Об онтологии проектирования с позиций трансдисциплинарного подхода

Многоплановость и разнообразие процедур проектирования указывает на возрастающую потребность практического использования онтологий как на самом высоком уровне обобщения, так и на уровне предметных областей (ПрО). Поэтому появление научного направления онтология проектирования (ОП) представляется вполне закономерным. При исследованиях такого уровня обычно используются дисциплинарный и междисциплинарный подходы (единство этих подходов обозначено как ДП) и трансдисциплинарный подход (ТП) [1, 2].

ОП посвящён ряд фундаментальных статей [3–8], в которых обобщён накопленный в этой области научный и практический опыт. Изложенные в них результаты отражают представление об онтологиях и процедурах, связанных с проектированием, на дисциплинарном и междисциплинарном уровнях в рамках существующей на данный момент дифференциации наук [3, с.8]. Отмечено, что «онтология проектирования, её понятийный аппарат, её базовые принципы инвариантны к предметной области» [3, с.10], указана связанность рассматриваемого направления с Абсолютом Знаний [4, с.14]. Оставаясь в рамках ДП, невозможно конструктивно ответить на ряд вопросов с позиций Абсолюта Знаний, отражающего в системе знаний понятие Всеобщего1 (взгляд «сверху»). ТП открывает возможность анализировать полученные результаты, формализовать нахождение слабых и сильных сторон, установить место теоретических построений2 в целостной научной картине мира. ТП включает конструктивные процедуры обобщения, анализа, синтеза и конкретизации [9]. Следование ТП позволило сформировать структуру высшего уровня целостной картины, выделить ключевые задачи, образующие базис во множестве возможных задач, систематизировать общие методы решения любых задач [10]. ТП и ДП имеют много общего, но ДП следует от частного к общему, а ТП – от общего к частному. ТП через конструктивное обобщение позволяет разобраться в причинах, обусловливающих существование понятий и их связей, определяющих объект исследования.

1    Основные понятия онтологии проектирования 1.1    Понятие «онтология»

Коммюнике онтологического саммита 2021 года [11] определяет онтологию, как « модель , которая представляет вещи и отношения между ними, актуальные для определённой цели». Философский энциклопедический словарь 3 толкует онтологию, как «учение о бытии, как таковом, раздел философии, изучающий фундаментальные принципы бытия». ГОСТ Р 59277-2020 [12] определяет онтологию, как формализованное представление набора наименований понятий в ПрО и отношений между этими наименованиями понятий.

Абстрагирование от привязки толкования онтологии к понятию цели, при сохранении философского содержания, как учения о фундаментальных принципах бытия, приводит к пониманию онтологии, как формализованному представлению, объективно и конструктивно отражающему сущность бытия, вещи и отношения между ними вне зависимости от их практической значимости. Онтология, по сути, есть отражение континуальных отношений в целостном Всеобщем на счётное множество понятий, которым оперирует человек. Онтология представляется как конструктивная система отсчёта, позволяющая определить местоположение вещей, отношений, процессов, иных единичных и их классов в бытии Всеобщего. Это открывает возможность оперировать с понятиями, используя аппарат логики.

Основным назначением онтологии следует считать предельно достижимую формализацию в целостной картине вещей и отношений. Это позволяет сконцентрировать познавательную и практическую деятельность человека на творческом 4 осознании, осмыслении и максимально полном использовании накопленного опыта, применяя для этого формализуемые системы, в частности, системы с искусственным интеллектом. В отличие от методологии (согласно [14] – «организация деятельности») онтологию можно рассматривать, как средство для организации деятельности.

• 1.2    Понятие «проектирование»

Проектирование в философии 3 определяется как «один из основных … способов создания техники и других изделий и сооружений… Один из основных … механизмов, обеспечи-

• 1    Всеобщее – закон существования, изменения и развития особенных и единичных явлений в их связи, взаимодействии и единстве. https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_philosophy/1990/ВСЕОБЩЕЕ ).

• 2    Здесь под построением понимается система мыслей, рассуждений. https://dic.academic.ru/dic.nsf/dmitriev/3984/построение .

• 3    Философия. Энциклопедический словарь. Под ред. А.А. Ивина. М.: Гардарики. 2004. http://philosophy.niv.ru/doc/dictionary/encyclopedic/articles/910/ontologiya.htm .

• 4    Творчество - деятельность, порождающая нечто качественно новое и отличающееся неповторимостью, оригинальностью и общественно-исторической уникальностью [13, с.1185]. С позиций ТП [9] понятию «творчество» отвечает выход деятельности активного мыслящего единичного за пределы действий, априори регламентированных для этого единичного.

вающий связь производства с потреблением». Термин «проектирование» встречается в педагогике, образовании, социологии, генетике, инженерной психологии и т.д. В [13] проектирование толкуется, как «процесс создания проекта – прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния».

Проектирование восходит к слову «проект» (от лат. Projectus — брошенный вперёд), которое согласно [13] имеет три значения: а) совокупность документов для создания изделия, состояния, б) предварительный текст какого-либо документа, в) замысел, план. В [15] проект определяется как «комплекс взаимосвязанных мероприятий, направленный на создание уникального продукта или услуги в условиях временных и ресурсных ограничений».

Часто под проектом понимают технические и общественные крупные задачи, а также художественные, в основе которых лежат литературные, изобразительные, драматургические или иные замыслы. При этом становится очевидным такой аспект проекта, как его общественная значимость. В общем случае этот аспект может быть и не свойственен задаче. Поэтому проект – это вид задачи, отвечающей социально значимой потребности, характеризующейся множеством аспектов рассмотрения и разнообразием их связей.

В общем случае удовлетворение потребности, порождающей задачу, проходит через ряд стадий [9]: 1) осмысление потребности (в данном случае – это требования к проекту, действующие и возможные ограничения) и возникновение замысла по удовлетворению этой потребности; 2) сбор информации; 3) постановка задачи (сформулированная потребность, условия решения, требования к решению и его качеству; 4) выявление метода решения; 5) формирование и использование средств выполнения метода; 6) выполнение действий метода; 7) сбор результатов применения метода; 8) анализ результатов; 9) выводы (формирование новых задач, в т.ч. и корректировка исходной постановки задачи); 10) сохранение результатов полученного опыта.

Особенностью проекта, кроме выраженной социальной значимости, является оформление технического задания (ТЗ), нацеливающего на согласованную деятельность создаваемой под проект организационной структуры, ориентированной на его реализацию и эксплуатацию, а также наличие соответствующей документации, отвечающей каждой стадии проекта.

Отсюда, проект есть задача, отражающая единство: а) целенаправленного общественно значимого замысла с явно выраженными качественно и/или количественно определимыми целями; б) реализации этого замысла; в) документального оформления задачи и результатов каждой стадии её реализации. Конструктивная определимость целей позволяет установить факт завершения (или прекращения) проекта. Отсутствие признаков б) и/или в) делает проект незавершённым. В той же степени, в какой можно говорить о типовой (многократно возникающей) потребности и порождаемой ею задаче, можно говорить и о типовом проекте.

Процесс проектирования соответствует стадии выполнения проекта, выявлению потенциально реализуемых методов и средств, приводящих к достижению указанных в проекте целей. Отсюда ОП есть формализованное представление, отражающее сущность и структуру задачи (проекта) и нацеленное на систематизацию выявления и/или выработки путей реализации и/или эксплуатации результатов решения задачи (проекта) , включая и необходимые для этого связи, и возможные методы решения задач проекта.

• 1.3 Формализация при проектировании

Вопросы, связанные с формализацией, касаются всех стадий решения задачи. Рассмотрение специфики формализации с позиций ТП позволяет указать следующие её особенности. ■ Для формализации требуется определённость (устойчивая повторяемость событий и связей).

• ■    По мере роста неопределённости степень формализуемости падает.

• ■    Индивидуальные, уникальные, неповторяющиеся события и связи принципиально неформализуемы.

• ■    Только при возможности формализации можно говорить о соответствующей технологии.

• ■    С позиций степени временнь1х требований к актуальности потребности последние делятся на оперативные,

тактические и стратегические, рассматриваемые соответственно на краткосрочных, среднесрочных и долгосрочных промежутках. По мере увеличения промежутка времени влияние факторов неопределённости растёт, а возможности формализации снижаются. Наличие тактических потребностей обусловливает существование оперативных потребностей, а наличие стратегических потребностей обусловливает существование как тактических, так и оперативных потребностей. Это указывает на иерархию потребностей.

• ■    Из общих методов решения задач [10] в условиях полной неопределённости могут быть использованы только естественные методы, интуиция и некоторые опосредованные методы, в т.ч. опирающиеся на модели, которые могут формироваться в процессе обучения и/или адаптации. Применение прочих общих методов требует полной формализации описания и оперирования с ними.

• ■    Решение частично формализуемых задач достигается комбинированием методов, основанных на интуиции, и формализуемых методов.

• ■    В методе решения по частям используются процедуры комбинирования. Для анализа таких процедур необходимо выявление комбинируемых составляющих. Это сводится к построению онтологий потребности и рассматриваемого метода. Каждая из комбинируемых составляющих может быть исследована на предмет синтеза её возможных реализаций при условии её непротиворечивости с остальными составляющими (достижение консенсуса).

Предельно достижимая степень формализации определяется потенциальной возможностью переложить на конечные автоматы выполнение любой стадии задачи. Если проект или процедуры проектирования полностью формализуемы, то они могут выполняться в автоматическом режиме.

Искомую границу формализации определяет применимость понятия « творчество », уникального неформализуемого явления, результат которого способен стать общим достоянием, в т.ч. и вполне формализуемым, своего рода товаром, имеющим спрос⁵. Творчество, как правило, неразрывно связано с навыками - формализованными элементами деятельности, на которые опирается и от которых во многом зависит творчество.

Творческие способности индивидуальны, их можно и нужно развивать, используя примеры проявления творчества, как средства развития. Активным стимулом к творческому росту является нахождение в творческой среде, живое общение с творческими личностями. Для развития интуиции имеются и специальные методики (например, [16]).

Одним из значимых неформализуемых признаков является способность нести ответственность за результат деятельности, в т.ч. за эффективность использования ресурсов. Нетворческим моментам, напротив, присуще использование решений, ответственность за результат которых либо несущественна, либо априори приемлема при автоматическом выполнении действий и процедур в заранее указанных границах. Выход из этих границ предполагает использование творческих процедур.

При переходе от оперативных к тактическим и, далее, к стратегическим проектам имеет место рост ответственности за последствия принимаемых действий. Это обусловливает и степень необходимости использования неформализованных или принципиально не формализуемых процедур.

2 О технологии проектирования

Принятое толкование технологии6: «совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, форм сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции; научная дисциплина, изучающая физико-химические, механические и другие закономерности, действующие в технологических процессах. Технологиями также называются операции добычи, обработки, транспортировки, хранения, контроля, являющиеся частью общего производственного процесса». Это определение дополня- ется тем, что «в состав технологии включается и технический контроль производства. Технологией принято также называть описание производственных процессов, инструкции по их выполнению, технологические правила, требования, карты, графики и др.»7.

Согласно ТП технология - это тиражируемая, в определённой степени формализованная, логически связная совокупность действий (методов), приводящая к решению задачи, с использованием средств реализации этих действий (методов).

Такое толкование обеспечивает однозначность на высшем уровне обобщения, допуская множественные частные варианты, указанные в известных определениях. При этом оно указывает на необходимость разделения понятий «технология», «технологический процесс» ( порядок использования, в частности, эксплуатации средств реализации технологии ), «технологическая документация» ( выполненные в соответствии со стандартами информационные материалы, обеспечивающие возможность воспроизведения, в частности, тиражирования рассматриваемой технологии и/или технологического процесса с достижением желаемого конечного результата ), «дисциплина, изучающая технологические процессы».

Технология предполагает выполнение определённых действий. В этом случае используемые методы могут носить искусственный характер (см. [10]), хотя вполне допустимо и использование естественных методов (например, временна́я выдержка при сушке древесины в процессе изготовления музыкальных инструментов).

Детализацию процесса проектирования технологии целесообразно выполнять на основе общих методов решения задач. Поскольку проектирование связано с временны́ ми, финансовыми, материальными и иными ограничениями, то предпочтение следует отдавать: 1) методам, известным из опыта, 2) непосредственным методам, 3) опосредованным методам [10].

В сложных проектах, характеризующихся множеством тесно связанных между собой и качественно различающихся признаков, на первое место выдвигается метод решения задачи по частям (декомпозиция задачи), что требует построения соответствующей онтологии. В этом случае открывается потенциальная возможность достижения симбиоза и синергии решений разных задач проекта. Условием синергии становится допустимость совместного использования одних и тех же действий (методов) в процессах проектирования, реализации проекта и его функционирования.

На рисунке 1 представлена предлагаемая структура технологии. Номера на этом рисунке указывают рекомендуемый порядок рассмотрения задач и методов, в основу которого положено убывание значимости области рассмотрения, а также возрастание временны́ х и иных затрат ресурсов на выработку и использование методов. ТЗ соответствует постановке задачи, отвечающей проекту. Рисунок 1 отражает технологию синтеза на основе комбинирования базовых методов, но рекомендуемое ранжирование имеет значение в процессе выбора комбинируемых составляющих. Схема на рисунке 1 допускает, в случае необходимости, многократные, в т.ч. и рекурсивные возвращения к пройденным стадиям.

Важным представляется учёт морально-нравственной стороны потребности, вызывающей к жизни проект: нацеленность его на поддержание и усиление гармонии (в смысле, указанном в [17]: баланс между возникновением, существованием и исчезновением единичных во Всеобщем) или, напротив, на её ослабление и разрушение. По мере перехода от оперативной к тактической и, далее, к стратегической сторонам проекта морально-нравственная сторона становится всё более существенной. При этом следует отдать предпочтение нацеленности на поддержание и усиление гармонии.

Процедура проектирования соответствует технологии ТП, образованной следующими стадиями:

• 1)    однозначная формулировка и анализ используемых понятий и их связей;

7 Большая советская энциклопедия. Технология. Технология.

• 2)    родовое обобщение путём исключения менее существенных признаков и/или разделение на связанные составляющие, а также анализ каждой из них; при необходимости переход к стадии 1;

  			Аспекты
  	Стратегический		Тактический		Оперативный

Онтология проекта

I

Стадии решения задачи

Осмысление

-> Сбор информации

•> Постановка (ТЗ)

■> Выявление метода

Анализ результатов эксплуатации

Сбор результатов эксплуатации

Выполнение действий метода

Выявление / формирование / эксплуатация средств выполнения метода

Выводы

> Сохранение результатов

Направления решения

Неформализуемое

Интуиция

Формализуемые

• 1.    Поиск / запрос

Непосредственные: 15. одноэтапные, 16. двухэтапные, 17. многоэтапные

Опосредованные:

• -    6. на модели;

• -    решение целостной задачи:

• -    9. запись задачи в других понятиях;

• -    10. запись задачи в отклонениях;

• -    11. выполнение условий существования;

• -    12. отрицание постановки задачи;

• -    13. решение обобщённой задачи;

• -    14. устранение причин существования потребности;

• -    решение с переходом и возвратом:

• -    7. переход в условия, удобные для решения задачи;

• -    8. решение задачи обратной исходной;

• -    решение задачи по частям:

• -    2. по составляющим потребности ;

• -    3. по множеству частных обстоятельств (финансовых, ресурсных и т.д.);

• -    4. выявление задачи-аналога и модификация её решения;

• -    5. структурный метод;

Рисунок 1 - Рекомендуемый порядок формирования технологии решения задачи

• 3)    формирование онтологической схемы понятий, их связей и способов комбинирования; определение открывающихся возможностей, начиная с высшего уровня обобщения, на котором число рассматриваемых признаков минимально; фиксация позиций понятий и связей в целостном построении;

• 4)    многократный дедуктивный переход к разновидностям понятий и фиксация отмечаемых видовых признаков, уточнение формулировок рассматриваемых разновидностей; расширение онтологической схемы; процедура дедуктивного перехода может заканчиваться как на уровне исходных формулировок, так и продолжаться далее;

• 5)    определение возможностей синтеза на выделенном уровне рассмотрения, возникающих ограничений на связи отдельных признаков и их фиксация; при необходимости переход к стадии 4 или к стадии 1.

Только творческий подход позволяет предварительно оценить с позиций гармонии последствия реализации проекта и, учитывая ответственность за последствия, выработать сбалансированное решение.

Отсюда, процесс проектирования, равно как и реализация проекта, качественно реализуем только в рамках симбиоза и/или синергии как формализуемых, так и неформализуемых построений на основе интуиции.

3    Понятийный анализ сложных многоаспектных систем

Сложные многоаспектные системы получили название «крупномасштабные системы» (КС) 8 , где масштаб в основном определяется значительным территориальным разбросом компонент системы и её общественной значимостью. Специфика КС состоит в наложении друг на друга множественных аспектов. Это позволяет использовать КС для иллюстрации рассматриваемой в данной статье технологии [18].

КС определяют, как «класс сложных (больших) систем, характеризующихся комплексным (межотраслевым, межрегиональным) взаимодействием элементов, распределённых на значительной территории, требующих для развития существенных затрат ресурсов и времени». Выполняя в соответствии с ТП процедуру обобщения путём поэтапного отсечения в приведённом определении менее значимых признаков, можно прийти к родовым признакам высшего уровня обобщения. Искусственная система – «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которая образует определённую целостность, единство» 9 . При этом выявляются задачи, актуальные для любых искусственно образованных единичных, а именно: создания; обеспечения их существования в требуемом режиме функционирования; ликвидации в случае необходимости в рамках ограничений (априори заданных и, возможно, впоследствии корректируемых) на сроки создания, существования и ликвидации, а также определение затрат, необходимых для решения этих задач, и выделения соответствующих средств.

Место понятия «система» определяется последовательностью: Всеобщее → единичное → множество единичных → связь (взаимосвязь) единичных → целостная совокупность связанных (взаимосвязанных) единичных. Остальные признаки можно рассматривать, как результат конкретизации, применяемой к понятию «система». Так, в приведённом определении КС размер указывается в качестве уточнения понятия сложности, равно, как и комплексность, межрегиональность и межотраслевой характер. В определении также указываются ограничения на затраты, производимые исключительно в целях развития КС, но упускаются процессы создания, обеспечения функционирования и ликвидации системы.

Признаки, указанные в определении в качестве конкретизирующих, могут выступать в качестве самодостаточных понятий (например, сложность). В этом случае логичней было бы говорить не о конкретизации, а о комбинировании понятий.

• ⁸    Лаборатория крупномасштабных систем ИПУ РАН. https://www.ipu.ru/node/11906 .

• ⁹    Философская энциклопедия. Система. https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_philosophy/3310/СИСТЕМА .

Анализ, выполненный с позиций ТП, позволил выявить перечень признаков КС, который включает следующие обозримые, конкретизирующие, независимые или находящиеся в иерархическом подчинении и конъюнктивных (соединительных) отношениях признаки:

• ■    многоаспектность целей и, следовательно, их множественность со своими внутренними связями;

• ■    сложность («свойство системы или компонента, имеющих устройство, исполнение или поведение, трудные для понимания или верификации со стороны субъекта» 10 ; следование ТП приводит к трактовке сложности, как наличию в описании объекта множества независимых характеристик);

• ■    значительный размер системы (наличие огромного числа элементов и связей);

• ■    динамическое и статическое взаимодействие элементов (существенное взаимное влияние элементов друг на друга или их полное слияние);

• ■    комплексность (полнота, системность рассмотрения¹¹);

• ■    многообразие продолжительностей жизненных путей , относящихся как к системе, так и к её элементам и связям (здесь под жизненным путём понимается последовательность этапов: появление определённого единичного, развитие, существование, деградация или модернизация, исчезновение);

• ■    межотраслевой характер (отнесение характеристики элементов к разным отраслям деятельности);

• ■    разбросанность элементов системы на значительной территории, и, как частный случай разбросанности,

их межрегиональный характер (особенности элементов отражают специфику разных регионов и развитых в них видов деятельности);

• ■    существенные финансовые, материальные и людские ресурсы , требуемые для создания, функционирования и ликвидации КС;

• ■    существенные затраты времени на создание и обеспечение функционирования КС (при этом размеры выделяемых затрат ограничены ресурсами, выделенными на нужды КС, имеющимися возможностями и целесообразностью их выделения, исходя из имеющейся потребности);

• ■    многообразие внутренних и внешних факторов (случайных, устанавливающих степень неопределённости в системе, и регулярных), препятствующих желаемому функционированию процессов создания и обеспечения существования системы.

Упоминание деятельности в перечне признаков отражает активное участие человека, как элемента или элементов КС.

Приведённая совокупность признаков, рассматриваемая в неразрывной целостности, позволяет определить понятие КС, как единство множества задач, отвечающих перечисленным признакам и связанных общей потребностью. Полнота перечня признаков в соединении с полнотой этапов жизненного пути является основанием для выявления связанных между собой задач, решение которых обеспечивает создание КС, обладающей требуемой функциональностью при заданных ограничениях, её существование и ликвидацию. Управление при этом рассматривается как один из возможных путей решения упомянутых задач (здесь управление - это искусственный метод решения задачи, существенно использующий воздействия на объект и/или на среду ). Приведённое определение управления отличается от определений, встречающихся в литературе, например, в [19].

Таким образом, КС – класс сложных систем, распределённых на значительной территории, характеризующихся необходимостью комплексного учёта многоаспектности, тесного взаимодействия элементов и многообразия продолжительности их жизненных путей, трансотраслевого и трансрегионального характера создания и существования системы, необходимости выделения на нужды системы значительных (в т.ч. финансовых и временных) ресурсов, а также способностью систем этого класса отвечать своему предназначению в условиях влияния многообразных мешающих факторов .

Потребность, вызывающая к жизни КС, носит стратегический, долговременный характер, хотя имеет тактические и оперативные аспекты. Это приводит к необходимости рассмотрения на всех этапах жизненного пути КС соответствующей иерархии. Условия, в которых возникает стратегическая потребность, стационарны или допускают вариации, не приводящие к исчезновению потребности или блокированию целесообразности её реализации. Относительно тактических потребностей вполне допустимы и их более значительные вариации, которые, приводя к определённым потерям, находятся в рамках допустимых значений. Условия возникновения и удовлетворения оперативных потребностей могут различаться существенно и удовлетворяться, не требуя слишком значительных затрат.

Следствием сказанного является особая значимость фактора ответственности за принимаемые решения. Отсюда обязательное наличие человека в качестве элемента КС на стратегическом и тактическом уровнях. Такое наличие не является обязательным при условии полной формализации процессов в соответствующей подсистеме КС. Использование человеческого ресурса допускает как жёсткую организационную иерархию, так и коллективные методы выработки и принятия решений [20].

Для создания и функционирования КС требуются стратегическое, тактическое и оперативное распределение и перераспределение выделяемых ресурсов, корректировка сроков решения задач для повышения эффективности использования результатов решения.

Перечисленные особенности могут быть использованы для синтеза и обеспечения функционирования любых многоаспектных систем.

Заключение

Рассмотрена возможность осуществления на основе ТП познавательной процедуры выявления места онтологии проектирования и связанных с ней элементов в научной картине мира. Представленный переход от понятийного анализа к выявлению основ технологии, требуемой для выполнения проекта, позволяет разделить роли творческих (неформализуемых) и формализуемых стадий и указать возникающие при этом связи.

Проектирование представляет собой симбиоз и синергию творчества и формализации с учётом стратегических, тактических и оперативных целей, для достижения которых предназначен проект. ОП позволяет формализовать организацию соответствующих процессов.