«ГЕН» Ф.Е. ТЕМНИКОВА И «ВЫРАЩИВАНИЕ» СИСТЕМЫ Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 303.732

doi:10.18720/SPBPU/2/id21-51

Волкова Виолетта Николаевна1,

профессор, д-р экон. наук, профессор;

Леонова Алла Евгеньевна , Начальник управления стратегического анализа и информационных взаимодействий; Логинова Александра Викторовна, доцент, канд. экон. наук

«ГЕН» Ф.Е. ТЕМНИКОВА И «ВЫРАЩИВАНИЕ» СИСТЕМЫ

1 3

’ Россия, Санкт-Петербург,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,

1 [email protected],

3

[email protected].

2 Россия. Москва, АО «НИЦЭВТ», alla.leonova.nicevt.ru

Аннотация. Статья посвящена 115-летию со дня рождения доктора технических наук, профессора Федора Евгеньевича Темникова - создателя первой в СССР кафедры Системотехники и научной школы теории систем. Рассматривается одна из идей Ф.Е. Темникова, значимая для развития современной теории систем и ее применение при создании концепции постепенной формализации моделей принятия решений .

Ключевые слова: «выращивание» системы, «ген» системы, постепенная формализация, системный анализ, системотехника, теория систем.

Violetta N. Volkova\

Professor, Doctor of Economics, Professor;

Alla E. Leonova , Chief of Department Strategic Analysis

and Information interactions;

3

Aleksandra V. Loginova ,

Ass. Professor, Candidate of Economic Sciences

"GEN" F.Ye. TEMNIKOV AND "GROWING" SYSTEM

Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,

[email protected],

3

[email protected].

2 Russia, Mos^w, АО «NICEVT», alla.leonova.nicevt.ru

Abstract. The article is dedicated to the 115th anniversary of the birth of Doctor of Technical Sciences, Professor Fyodor Evgenievich Temnikov - the creator of the USSR's

80

first Department of Systems Engineering and the scientific school of systems theory. One of the ideas of F.E. Temnikova, significant for the development of modern systems theory, and its application in creating the concept of gradual formalization of decision-making models..

This is presentation a one of the ideas of F.E. Temnikov, which being significant for the development of modern systems theory, and it application for creating the concept of gradual formalization of decision-making models.

Keywords: "growing" system, "gene" of system, gradual formalization, systems analysis, systems engineering, systems theory.

Посвящается 115-летию создателя первой в СССР школы теории систем Федора Евгеньевича Темникова

Введение

Ерццн^м В 1961 году при переводе и издании в СССР книги

H. Goode, R. Machol System Engineering (McGraw-Hill, 1957) [1]) в редакции издательства «Советское радио» не понравился буквальный перевод «системная ^ -—-L инженерия» или «инженерия систем», и был принят

термин «системотехника». Автором термина был доктор технических наук, профессор Московского энергетического института Федор Евгеньевич Темников (3(17).09.1906 - 4.10.1993).

В 1969 г. в Московском энергетическом институте (МЭИ) по инициативе Ф.Е. Темникова была создана первая в СССР кафедра системотехники, на основе которой стала развиваться первая в СССР школа теории систем [2].

Предложив термин системотехника, Ф.Е. Темников публиковал свои работы под названием «Высшие системы» или «Высокоорганизованные системы» [3, 4] и пользовался терминами «теория систем» и «общая теория систем» [5-7].

Параллельно с теоретическими исследованиями Ф.Е. Темников вел большую работу по практическому использованию и координации системных исследований при разработке АСУ на базе ПЛ АИС ВШ, при которой был семинар по проблемам создания АСУ ВШ. В развитие этого семинара в 1973 году при ВНТОРЭС им. А.С. Попова в Москве был создан семинар «Теория систем» (ученым секретарем, а в последующем руководителем которого стала его ученица, одна из авторов статьи). С 1981 г. семинар с измененным названием, приближенным к практике, «Системный анализ и его применение», проводится в Ленинградском Доме ученых им. М. Горького (в н. в. - Дом ученых РАН в Санкт-Петербурге) и сыграл немаловажную роль в инициировании проведения конференции «Системный анализ в проектировании и управлении».

81

Одной из первоочередных задач развития теории систем Ф.Е. Темников считал упорядочение методов моделирования и предложил классификацию методов моделирования систем [8, 9], в которой выделил обобщенные классы методов математики, включая новые ее разделы - математическую логику и математическую лингвистику, определив их принципиальные особенности и связав с классами систем.

Ф.Е. Темниковым было предложено разделение систем по степени организованности: хорошо организованные, плохо организованные или диффузные и самоорганизующиеся [10]. В этой классификации выделенные классы можно рассматривать как подходы к отображению объекта или решаемой задачи, помогающие выбирать класс систем и методы моделирования.

Федор Евгеньевич предложил много интересных идей [11]. Видел путь развития междисциплинарных направлений следующим образом «Информатика — Систематика — Интеллетика» [12]. Перспективным развитием считал синхронные поля общения [13].

Важную роль в развитии теории систем Ф.Е. Темников отводил информатике, определив ее в 1963 г. как науку об информационных элементах, информационных процессах и информационных системах [14] и введя набор функций информационной системы, названный в последующем «геном Темникова».

1. «Ген» Ф.Е. Темникова и идея «выращивания» системы

В 1970 г. Ф.Е. Темников предложил состав основных функций любой системы: C - связь (communication), сбор, регистрация, передача информации, перемещение ее в пространстве G; M - память (memory), хранение информации, перенос ее во времени t; K - расчет (от «калькулятор», «компьютер»), обработка,

получение новой информации J, R - рассудок (reason), разум; P - политика (рис. 1).

Изображение в форме окружностей Ф.Е. Темников назвал «контурами», которые должны формироваться в сложной системе.

Этот набор функций, как утверждал Ф.Е. Темников, - отличительная особенность любой сложной живой системы, необходимая и достаточная для ее реализации.

Для относительно простой технической системы, в которой происходит движение информации в какой-либо форме, достаточно только переноса информации в пространстве (рис. 2,а), т. е. функции C, после применения которой система попадает в точку A = f(G) (например, системы передачи информации, телефонной связи и т. п.).

82

Более сложными являются технические системы с памятью, в которых, наряду с передачей информации предусматриваются блоки ее задержки во времени, хранения, т. е. выполняются функции С и M. В результате (рис. 2, б) система попадает в точку B = f(G, t).

Для того чтобы систему можно было назвать информационной, в ней должна осуществляться еще и обработка информации, т. е. выполняться три функции - C, M и K (рис. 2,в), после применения которых система попадает в точку D = f(G, t, J).

J J J

И У....v

Рис. 2

В живых системах недостаточно способности к обработке информации типа расчетов, появляется еще и рассудок, разум R. А в более сложно организованных социальных системах - еще и функция политики P. Для простой информационной системы достаточно первых трех контуров.

При пояснении полезности предлагаемого набора функций Ф.Е.Темников предложил эксперимент с помещением разработчика в комнату с практически нулевой начальной информацией, т. е. в ситуацию с большой начальной неопределенностью, и постепенным ее накоплением для развития системы.

Пусть Вас поместят в изолированную комнату, и дадут Вам средства связи (телефон, телетайп), памяти (хотя бы средства для организации картотеки хранения информации) и расчета, т. е. какие-то средства обработки информации, хотя бы простейшие вычислительные устройства (в то время не было персональных компьютеров, которые могли бы одновременно обеспечить функции M и K, а тем более сети Internet, которая обеспечивает все три функции C, M, K).

Первый же звонок по телефону: «В какой группе учится студент Иванов?» — позволяет понять, что в системе есть «студенты», «группы», и нужно начинаеть создавать картотеку студентов, пользуясь опять-таки средством связи с другими помещениями той среды, в которую Вас поместили. Следующие вопросы из внешней и внутренней среды о преподавателях, научных исследованиях, о неисправностях какого-либо оборудования и т. п. заставят создавать все новые картотеки, упорядочивать их и т. д.

Так и будет постепенно развиваться, «выращиваться» информационная система.

Таким образом, вместо того, чтобы обследовать существующую сложную систему управления, «перечислять» все ее элементы, с чего

83

обычно начинались все разработки автоматизированных информационных систем, Ф.Е. Темников предлагал подход постепенного накопления информации о системе на основе набора функций, необходимого для системы данного класса.

В последующем этот набор контуров-функций (которые можно детализировать) стали называть «геном» Темникова.

«Г ен» Т емникова не сразу был понят. Особенно включение контура политики. Важность этой функции была осознана только в 1990-е гг., когда этот контур начала активно проявляться в нашем обществе.

Под влиянием рассмотренной идеи был разработан подход, основанный на постепенной формализации моделей принятия решений, развитие которого также имеет свою историю.

3. Концепция постепенной формализации моделей принятия решения

В развитии идеи Ф.Е. Темникова о «гене» информационной системы и на основе осмысления роли гуманитарного и формального знания в 1970 г. в работах его аспирантки (одного из авторов данной работы) [15, 16] была предложена концепция постепенной формализации модели принятия решения на основе переключения гуманитарного знания и формальных методов.

Формальные методы не позволяют выявить содержание исследуемых процессов. Поэтому нужны методы, которые помогают активизировать интуицию и опыт специалистов (т. е. гуманитарное мышление) для выявления содержания, а затем отобразить понятые принципы взаимодействия компонентов, полученные эмпирически, с помощью формальных методов, что можно сделать с помощью подсказок.

Для проверки этой идеи в 1972 году был проведен «эксперимент» с одним из авторов данной работы, в то время пятиклассницей [14].

Аленка нашла в разделе головоломок одного из популярных журналов задачу, которую невозможно было решить известными ей методами математики. Формулировалась задача следующим образом.

Известно: в столовую вошла группа посетителей, которые вначале сели за несколько столов по 6 и по 7 человек;

а затем разместились поровну, по 11 человек, заняв z столов.

Требовалось определить: сколько посетителей вошло в столовую, если их было больше 100 и меньше 150.

Формально ситуация, предлагаемая в головоломке, описывается уравнением

6x + 7y = 11z (1)

и ограничением 100 < 11z < 150

В уравнении (1) число неизвестных (три) больше, чем число уравнений. Следовательно, к нему не применимы обычные методы решения алгебраических уравнений.

84

Искусственных приемов пятиклассница не могла знать. Остается - перебор или случайный подбор, на который и рассчитана головоломка.

Чтобы ускорить такой перебор, его можно направить с помощью подсказок, обеспечивающих постепенную помощь в получении результата, что и было экспериментально проверено на этом примере.

Подсказка 1. «Попытайся применить то, что знаешь. Таблицу умножения, например».

Снять ограничение «10», обычно задаваемое формой таблицы умножения, помогло то, что в правой части уравнения (1) z сразу умножается на 11.

Под членами уравнения быстро стали появляться столбцы произведений:

6x + 7У = 11 z

6 X 1 = 6 7 X 1 = 7 11 X 1 = 11

6 X 2 = 12 7 X 2 = 14 11 X 2 = 22

6 X 3 = 18 7 X 3 = 21 11 X 3 = 33

6 X 4 = 24 7 X 4 = 28 11 X 4 = 44

Подождав немного (примерно до умножения на 15), можно рекомендовать применить следующую подсказку:

Подсказка 2: «не увлекайся перечислением элементов».

В данном случае, приняв за элементы «6х», «7у», «11z», нужно решить, что можно сделать с полученными столбцами произведений дальше:

Подсказка 3: «возвратись к формулировке задачи»,

в соответствии с которой нужно организовать перебор сумм столбцов «6х», «7у» и сравнение их с произведениями «11z».

Однако перебор при этом (в приводимом примере - это число размещений с повторениями) в случае 15 произведений составит 153 = 33 75 (!).

Еще одна подсказка для ограничения перебора содержится в условии задачи, в ограничении 100 < 11z < 150. Следовательно, нужно рассматривать только этот диапазон сумм.

Если вырезать из столбцов произведений диапазон столбцов, соответствующий ограничениям третьего столбца, то можно довольно быстро найти решение: х = 11, У = 11, z = 13.

Но, возможно, есть еще решения? Чтобы проверить, нужно вновь несколько расширить область допустимых решений, и снова может возникнуть проблемам перебора.

И тут Аленка уже сама предложила прием, которым часто пользовалась в школе: не вычислять полностью суммы, а проверять вначале суммы последних цифр слагаемых на совпадение с последней цифрой составляющих правой части уравнения.

После этого в считанные минуты она получила три решения:

1) х = 8, у = 12, z = 12; 2) х = 9, у = 8, z = 10; 3) х = 11, у = 11, z = 13.

В ответе к головоломке был только третий вариант решения, который можно получить, применив специальный прием:

уравнение с тремя неизвестными типа тх + ny = kz решается для любых х, у и z в случае, если сумма коэффициентов при переменных слагаемых равна коэффициенту при z, т. е. т + n = k.

85

Тогда, приняв z равным сумме коэффициентов при x и у (т.е. z=m+n = 13) и поменяв местами к и z, получим уравнение, справедливое при значениях x = у = к, т. е. в данном случае 11 (что соответствует 3-му варианту решения).

Можно получить больше решений, если суммировать слагаемые, которые ближе к началу и нижнему пределу, еще больше расширить область допустимых решений. При этом возрастает перебор вариантов. Область допустимых решений следует увеличивать постепенно, пока не будет получено последнее возможное решение. Для ускорения нахождения вариантов решения можно разработать автоматизированную процедуру, которую в настоящее время может написать практически каждый школьник.

Приведенный пример демонстрирует полезность привлечения неформального, интуитивного мышления при решении задач, которые не могут быть сразу решены формальными, математическими методами, полезность переключения этих видов, что и и положено в основу метода постепенной формализации процесса решения задачи, т. е. в основу искусства формализации, как Ф.Е. Темников тогда назвал этот подход.

На основе этого примера и ряда других был разработан обобщенный подход к постепенной формализации моделей принятия решений, излагаемый в следующей главе.

Была получена модель переключения методов при разработке автоматизированных информационных систем (рис. 3) (см. подробнее в [14, 15]).

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

ТЕОРЕТИКО-МНОЖЕСТВЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

СТРУКТУРНО-ЛИНГВИСТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

Рис. 3

На рисунке приняты следующие обозначения ОЧ АИС - обеспечивающая часть автоматизированной информационной системы; ИО, ТО, ОргО - информационное, техническое, организационное обеспечение; НС- надсистема, ПС - подведомствен-

86

ные системы, АС - актуальная среда, СС - собственно система; ГИВЦ, ИЦ1, ИЦ2, ... , А1, А2,... - пункты сбора и обработки информации; Ф1, Ф2,... , - формы сбора и представления информации (документы, массивы); ЭВМ, ТТ (телетайп), Т (телефон), ... и т. д.

В последующем была разработана классификация методов моделирования систем, в которой стали методы активизации интуиции и опыта специалистов (МАИС) и методы формализованного представления систем (МФПС), представив их для удобства переключения так, как показано на рис. 4, на котором приведены примеры переключения методов для разных задач.

Рис. 4

Таким образом, процесс постепенной формализации модели принятия решения представляет собой своего рода методику системного анализа, которая сочетает относительно малоформальные методы, удобные для человека (МАИС), и формальные представления (МФПС), позволяющие привлекать достижения математических теорий и применять ЭВМ.

Перевод модели на более формальные языки позволяет проводить анализ модели с меньшим вмешательством человека, автоматизировать этот процесс, но за это мы платим потерей гибкости модели и введением ряда ограничений, не всегда представляя их в формализованном виде. Поэтому жесткую структуру методики формирования моделей принятия

87

решения при применении подхода, основанного на постепенной формализации модели, можно разработать только для конкретных задач.

В общем случае следует применять принцип переключения методов из групп МАИС и МФПС с учетом конкретных особенностей и условий решения задачи, и в качестве некоторых общих рекомендаций можно использовать лишь рекомендации, которые получены в практике разработки таких методик [16, 17], т. е. приемы типа «используй то, что знаешь», «не увлекайся перечислением», «не забывай возвращаться к формулировке задачи», «применяй системные представления», «помни о цели», «не бойся менять элементы, структуру», «при возникновении затруднений меняй методы», «учитывай проблему Гёделя» и т. п., применение которых может помочь в более сжатые сроки организовать процесс постепенной формализации модели.

Принципиальной особенностью моделей постепенной формализации является то, что она ориентирована на развитие представлений исследователя об объекте или процессе принятия решения, на постепенное «выращивание» решения задачи. Поэтому предусматривается не одноразовый выбор методов моделирования, а смена методов по мере развития у лиц, принимающих решения, представлений об объекте и проблемной ситуации в направлении все большей формализации модели принятия решений.

При «выращивании» модели можно накапливать информацию об объекте, фиксируя все новые компоненты, связи, правила взаимодействия компонент, и, используя их, получать отображения последовательных состояний развивающейся системы, постепенно создавая все более адекватную модель реального, изучаемого или создаваемого объекта. При этом информация может поступать от различных специалистов и накапливаться во времени по мере ее возникновения в процессе развития объекта и наших представлений о нем. При постановке задачи для принципиально нового объекта или процесса постепенная формализация позволяет обосновать принципы разработки языка автоматизации моделирования и обобщенную формальную модель с пошаговым доказательством ее адекватности на каждом витке интерактивного моделирования.

Заключение

Концепция постепенной формализации и «выращивания» системы (или модели принятия решений) применялся при моделировании процессов прохождения информации в системах управления, при обосновании структуры обеспечивающей части автоматизированной информационной системы [16, 17], на примере анализа организационно-

технологических процедур подготовки и реализации управленческих решений [15], на примере разработки алгоритма выбора инноваций [18]. Исследуется возможность его применения при развитии информацион-но-управляющего комплекса предприятия [19].

Список литературы

1. Гуд, Г.Х., Макол, Р.З. Системотехника: Введение в проектирование больших систем. - М.: Сов. радио, 1962. - 383 с.

88

2. Абросимов Л.И., Афонин В.А., Волкова В.Н. Школа Федора Евгеньевича Темникова // В кн.: МЭИ: История, люди, годы / Под общ. ред. С.В. Серебрянникова. — М.: Издательский дом МЭИ, 2010. (Серия «Выдающиеся деятели МЭИ»). Т. 3. — С. 278-288.

3. Темников Ф.Е. Высшие системы // В сб. докл. Научно-тежн. конф. По итогаи НИР за 1966-1967 гг. Секция Автоматики и вычислительной и измерительной техники. Подсекция автоматики и телемеханики. Ч. II. - М.: МЭИ, 1967. - С. 3-12.

4. Темников Ф.Е. Высокоорганизованные системы // В сб.: Большие системы: Теория, методология, моделирование. М.: Наука, 1971. С. 85-94.

5. Темников Ф.Е. Вопросы теории и методологии систем // В сб. трудов Московского ордена Ленина Энергетического института. Вып. 158. Системотехника. -М.: МЭИ, 1973. - С. 3-9;

6. Темников Ф.Е. Основные положения теории систем // В сб. Проблемы больших систем: Матер. семинара. - М.: МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского, 1974. С. 3-15;

7. Темников Ф.Е. Общая теория систем и интеграция знаний // Материалы семинара: Общая теория систем и интеграция знаний. М.: МДНТП, 1976. С. 3-11.

8. Волкова В.Н., Темников Ф.Е. Подход к выбору метода формализованного представления систем // В сб.: Моделирование сложных систем. М.: МДНТП, 1978. С. 38—40.

9. Волкова В.Н., Темников Ф.Е. Методы формализованного представления (отображения) систем: Текст лекций. М.: ИПКИР, 1974. 114 с.

10. Волкова В.Н., Денисов А.А., Темников Ф.Е. Методы формализованного представления систем: учеб. пособие. - СПб.: СПбГТУ, 1993. - 107 с.

11. Волкова В.Н., Черный Ю.Ю. Семь идей профессора Ф.Е. Темникова: от теории измерений к высшим системам // Датчики и системы. - 2016. - № 10. - С. 65-80.

12. F. E.Temnikov, V. N. Volkova, I. V.Makarova. Systematik, Informatik und Intel-lektik als neue Verfahrender Datenverarbeitung // Reсhentechnik Daten verardeitung, r.Iahrgang Beiheft, 1/2. Die Elektronisch Datenverer-beitung im Hochshulwesenvert-Rage der wis enschaftlichen: Konferenz der DDR. Berl[n, 1970. P.18-22.

13. Темников Ф.Е. Синхронные поля общения // Труды МЭИ. - М.: МЭИ, 1983. Вып. 603.

14. Темников Ф.Е. Информатика // Известия ВУЗов: Электромеханика, 1963,

№ 11.

15. Волкова В.Н. Постепенная формализация моделей принятия решений. -СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2006. - 120 с.

16. Волкова В.Н. Некоторые вопросы проектирования АИС. Диссертация на соиск. Ученой степени канд. техн. наук, 1973.

17. Волкова В.Н. К методике проектирования автоматизированных информационных систем // Автоматическое управление и вычислительная техника. Вып. 11. -М.: Машиностроение, 1975. - С. 289-300.

18. Volkova V.N., Kudryavtseva A.S., Loginova A.V., Chernyy Y.Y., Leonova, A.E. System Analysis of Innovative Technologies of the Industrial Revolutions // Proceedings of the 3rd International Conference Ergo-2018: Human Factors in Complex Technical Systems and Environments, Ergo 2018.

19. Volkova V.N., Leonova A.E., Loginova A.V. Models for development of the information-control complex of the enterprise // Системш дослщження та шформацшш технологи: Мiжнародний науково-техшчний журнал. № 1. 2021. P. 121-130.

89