительным запасом графической
мозаики после того, как систематизирован состав базовых элементов,
оказывается тривиальным. Гораздо более сложен вопрос графической
систематики наборов этих элементов.
Задачу перечисления базовых наборов геометрических элементов нельзя
ставить и решать в общем виде, так как в этой постановке она, по-видимому
неразрешима. Задача должна быть существенно сужена, например,
ограничена изображениями для одного конкретного семейства техники. В этом
случае графическая мозаика будет обозрима и вполне управляема.
Устройство, которое из-за своей комбинаторной сущности родственно
калейдоскопу (и фото-роботу криминалистов) и способно демонстрировать
не бесконечное, но очень большое число составных изображений машин
данного семейства, можно создать на базе комбинаторного файла.
Это будет своеобразный иерархический многоуровневый
калейдоскоп, способный из заданных элементов сначала породить любую схему
4.1. Работа с альтернативами в инженерной графике
компоновки изделия, затем оснастить её агрегатами и узлами, после чего
начинить узлы деталями и элементами их сопряжения до заданной степени
подробности. Идея фрактальности просто напрашивается.
В таком демонстраторе файл будет играть роль спискового понятийного
остова, на котором в несколько уровней размещены различные альтернативные
наборы графических элементов — визуальных признаков строения изделий.
Роль уровней при этом, естественно, будет закреплена за поясами
альтернатив, которые в файле являются иерархическими уровнями
выбора при формировании конструкции. "Снимая" с этого остова по одной
из графических альтернатив в каждой их группе, можно будет получать
исходный материал для "мозаики" и одновременно, — что весьма важно,
— сами правила компоновки этого материала, закреплённые в понятиях
(концептуальный уровень формы: см. систематику гл.1).
Так могут быть построены изображения любого из уже имеющихся,
а также — возможных образцов изделия.
В тех же случаях, когда у замысла, который хотят показать на
демонстраторе, есть прототипы, картина может быть скомпонована гораздо
быстрее, если назвать имена прототипов, взять их совместное графическое
представление, а затем, при необходимости поправить и дополнить его.
Пользуясь именами прототипов, можно составить словесное
описание, которое будет автоматически переведено в графический образ. Для
этого надо иметь память, которая порождает по имени
конструкционного решения все его геометрические признаки. В действительности это
утверждение эквивалентно требованию пополнить комбинаторный файл
элементами графики.
Чтобы выполнить это требование, необходимо провести системный
анализ средств инженерной графики, в том числе, — электронной.
Алгоритм построения дерева признаков по имени прототипа
обсуждается в заключительной главе, хотя в контексте данной главы он кажется
невероятным и неосуществимым.
Уровни графической абстракции
Язык инженерной графики одновременно выполняет много функций,
две из них: коммуникативная и креативная. Выполняя первую, язык с
помощью элементов графики помогает конструкторам обмениваться
"графическими высказываниями", понимать идеи замысла.
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
При выполнении второй функции графика служит средством фиксации
нового, только что изобретённого конструктором, помогает удерживать
зачастую ускользающий умственный образ идеи и поэтапно развивать его,
наращивая сложность. Средствами графики конструктор в творческом процессе
как бы поддерживает свою собственную идею, куммулирует ряд идей.
И в рамках коммуникативной функции, и в рамках креативной
(творческой) функции происходит работа с понятиями и графическими
понятиями, причём большая часть этой работы (на "финише") состоит
в процедурах абстракции-конкретизации образов. Изображения могут
быть объективными, символическими и абстрактными.
Например, принципиальная схема дозиметрического прибора — это его
абстрактный образ, монтажная схема — символический образ, а набор
многоплановых фотографий прибора — образ наиболее близкий к
"поверхностному" объективному. Трудно сказать, какой из них полезнее и полнее.
На самом же деле число уровней абстракции-конкретизации в каждом
отдельном случае своё и всегда больше трёх перечисленных. Существует
непрерывная шкала уровней графической абстракции-обобщения,
постепенно переходящих друг в друга.
Конкретный объект, конечно, является самым лучшим
"поверхностным" изображением самого себя, но от него мало пользы. Инженерная
графика даёт нечто большее, так как сильно "замешана на понятиях", а
не на сходствах. Фотографию рассматривают, а чертёж читают.
Любое графическое изображение объекта всегда условно и имеет
объём информации о нём либо меньше, чем мог бы представить сам объект
при его всестороннем неразрушающем исследовании, либо значительно
больше, когда показывают, например, то, что нельзя увидеть, глядя на
объект (условная прозрачность объекта, наложение друг на друга его
конфигураций в разных состояниях, "взорванный" вид и т.п.).
Язык инженерной графики выработан в ходе короткой, но бурной
эволюции. Пока не все его изобразительные средства одинаково развиты
и стандартизованы. Более того, вследствие бурного прогресса техники
постоянно изменяются и форсированно развиваются сами эти средства.
Язык инженерной графики — чрезвычайно сложная знаковая система.
Конструкторы используют конкретный знаковый материал при
конструировании машин и почти не могут обойтись без графического
конструирования. Недаром обиходными стали такие слова, как графическая интуиция,
пространственное мышление и т.п.
4.1. Работа с альтернативами в инженерной графике 183
В ходе графического конструирования решаются следующие
коммуникативные задачи показа [2]:
— внешнего вида,
— структуры,
— организации,
— движения,
— системы,
— процесса,
— размера,
— количества,
— тенденции,
— деления,
— места,
— расположения,
— положения.
При этом графические средства в случае конкретного семейства
техники окажутся распределёнными по поясам альтернатив. Самые абстрактные
графические элементы придётся связать с первым поясом альтернатив.
Символические элементы и средства надо связать со средней группой
поясов альтернатив.
Объективные "поверхностные" изображения и их элементы следует,
очевидно, разместить на последнем поясе альтернатив, так как в нём
будут показаны конкретные элементы и детали с конкретной формой, не
подлежащей дальнейшему уточнению.
Поскольку в данном случае трудно прибегнуть к конкретной
иллюстрации на комбинаторной файле, то предположим, что систематика проведена,
графические средства распределены, и можно обозреть общие контуры
процесса преобразования умственного графического образа, приводящего
в конечном итоге к созданию сборочных чертежей на изделие.
Пусть выбор сделан только в первом поясе альтернатив. Первым
абстрактным символом будет знак абстрактного пустого множества,
который, например, может соответствовать следующему:
— ёмкость для хранения окислителя в блоке мобилизации энергии в
МГД-генераторе, когда применён пороховой заряд;
— материал воспроизводства в ТВЭЛе, когда это воспроизводство
не предусмотрено, и т.п.
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Очевидно, что этот символ, вернее связанная с ним ситуация, может
появиться и на нижележащих поясах, когда речь пойдёт о выборе
структуры того или иного комплектующего блока, имеющего определённое
самостоятельное значение в машиностроении. В этом смысле процедуры
и пояса альтернатив графического языка обладают некоторой степенью
рекуррентности. Другие символы первого пояса показывают
функциональные блоки устройства в топологическом взаимоотношении, то есть задают
общие черты схемы функционирования или то, что называют "принципом"
действия. Наглядные символы появляются на нижележащих поясах.
Следующий пояс альтернатив связан с геометрией взаимного положения.
Например, в МГД-генераторе с пред-ионизатором рабочего тела электродная
система и дуга могут быть параллельными потоку или перпендикулярны ему,
в силовом блоке генератора с индукционным приёмником мощности могут
быть различные схемы соединения индивидуальных приёмников и т.д.
В этом поясе сосредоточены сведения о схемах компоновки изделия в
целом, однако выбор в нём ещё далеко не полностью определяет формы
агрегатов и узлов, хотя уже накладываются иногда очень сильные
ограничения на последующий выбор элементов формы. Изобразительные
средства этого пояса также имеют рекуррентный характер и могут
появляться многократно на нижележащих поясах.
Большая группа поясов альтернатив объединена понятием
"символическое изображение". К ним относятся прежде всего средства избирательной
фокусировки внимания конструктора, читающего чертёж: всевозможные
разрезы, сечения, вырывы, частичные разборки изделия и т.п., чтобы
были видны элементы внутреннего строения. Удельный вес символических
средств весьма высок (часто выше объёма элементов реальных
изображений), и только это позволяет эффективно читать изображения в целом.
Элементы действительного изображения начинают появляться в поясах
альтернатив лишь тогда, когда в формировании умственного образа
начинают учитывать относительные размеры блоков технической системы, когда
используют диметрию, кабинетную проекцию, аксонометрию и различные
виды перспективных изображений для создания образа машины.
Средства для передачи сведений о движении
В языке инженерной графики предусмотрены высказывания для
показа возможных движений на неподвижно чертёжном изображении.
4.1. Работа с альтернативами в инженерной графике 185
Обычно прибегают к серии последовательных промежуточных положений
объекта или к стрелкам с буквенными и текстовым пояснениями.
Сложные процессы показывают с помощью большого числа стрелок,
некоторых соотношениях между стрелками и пояснениями. В качестве
примера можно вспомнить сетевые графики, диаграммы Ганта и другие
стрелочные конструкции. Анализ имеющейся литературы заставляет
сделать вывод о том, что символ стрелки и "линии одинаковых
значений" — изоамплитуд, изофаз, изохрон и т.п. или серии промежуточных
положений являются основными элементами в любом высказывании о
процессе или движении.
Очень много может дать мультипликация, если её сделать
оперативной. Конструктор в этом случае мог бы задавать лишь входное и конечное
положения контактных пар механизма и уравнение движения, а ЭВМ
создавала бы ленту кадров на один период работы механизма или на
часть этого периода, выделенную начальным и конечным кадрами. Такая
совместная работа ЭВМ и конструктора технически давно обеспечена на
современном уровне электронной графики.
Задержки в распространении оперативной мультипликации
объясняется тремя причинами: во-первых, системы электронной графики
с "широким кадром" пока слишком дороги, во-вторых, их применение
затруднено отсутствием данных системного анализа графических средств
по конкретным семействам техники. А отсюда и в-третьих: либо создают
бесперспективные "универсальные" системы машиностроительной
графики, либо весь пафос уходит в создание "узкокадровых" электронных игр,
где царит произвол и отсутствует понятие о группах движений, но зато
"всё легко". Это явления временные.
Таким образом, в настоящее время удержание образа сложного движения
всё ещё остаётся прерогативой конструктора и выполняется интуитивно.
Вообразив сложное движение, которого ещё не было, конструктор испытывает
большие затруднения в попытках передать представление о нём коллегам.
Этот контраст между способностью вообразить, оживить чертёж силой
своей мысли и возможностью показать задуманное является по-видимому,
основным тормозом для роста производительности труда конструкторов
и проектировщиков.
Отметим ещё раз, что задача создания оперативной мультипликации в
рамках демонстратора образов будет облегчена тем, что семейство машин,
№6 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
движение отдельных образцов которого надо демонстрировать, будет
чётко определено и разграничено с другими семействами.
Итоги
Точка зрения на машиностроительный чертёж, эскиз или рисунок
как на мозаику из типовых элементов не является новой. В работах [3,4]
предложен метод кодирования, хранения и расчётно-алгоритмического
преобразования чертежей в ЭВМ и приведены результаты
статистического анализа машиностроительных чертежей по частоте встречаемости
в них типовых геометрических элементов (ТГЭ). Это стало
возможным благодаря тому, что множество ТГЭ хоть и велико, но конечно.
Принимая ТГЭ за так называемые семантические "атомы" чертёжной
мозаики, авторы синтезируют на их базе семантические связки более
высоких "молекулярных" уровней — изображения простых узлов и
механизмов машин. Это даёт предпосылки создания языков типа ГРАС
(графический ассемблер).
Для того, чтобы этот плодотворный подход был продолжен, следует
расширить число уровней синтеза изображений. Отправной точкой в
каждом конкретном случае должен быть комбинаторный файл на конкретное
семейство технических систем. Дело в том, что нет машиностроительной
графики "вообще", а есть графика по отдельным семействам техники.
Поэтому в каждом конкретном случае будет различным и число
абстрактно-обобщённо-графических уровней. Для несложных систем будет
достаточно двух-трёх уровней, для особо сложных — несколько десятков
уровней графического обобщения-детализации.
Не следует полагать, что работа по графической систематике
конкретного семейства систем может быть проделана однажды раз и навсегда. По
мере изобретения новых образцов будет пополняться и банк графических
средств. Поэтому работа должна носить постоянный характер, должна
быть обеспечена системой машиностроительных стандартов и стандартных
организационных процедур.
Исследования по машиностроительной графической мозаике
базируются на прочной теоретической основе. В книге [5] систематизированы
законы графической композиции, основанные на алгебре Грассмана. В
классической работе [6] дан наиболее широкий, в том числе формаль-
4.1. Работа с альтернативами в инженерной графике 187
ный, обзор законов графической композиции и обсуждена роль образа
в творчестве. В работе [7] исследована роль образа в различных
проектировочных ситуациях. В книге [2] систематизирован язык графической
коммуникации для передачи смысла технических идей.
Развлекательная и научно-популярная мультипликация создали
большой задел по приёмам показа, хотя и не работают в реальном масштабе
времени. Место и роль графики в разработке технических средств в
историческом плане показаны в книге [8]. Созданы первые операционные системы
для ЭВМ, включающие комплекс графических языков и средств.
Сказанное позволяет сделать следующие выводы.
Пояса альтернатив в комбинаторном файле данного конкретного
семейства являются основой и предпосылкой распределения
изобразительных средств инженерной графики, которые можно встретить в чертёжной
документации по данному семейству.
После того как стратификация средств графики проведена, появляется
возможность сопровождать процесс выбора конструкции параллельным
формирование графического образа. При наличии соответствующей
техники образ можно преобразовывать синхронно с работой
воображения конструктора. Сначала этот образ "абстрактен" (обобщен), но от
уровня к уровню он будет всё более конкретизироваться, пока не станет
объективным изображением конструкции, в которой "сошлись в единстве
множество определений".
Особенно важно полностью и правильно распределить по поясам
альтернатив изобразительные и операционные средства, ответственные
за передачу впечатления о движении, о процессах в машинах.
Наблюдается явный рекуррентный перенос некоторых абстрактных
и символических знаков с вышележащих поясов альтернатив на ниже
лежащие. Это свидетельствует о том, что в будущем алгоритмическом
языке графической коммуникации между конструктором и ЭВМ (на
самом деле — между конструкторами, или конструктора с самим собой)
должно содержаться некоторое подмножество, относительно автономное
и инвариантное от семейства к семейству.
При разработке математического обеспечения синхронного
демонстратора образов в первую очередь должны быть рассмотрены упомянутое
инвариантное подмножество и средства оперативной мультипликации.
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
4.2. Работа с альтернативами при выборе цели и при
снятии образца с производства
На всех фазах жизненного цикла образца, как уже говорилось, идёт
интенсивная работа с альтернативами. Это альтернативы по признакам
строения машины, по технологиям производства, по режимам и средам
эксплуатации машин. Названные области выбора альтернатив взаимно
согласованы и сильно предопределяют друг друга.
Естественно полагать, что на фазах целеобразования (разработки
замысла) и снятия образца с производства тоже должна идти работа с
альтернативами. Поскольку на этих фазах рассматриваются, как минимум,
два образца — устаревший и предполагаемый ( в форме цели и замысла),
то несомненно, что работа с альтернативами на этих фазах имеет много
общего, а точнее — они неразделимы. И обе фазы должны работать с
идентичным набором альтернатив — комбинаторным файлом на данное
семейство машин.
Техническая проблема
Основанием к разработке нового образца машины обычно служит
некоторая техническая проблема. Когда эту проблему сначала замечают как
ряд симптомов некоторого противоречия (не обязательно — технического),
а затем исследуют более детально, то говорят, что раскрыта структура
проблемной ситуации. Эта структура обычно составляется в терминах
физических величин как некоторая картина неблагополучия. Чаще всего
это неблагополучие связывают с элементами поведения экземпляров
морально устаревшего образца машины.
На основании технической проблемы и её структуры формулируют
цель конструирования на фазе целеобразования. Каждый элемент
структуры проблемы — это указание на некоторые конкретные потери
эффективности при работе машин. Те, кто выбирает цель, по существу должны
выбрать некоторый набор каналов потерь и чётко сформулировать, до
какой степени должны сократиться эти потери в экземплярах машин
желаемого образца (либо они должны быть перекрыты полностью).
Полный набор каналов потерь является, в сущности, набором
альтернатив — своеобразных тематик целей, среди которых выбирают те, на
которые будут отпущены средства. Этот набор альтернатив уточняется и
4.2. Работа с альтернативами при выборе цели ?
пополняется всякий раз, когда устаревшие образцы проходят фазу снятия
с производства, и затем используется при выборе целей и при разработке
замысла будущей машины.
Именно здесь происходит смысловое замыкание фаз разработки
в кольцевую структуру, которую поэтому и называют "жизненным
циклом образца".
Отметим, что обсуждаемый набор альтернатив по семантике коренным
образом отличается от наборов альтернатив, с которыми идёт работа на
остальных фазах жизненного цикла образца.
Фаза целбобразования
Если проследить процесс порождения формулировки конкретной
цели, то можно обнаружить следующее. В самом начале процесса, которое
обозначим А, формулировка бывает нечёткой и слабо аргументированной,
её значимость весьма приблизительна. Не ясно, каких затрат потребует
реализация цели. Но чем более широкий круг специалистов
"согласовательно" вовлекается в сферу оценки эффекта от реализации, тем более
чёткой и развёрнутой становится формулировка и вспомогательное
документальное оформление цели, определяется стоимость и ожидаемый
эффект. Обозначим окончание такой оценки В.
Качественный переход А—В есть процесс. И если в начале его мало
кто знал истинное значение обсуждаемой цели, а в конце процесса все
"согласователи" это знают, то процесс А-В явно инновативный, то есть
является процессом выработки нового знания.
Таким образом, на фазе целобразования вырабатывается новое знание,
не менее значительное, чем то, которое будет выработано в ходе
предметных экспериментов на последующих фазах цикла. В большинстве отраслей
машиностроения фаза целеобразования сложна и слабо стандартизована.
Знания же, выработанные на этой фазе, бывают субъективны.
Фаза целеобразования давно стала предметом исследования, но
большинство методик и моделей касаются только второй (нисходящей) подфазы, то
есть действий по разворачиванию генеральной цели, и считается, что она уже
сформулирована, как бы задана со стороны. Восходящая же (первая) подфаза,
именно на которой в результате работы с альтернативами только и зарождаются
принципиально разные формулировки будущей генеральной цели, процедурно
не обеспечена и не стала предметом массовых исследований.
190 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Тематическая полнота
Рассмотрим тот период, когда формулировка цели ещё расплывчата и
приближённа. Специалисты только начинают работу по её всестороннему
осмысливанию путём мысленного же экспериментирования.
Смысловой объект — своеобразную предварительную цель —
правомерно назвать темой цели. Конечная формулировка генеральной цели
развивается от начальной темы этой цели. Приняв такую точку зрения,
можно задать вопрос: откуда берутся формулировки самих тем целей?
Действительно, если из тем целей "вырастают" сами цели, то обзор тем и
выбор одной из них оказывается ещё более значительным, определяющим для
последующего утверждения решения о финансировании именно данной цели.
Не следует ли в таком случае допустить к отбору на восходящей
подфазе целеобразования всё множество мыслимых тем целей (тематик),
сформулировать все цели, чтобы в конечном итоге вложить отпущенные
(ограниченные!) средства в наиболее приемлемые и выгодные из них?
Но тогда вновь возникает вопрос: как осуществить полное перечисление
всех мыслимых тем целей (или классов этих тем)? И все они ведь будут
темами "целей развития" систем данного семейства.
Предположительно можно сказать, что методика, обеспечивающая
тематическую полноту перечисления, должна работать со всеми
существенными физически измеримыми факторами, определяющими
существование машин данного семейства. Это естественно трактовать как идею
физической системности, всестороннего охвата при анализе.
В методике, претендующей на системность, не должна
игнорироваться физическая специфика экземпляров и образцов анализируемого
семейства техники. Более того, физический критерий должен быть таким,
чтобы можно было количественно сравнивать качественно разнородные
факторы (СП. Никаноров).
Чтобы ещё раз подчеркнуть актуальность обсуждаемой методики,
вспомним те вопросы, которые невольно возникают у каждого инженера,
когда он знакомится с формулировкой конкретной цели:
— Почему именно такая цель?
— Как сформулировать ещё хотя бы одну эквивалентную по эффекту
цель, но качественно отличную от этой?
— Как проводилось сравнение множества эквивалентных целей и
проводилось ли?
4.2. Работа с альтернативами при выборе цели ^
— По какому критерию к финансированию выбрана данная цель?
— Не конвенциональна ли она, не приведёт ли при молчаливом
согласии "заказчика" и "подрядчика" к пустой трате средств
налогоплательщиков?
Процесс формулирования и выбора целей развития конкретного
семейства техники должен перестать быть полу-стихийным и полу-келей-
ным или просто зависимым от умения инженеров вести схоластический
конструктивный спор.
Он должен стать явным и "прозрачным", когда указывают, из какого
множества близких по возможному эффекту целей выбрана каждая цель
данного проекта и почему. Аргументация в целеобразовании должна стать
в значительной степени расчётной, а не "вкусовой" и "интуитивной".
Выработка нового знания на фазе целеобразования должна стать
предметом пусть и небольшой, но точной теории, которая подкрепит
изобретательность и профессиональную уверенность тех, кто формулирует
цели развития техники.
В настоящее время методика, которая могла бы удовлетворить
перечисленным требованиям, в практике машиностроения не применяется,
однако существуют исследования, на первый взгляд тематически далёкие
от машиностроения, в которых изложены подходы к построению такой
методики [9].
Воспользуемся материалом этих исследований для компилятивного
изложения общей идеи методики применительно к нашей предметной
области — атомному машиностроению. Эта грядущая методика, на наш
взгляд, будет обеспечивать исчерпывающую полноту перечисления тем
целей, то есть даст возможность регулярной работы с альтернативами на
фазе снятия образца с производства и фазе постановки цели.
Центральное превращение
Центральное превращение, или центральный рабочий процесс,
— это аналитическое понятие, отражающее инвариантную сущность машин
данного семейства, их основную полезную функцию. В каждой конкретной
машине этому понятию соответствует реальный физический процесс с
однозначно определимыми и измеримыми характеристиками.
Этот процесс должен обязательно осуществляться, когда машина
выполняет своё назначение.
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Так, в радиоприёмнике это детектирование, в передатчике —
модуляция, в прядильной машине — скручивание волокон в нить, в ядерном
реакторе — распад ядер топлива, в МГД-генераторе — генерация ЭДС в
элементарной трубке тока в скрещенных полях: магнитном, электрическом
и поле скоростей рабочего тела и т.д.
Какую бы машину мы ни взяли, выделение и описание центрального
рабочего процесса не представляет больших трудностей и не требует много времени.
Когда перед нами конкретная машина, можно подсчитать чистую
(теоретически предельную) производительность её физического
центрального рабочего процесса. Например, зная кинетическую энергию рабочего
потока в МГД-генераторе и учитывая предельный КПД преобразования,
можно оценить сверху мощность генератора. То же самое можно сделать
для ядерного реактора на быстрых нейтронах, то есть рассчитать
выделение мощности в активной компоненте и т.д.
Реальная производительность и дерево потерь
Практическая эксплуатация любого экземпляра машины показывает,
что реальная производительность всегда меньше, чем максимально
возможная производительность по центральному рабочему процессу.
Исследование работы машины позволяет выявить, по каким каналам
теряется её производительность. Эти каналы потерь: вообще говоря,
образуют растекающееся на всё более мелкие подканалы "дерево потерь",
так как каналы не независимы, подчинены друг другу иерархически по
физике дела (рис. 4.1.). Рассмотрим это на конкретном, но условном
примере, только помогающем понять идею в целом.
Пример. Построим его на материале ядерной энергетики. Предельная
полезная мощность, которая могла бы быть передана в энергосистему,
линейно пропорциональна скорости выдачи сырья всеми рудниками и
квадратично — скорости воспроизводства топлива в
реакторах-размножителях.
Если представить, что получаемая "чистая" масса горючего выгорает
полностью в темпе поступления на реакторы, то легко подсчитать полную
предельную мощность:
N
1=1
42. Работа с альтернативами при выборе цели ^
где т. — скорость выдачи горючего i-ro вида; q. •— удельное
энерговыделение.
Вместе с тем, взяв отчёт о поступлении энергии от всех АЭС за год,
вычислим реальную отпускаемую мощность Р .
Разность Рп — Р = АР — потери через все каналы. Теперь каналы
потерь должны быть перечислены с указанием конкретных процессов,
причин и значений потерь по каждой причине. Это условно показано на
рис.4.1.
АР = AtP + А2Р + Д3Р + ... + ANP,
где:
AtP = АИР + А12Р + ... — потери мощности при обогащении руды,
— Д^Р — расход мощности на собственные нужды технологии
обогащения,
— А12Р — потери горючего в отвалах...
А2Р = А21Р + А22Р+ ... — потери мощности из-за того, что темп
расщепления ниже скорости поступления горючего (возникновение
больших запасов)
А21Р — потери вследствие низкой концентрации нейтронов
— А211Р — потери в реакторах с солевым расплавом активной
компоненты,
— А212Р — потери в реакторах с низкотемпературными
твёрдотельными ТВЭЛами...
А3Р = А31Р + А32Р + ... — потери на неполном выгорании твэлов
— А31Р — потери горючего в "хвостах" при переработки твэлов для
повторного использования оставшегося горючего,
— А32Р — потери на ТВЭЛах, складируемых и пока не подлежащих
переработке
Особо отметим (зачернением) на рис.4.1. узлы АМР, А^Р, А_.Р,
A3RF, A21gF, которые указывают на долю мощности, теряемой по
причинам, неизвестным в данный момент.
Как видно из примера, на каждом уровне дерева потерь сумма потерь
одна и та же, но сверху вниз от уровня к уровню происходит всё большая
детализация причин потерь.
Всё более конкретно указывается на те признаки строения машин или
элементы технологий, из-за которых в той или иной (однозначно опре-
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
делённой!) степени происходят потери производительности центрального
рабочего процесса.
AtP
ЛИР Л12Р
А2ПР Л212Р
Рис. 4.1. Дерево потерь
Такой подход к исследованию и систематизации каналов и причин
потерь имеет одну замечательную особенность: он позволяет либо
расчленять каналы потерь на всё более мелкие подчинённые каналы, если
их можно выявить, либо делать заключение о том, "что мы не знаем",
то есть не знаем, откуда в данном узле берётся (или "куда девается")
некоторая доля потерь.
Если же во всём дереве потерь отметить все такие "узлы незнания" и
просуммировать по ним потери в виде DHe3HaeM» TO можно вполне
метрически оценить цену незнания, понять, во что это незнание обходится,
например, за год эксплуатации действующего парка машин и за
последующие годы эксплуатации машин, которые ещё только создаются на фоне
теперешнего незнания.
Это подмножество узлов в дереве потерь вместе с его суммарной
характеристикой D может послужить любопытным материалом для
сравнения его со списками теперешних вспомогательных НИР и ОКР в
атомной отрасли знания. Мы даём стопроцентную гарантию, что тематики
из года в год бытующих исследований будут слабо пресекаться по смыслу
с "предметами и причинами реальных потерь".
Таким образом, в этом частном аспекте, мы получаем объективное
основание не только для конструктивных проработок изделий данного
семейства, но и основание для финансирования программ прикладных
НИР по данному семейству.
4.2. Работа с альтернативами при выборе цели ?
Мало того, становится ясным, каких предельных улучшений
ситуации следует ожидать в связи с той или иной сформулированной темой
НИР: эффективность не может быть выше "стоимости" устраняемых
в результате исследования конкретных каналов потерь. Это исключает
возможность волюнтаристической и келейной переоценки значимости
отдельных НИР.
Однако, отметим особо, что приведённые рассуждения вовсе не
относятся к фундаментальным НИР, посвященных поискам новых принципов
и физических эффектов, которые, возможно, дадут новые невиданные по
производительности центральные рабочие процессы для будущих машин.
Речь же идёт только о НИР, проводимых в пользу исследования и
совершенствования данного образца машин и парка экземпляров этих машин.
Рассмотрим теперь множество каналов потерь, по которым причины
потерь известны и точно измерены. Знание причин еще не означает знание
методов устранения потерь. Эти методы надо ещё искать, изобретать, но
средства, отпускаемые на совершенствование, ограничены, поэтому надо
выбрать среди всех каналов те, по которым потери можно реально
сократить при заданных затратах на разработку, и при этом эффект наилучшим
образом превзойдёт затраты. Действительно, при прочих равных (за те
же деньги), выгоднее устранять более разорительную из потерь.
Здесь ещё раз отметим, что при таком рассмотрении каналов и причин
потерь, которые помогают в выборе темы цели и формулировке самой
цели, мы исключаем "чисто метрически" возможность переоценки или
недооценки отдельных тем.
И снова подчеркнём, что речь идёт только о прикладных
исследованиях и разработках, связанных с данным конкретным физическим типом
центрального рабочего процесса. Цель этих разработок — увеличить
эффективность использования данного принципа и связанного с ним
рабочего процесса машин.
Выводы
Дерево потерь есть концептуальный стандарт на представление
данных для работы конструкторов и учёных на двух фазах жизненного
цикла образца:
— или образец снимают с производства, мотивируя это тем или иным
узлом (узлами) в дереве потерь, который невозможно устранить;
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
— или ставят цели разработки нового образца, указывая на
недопустимость конкретных причин потерь и на необходимость устранения
этих потерь. Это, пожалуй, единственный случай, когда директива
(указание) физически обосновывается.
И в том и в другом случае дерево потерь является абсолютно
объективной системой координат, с которой можно соотносить любые
суждения или ценностные ориентации тех, кто готовит образец к снятию
с производства или, напротив, занят выработкой формулировок целей в
программе совершенствования машин данного семейства.
Таким образом мы можем заполнить пустовавшую ранее клетку (А1)
и клетку (А9) в комбинаторной таблице на методы стандартизации (см.
табл. 1.3) и утверждать, что дерево потерь и метод его построения суть
концептуальный стандарт для фаз целеобразования и снятия образца с
производства.
В то же время дерево потерь, помеченное величинами потерь, плюс
методы расчётов для оценки эффективности предлагаемых образцов
составляют концептуально-методический стандарт для фазы разработки
замысла, то есть относятся к клетке (Б2) той же комбинаторной таблицы.
4.3. Работа с альтернативами при конструировании
процессов
Два вида конструирования
Известны два вида или скорее — аспекта конструирования, радикально
отличающиеся друг от друга: конструирование объектов и
конструирование процессов. Эти два вида разграничены не строго, даже в крайнем
выражении одного из них всегда присутствуют признаки другого.
Однако их легко различать по характеру конечных результатов, а
также по тому, каким образом в каждом из них происходит работа с
альтернативами.
При конструировании объекта конечный результат — детальный
проект, чертёж некоторого механизма, машины или сооружения. При
конструировании процесса конечный результат — сеть элементарных
процессов будущего сложного процесса, например:
4.3. Работа с альтернативами при конструировании процессов 197
— сеть каналов и этапов ядерно-технологического процесса,
— сложный вычислительный процесс реорганизации базы данных
ЭВМ,
— сетевой план-график исследовательской программы,
— и т.п.
Сложную машину собирают из элементарнейших деталей, аналогично
этому сложный процесс собирается из параллельно-последовательно и
взаимно обусловлено протекающих элементарных процессов.
Взаимное расположение деталей в машине определяется схемой сборки
и принципом действия. Взаимное протекание процессов в сложном
процессе определяется тем, какую конфигурацию имеет сеть их объединения.
Работа с объектными альтернативами
Работа с объектными альтернативами бывает двух видов: интуитивная
и вычислительная. Оба вида фиксируют на комбинаторном файле и
имеют следующие черты. При фиксации интуитивного выбора наблюдается
движение фронта выбора по файлу сверху вниз с отбрасыванием всех
невыбранных альтернатив и их подфайлов, как показано на рис. 2.13, в
несколько фаз.
В результате верхняя часть пирамиды комбинаторного файла
постепенно оголяется, освобождается от линеек альтернатив, пока не останется
дерево блоков конкретной конструкции. В этом дереве признаки строения
машины выбраны однозначно и не осталось альтернатив для какого бы
то ни было уточнения выбора.
Если выбор регулируется не интуицией, а численным алгоритмическим
расчётом, то фиксируемое при выборе продвижение фронта выбора
начинается снизу и в каждом нижнем кусте выбираются наилучшие сочетания
альтернатив по некоторому критерию. Здесь же, естественно, происходит
и отбрасывание всего невыбранного, но оно имеет более "умеренный"
характер (не такой резкий как при продвижении фронта выбора сверху
вниз при интуитивном выборе).
Значение критерия для каждого выбранного сочетания передаётся в
корень соответствующего куста. В результате, только закончив расчёт в
одном эшелоне альтернатив, получают возможность провести аналогичный
расчёт в непосредственно вышележащем, так как туда теперь поступили
снизу все необходимые для такого расчёта данные. Так происходит до тех
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
пор, пока данные (а с ними и фронт выбора) не дойдут до единственного
куста верхнего эшелона, где расчёт и будет завершён.
После этого от файла останется лишь дерево блоков (признаков)
оптимальной по данному критерию конструкции. В нём тоже теперь не
будет альтернативных линеек, а значит и возможности как бы то ни было
уточнить выбор. Процесс работы вычислительного алгоритма выбора в
несколько фаз показан на рис. 4.2.
Как уже было сказано, эти два вида работы по выбору альтернатив
могут быть соединены в один общий процесс, где они будут сильно
взаимодействовать. Интуиция будет во-первых подкреплена алгоритмическим
расчётом, а во-вторых на каждом шаге оценена, так как алгоритм будет
сигнализировать о том, насколько интуитивный выбор отклонился от
глобального оптимума.
Ясно, что при этом постепенной переоценке будет подвергаться и
использованный метод формального выбора критерия. Инженер может
остановить свой фронт выбора, далеко не доходя до уровня деталей, и
предоставить доделать всю работу расчётному алгоритму.
Процессные альтернативы
Мы не можем непосредственно перейти к описанию работы с
процессными альтернативами, так как не имеем для изображения процессов
набора символов "чертёжного хозяйства", аналогичного тому, что имеется
для вычерчивания альтернативных структур объектов.
Более того, нами не обсуждено даже само понятие "процесс", не было
из-за этого определено и понятие "процессная альтернатива". Поэтому
сначала дадим краткий очерк необходимых понятий.
Понятие процесс объединяет много родственных понятий, например,
преобразование, изменение, перемена, реакция, акция, движение,
переход, переработка, операция, превращение, смена состояния,
функционирование и т.п.
Однако нам необходимо иметь некоторую более или менее
однозначную и, по возможности, простую символику, которая охватила бы
все эти и другие понятия и их тонкие различия. Надо дать стандартные
символические элементы, из которых складывался бы "чертёж" любого
изучаемого или мыслимого (конструируемого) процесса.
43. Работа с альтернативами при конструировании процессов 199
а — исходный файл; б — отбрасываются
невыбранные альтернативы третьего
уровня; в — отбрасываются невыбранные
альтернативы второго уровня
Рис. 4.2. Последовательная работа алгоритма в процессе выбора с
переходом С УРОВНЯ НА УРОВЕНЬ И ОБРАСЫВАНИЕМ ВСЕХ НЕВЫБРАННЫХ АЛЬТЕРНАТИВ
Во всех случаях "процесс" означает, что с некоторой материальной
совокупностью происходят изменения, которые можно зарегасгрировать либо явно как
показания чувств, либо показания чувств при наблюдении показаний приборов,
либо через показания приборов без участия человека с его чувствами.
Так или иначе начальную совокупность показаний называют входом
процесса или входным состоянием, а конечную — выходом процесса
или выходным состоянием. Момент измерения входа называют моментом
начала процесса, аналогично определён момент завершения процесса.
Иногда специально выделяют область пространства, "заметаемую"
объектами, вовлечёнными в процесс, и называют её "ресурсным
пространством процесса". Обычно в конструировании используют лишь
воспроизводимые процессы, которые можно инициировать произвольно
в любой момент, лишь бы был создан вход процесса.4
4 См. Никаноров СП. Модель технической системы. // Моделирование
процессов управления: Сб. тр. /Ин-т гидродинамики СО АН СССР. - Новосибирск:
Наука. Сиб. отд-ние, 1970. - Вып. 3. - С. 129-160.
200 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Тогда не обязательно регистрировать календарные моменты начала
процесса (измерение входа) и его окончания (получения результата,
измерения выходного состояния), достаточно бывает указать лишь
длительность процесса, то есть время, прошедшее между снятием двух показаний
(двумя состояниями). Такие процессы представляют символически как
упорядоченные тройки <вход, длительность, выход>.
При повседневной работе с процессами инженеры не впадают в
подобные "формальные строгости". Общаясь, они не называют эти тройки.
В инженерном обиходе распространена менее строгая трактовка понятия
процесса. При этом <вход> представляют как некоторый перечень
компонент, поименованных понятиями и численными характеристиками.
Точно так же представляют и выход.
Наиболее распространены "процессообразные" обозначения в таких
областях, как ядерная физика и техника, физическая химия, химическая технология,
микробиология и т.п. (Отметим, что весь аппарат химической кинетики,
теория абсолютных скоростей реакций и т.п., столь популярный в наше время, в
своё время был разработан Свантё Аррениусом для описания иных процессов
— процессов, происходящих в колониях бактерий и клеточных культур).
Здесь процессы обычно называют превращениями и записывают
так: сначала компоненты входа, соединённые формально отнюдь не
арифметическим знаком "+" (конечно же, не в смысле суммирования),
затем стрелку, символизирующую направление превращения, после чего
— компоненты выхода, так же соединённые знаком "+", например
Na + Cl — NaCl + (Q) или
К" + р — К0 + п
Очевидно, что подобная символика весьма специфична, а сам способ
записи больше "прислушивается" к требованиям удобства типографского
набора, чем к требованиям наглядности.
Поэтому во всех областях науки и техники при изображении сложных
превращений переходят к графам. В вершинах графов помещают описания
процессов, а дугами показывают переходы — отождествления компонент
выхода одних процессов с компонентами входов других процессов.
Такие картинки обычно называют сетками процессов или
процессными сетками. Например в области химии ферментативных реакций
уже не первое десятилетие выпускаются крупноформатные плакаты
возможных взаимосвязей наиболее известных реакций.
43. Работа с альтернативами при конструировании процессов 201
Эти плакаты периодически обновляются и служат очень удобным
"аккумулятором знаний". (Однако до сих пор никто не ставил вопроса
об исчерпывающей систематизации альтернатив следования реакций на
таких картах).
Воспользуемся одним из вариантов чрезвычайно простой, но удобной
графической символики, предложенной СП. Никаноровым.
Графический образ процесса в целом — это прямоугольник, окаймляющий как
формулировки компонент, так и неразвёрнутое имя процесса. Слева в
прямоугольнике находится столбец клеток, в которые помещают
формулировки компонент с номерами и ссылками на развёрнутые их описания
в отдельной документации.
Справа помещают столбец клеток с формулировками компонент
выхода. Центральная часть прямоугольника занята номером процесса и его
словесным описанием. Примеры даны на рис. 4.3. и 4.4.
FeCh
Железо
Газообраае
нын хлор
/
?
6
Горение
железа и
хлоре
/
2
Излучение
накачки
Инверсная
заселенность
Резонатор свысо-
кон добротностью
е
/
2
7
Генерации
когеритного
излучении
а
/
Рис. 4.3. Примеры применения символики элементарных процессов
Текстовые развёрнутые описания компонент входа/выхода
элементарных процессов рисунка 4.4. приведены ниже:
Ядерное горючее в реакторе
Двухкомпонентный поток жидкого и парообразного натрия
Перегретый пар натрия
Медленный двухфазный поток натрия
Ускоренный двухфазный поток натрия
Поток холодного пара натрия
Поток хладоагента
Поток жидкого натрия
l.el
1.е2
l.al
2.el
2.al
3.el
З.е2
3.al
202 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих
Поток жидкого натрия
Поток жидкого натрия под давлением
Поток жидкого натрия под давлением
Перегретый пар натрия
Горячий двухфазный поток жидкого и газообразного натрия
Быстрый поток жидкого натрия
ЭДС в электродной системе МГД-генератора
Медленный поток жидкого натрия
Ускоренный двухфазный поток
Поток холодного пара
Быстрый поток жидкого натрия
Медленный поток жидкого натрия
Поток жидкого натрия в камеру нагрева
ЭДС с электродной системы МГД-генератора
Полезная мощность в нагрузке
Урановая руда
Рабочие стрежни реактора
ПРОЦЕССАХ
4.е1
4.а1
5.е1
5.е2
5.а1
6.е1
6.а1
6.а2
7.е1
7.а1
7.а2
8.е1
8.а1
9.е1
9.а1
lO.el
lO.al
Детализация процессов
При конструировании объектов детализация происходит от уровня
к уровню сборки, от крупных функциональных блоков до неделимых
деталей, изготовляемых как целое. Аналогично этому и сложный
функциональный процесс может быть показан с различной степенью детальности:
процессные функциональные схемы выполняют с различной степенью
детальности или, что-то же с различной степенью общности.
Часто для понимания существа процесса требуется последовательность
всё более детальных схем, чтобы начав с самых общих, дойти до
рассмотрения привлекающего особое внимание фрагмента — своеобразного "кадра
внимания". При этом принята система ссылок с крупномасштабных схем
на всё более мелкомасштабные почти так, как это делается в
картографических атласах.
4.3. Работа с альтернативами при конструировании процессов 203
1
ЙО
Падготов-
кмядеряо-
то тошшвя
1
е а
/
2
1
Hupcmm
ядерном
релкторе
1
1
4
мгд-
ароятчкш
1
е а
/
2
5
1
1
2
Уешаре-
шиедщуж-
фшшаю
1
1
7
Сешрщрш
1
2
п
/
9
ОНюр
ЯШ
нлгрузке
1
1
6
мгд-
генермдия
1
2
Рис. 4.4. Сетка процессов в работающем МГД-генераторе на
металлическом РАБОЧЕМ ТЕЛЕ С ПОДОГРЕВОМ В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ
Бывает желательно при конструировании очень сложных процессов
иметь подробный и полный альбом-атлас многоуровневой детализации
структуры процесса.
Однако при конструировании должна идти работа с альтернативами,
поэтому возникают следующие вопросы:
— как при процессном конструировании организовать асе множество
процессных альтернатив?
— как расположить эти альтернативы по слоям детализации?
— как организовать конструирование сначала на высоких уровнях
общности, а затем на всё более подробных слоях альтернатив?
Ответы на эти и многие другие вопросы можно получить, если
воспользоваться теми же категориями и понятиями, которые рассмотрены
нами в случае конструирования объектов. Покажем в общих чертах, как
это можно сделать.
Гибридизация. Комбинаторный файл как символический объект был
получен наложением друг на друга деревьев признаков известных на данный
момент конструкций. После этого было обнаружено, что процедура отделения
деревьев от наложения даёт гораздо большее число деревьев, которых раньше
не было, но которые могут соответствовать осуществимым конструкциям.
204 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Аналогичную процедуру гибридизации хотелось бы иметь и для случая
конструирования процессов. Но это значит, что надо взять множество
процессных сеток, которые обеспечивают (дают) один и тот же выходной
результат (осуществляют одну и ту же функцию, быть может, при
разных входных условиях), наложить их друг на друга, а затем с помощью
некоторой комбинаторной процедуры попытаться получить из того, что
получилось (суперпозиции сеток), не существовавшие ранее гибридные,
возможно осуществимые, сетки процессов. В этом и состоит эвристическая
полезность комбинирования альтернатив.
Следовательно, вопрос заключается в том, чтобы формально
определить, в чём состоит наложение процессных сеток и как выделять из их
суперпозиции отдельные новые сетки.
Отношения между процессами. Два процесса А и Б по физической
сущности компонент их входа и выхода могут находиться в следующих
отношениях:
— процессы могут быть не сравнимыми, то есть ни одна компонента
выхода одного процесса по сущности не тождественна ни одной
компоненте входа другого процесса;
— один процесс может формально предшествовать другому.
Последнее означает, что одна или более компонент выхода одного
процесса по физической сущности совпадают с таким же количеством
компонент входа другого процесса. Грубо говоря, предшествующий
процесс даёт несколько (или все) исходных условий начала следующего
процесса.
В этом случае можно говорить, что некоторая компонента выхода
предшествующего процесса и некоторая компонента входа
предшествующего процесса "тождественны".
Альтернативы предшествования. Компонента входа любого
процесса всегда есть компонента выхода некоторого предшествующего
процесса.
Последний, в свою очередь, имеет компоненты входа, которые
обеспечены другими предшествующими процессами, и т.д. То же самое можно
сказать о любой цепи последующих процессов.
Цепь процессов не ограничена ни в прошлом, ни в будущем. Это
относится к описанию зарегистрированного прошлого течения процессов
и к пассивному созерцанию развития событий в будущем.
43. Работа с альтернативами при конструировании процессов 205
При активном конструктивном подходе к цепям предшествования
процессов, когда человек производит волевое вмешательство, он может
одну и ту же компоненту входа некоторого процесса обеспечить разными
способами, то есть использовать компоненту выхода одного из серии
разных процессов (рис.4.5.).
Конечно, лучше всего это обстоятельство иллюстрируют химические
реакции, так как одно и то же вещество может быть получено на выходе
из самых разных реакций и точно так же направлено затем в самые разные
физико-химические превращения.
Условимся показывать это обстоятельство графически следующим
образом, введём понятие связующей вершины (см. рис. 4.5.). Если
некоторая компонента входа d процесса может быть получена от разных
процессов, то соединим соответствующие им компоненты выхода со
связующей вершиной, а уже из неё проведём стрелку к данной компоненте
входа. Тем самым понятие альтернатив предшествования будет наглядно
ассоциировано с понятием связующей вершины.
Чем больше связующих вершин в интересующей нас
предметно-процессной области и чем больше в каждой из них входящих стрелок, тем
больше у нас альтернатив для конструирования.
е
4
i
/
а
—-
е а
1
ч
а
р
JL
5
е
Т
а
е
а
a
. ВТ
и
Рис. 4.5. Альтернативы предшедствования
206 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Такое представление альтернатив именно в смысле предшествования очень
естественно, так как при конструировании процессов обычно сначала задают
необходимый выход (как цель процессного конструирования), затем находят
процессы, предшествующие, которые этот выход могут обеспечить, затем для
них подбирают (в соответствии с их компонентами входа как промежуточными
целями) им предшествующие процессы и так далее, пока не доходят таким
"обратным ходом" до компонент входа как имеющихся условий среды или как
непосредственно получаемых из человеческих волевых действий.
Итак, используя именно понятие связующих вершин, можно по
сути проводить процедуру наложения процессных сеток друг на друга
(совпадающими частями, оставляя несовпадающие как оригинальные).
Получающиеся связующие вершины условимся нумеровать просто по
мере их возникновения в этом процессе.
Это далеко не столь простая процедура на практике, особенно если в
работе по обнаружению связующих вершин занят коллектив специалистов
(см., например, главу 5). Старший номер будет показывать, сколько серий
альтернатив предшествования имеется в данный момент.
Выбор альтернатив при конструировании объектов был
символизирован тем, что на альтернативе останавливали скользящую стрелку,
а все остальные альтернативы из данной серии удаляли. При работе с
комбинаторной сеткой процессов выбор альтернативы предшествования
тоже имеет простую графическую интерпретацию
То, что в данной связующей вершине произведён выбор, означает, что в
связующую вершину будет входить только одна дуга, а остальные должны
быть оборваны. Таким образом, когда из комбинаторной сетки будет извлечена
некоторая гибридная сетка процессов без альтернатив, то в ней все связующие
вершины, которые в неё попали, будут иметь лишь по одной входящей дуге.
Когда в связующей вершине обрывают все входящие дуги, кроме
одной, невыбранные процессы-альтернативы уже нельзя просто сразу
удалить из комбинаторной сетки, ибо они всё-таки могут попасть в
окончательный результат выбора. Проще всего это пояснить на примере, когда
набор процессов в каждой гибридной сетке (как и в исходной
комбинаторной сетке!) один и тот же, но они могут быть соединены по-разному.
Указанное обстоятельство существенно осложняет формальное
определение комбинаторной сетки и построение алгоритмов расчётного выбора
при конструировании процессных сеток.
43. Работа с альтернативами при конструировании процессов 207
Существуют и другие методы работы с альтернативами при
процессном конструировании. К ним относятся как чисто интуитивные,
определённые выбранной методикой и способом наглядного представления,
так и расчётные, зависящие от того, как даны исходные формальные
определения. Далее обсуждается лишь один из многих возможных
методов работы с процессными альтернативами, который кажется наиболее
подходящим для выразительности описания общих идей.
Локальная комбинаторная сетка
Обсудим понятие "локальная комбинаторная сетка", родственное
понятию "куст" в объектном конструировании, свяжем уровни
детальности рассмотрения процессной сетки всего семейства машин со слоями
альтернатив комбинаторного файла.
Тогда естественно будет предположить, что простейшая работа с
фрагментами должна на всех уровнях происходить, прежде всего,
внутри каждого отдельного куста. В самом деле, в кроне куста перечислены
функциональные блоки, для каждого из которых легко построить
осуществляемые им функциональное (процессное) преобразование. Поэтому
каждому из них поставим в соответствие его процесс.
Поскольку графическая картина комбинаторной сетки не очень
наглядна, построим цифровое представление комбинаторной сетки, которое
пригодно также для обсуждения машинных алгоритмов расчёта. Построим
на процессах только одного данного конкретного куста соответствующую
цифровую комбинаторную сетку.
Для этой цели применим пятистроковое представление сеток с
двумерным массивом номеров комбинаторной сетки EJ), где границы изменения
индекса] не фиксированы (табл. 4.1.). Если в пятой строке под
компонентой выхода одного процесса стоит номер k-й связующей вершины и этот
же номер стоит над компонентой входа другого процесса в первой строке
массива, то это означает, что соответствующие компоненты тождественны
(эквивалентны) (рис.4.6 и таблица 4.1: процессы 2,4,6).
Представление сеток в виде двумерного массива номеров удобно тем,
что допускает произвольное пополнение массива новыми сведениями без
какой бы то ни было коррекции того, что уже накоплено, а при коррекции
— без переструктуризации каких бы то ни было остальных элементов
массива. К тому же пополнение можно производить в любое свободное
208 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
место массива (порядок записей абсолютно не важен!). Порядок
нумерации не существен.
Если у какого-то процесса обнаруживают упущенные, например, по
незнанию, компоненты входа и выхода, то просто добавляют в массив
необходимое число соответствующих столбцов, сохраняя прежний номер
процесса и присваивая компонентам входа/выхода возрастающие
(возможно даже с пропусками) номера.
т
т
1
т
т
Т
1
2
3
4
Т
т
3
1
2
—
1
т
т
/
2
т
т
3
1
т
/
/
т
15
5
6
7
8
9
Т
/
2
1
т
т
/
2
i
1
1
Т
т
т
Т
Т
10
И
12
13
14
Т
т
т
/
/
/
т
Рис. 4.6. Комбинаторная сетка процессов
Рассмотрим теперь, как после выбора в цифровом представлении
выглядит сетка, не содержащая больше альтернатив. Очевидно, что в ней
некоторый k-й номер связующей вершины либо вообще не встречается
ни в первой, ни в пятой строке, либо, если встречается, то только один
раз в первой строке и один раз в пятой. Это и значит, что в связующую
вершину входит лишь одна дуга, и из неё выходит одна дуга.
Последнее условие является основным для расчётного алгоритма,
строящего безальтернативные сетки из данной комбинаторной сетки.
При расчётах каждая полученная комбинаторная сетка оформляется как
массив пятистрокового представления и записывается в машинный файл
записей переменной длины.
Покажем, как это делается, учитывая принятый способ нумерации
альтернатив в комбинаторном файле. Во-первых, комбинаторная сетка
43. Работа с альтернативами при конструировании процессов 209
получает в качестве ключа доступа тот же буквенно-цифровой номер,
что и альтернатива, служащая корнем данного куста. Во-вторых, в самом
пятистроковом представлении сетки номера процессов отметим как номера
соответствующих альтернатив комбинаторного файла.
При таком уточнённом способе нумерации и представления
комбинаторных сеток каждая из них регистрируется однозначно индивидуально
и не может быть спутана с другой. По ключу корня куста однозначно
находится пятистроковое представление комбинаторной сетки процессов
этого куста, которое оформлено как отдельная запись, снабжённая точно
таким же ключом. По ключу альтернативы из кроны куста однозначно
извлекается соответствующий ей процесс в комбинаторной сетке, так как
он имеет в точности тот же номер, что и альтернатива.
Однако наиболее важным оказывается следующее. Если все знания
(сведения) о потоках и процессах, имеющиеся по данному семейству
техники, обработать так, что они будут приведены к форме комбинаторных
сеток во всех кустах комбинаторного файла, то появится возможность
выделить столько уровней детальности в описании и конструировании
общего процесса, сколько в файле имеется эшелонов.
Это важное обстоятельство в виде основополагающей идеи впервые было
изложено в описании концептуальных систем "Спутник" в работе [10].
Таблица 4.1. Двумерный массив комбинаторной сетки E,J
НЫЙ ФРАГМЕНТУ КОМБИНАТОРНОЙ СЕТКИ РИС. 4.6.
Номер
связующей вершины
Номер
Компоненты входа
1
2
1
2
1
2
3
1
Номер
процесса
1
1
2
2
2
3
3
3
4
Номер
компоненты выхода
1
2
1
2
3
1
2
3
1
,ЭКВИВАЛЕНТ-
Номер
связующей вершины
1
2
1
2
2
210 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Номер
связующей вершины
1
2
4
3
Номер
Компоненты входа
2
1
3
1
2
3
1
1
1
2
1
2
1
2
3
1
2
1
2
1
Номер
процесса
4
5
5
5
6
6
6
7
7
8
9
9
10
10
11
И
11
12
12
13
13
14
14
15
15
Номер
компоненты выхода
2
1
1
2
3
1
К)
1
1
1
1
2
1
1
1
2
1
2
Номер
связующей вершины
4
4
3
4
3
3
4
4.3. Работа с альтернативами при конструировании процессов 211
Поскольку сведения о возможных способах соединения (следования)
процессов собираются вокруг понятия "комбинаторный файл", естественно
ожидать, что этапы и уровни конструирования общего процесса при
проектировании машины будут связаны с эшелонами комбинаторного файла.
Действительно, если рассмотреть интуитивную работу с
альтернативами, которая проходит по эшелонам в направлении сверху вниз, то будет
видно, как выбор будет сделан сначала в общих чертах, затем в
следующем эшелоне вместо каждого из выбранных процессов общей схемы
будут подставлены некоторые более детальные сетки более конкретных
процессов, причём для каждого общего процесса они будут выбраны с
использованием альтернатив соединения.
Переход к следующему эшелону вниз повлечёт подстановку ещё
более детальных сеток процессов вместо выбранных процессов второго
эшелона. Получится ещё более конкретная схема общего процесса во
втором приближении и т.д.
Таким образом, при движении от эшелона к эшелону сверху вниз
можно отметить два обстоятельства: во-первых, совершаются подстановки
сложных структур вместо элементарных изображений процессов и, во-
вторых, чтобы совершить каждую такую подстановку, надо поработать
над альтернативами связи процессов. Когда конструктор делает это
интуитивно, происходит ещё более сложная работа с понятиями, чем та, что
описана при интуитивном выборе среди объектных альтернатив.
Конкретизация понятий, описывающих процессы
Как уже было сказано, конструкторы почти никогда не пользуются
точными изображениями процессов как пар (вход-выход) результатов
приборных измерений.
Это вполне объяснимо, так как результат регистрации предельно
конкретен и уже не из чего выбирать, нет альтернатив. Нельзя
проследить даже простейшую параметрическую зависимость. Поэтому понятия,
с которыми работают конструкторы, содержат уже массу обобщения
(впрочем, как и любые понятия).
Конструкторы должны работать с такими образами процессов,
которые заведомо допускают всё более глубокую конкретизацию и
постепенно "выводят" конструкторов в требуемую область параметров. Но
212 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
такую работу можно проводить лишь с абстрактными (обобщёнными!)
образами процессов, поддающимися дальнейшей конкретизации.
Это можно обеспечить лишь тем, что компоненты входов и выходов
и имена процессов составляются из понятий естественного языка
соответствующей профессиональной прозы. Эти понятия допускают
конкретизацию-обобщение в рамках самого языка.
При таком способе поименования процессов в процессные сетки
любого уровня абстракции-конкретизации (кроме самого нижнего) не
вкладывается конкретного метрического смысла.
Сетка изображает "понятийные" процессы (по сути — классы
процессов), но именно поэтому и становится возможной сама работа с
альтернативами и упомянутое замечательное свойство "выводить" процесс
конструирования в ту параметрическую область, которая определена
техническим заданием.
Теперь посмотрим, что происходит с понятийными изображениями
процессов при переходе между двумя соседними эшелонами детализации.
В некотором смысле (но только в некотором!) переход аналогичен тому,
который имеет место при детализации графических элементов (см. рис.
2.13), где символический элемент приобретает более конкретные черты,
более детальную структуру.
Имя процесса верхлежащего эшелона "превращается" в перечень имён
процессов, составивших комбинаторную сетку, но чрезвычайно важное
отличие здесь состоит в том, что подчинение перечня имён "верхнему"
имени здесь очень далеко от привычного нам синтаксического подчинения
(актуального членения понятий, в терминах лингвистики).
Здесь смысловой центр тяжести переносится на комбинаторную
структуру связей между понятиями перечня. Понятия теперь играют хотя
и обычную для них, но вспомогательную роль.
Имена компонент входа-выхода верхлежащего процесса
превращаются в корреспондирующие перечни имён более дробных компонент
входа-выхода в комбинаторной сетке низлежащего эшелона, причём это
компоненты, которым в сетке либо не предшествуют никакие процессы,
либо за ними не следуют никакие процессы. Это два набора: "комплексный
вход" и "комплексный выход" комбинаторной сетки.
Важно отметить тот факт, что подстановка списка компонент входа-
выхода вместо данной компоненты верхлежащего процесса (эшелона),
43. Работа с альтернативами при конструировании процессов 213
по всей видимости, есть процесс не формализуемый. Точно так же не
формализуема сшивка двух сеток, подставленных в схему вместо двух
разных процессов, которые в этой схеме непосредственно связаны. Здесь
мы имеем дело с так называемыми "синтетическими суждениями", с
совершенно иной областью интеллектуальной деятельности, никогда не
бывшей предметом формальной логики.
Эту неформальную "работу синтеза" проводит инженер-конструктор,
пользуясь своей интуицией. Конкретизация и обобщение понятий,
включаемых в изображения процессов и синтез схем в эшелонах
комбинаторного файла — это функция чисто человеческая, требующая обострённого
внимания и хорошо регламентированных организационных процедур.
Установление связей (которые до этого попросту не были известны,
не были изобретены) через "абстракцию отождествления" не
формализуемо, хотя и может быть обслужено ЭВМ в своей чисто рутинной части.
Например, используя семантическую близость понятий, ЭВМ может
предлагать конструктору пары-претенденты на отождествление. Но это
лишь малая толика помощи.
Неравномерность конкретизации
При конструировании процессов со сложной структурой требование
одинаковой детальности изображения процессов во всех участках
конструируемой схемы было бы слишком строгим и излишним. Обычно инженеры
так не поступают. Они могут подолгу оставлять без внимания некоторые
участки схем и, напротив, очень детально прорабатывать другие участки.
Это вполне естественно, так как, уделив особое внимание
проблемным фрагментам сети, инженеры форсированно получают новые знания,
которые могут привести к тому, что детальная проработка многих других
участков просто не потребуется, так как конструирование оперативно
"сменит парадигму".
Следовательно, неравномерность конкретизации участков
проектируемой общей процессной сети — полезный приём, которые позволяет
экономить усилия конструкторов и концентрировать их с наибольшей
выгодой на определяющих направлениях.
Однако, приняв такое объяснение полезности неравномерной
конкретизации, мы должны обратить внимание и на неудобства, которые она с
собой несёт. В самом деле, в каждый данный момент в работе находится
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
процессная сетка, отдельные участки которой прорисованы с самой
разной детальностью, но при этом-то она должна создавать у того, кто её
воспринимает, тем не менее, целостное впечатление.
Разнокачественные по подробности фрагменты сети, тем не менее,
должны быть объединены в односвязную сеть и вызывать адекватные
представления о будущем желаемом протекании ("поведении")
конструируемого процесса в целом.
Расчётный алгоритм, который помогал бы конструкторам
оптимизировать те или иные характеристики общей процессной сети, должен
учитывать неравномерность конкретизации, присущую интуитивному
выбору. Это само по себе достаточно сложно, но трудности возрастают
в связи с требованием на каждом шаге проектирования неравномерно
конкретизированной сети обеспечивать её односвязность.
Поэтому далее мы излагаем сущность интерактивного процесса
проектирования сети, опуская вопрос односвязности, который потребовал бы введения
большого числа дополнительных операционных понятий. В силу этого
предполагается, что сшивку сети инженеры проводят интуитивно в виде своеобразного
редактирования материала, предоставляемого расчётным алгоритмом.
ПОЭШБЛОННЫЙ РАСЧЁТ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОБЩЕЙ
ПРОЦЕССНОЙ СЕТИ
В сущности поэшелонный расчёт здесь по архитектуре почти не
отличается от подобного расчёта, которые производят при
конструировании объектов с оптимизацией выбираемой конструкции по скалярному
критерию. Всё отличие состоит лишь в следующем.
Если при скалярном расчёте по комбинаторному файлу от эшелона к
эшелону проходят скалярные данные (один "показатель"), которые в
каждом эшелоне являются основой для расчёта, то в данном случае по файлу
от эшелона к эшелону передаётся постепенно меняющаяся совокупность
локальных процессных сеток, которые в каждом эшелоне получаются в
результате выбора в локальных комбинаторных сетках.
Проводя выбор в самом нижнем эшелоне, мы получаем в каждом кусте
этого эшелона некоторую сетку процессов, свободную от альтернатив, и
"передаём" её в корень куста (на самом деле передаются адресные
указатели на участок памяти, где записана структура сетки в пятистроковом
представлении!).
43. Работа с альтернативами при конструировании процессов 215
Но в следующем эшелоне этот корень сам уже является лишь одной
из альтернатив кроны верхлежащего куста. При подъёме расчётов в
следующий эшелон с его альтернативами будут ассоциироваться уже
более крупные фрагменты сети, полученные в низлежащем эшелоне и
"переданные" наверх.
Так при подъёме (переходе) от эшелона к эшелону будут
укрупняться те альтернативы, из которых в конечном итоге в самом верхнем
кусте первого эшелона и будет составлена общая сеть процессов данного
образца машины.
Как и при конструировании объектов, поэшелонный расчёт при
составлении процессной сети может развиваться на файле лишь снизу
вверх. Действительно, конкретные метрические характеристики, с учётом
которых только и можно решать оптимизационную задачу, невозможно
приписать ни одной из компонент входа-выхода ни в одном эшелоне, кроме
нижнего — конкретного (метризованного), где характеристики получены
в результате прямых измерений или установлений.
Это хорошо иллюстрирует аналогия с решением даже компоновочной
или трассировочной задачи в объектном конструировании: не зная
размеров деталей, невозможно компоновать блоки.
Вышестоящим обобщённым до поры изображениям процессов
метрические и счётные величины могут быть приписаны только после того,
как проведён однозначный выбор среди нижележащих альтернатив
физического осуществления и схем соединения процессов.
Когда это сделано, и характеристики пересчитаны, то появляется
сложный конкретно-физический процесс, который тем не менее обозначен
понятийными именами компонент входа-выхода и именем процесса.
Так что неизменные обобщённые имена процессов всякий раз будут
обозначать разную физическую сущность в зависимости от
проведённого выбора в нижележащих слоях альтернатив. Но это лишь кажущийся
парадокс, ибо всё, что ниже этого процесса выбрано, при необходимости
выступает в роли последовательности уточняющих имён в случае проблем
с пониманием текущей ситуации конструирования процесса.
Интерактивный процесс построения сети
Из локальных комбинаторных сеток первого эшелона конструктор
может выбрать один из наиболее общих вариантов устройства сети. Во
216 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
втором эшелоне в уточнение выбора он может произвести выбор только в
части кустов и перейти к выбору структуры сети во фрагментах третьего
эшелона и т.д.
В какой-то момент конструктор может прекратить дальнейший выбор и
с помощью расчётного алгоритма получить остаточную детализацию своей
схемы с учётом заданного критерия оптимизации. Таким критерием может
быть, например, функциональное быстродействие, то есть время
осуществление машиной одного полного функционального рабочего цикла.
В этом случае расчётный алгоритм будет отбирать сетки от эшелона
к эшелону по хорошо известной характеристике — длине критического
пути, рассчитываемой на основе заданных длительностей процессов в
каждой сетке. В качестве критерия может быть выбрано количество
элементарных физических разнокачественных процессов.
Причём можно потребовать, чтобы эта характеристика была
минимизирована, тогда расчётная задача нахождения сети с минимумом этой
характеристики будет ни чем иным, как задачей процессной
симплификации, то есть получением машины, в которой заложено наименьшее
число физических эффектов. Задача симплификации может иметь массу
модификаций, например, при значении критерия, равном двум (скажем,
только механические и электрические эффекты), можно дополнительно
потребовать, чтобы механических эффектов было как можно меньше.
Так в конструировании ЭВМ стремятся избавиться от "механики":
всё ещё вращаются жесткий и гибкий диски и вентилятор, механически
перемещаются клавиши, но уже известны механически неподвижные
накопители на цилиндрических магнитных доменах и принцип
электроламинарной вентиляции и тепловые трубы, фотосенсорная проецируемая
клавиатура с неограниченным запасом алфавитов, так что можно ожидать
появления мощных ЭВМ вообще без движущихся деталей.
Заметим в порядке некоторого тематического отступления, что в
современном машиностроении наметились две противоположные тенденции.
Первая из них — усложнение процессной функциональной сети машин
в том смысле, что она содержит всё большее число разнокачественных
физических, химических и даже биологических процессов-превращений.
Особенно наглядна эта тенденция на примере широкой экспансии
микропроцессоров, их внедрения в изделия на всех этапах технологии
машиностроения и в финишные изделия.
4.3. Работа с альтернативами при конструировании процессов 217
Вторая тенденция состоит в том, что стараются свести к минимуму
разнообразие физических превращений в теле машины во время её
функционального цикла. Это характерно для многих машин и установок
ядерной технологии, где простота и надёжность явно коррелируют, а вопрос
ремонтопригодности основных узлов обсуждать вообще не приходится.
Важность систематизации процессных данных
Авторы работ [11,12] приходят к заключению о том, что при
конструировании новой техники в обозримом будущем станет обычным так
называемый полный физический расчёт конструкции, который будет
осуществляться на ранних фазах жизненного цикла образца и будет
способствовать существенной экономии инженерного труда.
Такой расчёт, буде он появится, естественно отнести ко второй строке
комбинативной таблицы 1.2, то есть к уровню конструирования с
аналитическим состоянием формы машины. Однако практические попытки
осуществлять полный расчёт и попытки построить полные детальные процессные
сети сложных машин наталкиваются на следующее препятствие.
Несмотря на декларируемый "информационный взрыв", конкретных
выверенных, качественных и полных исходных данных чрезвычайно
мало. Они не систематизированы и не собраны в так называемый банк
физических эффектов. Повсюду обнаруживается дефицит сведений о
процессах, и часто элементарных процессах, которые-то уж, казалось бы,
должны быть исследованы достаточно хорошо.
В такой ситуации выходом может быть попытка систематизации
процессных данных не "вообще", а в узких областях машиностроения в
специально выбранных для этих целей семействах поначалу не слишком
сложных машин.
Актуальность систематизации процессных данных невозможно
переоценить. Здесь мы имеем пример проблемы, которая настойчиво
выдвигается всей практикой машиностроения и является чрезвычайно
серьёзным требованием к целому комплексу научных дисциплин, начиная
от метрологии и кончая методами решения численных задач в уравнениях
математической физики.
218 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Выводы и итоги
Конструирование процессов как самостоятельный вид конструирования,
несмотря на то, что в отдельных отраслях машиностроения он реализуется
почти в "чистом" виде, в настоящее время не имеет стандартной базы ни в
инженерной графике, ни в имитационной форме конструирования машин.
Процессные альтернативы в большинстве случаев не
систематизированы и разбросаны в различной литературе. В каждой конкретной области
не выделены уровни детальности при представлении схем процессов.
На базе понятий комбинаторного файла и локальной комбинаторной
сетки в каждом конкретном семействе машин можно провести
систематизацию процессных альтернатив, переработать все имеющиеся данные
к каноническому виду.
При работе с файлом в поэшелонном расчёте процессные данные
мобилизуются вместе с выбранными объектными метрическими
альтернативами и становятся дополнительным предметом внимания для
конструкторов.
Благодаря привязке процессных данных к уровням комбинаторного
файла становится возможной неравномерная конкретизация понятий и
выбранных альтернатив, то есть не одинаково подробная детализация
конструируемой процессной сети на различных её участках.
Кроме того, становится возможным параллельное конструирование
машины и как материального (телесного) объекта с пространственными
формами, и как процесса, распределённого на отрезке времени
функционального цикла машины, её жизненного цикла образца и цикла
использования экземпляра машины.
Параллельное объектно-процессное конструирование особенно важно
в тех областях техники, где доводка процессной сети опытного образца
после испытаний затруднена или вовсе невозможна. В первую очередь
это относится к устройствам и изделиям ядерной технологии.
4.4. Работа с альтернативами при прогнозировании 219
4.4. Работа с альтернативами при инженерном
прогнозировании
Предвидение
Предвидение — замечательное свойство сознания, которое, по
существу, лежит в основе любого творчества. Целенаправленное действие
невозможно спланировать, если неясны общие условия, в которых будут
протекать эти действия.
Когда конструируют машины конкретного семейства, особенно на
перспективу, приходится предвидеть многие экономические и технологические
факторы. Необходим несомненный инженерный талант, чтобы
представить то, чего ещё нет и что от инженера не зависит и гармонично сочетать
с этим представлением общие черты замысла будущей машины.
Когда, наконец, предвидимые факторы появляются и начинают реально
влиять на производимую или уже произведённую машину (парк машин),
это всегда оставляет очень большое впечатление. В настоящее время
подобный инженерный талант проявляется всё реже, потому что падает его
относительная доля в увеличивающемся контингенте инженеров, происходит
интенсивное разделение труда, когда не надо удерживать образ целого.
Инженерное прогнозирование как дисциплина уходит своими
корнями в далёкое прошлое: достаточно вспомнить небезуспешные попытки
ещё библейских авторов (например, ветхозаветного Ездры) предвидеть
прогресс техники. В шестидесятые годы нашего столетия инженерное
прогнозирование пережило очередной период своего расцвета и
обострённого к нему внимания.
Были выдвинуты и применены многочисленные
полуформализованные методики прогнозирования, написаны монографии и многочисленные
обзорные статьи. Обилие результатов и рекомендаций даже заставило
один известный журнал назвать свою редакционную статью "В джунглях
технологического прогнозирования" [13].
В настоящей главе, не претендуя на полноту обзора, попытаемся
описать тот путь, на котором инженерное прогнозирование как
дисциплина может быть мобилизовано и применено исключительно для пользы
развития конкретного семейства машин, причём так, чтобы дать доступ к
работе с прогностическими данными всем инженерам, занятым
разработкой этих машин, независимо от степени их интуитивной прогностической
220 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
талантливости и осведомлённости на счёт многочисленных и разнородных
методик прогнозирования.
Нам представляется, что именно на этом пути инженерное
прогнозирование способно будет стяжать свои наиболее значительные успехи.
Речь идёт, таким образом, о том, чтобы решительно отказаться от
постановок, приводящих к "праздному" прогнозированию "неизвестно
с какими целями", и о том, чтобы взять от многочисленных
прогностических методик всё лучшее и полезное и концентрированно применить
при конструировании конкретного семейства машин, что можно назвать
концентрацией и массированным применением методик.
Вторым аспектом является концентрация самих прогностических
данных, которая далее обозначена нами концептуально как реализация
"тактики разумного эгоизма" (но отнюдь не в беллетристическом
понимании этих слов).
Тактика разумного эгоизма
При обсуждении процессов заимствования в главе 1 было отмечено,
что инженерные знания, которые материализуются в готовых экземплярах
машин (парке машин), могут поступить из трёх источников: из архива,
из сторонних проектов, родиться (быть изобретёнными) в рамках
собственного проекта.
Располагая картиной предвидимого будущего и достаточно точно
предсказывая состав заимствуемых со стороны данных, руководители
разработки замысла могут на некоторое время задерживать начало
проведения некоторых НИР и ОКР неглавных направлений вплоть до
получения по их тематике необходимых данных извне.
Такая тактика, назовём её тактикой разумного эгоизма, позволяет
экономить средства, отпущенные на разработку, либо при тех же расходуемых
средствах давать гораздо большее число доброкачественных модификаций
образцов машины. Не будучи сформулированной, эта тактика стихийно
применяется главными конструкторами, технологами и экономистами.
В частности, она явно проглядывает в тактике выжидания, оттягивания
собственных разработок и выгодной закупке лицензий.
Именно в обоснованной затяжке (откладывании) начала
второстепенных, но ресурсоёмких НИР и ОКР данные инженерного прогнозирования
обретают чётко выраженную функцию и смысл. Оговоримся ещё раз, что
4.4. Работа с альтернативами при прогнозировании 221
это, разумеется, справедливо только в рамках очерченного нами узкого
подхода — ориентации методик и процедур прогнозирования
исключительно на данное конкретное семейство машин.
Данные прогностического характера, которые получают с применением
способов и методов предвидения путей развития техники, используются
в процедуре принятия решений и фигурируют в рамках
конкретно-экономической категорий "Ожидаемая помощь со стороны".
Пока коллектив конструкторов разрабатывает конкретную
конструкцию, остальной мир машиностроения не стоит на месте, и другие
коллективы получают новые результаты в той же области. Случается, что один
и тот же элемент новизны конструкций одновременно разрабатывают
разные специалисты в разных странах или в одной и той же стране, но в
разных отраслях машиностроения.
Естественно, что в таких условиях возникает желание заимствовать
и приспосабливать конструктивные решения, сделанные другими
разработчиками, в целях экономии собственных времени, средств и усилий.
В некоторых странах "страсть заимствования" становится массовым
движением (например, в Японии).
Однако когда речь идёт об архивных или текущих, уже всем известных
данных, то ясно, что и как заимствовать, но когда речь идёт о данных, которых
сейчас ещё нет, но которые, возможно, вот-вот появятся и будут полезны,
то на вопросы "Что?" и "Как?" ответить оказывается весьма сложно. "Что
появится и как его можно будет использовать?" — вот в чём вопрос!
Давать регулярные ответы здесь можно, только построив целую
систему процедур прогнозирования с применением средств вычислительной
техники. Хотя продолжают приносить успех и чисто "ручные"
интеллектуально-документарные системы процедур.
Сформулируем тактику разумного эгоизма по возможности более
точно. Рассмотрим простую параметрическую модель и покажем,
почему конструкторам в некоторый период бывает выгодно разрабатывать
в обязательном плановом порядке только то, что никакой другой
коллектив лучше их не сделает. Пусть, скажем, разработка нового образца
завершена. Посмотрим, какой финал был бы встречен разработчиками с
наибольшим удовлетворением.
В ходе разработки конструкторы тратили время и силы на получение
и осознание следующих групп научно-технических достижений:
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
°^набл "" ФУ111121 конструкторских решений (независимо от их
источника), рассмотренных (наблюдённых) вообще вместе с множеством
конструкций-прототипов в процессе стабилизации образа замысла;
ОС — группа решений, взятых из прототипов и использованных в
данном образце конструкций;
Рнабл ~~ гРУппа рассмотренных за всё время разработки изделия
конструкторских решений, сделанных в других коллективах;
Р — группа решений, заимствованных из разработок других
коллективов;
Унабл — группа решений, полученных (разработанных) членами данного
коллектива;
у — группа решений, полученных членами данного коллектива и
использованных в данном образце машины;
Стоимость разработки решений обозначим с помощью квадратных
скобок, например [ОС ] — стоимость работ по мобилизации решений,
взятых из прототипов. Тогда естественно будет потребовать, чтобы
а < а • [а л 1 -* [а ]
исп набл L набл-1 L испд
В предельном стоимостном выражении тактика разумного эгоизма
может быть выражена так
[а 1 / [у ] —> max
L исп-1 ' L 'исп-1
Технологическое требование конструктивной преемственности можно
записать в виде
[Oj / (№ J + [Y.J) - max.
При этом стоимость разработки конструкции К будет
[К] = [у J + [а л ] + № J + [Р* ],
L J L 'набл-1 L набл-1 |-"набл-1 L" исп-1'
где [0Снабл] — стоимость мобилизации архивных данных, [рнабл] —
стоимость получения технических данных со стороны, [Р*исп] — стоимость
ассимиляции заимствуемых данных. Экономический эффект от тактики
разумного эгоизма будет выглядеть как
D = [а ] - [а 1 + [р ] - [р й ] - №' ].
L исп-1 L набл-1 LIHcnJ ь~набл-1 L~ исп-1
4 А. Работа с альтернативами при прогнозировании 223
Для большинства разрабатываемых систем в процентном выражении
эта величина велика.
Так, по данным проекта "Хиндсайт" [14], (который мы не устаём
настойчиво цитировать), для разработок большинства систем вооружения
она достигает почти 150% фактической стоимости разработки. Отсюда
ясно, почему необходимо всемерно улучшать методы хранения и
мобилизации прошлых решений и методы слежения за другими разработками и
оперативного заимствования из них подходящих решений.
Процесс же заимствования можно существенно улучшить, удешевить
и направить, если заранее достаточно точно предвидеть стратегию и
тактику всего остального технологического мира, например, в областях,
связанных с данным семейством машин, наметить конкретные
разработки, за успехами которых надо внимательно следить. Описание этих
разработок будет служить первоначальным (ориентирующим) поисковым
предписанием для работников, занятых информационным обеспечением
данной конкретной разработки.
Множества этих ориентирующих поисковых предписаний будут,
естественно, существенно различными в зависимости от состава образа
замысла конструкции (машины). Поэтому, исходя из содержания образа
замысла и накопленного массива прогностических данных, необходимо
определить тот механизм, который порождал бы множество имён
конкретных сейчас ведущихся разработок (составлял бы буквально их список),
за которыми легко и допустимо следить.
Для этого нужен способ стандартной переработки массива
прогностических высказываний, который не зависел бы от авторитетности источника
и формы представления данных в первичном документе. Таким образом,
прежде всего должна быть создана фактографическая система для учёта
всех прогностических высказываний (утверждений — предикций.)
Задача создания фактографической системы для
инженерного прогнозирования
Способность предвидеть события машиностроения основана на опыте
и интуиции, а также на ориентированных в будущее документах, и
особенно — главных плановых документах, определяющих или отражающих
техническую политику стран, концернов, международных объединений и
фирм в конкретных отраслях машиностроения.
224 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
"Факты" будущего, приводимые в этих документах, имеют, в среднем,
наибольшую вероятность свершения, так как они продуманны и
подкреплены солидными капиталовложениями. (Разумеется, мы исключаем
здесь из рассмотрения случаи протекционизма, фаворитизма и научно-
технического шарлатанства на государственном уровне). Именно эти
"солидные" "факты" должны быть внесены в фактографическую систему
в первую очередь.
К документам названного типа относятся, в частности, следующие:
— статьи государственных бюджетов с отдельной строкой по
конкретному направлению научно-технического прогресса,
— технические документы конкурсных проектов,
— технические документы о принятых решениях по разработке систем
новой техники,
— документы с результатами испытаний макетных
экспериментальных и опытных образцов новой техники,
— документы, характеризующие основательность и объёмы
подготавливаемых к серийному производству изделий,
Вторую, менее значимую, но более многочисленную группу
составляют документы, выполняющие функцию защиты экономических
интересов владельцев изобретений, например патенты, значение которых для
прогнозирования до последнего времени преувеличивалось, хотя уже из
некоторых определений ("бумажные", "отпугивающие",
"заградительные", "досаждающие", "дезинформирующие") ясно, что требуется более
пристальное внимание к патентуемым достижениям и более тщательная
их проверка перед введением данных в фактографическую систему для
прогнозирования.
Вообще, типаж и документальный массив, из которого могут быть
взяты прогностические утверждения или материал для их составления,
чрезвычайно обширен. Иногда полезными могут оказаться документы
и сведения, весьма далёкие, на первый взгляд, от данной отрасли
машиностроения. В полном соответствии с работой [15] в инженерном
прогнозировании факты "сами по себе" ничего не значат, но совокупность
сопоставленных фактов может объяснить очень многое.
В связи с этим возникает необходимость в фактографической системе
— именно сопоставляющей системе, — которая непрерывно учитывала
бы всё это множество разных по форме и содержанию документов, ори-»
4 А. Работа с альтернативами при прогнозировании 225
вотированных в будущее, и перерабатывала бы их в форму, удобную
для использования в принятии решений.
Основное требование к фактографической системе состоит в следующем.
Система не должна препятствовать взаимодействию архивных фактов,
фиксирующих реальные события, с прогностическими "фактами", то есть данными,
утверждающими возможность определённых будущих событий.
Как следствие, она должна давать все вероятные данные о том, что, где,
когда, кем может быть разработано и насколько доступными будут данные о
достижениях в технике для данного коллектива конструкторов. Задача
создания фактографической системы может быть решена на базе комбинаторного
файла. Первый этап — пополнение файла прогностическими данными.
Пополнение файла прогностическими данными
По форме процедура пополнения файла чрезвычайно проста. В
сущности любое прогностическое утверждение имеет конкретный предмет, то
есть в нём обязательно названы имя факта (сущность будущего научно-
технического достижения), время (интервал) возможного осуществления
и имена возможных разработчиков (лиц и форм).
Например, такое (условное!) утверждение как: "коэффициент
полезного действия МГД-генераторов может расти лишь как корень
квадратный из значения жаропрочности лопаток компрессоров и пропорционально
напряженности магнитного поля соленоида.
Это возможно, во-первых, при использовании монокристаллических
титановых лопаток и, во вторых, соленоидов из металлокерамики, пере*
ходящих в сверхпроводящее состояние уже при температуре жидкого
азота...", содержит имена "фактов", но не содержит остальных реквизитов.
Имя "факта" — описание новой альтернативы выполнения блока
изделия, которой нет, но которая появится. В вышеприведённом
высказывании это:
— монокристаллические титановые лопатки,
— соленоид из металлокерамики, переходящий в сверхпроводящее
состояние уже при температуре жидкого азота...
В этой привычной нам форме имя альтернативы легко адресуется в
тот или иной пояс альтернатив согласно его смыслу. Например, "факт"
'использование аннигиляции как энергетического процесса [16]"
отправляется в первый пояс альтернатив комбинаторного файла на семейство
226 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
ядерных реакторов, а "новый материал X для тепловыделяющих
элементов" — в предпоследний снизу слой альтернатив файла на твэлы.
Это значит, что появление новых альтернатив можно ожидать и, по
мере способностей, предсказывать в любом поясе альтернатив
конкретного комбинаторного файла. Поэтому специалист, перерабатывающий
готовые прогностические утверждения для приёма файла, должен чётко
определить, на каких карточках комбинаторного файла должна будут
фигурировать записи, соответствующие данным альтернативам. Это
может определять только специалист, аналитик-систематик, постоянно
работающий с данным комбинаторным файлом.
Таким образом, появляются прогностические (предсказываемые)
альтернативы, которые должны быть дописаны в соответствующие карточки
комбинаторного файла. Эти карточки (их списки ветвления) отныне будут
состоять как бы из двух подсписков ветвления — подсписка реализованных
альтернатив и подсписка ожидаемых альтернатив.
Для простоты можно представить себе, что прогностические
альтернативы записываются на карточку другим цветом, например, зелёным. В
машинном представлении их можно осуществлять при помощи
специального байта в структуре данных.
По правилам работы с первоначальной картотекой (см. главу 2) на
каждую появившуюся в каком-то списке ветвления прогностическую
альтернативу следует завести самостоятельную карточку, где она будет
фигурировать как головная запись. Если возможно, то есть имеется
информация, то данная запись должна быть детализирована, разбита на
составные признаки строения.
У этих признаков, вполне возможно, найдутся альтернативные градации.
В результате под этой головной записью может оформиться чисто
прогностический комбинаторный подфайл с детализирующими слоями альтернатив.
Но в силу взаимодействия данных о конструктивных решениях в этот
"чисто прогностический" поначалу подфайл могут вторгнуться как
актуальные (современные) технические решения, так и "давно отжившие", но
ожившие в свете новой прогностической идеи (см. гл.1).
Это вполне возможно, но это дальнейшая работа с прогностическими
данными. Нас же в данном случае интересует первичная систематика
прогностических понятий.
4.4. Работа с альтернативами при прогнозировании 227
Все эти данные могут потребоваться систематику как самостоятельный
предмет исследования. Он будет работать с ними как бы на стыке
между настоящими (состоявшимися) изобретениями и "информационными
изобретательскими гипотезами".
Потребность в подобном предмете исследования ощущается давно и
многократно высказана в научной периодике, но не было конструктивных
предложений по оформлению, структурированию этого предмета.
Прогностические подфайлы, на наш взгляд, позволяют систематизировать
этот предмет исследований и организовать конструирование будущих
дальне-перспективных машин на чисто информационном уровне.
Имя действующего лица — автор изобретения, будущая
фирма-патентовладелец, страна, год, номер завода и т.п. Эти сведения необходимы
для того, чтобы оценить состоятельность заявленных прогностических
данных об альтернативах, а затем составить на их основе поисковые
предписания, которые попадут в сферу влияния образа замысла
проектируемой сейчас машины.
Предиктор — автор прогностического утверждения [17]. Им может
быть конкретное лицо, коллектив экспертов, официальный документ,
продолжающееся издание и т.п.
Отвлекаясь, скажем, что возможен даже статус выдающегося
предиктора. Например, таковым был и всё ещё является Ванневар Буш, который
предсказал более тридцати прогрессивных новшеств, и предсказания эти
поразительно оправдываются. К ним относятся ксеро-копировальные
аппараты, современные многофункциональные телевизоры, видеотелефон,
персональный компьютер и т.п.
После того, как образ замысла утверждён, предиктор может со
временем дать дополнительные сведения, которые будут способны повлиять
на дальнейшую разработку изделия. В частности, под влиянием этих
дополнительных сведений образ замысла может быть и пересмотрен.
Данные о действующих лицах и предикторах могут быть
дублированными, когда один и тот же прогностический "факт" предсказывается
различными предикторами для различных действующих лиц, поэтому
файл следует пополнить паспортными сведениями о действующих лицах
и предикторах, пользуясь теми же правилами, которые сформулированы
нами для "паспортов памяти" в главе 3.
228 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
На карточке, соответствующей прогностическому "факту",
записывают:
— структуру "факта", которая детализируется,
— действующих лиц,
— предикторов,
— предполагаемое время свершения "факта" (здесь может появиться
альтернативная линейка дат, утверждаемых разными предикторами),
Таким образом, прогностические данные принимаются в
комбинаторный файл достаточно естественно, могут подвергаться исчерпывающей
детализации или могут выдвигаться альтернативы, если это потребуется.
Но главное, как уже сказано, не столько в самих данных, сколько в их
взаимодействии.
Взаимодействие данных
Когда все прогностические прогностические утверждения предикторов
преобразованы к форме утверждений о возможно появлении альтернатив,
можно получать выборки из файла (так называемые футурибли — по
определению [18], некоторые фрагменты предполагаемого будущего, введённые
для удобного восприятия сведений человеком), которые будут
характеризовать общетехнический прогресс по данному семейству машин.
Например, можно затребовать выборку только тех альтернатив,
которые появятся в заданном интервале времени, совпадающем с
предполагаемым интервалом разработки машины. Остальные прогностические
альтернативы можно "заблокировать", например, специальным
указателем обработки.
Следующий вид футуриблей — конструкции, которые могут быть.
Чтобы получить футурибли этого вида, необходимо задать критерии отбора и
решить по каждому из них задачу оптимизации. Поэшелонный расчёт по
каждому критерию даст дерево блоков и признаков строения конструкции
вместе со сведениями о действующих лицах и предикторах.
Однако, самым интересным в футуриблях второго типа будет то, что
в рамках каждого из них произойдёт весьма естественное
взаимодействие прогностических альтернатив с альтернативами архива. Этот факт
чрезвычайно важен.
В известных до настоящего времени методиках прогнозирования
вообще не упоминается увязка при предсказаниях элементов прототипов
4.4. Работа с альтернативами при прогнозировании 229
и предполагаемых элементов новизны. Это неоправданно, так как обе
функциональные части футурибля значительно влияют друг на друга.
Достаточно сказать, что почти в любой будущей конструкции
элементы прототипов всегда составляют не менее 70% общего объёма элементов
строения.
Тем не менее важен не только сам факт сочетания архивных (прототи-
пических) и прогностических элементов строения, сколько указание на те
архивные элементы строения, которые могут быть использованы во второй
период их полезной жизни в машине именно в новых сочетаниях.
Последние определяются критериями отбора и находятся в результате
чисто расчётных процедур, чем существенно подавляется возможный
субъективизм и "вкусовщина" при проведении оценки сочетаний-футуриблей.
Фиксация уверенности специалистов
Стартовая фактографическая система даёт лишь начальную
информацию для последующего сложного процесса комплексного инженерного
прогнозирования развития данного семейства машин.
Этот процесс, пользуясь стартовой системой, совершают
специалисты, способные предвидеть будущее. Умение предвидеть будущие успехи
машиностроения и критически оценивать состоятельность заявленных
намерений конструкторских коллективов является основой
профессиональной уверенности инженера.
Нужно, чтобы эта уверенность не оставалась "втуне", то есть
внутрипсихическим состоянием только каждого отдельного инженера,
а была бы явной, эксплицитной — достоянием всего конструкторского
коллектива. Но для этого необходимы однозначные и удобные
правила фиксации уверенности. Ими могут быть стандартные вопросы,
полнота перечня которых определяется лишь полнотой файла и больше
ничем.
Для облегчения формулировки прогностических высказываний введём
ряд вспомогательных таблиц, которые назовём фактограммами.
Фактограмма — это прямоугольная таблица, которая образована
пересечением позиций двух альтернативных линеек, взятых из одного и
того же куста комбинаторного файла. На с. ***—*** даны примеры фак-
тограмм и вопросов инженеру, которые связаны с каждой фактограммой
и предписывают заполнить её клетки.
230 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Альтернатива второй
линейки
¦5
<
<
А
•5
Альтернатива первой линейки
X
X
X
?
?
?
а2
X
X
X
а?
X
X
X
X
X
X
X
X
а*
X
X
X
?
??
i
?
}}
а?
??
Применена следующая символика. Как пустые показаны строки и
столбцы областей и направлений прогностических расширений фактог-
рамм. В клетках, стоящих на пересечении прогаозируемой и уже известной
позиций проставлен один знак вопроса. В клетках на пересечении двух
прогнозируемых альтернатив поставлено два знака вопроса, чтобы
подчеркнуть удвоенную сложность заполнения данными этой клетки.
Страна
СССР
США
Великобритания
Бельгия
Канада
Реактор
Солевой
X
X
X
X
X
Водо-водя-
ной
X
X
X
?
?
?
На быстрых
нейтронах
X
X
Газофазный
X
X
X
??
?
?
??
??
Вопрос
Какие еще страны в
обозримом будущем смогут строить
свои реакторы?
Какие принципиально новые
типы реакторов появятся в
обозримом будущем?
Будет ли этот принципиально
новый реактор выпускаться в
новой стране-производителе?
4.4. Работа с альтернативами при прогнозировании
231
Реактор
Десятилетие
1940
1930-1
1950
1940-1
1970
-20
1990
20
Вопрос
Солевой
X
X
X
Вод о - водяной
На быстрых
нейтронах
X
Газофазный
X
Когда перестанут
использовать данный
тип реактора?
Когда начнут
использовать новый тип
реактора?
Реактор
Петр
Конструктор
См
Берг
Вопрос
Солевой
Водо-водяной
X
На быстрых
нейтронах
X
X
X
Газофазный
X
X
X
Какие новые имена
выдающихся конструкторов
можно назвать в
обозримом будущем?
Какие принципиально
новые типы реакторов
появятся в обозримом
будущем?
По каким типам реакторов
будут специализироваться
конструкторы?
Как видно непосредственно из фактограмм, ответ на вопросы, то
есть запонение пустых клеток фактограмм, приводит к удлинению линеек
альтернатив, к появлению в них новых прогностических участков.
Альбом фактограмм служит тем средством сбора данных, которое помогает
завершить формирование прогностического массива данных.
Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
Режим работы прогнозистов, диалог
Пусть альбомы фактограмм обработаны и данные из них введены в
комбинаторный файл. Теперь в нём имеются не только данные по
прогностическим утверждениям всевозможных предикторов, но и данные от
инженеров собственного коллектива, отражающих их видение будущего
развития данного семейства машин.
Рассмотрим режимы, в которых могут работать с фактографической
системой специалисты. Можно назвать три таких режима:
— работа с "нулевой" гипотезой, то есть с предположением о том, что
существует некоторое истинное заполнение фактограмм, которое и
будет оправдано со временем. Работа с нулевой гипотезой наиболее
трудоёмка;
— работа с "не нулевой" гипотезой, то есть с фактограммами, которые
заполнены совокупностью высказываний всех предикторов. В этом
режиме инженер может соглашаться с тем или иным утверждением,
особенно если он работает с альтернативными элементами прогноза;
— работа в смешанном режиме, то есть когда часть фактограмм
инженер формирует сам, не поддаваясь влиянию предикторов, а
часть — лишь оценивает.
Важно отметить, что работая с ненулевой гипотезой и в смешанном
режиме, инженер-прогнозист может заказывать для себя различные
сложные футурибли с целью проверить свои предположения и согласовать их с
мнением специалистов остального технологического мира. Учёт
характеристик предиктора и взвешивание на этом основании его прогностических
утверждений поможет прогнозисту укрепиться в собственном мнении.
Диалог с прогностической системой позволит специалисту
совершенствовать свои представления о будущем той области, в которой он
чувствует себя наиболее уверенно. Выработка представления о будущем
отрасли техники может стать процессом с самостоятельной ценностью и
позволит приобрести чёткие профессиональные характеристики.
Диалог с фактографической системой естественно уподобить
процедуре итеративного прогнозирования, однако их различие состоит в том,
что в диалоге творческая инициатива на стороне инженера, тогда как в
процедурах итеративного прогнозирования он пассивен, способен
предвидеть, а потому должен отвечать на вопросы, которые затем обработают по
4.4. Работа с альтернативами при прогнозировании 233
определённым правилам. Диалоговая система отлична тем, что инициатива
и творчество являются необходимыми предпосылками работы.
Таким образом, фактографическая система оказывается
инструментом, облегчающим предвидение, а через него — активные действия по
разработке [19]. Представляется, что при таком подходе будут устранены
многие из недостатков автоматизированных систем управления
разработками, проанализированных и перечисленных в работе [20].
Список литературы
1. Алфёров И.Д. Машинная графика и автоматизация проектно-
конструкторских работ. М., Энергия, 1973.
2. Боумен У. Графическое представление информации. Пер. с англ.
М.: Мир, 1971.
3. Горанский Г.К., Клевенский А.Е. Метод аналитического
описания геометрических образов на этапе эскизного проектирования.
— Вычислительная техника в машиностроении, 1968, июль, с.
39-48.
4. Горанский Г.К. Автоматизация конструирования машин с
помощью ЭЦВМ. — В кн.: Автоматизация умственного труда в
машиностроении. Тр. науч. сессии отделения механики и процессов
управления и научного совета по комплексной проблеме
"Кибернетика". М.: Наука, 1969, с.50-67.
5. Маневич В.А., Котов И.И., Зенгин А.Р. Аналитическая
геометрия с теорией изображений. М,: Высшая школа, 1969.
6. Флоренский П.А. Обратная перспектива.. — Труды по знаковым
системам/ Гос. ун-т. Тарту, 1967, вып.З, с.5-42.
7. Ландкоф В. Графические средства в различных проектировочных
ситуациях. — Техническая эстетика, No 6, с.13-16.
8. Уварова Л.И. Научный прогресс и разработка технических
средств. Эволюция и современное состояние. М., Наука, 1973.
9. Афанасьев В.Г., Кузнецов П.Г. Некоторые вопросы управления
научно-техническим прогрессом. — В кн.: Научное управление
обществом. М., Мысль, 1970, вып. 4, с. 211-232.
234 Глава четвертая. Роль альтернатив в творческих процессах
10. Афанасьев В.Г., Чесноков B.C. Системы целевого планирования
— инструмент эффективного управления научными
исследованиями. — В кн.: Научное управление обществом. М.: Мысль, 1970,
вып.4, с. 211-232.
11. Крон Г. Тензорный анализ сетей. Пер. с англ., М.: Сов. радио,
1978.
12. Ольсон Г. Динамические аналогии. Пер. с англ. М.: ИЛ, 1947.
13. A penetration of the Technological Forecasting Jungle. — Technological
Forecasting and Social Change, 1972 v. 4 No 2, p. 207-225.
14. Айзенсон Р.С. Опыт технического прогнозирования при
выполнении проекта "Хиндсайт". — В сб.: Научно-техническое
прогнозирование для правительственных и промышленных учреждений.
М., Прогресс, 1972, с. 21-38.
15. Плэтт В. Информационная работа стратегической разведки. Пер.
с англ. М.: Изд-во ИЛ, 1958.
16. Власов И.А. Аннигиляция как энергетический процесс. —
Атомная энергия, 1978, т. 44, вып.1, с.19-34.
17. Ямпольский СМ., Лисичкин В.А. Прогнозирование
научно-технического прогресса. Методологические аспекты. М.: Экономика,
1974.
18. Янч Э. Прогнозирование научно-технического прогресса. Пер. с
англ. М., Прогресс, 1970.
19. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Принципы организации
информации в автоматизированных фактографических системах для
инженерного прогнозирования. — Научно-техническая
информация, 1976, сер. 2, No8, с.23-33.
20. Добров Г.М., Коренной А.А. Наука: информация и управление.
М.: Сов. радио, 1977.
ГЛАВА ПЯТАЯ.
УПРАВЛЕНИЕ КОНФИГУРАЦИЕЙ
ОБРАЗЦА В ПРОЦЕССЕ КОНСТРУИРОВАНИЯ
5.1. Конфигурационное управление
Понятие конфигурации и конфигурационного управления
существуют с того времени, как в практику машиностроения вошли сложные и
сверхсложные технические проекты. Функция управления реализовалась
задолго до того, как были названы эти словосочетания.
При генеральных и главных конструкторах сложных проектов, как
правило, предусматривали службы или отделы технологической
совместимости, в задачу которых входило контролировать поток предлагаемых
изменений проекта в ходе конструирования и допускать к реализации
только те из них, которые не вступают в противоречие с текущим составом
проекта и не ухудшают функциональных показателей будущей машины.
Эти службы и отделы руководствовались в основном соображениями
инженерного здравого смысла.
Однако когда поток изменений стал превышать сотни тысяч
изменений в год, что произошло вследствие увеличения сложности проектов и
количества специалистов, думающих над элементами проекта и
изобретающих все эти новшества, то пришлось разработать соответствующие
организационные процедуры.
Во-первых, необходимо стало разбивать поток изменений на
составляющие потоки по степени важности и по предвидимому влиянию изменений
на облик будущего изделия. Значительные изменения обязательно
рассматривают и, возможно, утверждает или же строго запрещает заказчик
технической системы.
Незначительные изменения могут быть сделаны конструкторами без
согласований. Между этими двумя своеобразными полюсами заключены
236 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
разные по значимости группы изменений, число которых коррелирует с
числом уровней разбиения, или членения, техники, которое в наше время
иногда достигает 50.
Во-вторых, стал давать о себе знать "принцип историзма", вернее, не
он сам, а последствия его нарушения. Как указывают авторы книги [1],
после запуска первого американского искусственного спутника Земли
возникли трудности с запуском второго.
Дело в том, что окончательное изделие, которое ушло на орбиту и
стало недоступно для копирования образца, было сделано с большими
отклонениями от первоначального проекта. Эти изменения накопились
постепенно и не все они были зарегистрированы в изменениях к
документации. В результате для изготовления второго спутника
проектировщикам пришлось многое вспоминать, восстанавливать по памяти, а многое
изобретать заново.
Изделия ядерной техники, главным образом
высокоавтоматизированные и вступившие в режим эксплуатации, подобны такому объекту. Они
также не доступны для копирования с имеющегося образца.
Таким образом, принцип историзма требует, чтобы запоминались
базовая конфигурация образца, результирующая конфигурация,
материализованная в образце, документах, чертежах и программах сдаваемого
образца, и, естественно, порядок изменений, как они вносились по ходу
времени в течение разработки проекта и создания изделия.
Чтобы обеспечить историзм в разработке, а также не смешивать
группы изменений по значимости, был введён предмет управления — поток
изменений — и учреждены группы и службы конфигурационного
контроля, которые и составили иерархическую систему управления потоком
изменений. В частности, это было сделано при разработке системы,
обеспечившей высадку человека на Луну и его успешное возвращение
на Землю.
Служба конфигурационного контроля в целом — это сложная
организация со многими уровнями подчинения, оснащённая специальной
документацией, системой стандартов на процедуры и документы,
автоматизированной системой контроля конфигурации на базе ЭВМ.
В большинстве случаев, когда это допустимо, документы,
циркулирующие среди разработчиков и контролёров конфигурации, либо проходят
типографский набор.
5.1. Конфигурационное управление 237
Когда образец машины находится в серийной эксплуатации, то и
тогда поступают многочисленные предложения по изменению проекта: по
совершенствованию технологии, строения образца, расширенного набора
режимов и сфер его эксплуатации.
Начиная с фазы целеобразования и кончая фазой снятия с
производства с данным образцом связаны как бы четыре машины:
концептуально-документальная, графическая, программно-алгоритмическая и
материальная.
В самом деле, обилие документации даже на простое с виду изделие
поражает непосвящённых. Документы выпускают на всех фазах цикла в
дополняющих или альтернативных отношениях друг к другу.
На всех или почти на всех фазах цикла в настоящее время в целях
улучшения образца создают программы и программные комплексы для
ЭВМ. Ими могут быть программы для управления технологическим
процессом производства деталей и блоков для данного образца,
микропроцессорные программы для отдельных функциональных блоков,
имитационные программы для учёта и моделирования состояния парка
машин данного образца и т.п. Очень разветвлённой и многовариантной
может быть графика, связанная с данным образцом.
В ЕСКД с этой целью предусмотрены маркировочные средства для
фиксации вариантов или альтернатив графического (конструкционного)
исполнения деталей, узлов и блоков образца.
Варианты могут быть предусмотрены для разных случаев применения
либо для увеличения маневренности на подфаза подготовки производства
Ф6аГ Наконец, материальные воплощения образца, технологии,
оснастки и им подобные необходимые составляющие производства тоже, как
правило, многовариантны.
Это делается для обеспечения наибольшей полезности образцов,
извлечения прибыли от разработки именно в исторически отведённый
интервал времени, так как и преждевременное, и запоздалое внедрение
образцов, как уже было упомянуто, одинаково приводит к убыткам.
Так или иначе, а с жизнью данного образца связана жизнь трёх других
машин, которые определяют все значимые показатели материализованной
машины — действующих экземпляров данного образца. Утеря
значительной части любой из этих трёх "машин" быстро скажется на парке
действующих экземпляров.
238 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
Нетрудно представить себе во что обернётся утрата программного
обеспечения, которое по стоимости иногда в десятки раз превосходит
стоимость образца, или же утрата чертёжного фонда. То же самое относится
к проектной и эксплуатационной документации.
Указанное обстоятельство ещё раз подчёркивает мысль, что в
разработке ни одна из этих машин не является второстепенной. Поэтому при
конфигурационном управлении изменения программ, документов, графики
и самого машинного парка и фонда запасных комплектующих изделий
должны выступать на равных правах и обрабатываться согласованно в
одном и том же механизме управления и контроля.
Таким образом, конфигурационное управление четырьмя
сопряженными машинами представляет собой особый тип работы с альтернативами,
отнюдь не сводимый к работе с альтернативами других типов, уже
обсуждённых в данной книге. Поэтому первый вопрос, который подлежит
рассмотрению, состоит в следующем: как пополнить комбинаторный
файл данными для обеспечения конфигурационного управления?
5.2. Пополнение файла данными о конфигурации
При конфигурационном управлении выполняют, в сущности, три
функции:
— обнаружение и учёт предлагаемых изменений,
— контроль базовой конфигурации,
— принятие решений по изменению базовой конфигурации.
При выполнении их порождаются новые данные, которые следует
разделить на два класса:
— служебные и паспортные данные, характеризующие время, место,
авторов изменения, причину, из-за которой изменение
предлагается, обоснование реализуемости;
— конкретные данные о предлагаемой альтернативе (и подчинённым
ей имплицитным альтернативам).
Как уже неоднократно подчёркивалось в других главах, изменения
признаков строения образца всегда можно перевести на язык альтернатив,
то есть выразить сущность этого изменения как предлагаемый переход
5.2. Пополнение файла данными о конфигурации 239
(отказ) от одних альтернатив строения к другим альтернативам в каких-то
местах комбинаторного файла.
Но как быть с изменениями остальных трёх машин, которые,
естественно, сопряжены с данной?
По-видимому, здесь изменения тоже можно было бы описывать как
переход от одного данного документа к другому, альтернативному, от
данного программного продукта — к иному альтернативному модулю, от
данного фрагмента чертежа — к иному.
Но для этого необходимо вспомогательное отображение остальных трёх
машин также в форме комбинаторного файла. Этого довольно легко добиться,
так как для документов, чертежей и программ применяется точно такой же
способ декомпозиции, как для элементов строения материальных образцов.
В этом смысле последним и несколько запоздалым (что, впрочем,
вполне понятно в силу исторически сложившихся обстоятельств) было
появление методов так называемого структурного программирования
и в особенности метода иерархического программирования и отладки
программ — HIPO.
Есть все основания считать, что этот метод в дальнейшем будет
главным индустриальным методом программирования, хотя, возможно,
и будет временами тесним новомодными веяниями.
Для того, чтобы иметь возможность отделять друг от друга тесно
переплетающиеся структурные, документальные, графические и программные
данные, условимся добавлять их в комбинаторный файл на семейство
машин следующим образом.
Под индексом (ключом) 1 зашифровано семейство машин в целом.
Если имеется документ, относящийся к семейству машин в целом, то он
получает ключ 1D1. Если таких документов много, то опорная часть их
ключа всегда есть ID.
Далее документы перечисляются в любом, например, даже
алфавитном порядке последовательным и открытым для любых пополнений
множеством ключей: 1D2., 1D17., ¦.., 1D9367. Если, например,
документ 1D117. имеет подчинённые "шкафы", тома, разделы, книги, то они
могут нумероваться как 1D117.1,1D117.2 и т.д. Если документ 1D117.2.
имеет альтернативные варианты (полярный вариант машины, машина для
умеренных широт, тропический вариант и т.п.), то они нумеруются как
D117.2A1.,1D117.2A2.ht.a.
240 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
Аналогичным образом нумеруют графические документы с тем только
отличием, что применяют для них маркер "G", например, 1.3.G2A5. Таким
же образом нумерую программы и составляющие их модули
(вызываемые процедуры). Здесь тоже и в ещё большей степени на любом уровне
возможны альтернативы. Для нумерации здесь применяют маркер "PR".
Таким образом 1PR2.3A2 помечет процедуру, которая вызывается
процедурой 1PR2, причём это второй вариант такой процедуры (А2).
Следует сказать, что этот вспомогательный метод маркировки и
отображения не исключает иных, мнемонических методов. Например,
программные модули наряду с этим могут иметь любые буквенные
идентификаторы, облегчающие восприятие. Но надо отметить, что с ростом
длины ключей растут затруднения при их считывании и сличении. Это
значит, что процедура должна быть автоматизирована.
Легко заметить, что маркеры "D" (doc), "G" (grf) и "PR" (prg) могут
появиться на любом уровне разбиения комбинаторного файла. Кроме того,
они могут вторгаться в область действия друг друга. Например, может
идти речь о графических данных, которые оформлены как программный
модуль данных (видеофайл), тогда ключ будет иметь структуру
1. ...G...PR...
Или документ (инструкция) каталогизирован в память, так что
работа с машиной может идти по методу расспрашивания, тогда ключ будет
иметь вид
1. ...D...PR...
Можно привести и более сложные различные примеры структур
ключа, однако в этом нет необходимости, так как ключ предназначен
исключительно для программной обработки. При больших длинах его смысл плохо
воспринимается человеком. При указанном способе образования ключей
любой объект, не относящийся собственно к образцу (его структуре), тем
не менее, будет получать свой естественный индекс (код).
Этот код, получаемый исключительно на основе данных о ветвлении
ключа при формировании комбинаторного файла, оригинален, так что
полностью исключены явления омонимии и полисемии, от которых так
стремятся избавиться разработчики классификаторов.
Здесь эта проблема просто не возникает. Для образования ключей нет
никаких ограничений, кроме чисто технического ограничения на длину, но и
то лишь в том случае, когда они предназначены для машинной обработки и
52. Пополнение файла данными о конфигурации
служат исходным материалом при выработке ключа в индексно-последова-
тельных файлах. Длина ключа здесь не должна превышать 255 символов.
Итак, комбинаторный файл может служить базой для приёма данных,
необходимых при проведении процедур конфигурационного управления.
Об извлечении уроков из прошлого
Прошлое не обязательно должно быть почтенным историческим
прошлым; детальному анализу и обстоятельному обобщению могут быть
подвергнуты и действия, скажем, недельной давности. Впрочем, во
многих отраслях "разбор полётов" производят почти непосредственно по
окончанию ответственных действий.
Для этой цели должны быть установлены процедуры и учреждены
службы, призванные объективно и без утерь и сокрытий данных
регистрировать реальный ход событий, должны быть созданы соответствующие
стандарты и процедуры фиксации хода реализации отдельных проектов.
Реальную рабочую основу для этого дают методы и процедуры
конфигурационного управления. В самом деле, из чего, как не из потока
согласованных и принимаемых изменений (и отвергаемых тоже!)
складывается фактография конкретного проекта.
Для того чтобы накопить материал для анализа, достаточно фиксировать
все изменения проекта, как принятые, так и отвергнутые в ходе реализации.
Отвергнутые предложения могут оказаться весьма поучительными на общей
панораме прогресса данного семейства техники в ближайшей перспективе,
поэтому отвергание должно регистрироваться официально и скрупулёзно.
После конфигурационного учёта изменений данные о них могут
поступить на анализ и обобщение. Первые попытки регистрировать все
существенные действия и события в ходе разработки образца техники
были предприняты в рамках научно-практического проекта "Хиндсайт"
[2], который был проведён на примере процессов создания более двадцати
образцов в системах вооружений именно с целью научиться понимать
прошлое и извлекать из него уроки — уроки прошлого опыта.
Ранг изменения
После того, как комбинаторный файл пополнен данными для
конфигурационного учёта и контроля, можно рассмотреть и более точно
определить понятие изменения.
242 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
В начале работ заказчик и подрядчик (кооперация разработчиков)
формируют исходный пакет документов, из которых становятся ясными:
— набор свойств будущего образца (список характеристик),
— обязательные признаки строения ("обязательные качества"),
которые образец должен иметь,
— элементы используемых прототипов, в том числе готовые
комплектующие блоки и изделия;
— некоторые базовые технологии, которые должны быть применены
в производстве образцов,
— стандарты и другие руководящие документы,
— готовые сертифицированные программные продукты, которые
должны быть применены в производстве и функционировании
образца
— и т.п.
По всем этим и другим пунктам можно выделить на пополненном
комбинаторном файле либо некоторое дерево, либо подфайл, который мы
назовём заказной конфигурацией. Пользуясь её описанием, заказчик по
окончанию работ будет принимать систему, проверяя её на полное
соответствие конфигурации, а разработчики в начале работ используют её как
руководство к действию, от которого нельзя существенно отклоняться и
которое может быть в дальнейшем только детализировано.
Однако так описанный идеальный ход событий никогда на практике
не реализуется.
Разработчики сначала фиксируют образ замысла будущего образца и
сопутствующих документов, графики, программного обеспечения так, что
получается некоторое дерево или подфайл, содержащий в себе целиком
заказанную конфигурацию, но гораздо более детально проработанный,
доведённый до конкретных предметов труда каждого из разработчиков
проекта. Эту начальную конфигурацию назовём базовой конфигурацией.
Если в ходе разработки будут предложены новые альтернативы
строения образца, которые не являются дальнейшей детализацией базовой
конфигурации, а отличаются от неё, то говорят, что предложены изменения.
Если изменяют заказную конфигурацию, то говорят, что это изменение
первого ранга, так как его принятие должно быть обязательно согласовано
с заказчиком, в противном случае — изменение есть изменение, максимум,
второго ранга. Изменения, которые выносит на обсуждение заказчик,
5.2. Пополнение файла данными о конфигурации 243
всегда принадлежат к первому рангу, даже если они только детализируют
заказную конфигурацию.
Уровень изменения
Независимо от ранга любое изменение всегда может быть приписано
определённому поясу альтернатив комбинаторного файла, в котором
начинается перечисление его признаков. Если изменение "начинается"
на k-м поясе альтернатив, то говорят, что это изменение к-го уровня.
Оно может повлечь за собой (содержать в себе) и ряд изменений
нижележащих уровней, которые являются простой детализацией признаков
предложенного изменения.
Поскольку документы, которыми оформляют предложения на
изменение, имеют часто довольно произвольную или традиционно обусловленную
форму, то первое, что должно быть сделано — это то, что содержимое
этих документов надо сначала перевести на язык альтернатив. Это значит
сделать тщательный анализ текста, уяснить смысл предложенных в них
изменений (новых альтернатив) и разбить на так называемые одно*
связные изменения (в некотором смысле "элементарные"), относящиеся
к конкретным поясам альтернатив с указанием их ранга и уровня. Работа
с изменениями — часть общей работы с альтернативами.
В результате проделанной так работы и появляется бланк
конфигурационного учёта, который прилагается к исходному документу на
изменение и следует с ним по организационным инстанциям вплоть до
принятия решений о судьбе предложенных изменений.
Если совет конфигурационного контроля (далее — совет) решил
принять некоторую часть предложенных изменений, то напротив их
формулировок в бланке конфигурационного учёта в столбце "принятое
решение" ставится символ, означающий "принять".
Но совет может усмотреть в некоторых изменениях и скрытую в них
катахрезность (возможность последствий, ведущих в случае их принятия
к снижению эффективности образца и даже авариям), то в столбце
напротив формулировки этого изменения проставляют символ, означающий
"впредь строжайше запретить".
В бланке на пути прохождения документа с предложенными
изменениями учитывают ряд других факторов. В этом смысле бланк
конфигурационного учёта служит единственным накопителем уникальных сведений,
244 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
что весьма удобно. Кроме того, он в итоге явится исходным документом
при вводе сведений в базу данных.
В качестве первичной записи в бланк прохождения документа вносят
текст формулировки сущности изменения и ключ, определяющий место
"начала" изменения в комбинаторном файле.
Разбиение сложных изменений на элементарные удобно и тем, что
облегчает понимание сущности предлагаемых идей и в дальнейшем
прохождении односвязные автономные изменения становятся независимыми
друг от друга: по каждому из них могут быть приняты положительное,
отрицательное, запретительное или отлагательное решение независимо.
Причём во всём бумажном хозяйстве это не прибавит ни одного нового
документа.
Сейчас на практике в случае разногласий создают множество
добавочных документов, которые порождают свои последующие документы
и т.д. Бланк конфигурационного учёта полностью исключает проявления
этой "бумаготворческой стихии".
Паспорт изменения
Когда изменение принято, запрещено, отложено или отвергнуто, оно
должно быть в любом случае введено в файл. В случае принятия оно попадает
в базовую конфигурацию. В остальных случаях, поскольку речь-то идёт всё-
таки о новых предложенных альтернативах, эти альтернативы должны
быть введены в комбинаторный файл вместе с пометками о принятых
решениях. Так или иначе, но в ЭВМ должен быть введён паспорт изменения.
Паспорт может состоять из следующих смысловых разделов, или так
называемых фасетов:
КТО (конкретное должностное лицо, подразделение, организация)
предложил данное изменение;
КОГДА (день, месяц, год) внесено предложение;
ГДЕ территориально возникло данное предложение об изменении;
КОГДА, КЕМ и ГДЕ осуществлено первое рассмотрение документа;
КТО провёл структурный анализ предложенных альтернатив и
составил бланк конфигурационного учёта;
КОГДА, ГДЕ, КАКОЙ официальный орган рассмотрел и принял
решение о статусе предложенного изменения и т.п.
5.2. Пополнение файла данными о конфигурации 245
На основании паспортов всех изменений можно на каждый момент
разработки, например, сопоставить предлагавшийся и утверждённый
составы базовой конфигурации. На основании сопоставления могут
быть затребованы сводки и другого типа, в которых будут затронуты,
например, территориальный, кадровый, ресурсный и подобные аспекты
разрабатываемого проекта.
Особый интерес представляет смысл паспорта, в котором
обосновывается либо отказ, либо отлагание, либо запрет на предлагаемое изменение,
так как в нём концентрированы аргументы экономического и
организационного характера. Иногда ведь изменение всей проектировочной ситуации
приводит и к возврату к ранее отвергнутым предложениям. Следовательно,
их надо хранить, хотя бы в назидание.
Фасетный остов паспорта изменения может меняться от проекта к
проекту, и особенно при переходе от семейства к семейству машин в силу
специфики разрабатываемых образцов, поэтому при применении системы
конфигурационного контроля паспорт изменения рекомендуется
разрабатывать с учётом конкретной организационной системы проекта. Взятый
по аналогии паспорт (из проекта другой природы) может оказаться либо
недостаточно информативным, либо попросту обременительным.
5.3. Основы контроля конфигурации
Предложенные изменения как добавления новых альтернатив
принимают, отлагают или запрещают на основе анализа их физической
сущности (и следующих из неё технологической, экономической и т.п.
сущностей).
Это значит, что по каждому изменению просматривают некоторые
уже утверждённые элементы замысла и проекта, сравнивают их с новыми,
предложенными, пытаются представить их взаимоотношение вплоть до
взаимодействий в теле будущего образца, их совместную "работу". На
основе этих предвидимых характеристик и вырабатывают окончательное
или отлагательное решение.
Может так случиться, что некоторое изменение как явно
прогрессивное повлечёт за собой целый ряд других изменений.
246 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
Нетрудно заметить, что перебор элементов проекта, сопоставление
их с предлагаемыми нововведениями и заключение о полезности носят
ярко выраженный интуитивный, творческий, не формализуемый характер.
Многие варианты замысла конструкции будут отвергаться как
несостоятельные задолго до построения материального образца соответствующего
блока или изделия в целом.
Если конструктор говорит, что данный вариант изделия ему не
нравится, и образец будет работать плохо, то, как правило, он не ошибается, хотя
при известной склонности к логическому выводу кое-кто иногда требует
причинно-следственных объяснений и абсолютных гарантий правоты.
Это профессиональное свойство конструктора предсказывать поведение
ещё не существующих (и не существовавших!) устройств не пользуясь
логическим выводом, вызывает восхищение. Конструкторы почти безошибочно
пользуются каким-то неведомым чувством целостности и предсказывают
поведение сложных конструкций задолго до их воплощения.
Вряд ли в обозримом будущем удастся создать машинные алгоритмы,
способные предвидеть и воображать, однако алгоритмическую
поддержку этому чувству можно обеспечить уже в настоящее время. Речь идёт
о том, чтобы фиксировать и не утрачивать активной формы результатов
подобных предсказаний и проводить над предсказаниями элементарные
вычисления, смысл которых в следующем.
Если для той или иной пары конструкционных альтернатив указано,
что она нежелательна в рамках данной конфигурации, то при каждой
попытке включения её в проект должен раздаваться как бы сигнал
предупреждения о нарушении доброкачественности состава проекта.
Во второй главе было введено понятие комбинант. Оно становится
особенно полезным в связи с контролем конфигурации и оперативным
вычислением допустимости и целостности образца.
Почти любую функцию, выполняемую конструкторами в современных
системах проектирования, можно разделить на рутинную и творческую
части. Первая часть, если она отделена правильно, допускает полную
автоматизацию.
Проведя эту автоматизацию, можно затем подкрепить полученным
автоматическим процессом "оставшуюся" творческую составляющую,
которая при этом сама может измениться как качественно, так и в плане
возросшей творческой чисто количественной производительности.
53. Основы контроля конфигурации 247
Такой принцип (выделение — расщепление — автоматизация —
подкрепление) отличается от подходов, основанных на попытках той или
иной функции в конструировании в конструировании, и, на наш взгляд,
более плодотворен.
Функция, реализующая в конструировании целостность, хотя и
кажется чисто интуитивной, также содержит в себе рутинную
составляющую и допускает применение принципа расщепление — автоматизация
— подкрепление.
Если автоматизировать её рутинную составляющую, то конструктор
сможет через вычислительные процедуры опереться не только на свой опыт,
но и на суммарный опыт всей культуры конструирования систем данного
семейства в той части проверок целостности, которые касаются
повторяющихся ситуаций и контроля безопасности, препятствующего созданию
деструктивных (аварийных) вариантов вдвойне полезно, оно позволяет
конструктору не заботиться о том, "как бы чего не вышло", и направить все
свои творческие силы на решении вопросов "как это реализовать?"
Существует ещё один важный аргумент в пользу того, что необходимо
автоматизировать рутинную составляющую функции проверки
целостности. Этот аргумент возникает вследствие всё возрастающей сложности
проектировочных задач.
Известны многие определения больших систем. Одно из них, на наш
взгляд наиболее интересное, принадлежит В.М. Глушкову и состоит в
следующем: большой системой будем считать такую реально
существующую систему, поведение которой целостно и во всех деталях не может
вообразить один отдельно взятый специалист.
Но раз такие системы всё-таки создают, значит, существуют на
практике правила обращения с такими системами. Эти правила
составляют интуицию инженера. Их необходимо изучать и, по возможности,
формализовать. Свод этих правил — каркас будущей теории больших
систем (высказано на семинаре).
Вместе с тем, в зависимости от того, какой список элементов поведения
будущей технической системы интересует разработчиков, любое изделие
можно с лёгкостью как зачислить, так и не зачислить в разряд сложных
(больших систем).
Таким образом, точка зрения и конструктивно-познавательная
задача сильно влияют на "величину" системы, так что понятие большой
248 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
системы скорее характеризует ситуации в процессе проектирования, чем
реальные физические объекты. Однако, практика, как правило, всё-таки
заставляет заниматься "сутью дела", а не бесплодным упрощенчеством
или усложнительством.
Хотя бывает всякое: задачи симплификации, будучи решёнными,
иногда вызывают восхищение, а приобретение новых функций изделиями,
тем не менее, тоже привлекательно для пользователя.
В настоящее время всё же всё большее число систем переходит на
стадии проектирования в разряд больших систем, меняется точка зрения,
возрастают требования к тщательности проектирования.
Инженерная практика настойчиво требует рутинного подкрепления
проектировочного процесса на тех этапах, на которых создаётся картина поведения
большой системы, когда картину целиком не может воссоздать один
конструктор, и она воссоздаётся из картин воображения многих специалистов.
В этих условиях надо искать формальный аналог чувства целостности
как некоторый показатель, определённый на множестве возможных
замыслов. Он должен быть определён так, чтобы его значение можно было
вычислять непосредственно по мере того, как конструктор преобразует
эскиз или образ замысла.
Тогда конструктор, имея такое автоматическое подкрепление, сможет
сосредоточить свои усилия на составлении новых целостностей, а не на
проверке их состоятельности. Расчётный аналог чувства целостности,
синхронно подкрепляющий естественную интуицию проектировщика,
— так называемый показатель целостности может быть определён на
базе понятий "комбинаторный файл", "альтернатива", "комбинанта" и
"матрица совместимостей".
Характеристики целого
Назовём выборкой из файла произвольную комбинацию его
альтернатив, взятых вместе со всеми вершинами файла, в которые ведёт простой
путь от како-то из выбранных альтернатив.
Для того, чтобы отличить полезные выборки от
произвольно-комбинаторных "нагромождений", надо ввести характеристики целого, иными
словами, имея комбинаторный файл как наложение изображений
существующих и возможных конструкций, надо располагать ещё и средствами
для выделения конструкций из этой "смеси".
53. Основы контроля конфигурации 249
В то же время нельзя гарантировать, что при случайной выборке
обязательно получится полезная комбинация, соответствующая
осуществимой конструкции. Можно предложить естественный
арифметический способ выделения целостностей из файла и приписывания им
индивидуальных признаков.
Этот способ основывается на матрицах совместимости поясов
альтернатив. Каждому поясу альтернатив ставится в соответствие блочная матрица
совместимости. Между этими матрицами устанавливается естественная
иерархия отношения совместимости, которая подробно обсуждается ниже. По
содержимому ячеек матриц определяется функционал S — показатель
целостности, характеризующий произвольную выборку альтернатив из файла.
Физический смысл этого функционала весьма прост и состоит в том,
что область его значений [—1,+1] является своеобразной шкалой
состоятельности выборки. Значение этой шкалы охватывает все градации целого,
заключённые между следующими тремя случаями:
1) S = —1 — функционально вредная (деструктивная) выборка —
совокупность блоков, которые работая как целое или в рамках целого приведут
к ущербу, например, аварии, взрыву, загрязнению среды и т.п. .
2) S = 0 — функционально неосуществимая выборка, то есть такая
структура, которая не может работать как целое или в рамках целого не
будет реализовать целевой процесс.
3) S = +1 — функционально полезная выборка, то есть структура,
которая сможет работать в рамках целого и давать полезный
технологический эффект.
Этот функционал позволяет проектировщику проводить пошаговую
проверку состоятельности выборки по мере её преобразования в ходе
конструирования. Функционал этот можно трактовать и следующим
образом:
S — коэффициент корреляции;
S = — 1 — достоверно деструктивная (саморазрушающаяся, катах-
резная) комбинация;
S = +1 — достоверно конструктивная комбинация;
в интервале (—1, 0) лежат значения коэффициентов корреляции
деструктивных комбинаций признаков (альтернатив);
в интервале @, +1) лежат значения коэффициентов корреляции
конструктивных комбинаций альтернатив.
250 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
Такая трактовка оказывается полезной для изделий, выпускаемых
большими партиями и во многих модификациях. В этом случае элементы
матриц совместимости можно получать путём обработки результатов
испытаний методами статистики. Определим теперь матрицы совместимости и
показатель целостности, свойства которого мы сформулировали заранее.
Матрицы совместимости
Во второй главе упомянуты элементарные матрицы совместимости.
Эти матрицы дают один из возможных способов символического
представления комбинант. Для некоторой пары альтернативных линеек А
= а. и В = Ь. элементарная матрица совместимости есть прямоугольная
таблица А:о с проставленными в её ячейках значениями —1, 0, +1 по
следующему правилу:
(а.,Ь.) = —1, если альтернативы ai и bj сопрягаемы в одной
конструкции, но дают деструктивный эффект (взрыв, аварию, быстрый износ
узлов конструкции и т.п.)
матрица а = А:В определена невырожденным образом, так как
линейки А и В лежат на одном поясе альтернатив и инцидентны через
вершину Р;
матрица к = А:С полувырожденная, то есть всегда заполнена только
единицами, так как совместимость А и С в целом определилась в матрице
а и ещё не уточнялась в матрице у = Т:С и подобных ей матрицах;
матрица Е:К полностью вырождена (бессмысленна) , так как её
линейки инцидентны разным уровням (исходят из разных альтернатив)
в линейке М, а значит никогда не инцидентны между собой. Значит ни
одно сочетание позиций из Е и К не попадает в рамки одной комбинации-
конструкции. Поэтому матрица Е:К не имеет смысла.
(а.,Ь.) = 0, если альтернативы а. и Ь. функционально несопрягаемы в
рамках одной конструкции, хотя и попадают в рамки одной формальной
комбинации;
(а.,Ь.) = +1, если альтернативы а. и Ь. не только функционально
сопрягаемы, но и совместно (взаимно, эмерджентно и т.п.) полезны в
рамках одной конструкции.
В частности, матрицы А:А и В:В суть единичные квадратные
матрицы в силу определения альтернатив как возможности конструктивного
выбора, взаимно исключающие друг друга.
5.3. Основы контроля конфигурации
251
Рис. 5.1. Иллюстрация упрощающих условий
Было бы естественно предположить, что для любой пары
альтернативных линеек, взятых из файла, надо строить элементарную матрицу
совместимости и привлекать для её заполнения компетентных специалистов.
Однако элементарные матрицы совместимости имеет смысл составлять
лишь для тех пар альтернативных линеек, позиции которых действительно
могут выступать в комбинациях в рамках одной конструкции.
На рис. 5.1 приведены и другие частные упрощающие соображения
и условия, которые представляют интерес больше для программистов.
В результате их учёта множество элементарных матриц совместимости
вполне естественно расслаивается по поясам альтернатив.
Блоки, образованные линейками из разных поясов оказываются
попросту ненужными. Осознав это обстоятельство, можно строить блочные
матрицы для каждого пояса альтернатив отдельно.
Выделившиеся иерархические уровни совместимости однозначно
соответствуют уровням иерархии выбора при конструировании, то есть
поясам альтернатив. Этого следовало ожидать. Содержательные
сведения об отношении совместимости должны быть сосредоточены рядом с
соответствующими им сведениями о возможностях выбора.
Существует взаимно-однозначное соответствие между поясами
альтернатив и матрицами из пирамиды совместимости (рис.5.2). Иерархия
252
Глава пятая. Управление конфигурацией образца
как своеобразная импликация матриц совместимости состоит ещё и в том,
что случаи заведомой несовместимости тех или иных блоков,
обнаруживаются на высоких уровнях пирамиды, так что под соответствующими им
нулевыми ячейками в нижележащих матрицах совместимости появляются
как следствие полностью нулевые блоки. Это сразу существенно снижает
объём обрабатываемых данных о совместимости.
Пояса альтернатив и
Рис. 5*2. Иллюстрация понятия пирамиды отношений совместимости
Матрицы совместимости поясов альтернатив удобны и для
теоретических и чисто умозрительных моделей и выводов.
Показатель целостности
Предположим для простоты, что комбинаторный файл имеет всего
один пояс альтернатив. Остановим скользящие стрелки в некотором
подмножестве альтернативных линеек этого пояса и рассмотрим
соответствующую матрицу совместимости.
Введём треугольное произведение S позиций b, d, e, f, h, то есть
произведение множества элементов, стоящих на всех попарных пересечениях
выбранных альтернатив, причём знак треугольного произведения будем
вычислять, пользуясь следующей таблицей умножения
5.3. Основы контроля конфигурации
253
-1
0
1
-1
-1
0
-1
0
0
0
0
+1
-1
0
1
Рассмотрим некоторые весьма естественные свойства такого
произведения:
1) S = +1 только тогда, когда произведённая выборка оказывается
эмерджентно функционально полезной и состоятельной;
2) S = 0, как только в выборке окажется хотя одна пара
функционально несопрягаемых альтернатив;
3) S = —1, если в выборку попадает хоть одна пара несовместимых
альтернатив, вызывающих вредные последствия.
Таким образом, знак функционала S и его абсолютное значение сразу
же предупреждают конструктора о нежелательном сочетании альтернатив
в произведённой им выборке.
Начав с произвольной выборки, можно путём добавления одних
альтернатив и исключения других, прийти к ситуации, когда выбор сделан
во всех линейках пояса альтернатив и, тем не менее S = 1.
Так как в нашем случае пояс всего один, то это означает, что выбрана
некоторая, возможно, осуществимая комбинация — целостная комбинация.
Таким образом, в этом простом случае треугольное произведение
играет роль показателя целостности и, возможно, — осуществимости.
Обобщим этот показатель на случаи файлов с более чем одним поясом
альтернатив.
Пусть задан комбинаторный файл с произвольным числом поясов
альтернатив и пусть во всех поясах построены матрицы совместимости.
Сделаем из файла произвольную выборку, то есть зафиксируем по одной
позиции в некотором множестве М альтернативных линеек. Разобьём
это множество на составляющие непересекающиеся подмножества в
соответствии с принадлежностью линеек поясам альтернатив:
M = mI + mII + mni+...,
где т1 — множество линеек, принадлежащих первому поясу
альтернатив;
Глава пятая. Управление конфигурацией образца
т11 — второму поясу и т.д. Определим значение S(M) следующим
образом:
5(М) = П$(да'1а(т^')а(да^ш)®...®а(т^
i
Здесь 8(т1) — ранее определённое для файла с одним поясом
альтернатив треугольное произведение; множители в фигурных скобках
вычисляются по тем же правилам, но из элементов, взятых из полувырожденных,
а возможно, вырожденных матриц, составленных для линеек из разных
поясов альтернатив, то есть межпоясных матриц совместимости.
Если в каждом поясе комбинация правильная, то все S(mi) = +1 и
знак S(m) могут изменить только сомножители s(m1, mj).
Сформулируем лемму, доказательство которой тривиально и прямо
следует из рассмотренных выше примеров. Она не требуется для
доказательства какой бы то ни было "теоремы", но имеет следствия и как
форма привлечена нами только для отображения логического результата.
Следствия из леммы, несмотря на их тривиальность, имеют важное
упрощающее значение при введении оценочных функций или критериев на
множестве выборок (конструкций).
Лемма: Если РР о(т\ m)j = +1 при всех i, j (i ^ j), то правомерно
провести данную выборку М в к этапов следующим образом:
— провести частичную выборку т1 в первом поясе альтернатив и
выделить во втором поясе множество G(mn) тех альтернативных
линеек, в которые ведут простые пути от любой одной альтернативы
изт1;
— провести частную выборку т11 в G(mI) второго пояса альтернатив
и выделить в третьем поясе множество G(mn) тех альтернативных
линеек, в которые ведут простые пути от любой одной вершины-
альтернативы из in11;
И так далее вплоть до последнего k-го пояса альтернатив.
Следствие 1. Извлечение целостных конструкций, представленных
односвязным деревом, можно проводить, делая выбор последовательно
от пояса к поясу в направлении от центра комбинаторного файла.
Следствие 2. Каким бы способом ни была получена выборка
целостной конструкции, всегда можно условно представить, что оно произведена
последовательно-связно в направлении от центра комбинаторного файла.
Эти два следствия существенно упрощают все определения, выводы
и иллюстрации, касающиеся оптимизации процесса выбора замысла
5.3. Основы контроля конфигурации 255
конструкции. В результате введённый показатель целостности S(M) при
последовательно-связном способе выборки упрощается, так как всегда
этот сомножитель
РР G(m\ m)j = +1,
даже в том случае, когда любой набор из S(m!) обращается в 0 или —1.
Таким образом, при последовательно-связной выборке S(m) удобен
в работе и продолжает удовлетворять свойствам 1—3.
Иерархическая система матриц совместимости, или пирамида
совместимости, является своеобразной запоминающей системой, данные
которой в месте с данными файла связывают в целое узлы конструкций
и согласуют их с системной средой.
Вся семантика, то есть организующие смысловые данные, по
существу вытеснены здесь во входные рубрики строк и столбцов матриц
совместимости. Значимая же часть данных о совместимости как таковой
заключена в ячейках матриц.
Эти данные можно хранить отдельно от файла, достаточно ввести
простой способ вычисления их адреса как функции от двух переменных
— ключей альтернативных линеек, которые им присвоены в файле.
Эта запоминающая система нуждается в первоначальном заполнении
и последующих корректировке и пополнении по мере роста
комбинаторного файла. Возникает вопрос о том, каковы основные источники данных,
поступающих в столь простом, на первый взгляд, виде в ячейки матриц.
Несмотря на развитие возможностей статистики, основным источником
всё же является интуиция инженеров.
"Опытность любого специалиста... состоит не только в знании
ряда типичных ситуаций и их свойств, но в умении переносить этот
опыт на новые ситуации, правильно прелталывать их свойства...
Здесь человек оказывается сильнее математической статистики...
Там, где нет массовых данных наблюдений конкретного события,
интуиция мобилизует массовые данные переноса прошлого опыта
на различные единичные события. Человек заменяет статистику
событий статистикой актов прогноза, тонко учитывая сходство
и различие ситуации* [3].
Следует особо подчеркнуть, что указанное соотношение между
статистическими данными и данными интуиции специалиста имеет
принципиально постоянный характер. Это соотношение сохраняется всегда.
256 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
Его нельзя мотивировать, например, тем, что статистика де недостаточно
развита в данной области. Объективность и научность вовсе не означают
отказ от интуиции опытных специалистов. Нужен правильный её учёт и
использование.
Когда комбинаторный файл построен, мобилизуют опыт специалистов
по данному семейству технических систем в целях построения пирамиды
матриц совместимости. Естественно, что предварительно в ней должны
быть "чисто механически" учтены все достоверные факты
машиностроения, составившие историю данного семейства.
Знания специалистов вносятся в пирамиду совместимости для их
последующего использования в синхронном комментарии и синхронном
подкреплении чувства целостности, когда речь идёт о переносе прошлого
опыта целостности. Матрицы совместимости не несут информации о новом
опыте целостности. Именно здесь и должна подключаться не
формализуемая творческая компонента опыта целостности, присущая только лишь
опытному специалисту.
Пусть текущий образ замысла представлен в виде дерева блоков и
конструктор занят преобразованием замысла, тогда показатель
целостности должен пересчитываться при малейших изменениях, вносимых
в дерево.
И это надо делать в первую очередь после преобразования замысла,
так как первым шагом в комментарии действий конструктора и должно
быть определение целостности получающейся конструкции.
Действительно, лишь определив, что замысел представляет целостную конструкцию,
можно формулировать сведения о составляющих образа замысла:
— какая часть замысла и кем уже реализована;
— какая часть из нереализованного фигурировала уже в официально
высказанных ранее замыслах;
— каков ранг этих замыслов и т.д.
В общей памяти, содержащей конструктивные сведения о семействе
технических систем, данные о комбинаторности (комбинантности) и
возможностях реализовать целостности, составляют связующую
основу. Контроль со стороны ограничений целостности является одной из
подфункций в основной функции памяти при формировании замысла
— отделении фактов реальности и возможных событий машиностроения
от "чистого" вымысла.
5 А. Общая схема конфигурационного управления
257
5.4. Общая схема конфигурационного управления
На рис. 5.3 представлена общая редуцированная схема связей
процессов при управлении конфигурацией разрабатываемого образца машины.
Число уровней принятия решений совпадает с числом поясов альтернатив
соответствующего комбинаторного файла.
Это, однако, не исключает того случая, когда тот или иной орган
управляет несколькими смежными уровнями. Если конфигурационное
управление носит локальный характер, то все уровни решений лежат в
рамках одной организации и распределение прав принятия решений
производится должностными инструкциями в соответствии с действующей
в организации штатной структурой.
Рис. 5.3. Общая схема процесса конфигурационного управления
Независимо от конкретных условий применения конфигурационный
контроль предполагает наличие сформированного комбинаторного файла,
пополненного необходимыми данными, наличие стандартных бланков
конфигурационного учёта, инструкций по переводу проектов изменений
258 Глава пятая. Управление конфигурацией образца
на язык альтернатив, стандартных бланков извещения о существе решения
по предложенному изменению.
Необходим минимальный комплекс программных средств,
предназначенный для введения и обновления комбинаторного файла, учёта
паспортизованных проектов изменений, вычисления показателя целостности
применительно к каждому проекту изменений.
В сущности этот программный комплекс наиболее прост по сравнению
с комплексами, которые требуются для обсуждённых выше других видов
работы с альтернативами: графикой, прогнозированием,
конкретно-экономическими параметрами обстановки и т.п. Он может быть реализован
в основном даже на базе стандартных системных средств современных
операционных систем ЭВМ с включением самого минимального числа
специально написанных программ пользователя.
Таким образом, как и в предыдущих главах, оказалось, что для
выполнения всех без исключения функций в ходе конфигурационного управления
разработкой образца машины центральным является понятие "работа с
альтернативами", хотя и модифицированное с учётом специфики идей
конфигурационного управления; символическим и смысловым понятием
— "комбинаторный файл", концентрирующим все известные на данный
момент альтернативы выполнения элементов строения образца,
графической и иной документации, математического обеспечения.
Это и позволило составить простую и естественную сеть процедур
последовательной нумерации объектов, которые попадают в сферу
внимания разработчиков и существенны для успешного завершения проекта.
Нумерация исключает неоднозначность, позволяет точно выделять
конкретное индивидуальное изменение на всех этапах его развития и фазах
обработки и принятия решений.
Тем самым становится возможным управление всем потоком
изменений, которые могут поступать на любом этапе выполнения проекта. В
силу простоты и однозначности процедур появляется дополнительная
возможность объективной регистрации хода выполнения проекта, что
представляет ценность не только для историков техники, но и для
аналитиков и техносистематиков, обязанных или желающих извлекать уроки
из прошлого опыта.
5.4. Общая схема конфигурационного управления ?59
Список литературы
1. Бобрышев Д.Н., Рексин В.Э. Управление конфигурацией
технических систем. М.: Сов. радио, 1978.
2. Айзенсон Р.С. Опыт технического прогнозирования при
выполнении проекта "Хиндсайт". — В сб.: Научно-техническое
прогнозирование для правительственных и промышленных учреждений.
М., Прогресс, 1972, с. 21-38.
3. Хованов Г.М. О практике экспертных оценок в прогнозировании
и планировании развития науки и техники. — В кн.: Проблемы
организации научных исследований и разработок. Тр. I Московской
конференции молодых учёных. М.: Наука, 1967, с. 148 — 152.
ГЛАВА ШЕСТАЯ.
ЗАРОЖДЕНИЕ ТЕХНОСИСТЕМАТИКИ
6.1. Предпосылки техносистематики
Возрастающее многообразие искусственных (технических) форм,
составляющих "тело" операционной среды человечества, 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:
? Глава шестая. Зарождение техносистематики
— 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.
1. 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.
2. 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 "сильныхвзаимодействий". Все уровни конструирования
порождают формы, имеющие товарный статус; они предопределяют друг друга
в системе многосторонней взаимообусловленной причинной связи.
6.1. Предпосылки техносистематики 263
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 со*
ответствующей 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,
264 Глава шестая. Зарождение техносистематики
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.
6.2. РОЛЬ ПОНЯТИЙ В ТЕХНОСИСТЕМАТИКЕ
6.2. 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 техносистема-
тиков-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
266 Глава шестая. Зарождение техносистематики
расширяют возможности выбора 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,
6.2. РОЛЬ ПОНЯТИЙ В ТЕХНОСИСТЕМАТИКЕ
267
знаковой тканью слов (терминов) в живом сознании пользователей
понятий в реальной проетировочно-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.
ЭВМ
Начертание слова воспринимается
ЭВМ как цепочка символов,
служащая идентификатором формальной
процедуры
Для работы с системой слов ЭВМ
требует постоянства их состава.
Набор слов и связывающая грамматика
должны быть неизменными
Для ЭВМ смысл слова — это его
отношения как цепочки символов
с остальными цепочками символов
обрабатываемого текста
Формальное значение понятия задано
и постоянно при условии постоянства
грамматики
ЭВМ работает с понятиями путем
равносильного преобразования
выражений в ходе формального вывода.
Этот вывод реализуется по однажды
заданным правилам
Человек
Для человека начертание слова имеет
второстепенную роль. Основу восприятия составляет
целостный образ, который встает перед
внутренним взором человека после прочтения слова
Система слов естественного языка
принципиально изменчива. Непрерывно рождаются
новые понятия. Подвержены развитию и
понятия, стоящие за старым звучанием слов
Для интуиции человека смысл понятий
складывается из представлений, скрывающимися
за начертаниями слов
Объекты действительности и обозначающие
их слова воспринимаются в зависимости от
обстановки. Всякий раз слово должно вызывать
несколько иные и лишь потому адекватные
представления
Человек работает с понятиями, но не
пользуется формально-логическим выводом при
опознании их смысла. Понятия лишь
мобилизуют прошлый опыт индивида
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.
268 Глава шестая. Зарождение техносистематики
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)
6.2. Роль понятий в техносистематике 269
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 ei 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 А вектора А.
Теперь, пользуясь аналогией, установим следующие подобия:
линейное пространство
отдельный вектор
базис пространства
цифровое представление вектора
:=: словарь языка, фразы языка
:=: отдельное слово, фраза
:=: базис языка?
:=: цифрове 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: X — базисные
понятия и фразы языка; F — функциональные понятия языка. При этом
Х^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 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,
?70 Глава шестая. Зарождение техносистематики
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.
62. Роль понятий в техносистематике ?7/
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.
Глава шестая. Зарождение техносистематики
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 ТВЭАами..."
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
6.2. Роль понятий в техносистематике 273
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,
274 Глава шестая. Зарождение техносистематики
как в генераторе X (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
62. Роль понятий в техносистематике 275
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 Кф и деревья блоков конструкций исторической серии. Пусть
конструкции исторической серии обозначены как Kv K2, К3, ... Будем
говорить, что некоторое подмножество деревьев из исторической серии
образует накрытие дерева Ко, если
в
Обозначим через |1| количество деревьев, образующих накрытие. Из
всех накрытий данной конструкции Ко будем называть множеством
прототипов то, которое обеспечивает минимум функции |1|, то есть |1| —* min.
Такое определение множества прототипов строго и естественно. Оно
удовлетворяет требованиям наглядности и краткости описаний. Осознание
конструкторами множества прототипов Ко является первой и необходимой
фазой в составлении "словесного портрета" конструкции Ко.
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 KQ.
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.
Глава шестая. Зарождение техносистематики
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).
62. Роль понятий в техносистематике 277
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), содержа-
278 Глава шестая. Зарождение техносистематики
щего 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 специфи-
кационных 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 Ко 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
6.2. Роль понятий в техносистематике 279
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:
280 Глава шестая. Зарождение техносистематики
— 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
6.2. Роль понятий в техносистематике 281
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.
6.3. 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 пропагандируются — 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.
282 Глава шестая. Зарождение техносистематики
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.
6.3. Начальный этап техносистематики 283
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)
пересматривается и реструктурируется и пополняется. Новая версия стандарта
рассылается заинтересованным исследовательским и конструкторским
коллективам, а старая изымается.
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 ихтехносисгематиками или техноанали-
тиками 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
284 Глава шестая. Зарождение техносистематики
самых разных профилей от физиков ядерщиков до электрохимиков и кор-
розионщиков. 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.
63. Начальный этап техносистематики 285
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
Заключение
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 книги 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.
ОБЩИЙ АЛФАВИТНЫЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Айзенсон Р.С. Опыт технического прогнозирования при
выполнении проекта "Хиндсайт". — В сб.: Научно-техническое
прогнозирование для правительственных и промышленных учреждений.
М., Прогресс, 1972, с. 21-38.
2. Акушский И.Я., Заболоцкий В.Н. О комбинаторном подходе к
идее сжатия информации. В кн.: Цифровая вычислительная
техника и программирование. М.: Сов. радио, 1971, вып.6, с.5-17.
3. Алфёров И. Д. Машинная графика и автоматизация проектно-
конструкторских работ. М., Энергия, 1973.
4. Алфёров А.В. Механизация и автоматизация проектно-конструк-
торских работ. Изд-во "Энергия", М.: 1973.
5. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М., Моск. рабочий,
1973.
6. Артоболевский И.И., Крейнин Т.В., Павлов В.И. К созданию
систем автоматизированного поиска параметров машин. —
Машиностроение, 1977, No 5, с. 24-29.
7. Афанасьев В.Г., Кузнецов П.Г. Некоторые вопросы управления
научно-техническим прогрессом. — В кн.: Научное управление
обществом. М., Мысль, 1970, вып. 4, с. 211-232.
8. Афанасьев В.Г., Чесноков B.C. Системы целевого планирования
— инструмент эффективного управления научными
исследованиями. — В кн.: Научное управление обществом. М.: Мысль, 1970,
вып.4, с. 211-232.
9. Бергсон А. Материя и память. — Собр. соч. СПб., Изд-во
Семёнова, 1914, т. 2.
290 Общий алфавитный список литературы
10. Бир С. На пути к кибернетическому предприятию. — В кн.:
Принципы самоорганизации. Пер. с англ. М.: Мир, 1966. с 125.
И. Беляев И.П., Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Итеративная
диалоговая процедура распределения русурсов. — Управляющие
системы и машины, 1977, No 1, с. 77-81.
12. Бобрышев Д.Н., Рексин В.Э. Управление конфигурацией
технических систем. М.: Сов. радио, 1978.
13. Бойцов В.В., Кузьмин В.В., Найдов И.Г. Агрегатные станки
и автоматические линии из нормализованных элементов. М.,
1962.
14. Боумен У. Графическое представление информации. Пер. с англ.
М.: Мир, 1971.
15. Бруевич Н.Т. О принципиальных основах автоматизации
умственного труда человека. — В кн.: Автоматизация научных
исследований и измерений размеров в машиностроении. М., Наука,
1968,с. 65-85.
16. Власов И.А. Аннигиляция как энергетический процесс. —
Атомная энергия, 1978, т. 44, вып.1, с.19-34.
17. Гатовский Л.М. Экономические проблемы научно-технического
прогресса. М.: Наука, 1971.
18. Гильфердинг Р. Финансовый капитал. Пер. с нем. М., Изд-во
соц.-экон. лит., 1959.
19. Горанский Г.К. Автоматизация конструирования машин с
помощью ЭЦВМ. — В кн.: Автоматизация умственного труда в
машиностроении. Тр. науч. сессии отделения механики и процессов
управления и научного совета по комплексной проблеме
"Кибернетика". М.: Наука, 1969, с.50-67.
20. Горанский Г.К., Клевенский А.Е. Метод аналитического
описания геометрических образов на этапе эскихного проектирования.
— Вычислительная техника в машиностроении, 1968, июль, с.
39-48.
21. Добров Г.М., Коренной А.А. Наука: информация и управление.
М: Сов. радио, 1977.
291
22. Ильюшин — учёный и конструктор. Сб. статей. М., Наука,
1978.
23. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Пояса альтернатив как
иерархические уровни выбора в задачах конструирования. — Кибернетика,
1977, No 4, с. 7-13.
24. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Принципы организации
информации в автоматизированных фактографических системах для
инженерного прогнозирования. — Научно-техническая
информация, 1976, сер. 2, No8, c.23-33.
25. Капустян В.М., Махотенко Ю.А., Шеверов В.Г.
Комбинаторный метод проектирования и анализа систем — "КОМПАС".
Электронная техника, серия 9 — Автоматизированные системы
управления. Вып. 1A), 1972, с. 67-81.
26. Карташов Г.Д. Форсированные испытания при нестабильном
процессе производства. — Изв. АН СССР. Техническая
кибернетика, 1971, No 4, с. 84-90.
27. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Пер. с англ. Т.
2. Получисленные алгоритмы. М.: Мир, 1977.
28. Крон Г. Тензорный анализ сетей. Пер. с англ., М.: Сов. радио,
1978.
29. Ландкоф В. Графические средства в различных проектировочных
ситуациях. — Техническая эстетика, No 6, с.13-16.
30. Любищев А.А. К логике систематики. — В кн.: Проблемы
эволюции. Новосибирск, 1972, т.2.
31. Любищев А.А. Систематика и эволюция. — В сб.: Внутривидовая
изменчивость наземных позвоночных животных и
микроорганизмов. Свердловск: 1966, с. 45-57.
32. Маневич В.А., Котов И.И., Зенгин А.Р. Аналитическая
геометрия с теорией изображений. М,: Высшая школа, 1969.
33. Махлуп Ф. Производство и распространение знаний в США.
Пер. с англ. М., Прогресс, 1966.
34. Методы поиску новых технических решений/ Под ред. А.И.
Половинкина. Йошкар-Ола, 1976.
292 Общий алфавитный список литературы
35. Никаноров СП. Системный анализ: этап развития методологии
решения проблем в США. Предисловие к книге Оптнера С.Л.
Системный анализ для решения деловых и научных проблем. М.:
Сов. радио, 1970, с. 5-49.
36. Ольсон Г. Динамические аналогии. Пер. с англ. М.: ИЛ, 1947.
37. Оре О. Теория графов. Пер. с франц. М., Наука, 1968.
38. Перроте А.И., Карташов Г.Д., Цветаев К.Н. Основы
ускоренных испытаний радиоэлементов на надёжность. М., Сов радио,
1968.
39. Петросянц А.М. Современные проблемы атомной науки и
техники. М., Атомиздат, 1979.
40. Плэтт В. Информационная работа стратегической разведки. Пер.
с англ. М.: Изд-во ИЛ, 1958.
41. Поспелов Г.С., Ириков В. А. Программно-целевое планирование
и управление. М., Сов. радио, 1976.
42. Принс М.Д. Машинная графика и автоматизация проектирования.
Пер. с англ. М., Сов. радио, 1975.
43. Саймон Г. Наука об искусственном. Пер. с англ.М.: Мир,
1972.
44. Смирнов Е.С. Таксономический анализ. Изд-во МГУ, М,:
1969.
45. Уварова Л.И. Научный прогресс и разработка технических
средств. Эволюция и современное состояние. М., Наука, 1973.
46. Флоренский П.А. Обратная перспектива.. — Труды по знаковым
системам/ Гос. ун-т. Тарту, 1967, вып.З, с.5-42.
47. Фролов К.В. Научные разработки — основа машин будущего.
- Машиноведение, 1977, No 5,c. 3-14.
48. Хованов Г.М. О практике экспертных оценок в прогнозировании
и планировании развития науки и техники. — В кн.: Проблемы
организации научных исследований и разработок. Тр. I Московской
конференции молодых учёных. М.: Наука, 1967, с. 148 — 152.
293
49.Холян А., Элюким С. Формализация составления вариантов в
задачах конструирования. — Техническая эстетика, 1970, No 7,
с.3-5.
50. Эшби У.Р. Несколько замечаний. В сб. "Общая теория систем",
М: Мир, 1966, с 171-178.
51. Ямпольский СМ., Лисичкин В.А. Прогнозирование
научно-технического прогресса. Методологические аспекты. М.: Экономика,
1974.
52. Янч Э. Прогнозирование научно-технического прогресса. Пер. с
англ. М., Прогресс, 1970.
53. A penetration of the Technological Forecasting Jungle. — Technological
Forecasting and Social Change, 1972" v. 4 No 2, p. 207-225.
54. Kesselring F. Bewertung von Konstruktionen. Dusseldorf — 1951.;
55. Kesselring F. Technische Kompositionslehre. Anleitung zu technisch-
wirtschaftlichem und verantwortungs-bewusstem Schaffen. Berlin,
Springer Verlag, 1954.
56. Prisler W. Wirth S. Rationelle Informationsverarbeitung. — Informatik,
1975, No 2, S. 43-49.
57. Zwicky F. Entdecken, Erfinden, Forschen im morphologischen
Weltbild. Munich - Zurich - Knaur, 1966.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Абстракция
— графическая —181
— прототипии 116, 273
Абстракция-конкретизация
— циклы —115
— образов —182
— процессных сеток — 212
Абстракция отождествления — 213
Альтернатив
— генерация — 38, 43, 46
— комбинация — 98
— линейка - 98,112,114,119,123,124
— ось - 98,111,113
— отбора критерий — 44
— пирамида —111
— полнота наборов — 47
— пояс - 109, ИЗ, 115,117,119
— принудительное заимодействие — 14
— способ группировки — 52, 54
— способ представления — 44
— форма представления — 38, 49, 53, 55
Альтернативных линеек
— разрушение — 126, 273
— пополнение - 29,111,117,135-143,181,186,
189,225,238-245,257,271
Альтернативы - 19, 25, 26, 96,103
— архивные - 68-69,147-149
— объектные -197,211,215,218,279
— предшествования — 204—212
— прогностические - 29, 43, 68,135, 219, 221,
223-232,263
— процессные - 29,198, 207,218, 263
Альтернативная линейка (серия) 98, 112, 114,
119,123,124
Альтернативные цели — 44, 55,188—195
Базовая конфигурация — 235,236,238,242,244
Банк физических эффектов — 18,34,44,53,62,
195, 216, 217
Бланк конфигурационного учёта 243, 244
Висячие вершины комбинаторного файла 129—
130,160
Вспоминание - 148,150,152,153-158,178
Выбор(а)
— альтернатив согласованный — 28, 49
— быстро сходящийся — 130
— иерархия —110
— критерии — 125
Выбирающая функция 130,164, 277
Гибридизация — 203
Гибридная сетка процессов — 204
Демонстратор образов - 23,179,181,185,187
Дерево
— блоков - 93-97, 111, 164, 197, 228, 256,
277,278
— номеров — 157
— потерь - 192,194-196
— признаков -109,158,162,164,178,181,203
— целей -111
— цифр - 156,162,164
Жизненный цикл образца - 33,36-40,42,54,56-
58,61,69,74,82-89,188-189,195,217,218
Заимствование результатов — 29, 66, 68—70
— кооперированием — 70
— вовлечением прошлых решений — 70
— тактикой разумного эгоизма — 71
— выжиданием или откладыванием разработки
— поиском опоздавших изобретений 71, 72
— модернизацией 72, 73
— футуризацией 72, 73
— парадоксальным конструированием 72, 73
— подбором базы 72, 73
— опережающим реконструированием 72, 73
Заказная конфигурация — 242, 243
Замысел машины - 22-24,33,34,39,42,53-81,
83,118,132-143,181,188-189,196,219,220,222,
227,242,245,246,248,254,256,262,273
296
Предметный указатель
Иерархия выбора - 19, 94,103,108,109,110-
111,140,142,180,192,236,239,249,251
Изменения - 40,49,52,53,56,135,198,235-238,
239,241,242,243,244,245,256,257,266
— ранг — 241
— паспорт — 244
— уровень — 243
Инженерное прогнозирование — 24, 68, 69, 72,
89,219,220,223,224,229,234,263,291
Инженер-прогнозист — 232
Интуитивно-алгоритмический параллелизм — 265
Комбинаты - 96,97-101,246,248,250
Комбинаторная мощность —159
Комбинаторная память — 147,156,178, 289
Комбинаторный файл - 93,100,102,106,108,
109,112,114,121,123
— уплотнение — 120
Конвергентная оптимизация — 130
Конфигурационное управление — 235, 257
Концептуальный стандарт - 66, 74,143,195,196
Кривая пользы от образца — 58
Критерии выбора среди альтернатив — 47,50,53
Куст файла — 122
Массив деревьев — 157
Материальные уровни конструирования — 39,88
Матрица совместимости — 249, 250
Мобилизация данных — 148
Морфологический ящик — 123,124,125
Непрямое извлечение выгоды из разработки — 76
Нумерация понятий — 276
Обобщенно-полиадическая система счисления
— 156,157,161,162,164,166
Образ замысла - 22,34,39,42,52,53,54,63,
64, 66, 68, 70, 81, 83,118,132-143,181,188
— 189,196,219,220,222,227,242,245, 246,
248,254,256,262,273
Обстановка проекта — 29
Объектно-процессное конструирование — 218
Ограничения - 134,143,184,279
Оптимизация
— конвергентная — 130
— сопряжённая — 129,131
Ось альтернатив — 98,111,113
Отклик памяти — 155,178
Отношения между процессами — 204
Пирамида матриц совместимости — 255
Плотное строковое представление — 167,177
Плоскость декомпозиции — 111,112,113
Подфайл -138,139,159,197,223,226,242,275
— прогностический — 223,
Показатель целостности — 248,249,252,255,256
Поколение машин — 28, 33
Полиадическая система счисления — 162
Пополнение комбинаторного файла —137,225,238
Поток изенений — 235, 236
Поэшелонный расчет — 143, 214, 215, 228
Понятийный стандарт — 106
Пояс альтернатив 109,110,113-119
Предиктор - 227, 232
Принудительный просмотр альтернатив —141,143
Прототипы - 27,42,44,62,68,79,116,124,127,
150,181,222,228,242,273,274,275,278
Процессное конструирование —198,203,206,207
Работа с альтернативами 2,37,44,88,89,123,243
— в конструировании — 9
— неявная — 89
Работа с ограничениями — 134
Работа с понятиями — 106,115
Семейство технических систем, машин — 28,29,
30,101,107,143,156,185,221,223,271,283
Сетка процессов - 118, 200,203, 206,214
— локальная комбинаторная — 207, 214, 279
Системно-морфологический подход — 2, 9, 15,
31,287
Системный анализ - 24, 26, 30, 33, 93, 146,
181,292
Сопряженная оптимизация — 131
Тактика разумного эгоизма — 220—225
Техногенофонд —17, 20
Техносистематика - 261, 263, 265-280
Управление конфигурацией — 235, 259
Фазы жизненного цикла образца — 33, 42,189
Фактограммы - 229, 231-233
Футурибль - 228, 232
Центральное превращение — 116,191—195
Цепочка последовательного выбора — 108
Цикл творческой активности — 37
Элементарные траектории — 77, 80
Эшелон —122
ПРИЛОЖЕНИЕ. КОМБИНАТОРНЫЙ
ФАЙЛ НА МГД-ГЕНЕРАТОРЫ
МГД-генераторы5
!1. Кинетический поток МГД-генератора
!2. Блок магнитного поля МГД-генератора
!3. Силовая сеть МГД-генератора
!4. Тепловой поток МГД-генератора
!5. Несущий каркас МГД-генератора
!6. Общая окружающая среда МГД-генератора
1. Кинетический поток МГД-генератора
1.11. Источник энергии для кинетического потока МГД-генератора
1.!2. Блок мобилизации энергии
1.!3. Способ создания направленного потока рабочего тела
1.!4. Блок сепарации кинетического потока на входе в магнитное поле
1.15. Блок ввода рабочего тела в магнитное поле
1.!6. Блок взаимодействия кинетического потока и магнитного поля
1.!7. Система сепарации рабочего тела о прохождении магнитного поля
1.!8. Система замыкания потока рабочего тела в контур
1.1. Источник энергии для кинетического потока МГД-генератора
1.1.IA1. Ядерный реактор на тепловых нейтронах
1.1.1А2. Блок хранения компонент экзотермической реакции
1.1.!АЗ. Блок хранения взрывчатых веществ
1.1. !А4. Ядерный реактор на быстрых нейтронах
1.1.!А5. Солнечная печь
1.2. Блок мобилизации энергии
1.2.LA1. Высокотемпературный теплообменник
1.2.!А2. Камера сгорания
1.2. !АЗ. Взрывная камера
1.2. !А4. Ударная труба с газовым распределителем
1.2.IA5. Химический реактор идеального смешения
1.2.!А6. Парогенератор
1.2.А1. Высокотемпературный теплообменник
1.2.A1.I1. Устройство теплообменника
1.2.A1.I2. Теплоноситель
1.2.А2. Камера сгорания
1.2.А2Л1. Система подачи топлива
Чертой отделены карточки комбинаторного файла
298 Приложение
1.2.A2.I2. Система подготовки и подачи окислителя
1.2.A2.I3. Корпус камеры сгорания
1.2.A2J4. Характер процесса горения
1.2.A2.I5. Система охлаждения камеры сгорания
1.2.А2.1. Система подачи топлива
1.2.A2.1.I1. Устройство системы подачи топлива
1.2.А2.Ш. Топливо
1.2.А2.1.1. Устройство системы подачи топлива
1.2.А2.1.2. Топливо
1.2.А2.1.2.1А1. Природный газ
1.2.A2.1.2.IA2. Угольная пыль (кокс)
1.2.A2.1.2.LA3. Молотая древесина (клетчатка)
1.2.А2.1.2.!А4. Мазут
1.2.А2.1.2.1АЗ. Метилциклогексан с этиловым спиртом
1.2.A2.1.2.IA6. Толуол
1.2.A2.1.2.IA7. Бензин
1.2.A2.1.2.IA8. Мелкодисперсный металлический порошок
1.2.А2.1.2.1А9. Пороховой заряд
1.2.А2.2. Система подготовки и подачи окислителя
1.2.А2.2.11. Устройство системы подготовки и подачи окислителя
1.2.A2.2.I2. Окислитель
1.2.А2.2.1. Устройство системы подготовки и подачи окислителя
1.2.А2.2.1.П. Источник окислителя
1.2.A2.2.1.I2. Система подачи окислителя
1.2.A2.2.1.I3. Система подогрева окислителя
1.2.А2.2.1.14. Блок ввода окислителя в камеру сгорания
1.2.А2.2.1.1. Источник окислителя
1.2.А2.2.1.1.1А1. Околоземная атмосфера
1.2.A2.2.1.1.IA2. Балон для хранения запаса окислителя
1.2.A2.2.1.1.LA3. Парогазогенератор
1.2.A2.2.1.1.IA4. Квазиэкзотермический химический реактор
1.2.А2.2.1.3. Система подогрева окислителя
1.2Л2.2.1.3.И. Теплообменник
1.2.А2.2Л.3.12. Источник тепла
1.2.А2.2.1.3.1.Теплообменник системы подогрева окислителя
1.2.A2.2.1.3.1.IA1. Регенеративный теплообменник (каупер)
1.2.A2.2.1.3.1.IA2. Трубчатый керамический рекуператор
1.2.А2.2.1.3.1.1АЗ. Теплообменник с промежуточным теплоносителем
1.2.A2.2.1.3.1.IA4. Лучевой (радиационный) теплообменник
1.2.A2.2.1.3.1.LA5. Многоступенчатый теплообменник
1.2.А2.2.3.1.АЗ. Теплообменник с промежуточным теплоносителем
1.2.A2.2.1.3.1.A3.I1. Материал промежуточного теплоносителя
1.2.A2.2.1.3.1.A3.I2. Устройство теплообменника
1.2.A2.2.1.3.1.A3.I3. Форма частиц теплоносителя
Комбинаторный файл на МГД-генераторы 299
1.2.А2.2.1.3.1.А3.1. Материал промежуточного теплоносителя
1.2.А2.2Л.ЗЛ.АЗЛЛА1. Жидкий шлак
1.2.А2.2.1.3.1.А3.1ЛА2. Твердая окись алюминия А12О3
1.2.А2.2Л.ЗЛ.АЗЛЛАЗ. Окись магния
1.2.А2.2Л.ЗЛ.АЗЛЛА4. Двуокись циркония
1.2.А2.2Л.ЗЛ.АЗЛЛА5. Хромомагнезит
1.2.А2.2Л.3.1.АЗ. 2. Устройство теплообменника
1.2.А2.2.1.3.1.А3.2ЛА1. Теплообменник с неподвижной насадкой
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2ЛА2. Теплообменник с подвижной насадкой
1.2.А2.2.1.3.1.А3.2.А1. Теплообменник с неподвижной насадкой
1.2.A2.2.1.3.1.A3.2.A1.I1. Камера с насадкой
1.2.A2.2.1.3.1.A3.2.A1.I2. Система переключения теплообменников
1.2.А2.2.1.3.1 А3.2.А1.13. Система вентиляции
1.2.А2.2.1.3.1.А3.2.А2. Теплообменник с подвижной насадкой
1,2.А2.2Л.3.1.А3.2.А2.!1. Система, обеспечивающая движение насадки
1.2.А2.2Л.3.1.А3.2.А2Л2. Корпус теплообменника
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2Л. Система, обеспечивающая движение насадки
1.2,А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2ЛЛА1. Пневматический элеватор с псевдоожиженным слоем.
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2ЛЛА2. Вибрационный элеватор
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2ЛЛАЗ. Ковшовый элеватор
1.2.А2.2.1.3А.А3.2.А2.2. Корпус теплообменника
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2Л1. Конструкция корпуса
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2Л2. Материал футеровки камер теплообменника
1.2.А2.2.1.3.1.А3.2.А2.2.1. Конструкция корпуса теплообменника
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2ЛЛ1. Камера нагрева насадки
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2ЛЛ2. Камера теплоотдачи
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2ЛЛЗ. Соединительный тракт
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2Л.З. Соединительный тракт
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2Л.ЗЛА1. Вертикальный тракт
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2Л.ЗЛА2. Горизонтальный тракт
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2Л2. Материал футеровки камер теплообменника
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2ЛА1. Окись алюминия
1.2.А2.2Л.ЗЛ.А3.2.А2.2ЛА2. Окись циркония ZrO?
1.2.А2.2Л.ЗЛ.АЗ.З. Форма частиц теплоносителя
1.2.А2.2Л.ЗЛ.АЗ.ЗЛ.А1. Шариковая насадка
1.2.А2.2Л.ЗЛ.АЗ.ЗЛА2. Дробленые и отсортированные частицы
1.2.А2.2Л.3.2. Источник тепла в системе подогрева окислителя
1.2.А2.2Л.3.2ЛА1. Вспомогательная горелка,
1.2.А2.2Л.3.2ЛА2. Дуговой подогреватель
1.2.А2.2Л.3.2ЛАЗ. Поток рабочего тела на выходе из камеры сгорания
1.2.А2.2Л.3.2ЛА4. Ядерный реактор
1.2.А2.2.2. Окислитель
1.2.А2.2.2ЛА1. Атмосферный воздух
1.2.А2.2.2ЛА2. Кислород
12.А2.2.2ЛАЗ. Азотная кислота
300 Приложение
1.2.А2.2.2ЛА4. Перекись водорода
1.2.А2.2.2ЛА5. Хлорноватистая кислота
1.2.А2.2.2ЛА6. Без окислителя как отдельной компоненты
12.А2.3. Корпус камеры сгорания
1.2.A2.3.I1. Устройство (форма) корпуса
1.2.A2.3J2. Материал стенки камеры сгорания (футеровка)
1.2.А2.3Л. Форма корпуса камеры сгорания
1.2.А2.3.1ЛА1. Шаровая камера сгорания
1.2.А2.3.1ЛА2. Параллелепипед
1.2.А2.3.1ЛАЗ. Камера сгорания с предкамерой вихревого типа с двумя радиальными вводами
окислителя
1.2.А2.3.2. Материал стенки камеры сгорания
1.2.A2.3.2.IA1. Нержавеющая сталь
1.2.A2.3.2JA2. Футеровка кирпичами из двуокиси циркония
1.2.A2.3.2.LA3. Обмазка из цемента из окиси алюминия
1.2.А2.3.2.!А4.Алунд
1.2.A2.3.2.IA5. Цирконат стронция
1.2.A2.3.2.LA6. Пористая «потеющая» керамика
1.2.A2.3.2.IA7. Жаропрочный высокоглиноземистый бетон
1.2.А2.3.2.!А8. Плитки окиси магния, обработанные электроискровым способом
1.2.А2.4. Характер процесса горения
1.2.А2.4.!А1. Пульсационное горение
1.2.A2.4.LA2. Горение с модуляцией подачи топлива
1.3. Способ создания направленного потока рабочего тела
1.3.11. Устройство ускорения кинетического потока МГД-генератора
1.3.12. Способ создания носителей заряда в кинетическом потоке
1.3.13. Схема сопряжения подблоков
1.3.1. Устройство ускорения кинетического потока МГД-генератора
1.3.1.IA1. Инжектор
1.3.1.1А2. Сопло
1.3.1.1АЗ. Ударная труба
1.3.1.А1. Инжектор
1.3.1A1.I1. Смеситель
1.3.1A1.I2. Конденсатор
1.3.1 АШ. Диффузор
1.3.1 A1.I4. Сепаратор потока
1.3.1 АН. Смеситель
1.3.1 A1.1.I1. Камера смешения в инжекторе
1.3.1.А1.1.12. Устройство подачи компонент
1.3.1 А1.1.13. Смешиваемые компоненты
1.3.1.А1.1.1. Камера смешения в инжекторе
1.3.1 А1.1.1.1А1. Парожидкостной смеситель
1.3.1А1.1.1.1А2. Эмульсификатор
1.3.1.А1.1.2. Устройство подачи компонент
1.3.1.А1.1.2.11. Сопло парогазовой компоненты
Комбинаторный файл на МГД-генераторы
1.3.1.А1.1.2.!2. Нагнетатель жидкой компоненты
1.3.1.А1.1.2.2. Нагнетатель жидкой компоненты
1.3.1.A1.1.2.2.IA1. Струйный компрессор
1.3.1.А11.2.2.1А2. МГД-насос
1.3.1 А 1.1.3. Смешиваемые компоненты
1.3.1.A1.1.3.IA1. Паро-газовая компонента
1.3.1.А1.1.3.1А2. Жидкостная компонента
1.3.1.А1.1.3.1. Паро-газовая компонента в смесителе инжектора
1.3.1.A1.1.3.1.IA1. Пар щелочного металла
1.3.1 А1.1.3.1.1А2. Инертный газ (гелий)
1.3.1.А1.1.3.2. Жидкостная компонента
1.3.1.A1.1.3.2.IA1. Жидкий щелочным металл
1.3.1.А1.1.3.2ЛА2. Солевой электролит-расплав
1 3 1.А1.2. Конденсатор
1 3.1 A1.2.IA1. Поверхностный плоский наклонный конденсатор
1.3.1 А1.2.1А2. Струйный конденсатор с кольцевой конической струей
1.3.1.А1.2.А2. Струйный конденсатор с кольцевой конической струей
1.3.1 A1.2A2.I1. Собственно конденсатор
1.3.1А1.2 A2.I2. Состав конденсирующей жидкой компоненты
1.3.1 A1.2A2.I3. Состав конденсируемой паровой компоненты
1.3.1.А1.2.А2.2. Состав конденсирующей жидкой компоненты
1.3 1 А1.2 А2.2.1А1. Калий
1.31 А1.2А2.2.1А2. Натрий
1.3 1 A1.2A2.2.IA3. Литий
1.3 1 А1.2 A2.2.IA4. Сплав Вуда
1.3.1.А1.4. Сепаратор потока
1.3.1 A1.4.IA1. Сепаратор специально не предусмотрен
1.3.1.A1.4.IA2. Высокоскоростной сепаратор-клин
1.3.1.АЗ. Блок ускорения кинетического потока на ударных трубах
1.3.1.А3.11. Канал ударной трубы
1.3.1.А3.12. Среда, в которой развивается ударная волна
1.3.1.A3.13. Схема сопряжения ударных труб в функциональный цикл
1.3.1.А3.2. Среда, в которой развивается ударная волна
1.3.1.A3.2.I1. Рабочая среда ударной трубы
1.3.1 АЗ.2.12. Толкающий газ высокого давления
1.3.1.А3.2.1. Рабочая среда ударной трубы
1.3.1.A3.2.1.IA1. Пары щелочных металлов
1.3.1 А3.2.1.1А2. Аргон с парами щелочных металлов
1.3.1.А3.2.2. Толкающий газ высокого давления
1.3.1 A3.2.2.IA1. Водород
1.3.1 A3.2.2.IA2. Высокотемпературные продукты горения
1.3.1 A3.2.2.IA3. Аргон
302 Приложение
1.3.1.АЗ.З. Схема сопряжения ударных труб в функциональном цикле
1.3.1.A3.3.IA1. Схема на одной ударной трубе
1.3.1.А3.3.1А2. Схема на многих трубах, работающих со сдвигом фаз
1.3.2. Способ создания носителей заряда в кинетическом потоке
1.3.2.1А1. Специально не предусмотрен (термоионизация)
1.3.2.IA2. Блок на основе инжекций ионизирующихся присадок
1.3.2.IA3. Блок на основе электрической предионизации
1.3.2ЛА4. Блок на основе реакций фотоионизацин
1.3.2.LA5. Блок на основе реакций радиолиза
1.3.2.!А6. Блок с предионизацией электронным пучком
1 3.2.!А7. Блок создания носителей заояда на основе реакций хемоион
1.3.2.А2. Блок создания носителей заряда на инжекций присадок
1.3.2.А2.11. Система подготовки и подачи присадки
1.3.2.A2.I2. Состав присадки
1.3.2.А2.1. Система подготовки и подачи присадки
1.3.2.A2.1.I1. Инжектор присадки
1.3.2.А2.1.12. Промежуточное хранилище присадки
1.3.2.A2.1.I3. Источник присадки
1.3.2.А2.1.1. Инжектор присадки
1.3.2.A2.1.1.IA1. МГД-насос
1.3.2 A2.1.1.IA2.* Пульверизатор
1.3.2.A2.1.1.IA3. Присадка растворена в топливе
1.3.2.А2.1.3. Источник присадки
1.3.2.A2.1.3.LA1. Запас вещества присадки, возобновляемый извне
1.3.2.А2.1.3.1А2. Система регенерации приг^дки из выхлопа МГЛ-*генеоатооа
1.3.2.А2.1.3.А2. Система регенерации присадки из выхлопа за МГД-каналом
1.3.2.A2.1.3.A2.I1. Устройство системы регенерации присадки
1.3.2.А2.1.3.А2.12, Процесс (система) улавливания присадки из выхлопа
1.3.2.А2.1.3.А2.1. Устройство системы регенерации присадки
1.3.2.A2.1.3.A2.1.IA1. Выпарной агрегат
1.3.2.A2.1.3.A2.1.LA2. Расширительный бак-конденсатор
1.3.2.А2Л.З.А2.1.1АЗ. Регенерация не предусмотрена, достаточно улавливания
1.3.2.А2.1.3.А2.2. Процесс (система) улавливания присадки
1.3.2.A2.1.3.A2.2.IA1. Система на основе продува выхлопа через жидкость
3.3.2.A2.1.3.A2.2.IA2. Система улавливания на основе, электростатической фильтрации
1.3.2.A2.1.3.A2.2.IA3. Циклонный пылеуловитель
1.3.2.А2.1.3.А2.2.1А4. Механические фильтры
1.3.2.А2.2. Состав присадки
1.3.2.A2.2.IA2. Калий
1.3.2.A2.2.IA1, Цезий
1.3.2.A2.2.IA3. Раствор КОН в спирте
1.3.2.А2.2.1А4. Водный раствор К2СО3
1.3.2.A2.2.IA5. Водно-спиртовой раствор ацетата калия
Комбинаторный файл на МГД~генераторы 303
1.3.2.АЗ. Блок создания носителей заряда на основе электроионизации кинетического потока МГД-
генератора
1.3.2.A3.I1. Предионизатор
1.3.2.АЗЛ2. Блок питания предионизатора
1.3.2.А3.1. Предионизатор
1.3:2.А3.3.1.!А1. Дуговой предиониэатор, расположенный вне области магнитного потока, с током
дуги, параллельным кинетическому потоку
1.3:2.А3.3.1.1А2. Дуговой предионизатор в области магнитного потока с током дуги, параллельным
кинетическому потоку
1.3:2.А3.3.1.!АЗ. Индукционный предионизатор
1.3:2.А3.3.1.!А4. Предионнзатор холловского типа с закорачиванием поперечного поля на входе
в МГД-канал
1.3:2.А3.3.1.1А5. Предионизатор на основе турбулентного нагрева электронного газа
1.3.2.А4. Блок создания носителей заряда на основе реакций фотоионизации
1.3.2.А4.II. Источник светового ионизирующего излучения
3.3.2.А4.!2. Блок питания фотоионизатора
1.3.2.А4Л. Источник светового ионизирующего излучения
1.3.2.А4.1.1А1. Ряд сдвинутых по фазе импульсных оптических квантовых генераторов
1.3.2.А4.1.1А2. Импульсная лампа
1.3.2.А4.1.1АЗ. Импульсный осветитель на основе взрывающихся проволочек с питателем
барабанного типа
1.3.2.A4.1.IA4. Рентгеновский источник
1.3.2.А5. Блок создания носителей заряда на основе реакций радиолиза
1.3.2.А3.11. Источник радиоактивного излучения
1.3.2.А5.12. Реактор-инжектор
1.3.2.А5.1. Источник радиоактивного излучения
1.3.2.А5.1.1А1. Источник а-частиц
1.3.2.А5.1.1А2. Источник тепловых нейтронов
1.3.2.А5.1.1АЗ. Источник у-излучения
1.6. Блок взаимодействия кинетического потока и магнитного поля МГД-генератора
1.6.11. МГД-канал
1.6.12. Поток рабочего тела ^^_^^^___^^___^^__^_^^_^___^^^_
1.6.1. МГД-канал
1.6.1.11. Система охлаждения МГД-канала
1.6.1.12. Система теплоизоляции МГД-канала
1.6.1.13. Устройство МГД-канала
1.6.1.14. Арматура МГД-канала
1.6.1.3. Устройство МГД-канала
1.6.1.3.11. Стенка МГД-канала, ее элементы и осевая конфигурация
1.6.1.3.12. Материал стенки МГД-канала
1.6.1.3.13. Форма сечения МГД-канала
1.6.1.3.1. Стенка МГД-канала
1.6.1.3.1.!А1. Канал, набранный из металлических рамок, покрытых изолятором и стянутых болтами
1.6.1.3.1.1А2. Линейный МГД-канал, выложенный из кирпича
1.6.1.3.1.!АЗ. Сварной металлический МГД-канал линейной конфигурации
304 Приложение
1.6.1.3.1.!А4. Керамический цельносформированный линейный МГД-канал
1.6.1.3.1.IA5. Искривленный МГД-канал
1.6.1.3.1.!А6. Спиралеобразный многовитковый МГД-канал-улитка
1.6.1.3.1.IA7. Винтовой многоступенчатый МГД-канал
1.6.1.3.1. !А8. Дисковой МГД-канал с тангенциальной модуляцией акустических бегущих волн
(акустический клистрон)
1.6.1.3.2. Материал стенки МГД-канала
1.6.1.3.2.!А1. Нержавеющая сталь
1.6.1.3.2.!А2. Окись магния, обожженная в дуговом разряде
1.6.1.3.2.IA3. Жаропрочный бетон на основе окиси алюминия
1.6.1.3.2.1А4. Жаропрочный бетон на основе окиси магния и хлорида магния
1.6.1.3.2.1АЗ. Цирконат стронция
1.6.1.3.2JA6. Цирконат кальция
1.6.1.3.2.IA7. Окись гафния
1.6.1.3.2.IA8. Окись тория
1.6.1.3.2.1А9. Алунд
1.6.1.3.3. Форма сечения МГД-канала
1.6.1.3.3.IA1. Нерасширяющийся круглый МГД-канал
1.6.1.3.3.1А2. Расширяющийся круглый МГД-канал
1.6.1.3.3.!АЗ. Нерасширяющийся канал с сечением в виде правильного многоугольника
1.6.1.3.3.!А4. МГД-канал со щелевидным поперечным сечением
1.6.1.3.3.IA5. МГД-канал с расширяющимся кольцевым поперечным сечением
1.6.2. Поток рабочего тела
1.6.2.IA1. Плазменный кинетический поток
1.6.2. !А2. Сплошной поток жидкого металла
1.6.2.IA3. Поток электролита
1.6.2.!А4. Эмульсионный жидкометаллический поток
1.6.2.IA5. Капельный жидкометаллический поток
1.6.2.!А6. Слоистый жидкометаллический поток
1.6.2.А1. Плазменный кинетический поток
1.6.2.A1.I1. Несущая компонента
1.6.2.A1.I2. Носители заряда в кинетическом потоке
1.6.2 А1.13. Мелкодисперсная твердотельная компонента
1.6.2.А1.1. Несущая компонента
1.6.2.A1.1.IA1. Гелий
1.6.2Л1.1.1А2. Аргон
1.6.2.А1.1.1АЗ. Неон
1.6.2 A1.1.IA4. Высокотемпеоатуоные продукты гооения
1.6.2.А1.3. Мелкодисперсная твердотельная компонента
1.6.2A1.3.IA1. Пыль окиси бария
1.6.2A1.3.IA2. Пыль гексаборида лантана
1.6.2А1.3.1АЗ. Мелкодисперсная зола
1.6.2А4. Эмульсионный жидкометаллический поток
1.6.2 A4.I1. Жидкометаллическая компонента
1.6.2A4.I2. Эмульгируемая компонента
Комбинаторный файл на МГД-генераторы 305
1.6.2.А4.1. Жидкометаллическая компонента эмульсионного потока
1.6.2.A4.1.IA1. Жидкий натрий
1.6.2.А4.1.1А2. Цезий
1.6.2.А4.1.1АЗ. Калий
1.6.2 А4.1.1А4. Франций
1.6.2.А4.2. Эмульгируемая компонента
1.6.2 A4.2.IA1. Аргон
1.6.2.А4.2.1А2. Неон
1.6.2.А4.2.1АЗ. Гелий
1.6.2А4.2.1А4. Ксенон
2. Блок создания магнитного поля МГД-генератора
2.!1. Электрическая цепь блока создания магнитного поля
2.12. Магнитная цепь блока создания магнитного поля
2.!3. Система охлаждения блока создания магнитного поля
2.!4. Механический каркас блока магнитного поля
2.1. Электрическая цепь блока создания магнитного поля
2.1.11. Блок возбуждения магнитного поля
2.1.12. Схема соединения катушек
2.1.13. Блок питания магнитных катушек
2.1.3. Блок питания магнитных катушек
2.1.3.1А1. Кинетический поток полностью помещен в магнитном поле
2.1.3.1А2. В магнитном поле помешен лишь кинетический поток с наибольшей скоростью
2.1.3. Блок питания магнитных катушек
2.1.3.11. Токопроводы
2.1.3.12. Система управления
2.1.3.13. Источник тока для питания соленоида
2.1.3.3. Источник тока для питания соленоида
2.1.3.3.1А1. Источник тока на основе одной или нескольких катушек силовой сети МГД-генератора
2.1.3.3.1А2. Стандартный силовой источник (УИП)
2.1.3.3.1АЗ. Блок на основе аккумуляторов
2.1.3.3.1А4. Блок на основе электромашинного генератора
2.1.3.3.1А5. Блок на основе «замороженного» контура тока
2.1.3.3.1А6. Блок на основе топливных элементов
2.1.3.3.А5. Блок на основе "замороженного" контура тока
2.1.3.3.А5.11. Сверхпроводящий контур
2.1.3.3.А3.12. Блок запитки сверхпроводящего контура
2.1.3.3.А5.2. Блок запитки сверхпроводящего контура
2.1.3.3.A5.2.I1. Источник ЭДС
2.1.3.3.А5.2.12. Блок-инжектоо (токовая ловушка^
2.1.3.3.А5.2.2. Блок-инжектор (токовая ловушка)
2.1.3.3.А5.2.2.1А1. Циклический сверхпроводящий трансформатор на двух тепловых ключах
2.1.3.3.А5.2.2.1А2. Сверхпроводящий трансформатор однократного действия
306 Приложение
2.1.3.3.А5.2.2.1АЗ. Бесконтактный сверхпроводящий генератор
2.1.3.3.А5.2.2.!А4. Цилиндрический сверхпроводящий генератор постоянного тока
2.1.3.3.А5.2.2.1А5. Сверхпроводящий цилиндрический генератор постоянного тока без
движущихся частей
2.1.3.3 А5.2.2.1 А6. Лейденский топологический сверхпроводящий генератор постоянного тока
2.1.3.3.А5.2.2.!А7. Кондуктивная ловушка тока
2.1.3.3.А5.2.2А7. Кондуктивная ловушка тока
2.1.3.3 А5.2.2 A7.lt Токовый ключ
2.1.3.3.А5.2.2А7.12. Источник ЭДС
2Л.З.З.А5.2.2 А7.1 Токовый ключ
2.13.3 A5.2.2A7.IA1. Механический ключ
2.1.3.3.А5.2.2 А7.1А2. Тепловой ключ
2.13.3 А5.2.2 A7.IA3. Магнитный ключ
2.2. Магнитная цепь блока создания магнитного поля
2.2.11. Блок источников магнитного поля
2.2.12. Блок концентратора магнитного поля
2.2.1. Блок источников магнитного поля
2.2.1.11. Блок постоянных магнитов
2.2.1.12. Блок катушек проводника с током
2.2.1.2. Блок катушек проводника с током
2.2.1.2.11. Проводящие витки
2.2.1.2.B. Межвитковая изоляция
2.2.1.2.13. Контактные соединения
2.2.1.2.1. Проводящие витки
2.2.1.2.1.11. Форма витка
2.2.1.2.1.12. Проводник
2.2.1.2.1.1. Форма витка
2.2.1.2.1.1.1А1. Круглый плоский виток
2.2.1.2.1.1.1А2. Прямоугольный плоский виток
2.2.1.2.1.1.!АЗ. Седлообразный округлый виток
2.2.1.2.1.1.IA4. Прямоугольный виток с отогнутыми краями
2.2.1.2.1.2. Проводник
2.2.1.2.1.2.1А1. Нормальный проводник
2.2.1.2.1.2.1А2. Сверхпроводник
2.2.1.2.1.2А1. Нормальный проводник
2.2.1.2.1.2.A1.U. Армирующие нитки нормального проводника
2.2.1.2Л.2А1.12. Проводящие нитки нормального проводника
2.2.1.2.1.2.А1.13. Способ соединения армирующей и проводящей частей нормального проводника
2.2.1.2.1.2.1. Армирующие нитки нормального проводника
2.2.1.2.1.2.А1.11. Форма армирующей нитки нормального проводника
2.2Л.2.1.2А1.12. Материал армирующей части кабеля
2.2.1.2.1.2.А1.1. Форма армирующей нитки нормального проводника
2.2Л.2.1.2А1.1.1А1. Армирующая часть совпадает с проводящей
2.2.1.2.1.2.A1.1.IA2. Армирующие нити круглого сечения
2.2.1.2.1.2 А1.1.1АЗ. Армирующая трубка-капилляр
2.2Л.2.1.2А1Л.1А4. Многожильная скрутка
Комбинаторный файл на МГД-генераторы 307
2.2.1.2.1.2.А1.2. Проводящие нитки нормального проводника
2.2.1.2.1.2A1.2.I1. Форма проводящей части кабеля
2.2.1.2.1.2А1.2.12. Материал проводящей части кабеля
2.2.1.2.1.2.А1.2.1. Форма проводящей части кабеля '
2.2Л.2.1.2А1.2.1.1А1. Проводящая часть как наполнитель армирующей части кабеля
2.2.1.2.1.2 A1.2.1.IA2. Проводник круглого сечения
2.2Л.2.1.2А1.2.1.1АЗ. Шины, пластинки
2.2.1.2.1.2 А1.2.1.1А4. Полая трубка
2.2.1.2.S.2.A1.2.1.IA5. Проводник с сечением в виде правильного шестиугольника
2.2.1.2.1.2.А1.2.2. Материал проводящей части кабеля
2.2.1.2.1.2 А1.2.2.1А1. Алюминий
2.2Л.2.1.2А1.2.2.1А2. Медь
2.2.L2.1.2A1.2.2.1A3. Бериллий
2.2.1.2.1.2A1.2.2.IA4. Серебро
2.2.1.2.1.2AL2.2.1A5. Натрий
2.2.1.2.1.2 А1.3. Способ соединения армирующей и проводящей частей нормального проводника
2.2.1.2.1.2А1.3.1А1. Многожильная скрутка проводов круглого сечения
2.2.1.2.1.2 A1.3.IA2. По методу трубочек Кюнцлера
2.2.1.2.1.2 A1.3.IA3. Совместная экструзия при высоком давлении
2.2.1.2Л.2A1.3.IA4. Многожильная скрутка с пропайкой
2.2Л.2.1.2 A1.3.IA5. Подача проводящего состава в капилляр при высоких температуре и давлении
и последующее охлаждение
2.2.1.2.1.2 А2. Сверхпроводниковый кабель
2.2.1.2.1.2.А2.!1. Армирующая часть из нормального проводника
2.2.1.2.1.2.A2.I2. Проводящая часть из сверхпроводника
2.2.1.2.1.2 А2.13. Способ соединения армирующей и сверхпроводящей частей кабеля
2.2.1.2.1.2.А2.1. Армирующая часть из нормального проводника
2.2.1.2.1.2А2.1.11. Форма
2.2.1.2.1.2А2Л.12. Материал
2.2.1.2Л.2.А2Л.1. Форма армирующей части сверхпроводящего кабеля
2.2Л.2.1.2.А2.1.11А1. Лента с продольными пазами для завальцовки жил сверхпроводника
2.2Л.2.1.2А2.1.11А2. Гладкая лента
2.2.1.2.1.2 А2.1.11АЗ. Трубка-капилляр
2.2.1.2Л.2А2.1.11А4. Сплошная матрица-заливка
2.2.1.2.1.2.А2.1.2. Материал армирующей части
2.2.1.2Л.2.А2.1.2.1А1. Нержавеющая сталь
2.2Л.2.1.2А2Л.2.1А2. Медь
2.2Л.2.1.2А2Л.2.1АЗ. Ниобий
2.2.1.2.1.2А2Л.2.1А4. Ванадий
2.2.1.2.1.2А2.1.2.1А5. Серебро
2.2.1.2.1.2 A2.1.2.LA6. Армирующая часть не предусмотрена
2.2Л.2.1.2.А2.2. Проводящая часть из сверхпроводника
2.2.1.2.1.2A2.2I1. Форма
2.2Л.2Л.2А2.212. Материал
2.2.1.2Л.2.А2.2Л. Форма сечения сверхпроводящей части кабеля
2.2.1.2.1.2.А2.2Л.1А1. Круглое сечение
308 Приложение
2.2.1.2.1.2.А2.2.1.1А2. Тонкие сверхпроводящие нити
2.2.1.2.1.2.А2.2.1.1АЗ. Тонкое сверхпроводящее покрытие на армирующей части кабеля
2.2.1.2.1.2.А2.2.1.1А4. Сверхпроводящее наполнение армирующей части кабеля
2.2.1.2.1.2.А2.2.2. Материал сверхпроводника
2.2.1.2.1.2.А2.2.2.1А1. Ниобат олова
2.2.1.2.1.2.А2.2.2.1А2. Ниобий-циркониевый сплав
2.2.1.2.1.2.А2.2.2.1АЗ. Сплав ниобий — титан — цирконий
2.2.1.2Л.2.А2.2.2.1А4. V3Ga
2.2.1.2.2. Межвитковая изоляция
2.2.1.2.2.1А1. Тефлон
2.2.1.2.2.1А2. Майлар
2.2.1.2.2.1АЗ. Гайфакс
2.2.1.2.2.1А4. Термоотверждаемая эпоксидная смола с бумажной основой
2.2.1.2.2.1А5. Эмаль на основе полиимидной смолы
2.2.1.2.2.1А6. Жидкий водород
2.2.1.2.2.!А7. Полиэфирный лак
2.2.1.2.2.1А8. Кварцевая ткань или оплетка
2.2.1.2.3. Контактные соединения (КС)
2.2.1.2.3.1А1. КС точечной сваркой
2.2.1.2.3.!А2. КС паянные серебром
2.2.1.2.3.!A3. КС обжимные контакты
2.2.1.2.3.1А4. КС прессованные контакты
2.2.1.2.3.1А5. КС зажимом с переходной ниобиевой пластинкой
2.2.1.2.3.!А6. КС зажимом с конусообразным стержнем
2.2.2. Блок концентратора магнитного поля
2.2.2.11. Цепь магнитопровода
2.2.2.12. Механический блок
2.2.2.13. Блок магнитных линз со сверхпроводящими отражателями
2.2.2.14. Схема суммирования полей отдельных источников
2.2.2.1. Цепь магнитопровода
2.2.2.1.IA1. Магнитопровод броневой конструкции (сплав "гиперко")
2.2.2.1.1А2. Железный наборный магнитопровод
2.3. Система охлаждения блока создания магнитного поля
2.3.11. Система охлаждения соленоида
2.3.12. Система охлаждения токовводов
2.3.13. Система охлаждения блока питания соленоида
2.3.1. Система охлаждения соленоида
2.3.1.11. Магистраль хладагента
2.3.1.12. Хладагент
2.3.1.13. Блок прокачки хладагента
2.3.1.14. Теплоизоляция блока охлаждения соленоида
2.3.1.15. Источник хладагента
2.3'.1.1. Магистраль хладагента
2.3.1.1.11. Криостат
2.3.1.1.12. Трубопровод хладагента
2.3.1.1.1. Криостат
Комбинаторный файл на МГД-генераторы 309
2.3.1.1.1.IA1. Специально не предусмотрен
2.3.1.1.1.IA2. Система сопл для обдува атмосферным воздухом
2.3.1.1.1.IA3. Трубчатый теплообменник, распределенный в обмотке
2.3.1.1.1.IA4. Ванна хладагента с принудительной циркуляцией
2.3.1.1.1.IA3. Теплообменник на тепловых трубах с пароадгезионным механизмом циркуляции
хладагента
2.3.1.1.1.А4. Ванна хладагента с принудительной циркуляцией
2.3.1.1.1.A4J1. Устройство ванны
2.3.1.1.1 А4.!2. Система теплоизоляции ванны
2.3.1.1.1.А4.1. Устройство ванны
2.3.1.1.1 A4.ll. Форма ванны
2.3.1.1.1 А4.12. Материал основной емкости
2.3.1.1.1.А4.1.2. Материал основной емкости ванны криостата
2.3.1.1.1 А4.1.2.1А1. Нержавеющая сталь
2.3.ШЛ4.1.2.1А2. Бронза
2.3.1.1.1 А4.1.2.1АЗ. Алюминиевые сплавы
2.3.1.1.1 А4.2. Система теплоизоляции ванны
2.3.1.1.1 A4.2.IA1. Рубашка с более высококипящим хладагентом
2.3.1.1.1 А4.2.1А2. Система экранирования
2.3.1.1.1.А4.2.А2. Система экранирования
2.3.1.1.1 A4.2A2.IA1. Вакуумный промежуток между стенками сосудов
2.3.1.1.1 А4.2А2.1А2. Вакуумно-порошковый экран
2.3.1.1.1А4.2А2.1АЗ. Многослойный вакуумированный экран
2.3.12. Хладагент
2.3.1.2JA1. Атмосферный воздух
2.3.12.IA2. Вода
2.3.1.2.!АЗ. Газообразный водород под давлением
2.3.1.2.!А4. Газообразный гелий под давлением
2.3.1.2.!A3. Жидкий кипящий гелий
2.3.1.2.1А6. Жидкий кипящий водород
2.3.1.2.IA7. Серный эфир при пониженном давлении
2.3.1.2.IA8. Фреон
2.3.1.2.!А9. Жидкий кипящий азот
2.3.1.2.IA10. Жидкий гелий при сверхкритическом давлении
2.3.1.2.1А11. Аммиак
2.3.1.3. Блок прокачки хладагента
2.3.1.3.IA1. Воздушный компрессор
2.3.1.3.IA2. Система тепловых труб с общим холодильником
2.3.1.3.IA3. Вибрационный сверхпроводящий индукционный насос на сильфонах
2.3.1.3.!А4. Криогенный жидкостный компоессоо
2.3.1.5. Источник хладагента
2.3.1.5.IA1. Атмосфера
2.3.1.5.1А2. Дроссельный вентиль
2.3.1.5.!АЗ. Машина Линде
2.3.1.5.IA4. Поршневой детандер
310 Приложение
2.3.1.5.1А5. ТУободетандео
3. Силовая сеть МГД-генератора
3.!1. Электрическая цепь
3.12. Магнитная цепь
3.13. Система охлаждения электрических узлов
3.1. Электрическая цепь
3.1.11. Цепь токосъемников
3.1. !2. Цепь сопряжения токосъемников с нагрузкой
3.1.13. Цепь нагрузки МГД-генератора
3.1.1. Цепь токосъемников
3.1.1.11. Основной блок токосъемников
3.1.1.12. Система соединения токосъемников
3.1.1.13. Вспомогательный блок утилизаторов энергии кинетического потока
3.1.1.1. Основной блок токосъемников
3.1.1.1.11. Токосъемник
3.1.1.1.12. Система взаимной изоляции токосъемников
3.1.1.1.13. Система изоляции токосъемников от механического каркаса
3.1.1.1.1. Токосъемник
3.1.1.1.1.1А1. Кондукционный токосъемник — электрод
3.1.1.1.1.1А2. Индукционный токосъемник — катушка
3.1.1.1.1.1.А1. Кондукционный токосъемник — электрод
3.1.1.1.1.1.А1.11 Проводящая часть корпуса электрода
3.1.1.1.1.1.А1.12. "Эффективный" электрод
3.1.1.1.1.1.А1.13. Система охлаждения электрода
3.1.1.1.1 А1.1. Проводящая часть корпуса электрода
3.1.1.1.1.A1.1.I1. Форма проводящей части корпуса электрода
3.1.1.1.1.А1.1.12. Материал проводящей части корпуса электрода
3.1.1.1.1.А1.1.1. Форма проводящей части корпуса электрода
3.1.1.1.1.А1.1.1.1А1. Кольцо, охватывающее сечение кинетического протока
3.1.1.1.1.А1.1.1.1А2. Треугольный модуль как элемент электродной стенки
3.1.1.1.1.А1.1.1.1АЗ. Квадратный модуль как элемент наборной электродной стенки
3.1.1.1.1 А1.1.1.1А4. Шестиугольный модуль
3.1.1.1.1 А1.1.1.1А5. Наклонная проводящая рамка, установленная заподлицо со стенкой МГД-канала
3.1.1.1.1.А1.1.1.1А6. Пластины, установленные заподлицо со стенкой канала перпендикулярно
линиям потока
3.1.1.1.1.А1.1.1.1А7. Сплошной электрод вдоль всей стенки канала
3.1.1.1.1.А1.2. Материал проводящей части корпуса электрода
3.1.1.1.1.А1.2.1А1. Тантал
3.1.1.1.1.А1.2.1А2. Сталь с покрытием из окиси циркония и цирконата бора
3.1.1.1.1.А1.2.1АЗ. Медь
3.1.1.1.1.А1.2.1А4. Вольфрам
3.1.1.1.1.A1.2.IA5. Графит
3.1.1.1.1.А1.2.1А6. Композиция карбида ниобия и карбида кобальта
3.1.1.1.1.А1.2.1А7. Карбид кремния, легированный молибденом, титаном и хромом
3.1.1.1.1.А1.2.1А8. Стабилизированная окись циркония
3.1.1.1.1.A1.2.IA9. Медь, покрытая нержавеющей сталью и окисью циркония с цирконатом бора
Комбинаторный файл на МГД-генераторы Ц
3.1.1.1.1А1.2ЛА10. Полупроводник
3.1.1.1.1.А1.2. "Эффективный" электрод
3.1.1.1.1 А1.2ЛА1. Эффективный электрод на холодной эмиссии электронов
3.1.1.1.1.A1.2.IA2. Эффективный электрод на термоэмиссии электронов
3.1.1.1.1 А1.2ЛАЗ. Эффективный электрод на вспомогательной дуге
3.1.1.1.1.A1.2.IA4. Эффективный электрод на электронах фотоэмиссии
3.1.1.1.1.А1.2.1А5. Эффективный электрод на пробое электродного пограничного слоя излучением
радиоактивного препарата
3.1.1.1.1 A1.2.IA6. Эффективный электрод не предусмотрен
3.1.1.1.1.А1.3. Система охлаждения электрода
3.1.1.1.1 .A1.3.I1. Магистраль хладагента
3.1.1.1.1 А1.3.12. Хладагент для электрода
3.1.1Л.1 А1.3.1. Магистраль хладагента для электрода
3.1.1.1.1 A1.3.1.IA1. Обычный трубчатый теплообменник
3.1.1.1.1A1.3.1.IA2. Система пор "потеющего" электрода
3.1.1.1.1 A1.3.1.IA3. Теплообменник-газификатор, в котором происходит неполное эндотермическое
сгорание жидкого топлива
3.1.1.1.1 А1.3.2. Хладагент для электрода
3.1.1.1.1A1.3.2.IA1. Вода
З.Ш.1А1.3.2.1А2. Ртуть
3.1.1.1.1 A1.3.2.IA3. Водород
3.1.1.1.1 А1.3.2.1А4. Мазут с эмульгированным окислителем
3.1.1.1.1 А2. Индукционный токосъемник — катушка
3.1.Ш A2.ll. Роторная обмотка
3.1.1.1.1 A2.I2. Статорная обмотка
3.1.1.1.1.А2.1. Роторная обмотка
3.1.1.1.1 A2.1.IA1. Плоская обмотка возбуждения бегущего поля
3.1.1.1.1 А2.1.1А2. Кольцевая обмотка возбуждения бегущего поля
3.1.1.1.2. Система взаимной изоляции токосъемников
3.1.1.1.2.!А1. Прокладки из окиси гафния
3.1.1.1.2.1А2. Прокладки из окиси тория
3.1.1.1.2.IA3. Прокладки из цирконата стронция
3.1.1.1.2.LA4. Прокладки из стеклоткани и жаропрочных эмалей
3.1.1.1.2.IA5. Прокладки из алунда
3.1.1.1.2.IA6. Прокладки из окиси магния
3.1.1.1.2.IA7. Прокладки из цирконата кальция
3.1.1.1.2.LA8. Окись алюминия с включением зерен корунда и алюмината кальция
3.1.1.1.2.1А9. Бетон на основе окиси магния и хлорида магния
3.1.1.2. Система соединения токосъемников
3.1.1.2.1А1. Холловская электродная система
3.1.1.2.1А2. Фарадеевская электродная система
3.1.1.2.1АЗ. Сериесная система соединения
3.1.1.2.IA4. Схема типа "Амплидин"
3.1.1.2.1АЗ. Схема типа "Параметрический усилитель"
3.1.1.2.1А6. Скомпенсированный одноволновый индукционный генератор
3.1.1.2.1А7. Роторный МГД-генератор переменного тока
3.1.1.2.1А8. Многоволновый нескомпенсированный генератор
В.М. Капустин
КОНСТРУКТОРУ
О КОНСТРУИРОВАНИИ
Редактор: СП. Никаноров.
Художественный редактор: А.В. Никитин.
Верстка: А.В. Никитин.
Отпечатано с готового оригинал-макета издательства «Концепт». Сдано в набор
15.03.08. Подписано в печать 08.04.08. Формат 60x84/16. Бум. офсетная № 1.
Гарнитура Академическая. Печать цифровая. Усл. печ. л. 18,14. Уч.-изд. л. 15,09.
Тираж 120 экз. Заказ № 101-2104.
Издательство «Концепт». Россия, 107076, г. Москва, Стромынский пер.,
д. 7/23. www.acconcept.ru. Тел./факс: +7 D95) 363-19-40.
Отпечатано в Центре полиграфических услуг «Радуга»
В. М. Капустин
шгаши,
шВиршнии
к
\