CC BY
42
Раздел III Искусственный интеллект
УДК 681.3-519.8
В.Б.Тарасов
Искусственная жизнь - новая метафора для моделирования и перепроектирования предприятий
1. Введение
В последние годы во всех экономически развитых странах происходят коренные преобразования организации труда и предприятий, которые порой называют "новой промышленной революцией" [1,2]. Образование и раздел мирового рынка, компьютеризация рыночных отношений, возможность мгновенного доступа и получения исчерпывающей информации о любых товарах, растущая взаимозависимость производителей, насыщение (и пересыщение) общества материальными благами в экономически процветающих странах приводят к естественному переходу от экономики массового производства (и Диктата производителя) к экономике индивидуальных услуг, где решающая роль переходит к клиенту, который "всегда прав". В подобной, ориентированной на клиента экономической ситуации, предприятие сталкивается с весьма динамичным, стремительно меняющимся рынком, где все большее место занимает поиск разнообразия и предложение инноваций. Заказчики, получающие все большую свободу выбора, становятся все более требовательными и избалованными, а требования к качеству и надежности продукции становятся просто высочайшими (и везде потребители жаждут товаров с маркировкой "хай-фай"(Ы-П)). Срок жизни продукции неуклонно сокращается в силу ее постоянного обновления. Все это приводит к необходимости пересмотреть многие традиционные аксиомы организации предприятий. Так, обычные представления о хорошем предприятии как о стабильной и полностью (или централизованно) управляемой организации с Жесткой иерархической структурой ныне уступают место концепции непрерывного проектирования и перепроектирования структуры и деятельности предприятий с Целью реорганизации, улучшения его деловых процессов (business process ^engineering) [3-6] в условиях динамики рынка. Способность предприятия быстрее и лучше адаптироваться к изменениям конъюнктуры рынка и предлагать Новые продукты и услуги раньше конкурентов становится главным козырем Конкурентной борьбы. В деятельности современных предприятий просматривается определенный сдвиг от собственно производства к сфере услуг, поскольку Традиционная цель предприятий - произвести как можно больше продукции - ныне ^меняется более сложной целью - обеспечить полное удовлетворение заказчика за счет своевременного производства и/или поставки требуемых товаров. Само понятие качества продукции становится более субъективным и формируется в Процессах взаимодействия производителя и потребителя. Здесь хорошей иллюстрацией может служить новое понятие "виртуального продукта"[2], близкое к понятию "услуги". По определению, виртуальный продукт может быть изготовлен и адаптирован к запросам потребителя в кратчайшее время, в любом месте и в Различной форме. Для этого он должен существовать в некой предварительной, Идеальной форме (например, в компьютере) еще до его изготовления. Близость
виртуального продукта к понятию услуги хорошо видна из аналогии с заказом обеда в ресторане: виртуальный продукт предлагается подобно гастрономическому меню клиенту. Показательным примером служит использование и££ виртуального продукта на японской фирме Тойота, где в течение 72 часов произГдится автомобиль по заказу клиента (который для данной модели может выК1 мощность двигателя, коробку передач, цвет и т.п.). может выорать
Таким образом, серьезные изменения, произошедшие в последнее время в спепе функционирования предприятий, показывают актуальность разработки принципиально новых концепций и оиганичя,тпии1 неооходимость предприятий конца XX - начала XXI века. организационных «РУиур для
2. Теория организации предприятий: от классического механицизма к
искусственной жизни
Классическая теория организаций ФВТейлппа механицизмом и рационализмом. В соответствии с этой^ог,0*- пРониэана уподобляется механизму, эффективность которого заля^гггСИ' предпРиятие производительности, а люди рассматриваются как винты В теРминах
механизма. Руководство предприятия должно осушествлятИ шестеренки этого эффективное управление предприятием с целью обеспеченийГЬ JauHOHajIbHOe J производительности путем разбиения работ на „.и! максимальной "предварительного программирования" задачи каж^Т*1*1* ЗЗДаЧИ И Краеугольными принципами тейлоризма являются принцип^™ сотрудника, специализации. Согласно принципу иерархии, предприятие со?™*”” " принцип неоднородных компонентов, которые необходимо организовать нвип Множества где верхний уровень (руководство) обладает всей полнен иерархии,
уровень (исполнители) лишен всякой власти и возможно™ пГ0™’ а НИЖНТ Принцип специализации гласит, что всякую работу следует ТИЯ решснИЙ‘
последовательные операции, что обеспечивает миним^и™ Ь На пРостеишие
быстроту обучения персонала. Нередко выделяют понятая^»? ВЬ,полнения " специализации - установления четких разграничений * * вертикальной
выполнения задачи или между сферами проектирования JSL ферами анализа и все виды интеллектуальной деятельности должны бытк "р иэводства (при ЭТОМ сосредоточены в проектных бюро); б) горизонталей исключены из Чехов и работы в цехе на все более мелкие задачи и поручения пяКпЧИаЛИЗаЦИИ ‘ разбисния специальной функции. Конкретным воплощением этой илеи н^п С°0ТВетствующей организация конвейера. производстве стала
Последние изменения экономического климата стямт проблемы моделирования выживания, эволюции и На П0ВесткУ Дня
целом, это означает переход от механицизма к предприятий. В
организационных моделях, когда прадприятиё oLuaZ еСК0Й метаф°1’' ’ эволюционной теории и функциональной трактовки жИЧ«^аеТСЯ СКВ03Ь призмУ целостный организм, стремящийся выжить в популяции rrfIX явле“ий как некий подход к организации и функционированию предприятий ^ "™' ТаК°Й
нового и быстро развивающегося междисциплинарного^вписывается в русло именуемого "искусственная жизнь" [7-1 П. Объектом L иаучного направления, научно-технической дисциплины являются функционмк^ВеННОЙ ЖИЗНИ как моделирование общих принципов и закономерное^ <?*СТРУКТУРНЫ анализ и явлений, а основное содержание ИЖ составляет иссп1пл Н1?аЦИИ Жизненных могла бы быть", не ограничиваясь рамками углеоолн^! ЖЮНИ’ какой она
компьютерное моделирование свойств живых сист цепочек и молекул ДНК, организмов, организаций и сообществ Основ»». С03Д»ние виртуальных
состоит в том, что сущность жизни определяется146^6 СПециалистов по ИЖ материального субстрата (белкочых соединений „ли с^у^" д°НкГ™л«о
организацией элементов и процессов в целостную систему. Если искусственно созданная организация в существенных чертах эквивалентна организации живого, а функции на выходе этой системы и обычной биологической структуры одинаковы, то такая модель может служить аналогом живой системы. В частности, если удалось найти ряд общих принципов, характерных для всех живых систем (прежде всего, это принципы эволюции, самосохранения, самовоспроизведения и саморегуляции), формализовать их и заложить в компьютерную модель, то поведение соответствующих виртуальных организмов будет имитировать поведение живого. Одним из основоположников направления “искусственная жизнь” был А.Н.Колмогоров, который писал: "если свойство той или иной материальной системы "быть живой" будет определено чисто функциональным образом, то придется признать вполне осуществимым искусственное создание живых существ" [7].
Искусственная жизнь как междисциплинарное направление включает в себя разделы биологии и кибернетики, математики и физики, химии и робототехники, информатики и искусственного интеллекта. Однако подобно тому, как концептуальные основы искусственного интеллекта строятся глааным образом на базе комплекса психологических дисциплин (по традиции здесь ведущую роль играла когнитивная психология, а в последнее время сюда прибавились теория Деятельности и социальная психология), естественным фундаментом ИЖ служат биологические науки, и в первую очередь, эволюционная теория, позволяющие ввести основной круг понятий, используемых в ИЖ: организм, популяция, генофонд, мутация, отбор, филогенез, онтогенез и пр.
Эволюционное моделирование предприятий в контексте ИЖ основано на аналогии с биологической эволюцией, связанной с идеями выживания, скрещивания и мутации. Его лозунг - заменить процесс моделирования сложной системы моделированием ее эволюции. Оно направлено на применение принципов и механизмов эволюции при анализе и проектировании предприятия как сложной системы.
В самом деле, любое живое существо, включая человека, любая группа живых существ, любая естественная или искусственная организация, а следовательно, любое предприятие подчиняются одному и тому же главному закону жизни закону выживания. Эволюция организма, предприятия, отрасли направлена на обеспечение выживания в постоянно меняющейся внешней среде. Любое изменение внешних условий в жизни предприятия должно вызывать его приспособление к новым условиям.
Неизбежность эволюции как исторического развития организмов определяют следующие факторы:
• наследственная изменчивость, т.е. возникновение мутаций как предпосылка эволюции, ее материал;
• борьба за существование как контролирующий и направляющий фактор эволюционного процесса;
• естественный отбор как преобразующий фактор.
Вопросы применения эволюционных моделей в автоматизированном проектировании освещены в [12,13]. Ниже мы раскроем содержание вышеупомянутых и некоторых других биологических понятий и дадим их интерпретацию в контексте развития предприятий и автоматизированных систем.
Наследственность это способность организма передавать потомству свои свойства; элементарной единицей наследственности является ген. Наглядным выражением наследственности (или преемственности) для предприятий является сходство морфологических структур в родительских и дочерних предприятиях, а также формирование у них единых подходов к организации производственных (и Деловых) процессов, что приводит к возникновению "опыта отрасли". Определение Наследственной изменчивости связано с понятиями популяции и размножения
,самовоспроизведения). Популяцией называется группа свободно скрещивающихся и размножающихся организмов, ограниченная как во времени, так и в пространстве. Сегодняшние тенденции резкого усиления числа и интенсивности взаимодействий между предприятиями, вызывающие необходимость учета их “ упповой динамики, обусловливают целесообразность привлечения
дологических аналогий и создания как микро-, так и макроэволюционной теории предприятий. В частности, протекающие в "популяциях предприятий" макроэволюционные процессы влияют на их "генофонд". Так, например, редкие и внезапные организационные изменений, приводящие к наследственному изменению какого-либо важного признака, называются мутациями. Скачкообразные мутации, подобно квантовым переходам в физике, формируют поле действия естественного отбора, который затем в период относительной стабилизации среды, укрепляя вновь приобретенные признаки, в то же время устраняет все слишком значительные отклонения от типичной формы, закрепленной в предшествующих поколениях. В соответствии с биологической практикой, наиболее резкие и интенсивные мутации происходят в основном на уровне простейших (одноклеточных) организмов. Следует предположить, что и в промышленности очень резкие, скачкообразные изменения лучше подходят для сравнительно небольших и мобильных предприятий, но могут привести к краху индустриальных гигантов. На современных предприятиях аналогом мутаций является внедрение инновационных технологий (например, таких новых видов программного обеспечения как netware И groupware), изменяющих "генофонд предприятия" и приводящих к перестройке его деятельности.
Теперь можно сформулировать три основных положения эволюционной теории предприятий, описывающей их существование в условиях свободного рынка:
1) свободный обмен между продавцами и покупателями, подчиняющийся принципам взаимной выгоды (наличие экономической популяции "свободно скрещивающихся" предприятий и заказчиков - потребителей их продукции), как предпосылка рыночной экономики;
2) обеспечение максимальной интегральной прибыли как условие выживания предприятий и основной показатель их рентабельности;
3) конкуренция между производителями или продавцами товаров и потребителей - покупателей их продукции (естественный отбор товаров, а соответственно и предприятий, как фактор саморазвития рыночной экономики).
Конкретизацией первого положения является принцип полиморфизма отношений внутри и между предприятиями. Согласно этому принципу, многофункциональность предприятия приводит к преобладанию многозначных связей типа "один ко многим" Так, например, некоторому входному воздействию (заказу) обычно соответствует набор ресурсов (разные субъекты или группы лиц, которым может быть отправлена работа). Иными словами, для любого заказа имеется некоторое разнообразие возможностей выполнения, определяющих свободу маршрутизации. С другой стороны, единичному входному воздействию -запросу заказчика - соответствует ряд предложений со стороны исполнителя, т.е. некоторому уровню запросов, представляемых в коммуникативноинформационной подсистеме предприятия, соответствует интервал предложений в его исполнительной подсистеме. Принцип полиморфизма характеризует основной способ квантования взаимодействий между заказчиком и исполнителем (или потребителем и производителем).
Согласно второму условию, рассматриваемый экстремальный принцип максимум интегральной прибыли относится ко всему времени жизни предприятия. В современной экономической ситуации его достижение непосредственно связано с уровнем удовлетворения потребностей клиента.
С позиций функционально-структурного подхода, эволюция предприятий происходит следующим образом. При изменении условий существования
предприятия становится необходимым количественное и качественное изменение Функций его подразделений и служб, что неизбежно приводит к общим изменениям всей функционально-структурной организации. Естественный отбор предприятий в условиях рыночной экономики закрепляет эти изменения; таким образом, осуществляется адаптация предприятия к изменяющимся условиям существования и обеспечивается его выживание.
Исходя из сформулированных выше трех положений "организационного неодарвинизма", заметим, что эволюция (и коэволюция) предприятий предполагает выполнение принципов целесообразности, адаптации и реорганизации. В соответствии с принципом целесообразности, выживают лишь те предприятия, чья организация в большей степени соответствует условиям окружающей экономической (рыночной) среды. Соответственно эволюция предприятий связывается с формированием достаточно гибкой организационной структуры, обеспечивающей быструю реакцию на изменения условий рынка (а еще лучше, их прогнозирование). Здесь все большую роль начинают играть стратегии образования коалиций и кооперативного поведения. В этом плане особый интерес представляют такие новые концепции эффективной организации предприятий, как "горизонтальное" предприятие, "расширенное" предприятие; виртуальное предприятие, интеллектуальное предприятие И Т.Д. [1-5].
Принцип адаптации характеризует общее направление эволюционного процесса. По аналогии с живым организмом любое изменение в структуре и функционировании предприятия направлено на его приспособление к изменяющимся экономическим условиям. Именно такое приспособление обеспечивает в целом сохранение и поддержание жизнедеятельности (рентабельности) предприятия. При этом в ходе эволюции предприятия происходит не только совершенствование его взаимодействия с внешней экономической средой (адаптация), но и совершенствование взаимодействия между подразделениями предприятия - коадаптация.
Принцип реорганизации связан с необратимостью изменений. Процесс эволюции как биологических, так и технических объектов приводит к непрерывному усложнению их организации. В связи с новым расчленением и перераспределением функций предприятия ус-танавливаются и новые структуры как результат его функциональной деятельности. Так, в частности, реорганизация предприятия призвана обеспечивать повышение как функциональной, так и структурной целостности. Повышение функциональной целостности предприятия выражается в расширении его функциональных возможностей, соответствующих требованиям усложняющейся экономической среды. Эта тенденция соответствует принципу многофункциональности, который отвечает главной линии эволюционного процесса. В свою очередь, повышение структурной целостности предприятия может достигаться благодаря уменьшению числа уровней иерархии и упрощению связей между уровнями, координации деятельности ведущих подразделений и сокращению малоэффективных подразделений, т.е. по сути дела путем увеличения степени однородности структуры.
В соответствии с принципами целесообразности, адаптации и реорганизации, стратегическими направлениями развития предприятий, направленными на обеспечение их выживания и долгосрочной устойчивости, являются:
1) компьютерная интеграция требующихся организационно-технологических ресурсов, приводящая к возникновению метапредприятий;
2) оптимизация организационной структуры предприятий, в том числе путем создания специальных аналитических служб, занимающихся прогнозированием изменений условий рынка и моделированием соответствующих модификаций функций и структур предприятий;
3) постоянная самоорганизация и реорганизация деятельности предприятий на основе перепроектирования соответствующих бизнес-процессов (business process reengineering).
'^ерМГьПГсероссииск^^ ------й-------
3. Заключение
В статье предлагается новая концепция смстоыип™ -
перепроектирования структуры и деятельности предприятий оа25>иче^ГВаНИЯ к”
и профиля, опирающаяся на идеи эволюционного моделирмания а в" более
широком контексте, идеи искусственной ЖИЗНИ По „ Р» ’ в более
развития этой концепции связаны с выделением ШИе пеРспективы
единиц или своего рода клеток организации поелпм!™йНаЛЬН0 СТРУКТурНЫХ
вариантов их взаимодействия и развития. В план* И моделиРованисм
математических моделей эволюции предприятий осойи.и0С1Р°еНИЯ адекватных
использование методов распределён™ "реДСТавЛяет
(многоагентных систем) и интегрированных нейрологичес™* интеллекта
генетические алгоритмы. еских систем, включающих
Литература
1 Hammer М., Champy J. Reengineering the corporation: a manifesto for business revolution". - N.Y.: Harper Collins, 1993.
2 Davidow W., Malone M. The virtual corporation: structuring and revitalizing the corporation for the 21st century. - N.Y.: Harper Collins, 1993.
3 Davenport T. Process innovation, reengineering work through information technology.- Boston MA: Harvard Business School Press, 1993.
4 Kubeck L. Techniques for business process redesign: tying it all together. - N.Y.:
John Wiley and Sons, 1995.
5 Business process change, reengineering concepts, methods and technologies/ Ed by V.Grover, W.Kettinger. - Harrisburg, Pennsylvania: Idea Group Publ., 1995.
6 Попов ' Э.В., Шапот М.Д. Реинжиниринг бизнес-процессов и интеллектуальное моделирование//Динамические интеллектуальные системы в управлении и моделировании. М.: ЦРДЗ, 1996, с.22-30.
7 Колмогоров А.Н. Автоматы и жизнь// Кибернетика ожидаемая и кибернетика неожиданная. М.: Наука, 1968.
8 Artificial life/ Ed.by C.Langton. - Redwood City: Addison-Wesley, 1988.655 p.
9 Artificial life III/ Ed. by C.Langton. - Redwood City: AddisonWesley, 1994.- 820
P 10. Heudin J.-C. La vie artificielle. - Paris: Hermes, 1994,272 p.
11 Тарасов В.Б. От искусственного интеллекта к искусственной жизни: новые направления в науках об искусственном// Новости искусственного интеллекта. 1995. N4. C.93-U7.
12 Букатова И.Л., Михасев Ю.И., Шаров А.М. Эвоинформатика: Теория и практика эволюционного моделирования. М.: Наука, 1991,206 с.
13 Курейчик В.М. Генетические алгоритмы и их применение в САПР// Интеллектуальные САПР. Междуведомственный тематический научный сборник. Таганрог: 11 РТУ, 1995. С.7-11.
УДК 519.683
МДСеченов, С.Н.Щеглов Языки программирования в экспертных системах
Одной из характерных особенностей компьютеры* экспертными системами (ЭС) , является их способно™.программ, называемых опыт наиболее квалифицированных специ^ов Накапливать знания и
предметной области. Используя накопленные системой °В В ОПРеДелснной
знания, пользователи с
