ЖУРНАЛ В ЖУРНАЛЕ
Измерения
Контроль
Автоматизация:
СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ
Главный pедактоp — д-p техн. наук, п|)офессор В. Ю. Кнеллеp
УДК 005:621.317.1:621.317.08
МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНВАРИАНТНОСТИ ПРОЦЕСОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ: ВЫЯВЛЕНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ
METHODS TO ENSURE THE INVARIANCE OF TRANSFORMATION PROCESSES: REVEALING AND SYSTEMATIZATION
Кнеллер Владимир Юрьевич
д-р. техн. наук, проф., зав. лабораторией E-mail: vkneller@ipu.ru
Фаянс Александр Михайлович
вед. инженер-программист E-mail: alfayans@mail.ru
ФГБУН Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, Москва
Аннотация: Рассмотрена процедура выявления и систематизации методов обеспечения инвариантности преобразования физических величин, сигналов и сведений о них, базирующаяся на разработанном междисциплинарном подходе. Полученные результаты позволяют построить родовидовую классификацию упомянутых методов, отражающую не только их взаимосвязь, но и происхождение присущих им свойств. Ключевые слова: преобразование величин, обеспечение инвариантности, методы осуществления, синтез, систематизация.
Kneller Vladimir Yu.
D.Sc. (Tech.), Professor, Head of Laboratory E-mail: vkneller@ipu.ru
Fayans Alexander M.
Leading Programming Engineer E-mail: alfayans@mail.ru
V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of RAS, Moscow
Abstract: Based on the developed interdisciplinary approach, the paper discusses a procedure for revealing and systematization of the methods ensuring the invariance of transformation of physical quantities, signals and the information about them. The results obtained allow us to construct a generic classification of these methods, reflecting not only their interrelation, but also the origin of their intrinsic properties.
Keywords: quantities transformation, invariance ensuring, implementation methods, synthesis, systematization.
ВВЕДЕНИЕ
Задачи обеспечения инвариантности — независимости процессов преобразования величин (ПВ) от влияния нежелательных факторов, — возникают во многих областях деятельности, в частности, в наиболее близкой авторам области преобразований и измерений, и весьма разнообразны по формулировкам.
Потребность в преобразовании (адекватном отображении, представлении) величин возникает в том случае, когда манипулирование с результатом преобразования более приемлемо, чем дейст-
вия с преобразуемой величиной. Необходимым условием такого отображения является возможность вынесения адекватных достоверных суждений о преобразуемой величине. Вследствие того, что необходимость в подобном преобразовании возникает весьма часто, указанная потребность является причиной, по которой ПВ приобретает ключевую роль при организации решения многих технических задач: управления, измерения, диагностики и т. п. Из причинно-следственного характера ПВ следует первичность рассмотренной в [1] задачи создания причинной связи. И только
после этого возникает рассматриваемая здесь задача обеспечения инвариантности созданной связи. Возникает, соответственно, и потребность в ответах на вопросы о путях выявления и систематизации методов решения упомянутой задачи. Рассмотрению этих путей и посвящена настоящая статья.
В области преобразования и измерений на возможность и пути организации дедуктивного синтеза различных решений (в том числе и обеспечения инвариантности), в противовес их изобретению, обращено внимание в [2—4]. Однако в указанных работах вопросы, связанные с процедурами выявления причин происхождения тех или иных методов и их взаимосвязи не нашли необходимого отражения. Данная работа призвана восполнить и этот пробел.
Вопросы, связанные с обеспечением инвариантности, как правило, рассматриваются независимо в разных областях. Отдельно рассматриваются методы обеспечения инвариантности к влиянию активных мешающих факторов (помех), методы раздельного определения характеристик многопараметрических систем с сосредоточенными и/или с распределенными параметрами, избавления от искажений желаемых характеристик преобразования (неоднозначности, нелинейности, погрешностей разного вида). К задачам обеспечения инвариантности относят как задачи, решение которых в идеальном случае приводит к полному исключению нежелательных искажений (достижение абсолютной инвариантности), так и задачи, предусматривающие снижение этих искажений до некоторого минимального или допустимого уровня (обеспечение инвариантности до б). Этот перечень можно продолжить.
Специфика области применения налагает отпечаток на представление полученных результатов, препятствуя достижению единого взгляда на инвариантное преобразование, на целостную картину рассмотрения методов обеспечения инвариантности и место в этой картине множества частных решений.
Сказанное определяет общую, междисциплинарную основу для рассмотрения методов решения этой задачи, и позволяет сформулировать цель работы — выявление и систематизация методов обеспечения инвариантности процессов преобразования вне зависимости от области и особенностей их применения. Здесь прилагательное "междисциплинарный" подчеркивает взгляд на проблему с общих позиций вне зависимости от той или иной области приложения.
Указанная цель отвечает направлению исследований, состоящих в разработке конструктивного пути выявления и систематизации методов преобразования с учетом общих закономерностей организации целенаправленных процессов. Следование упомянутому направлению предусматривает решение трех актуальных проблем:
1) нахождение методов осуществления целенаправленных процессов;
2) построение логически прозрачной системы базовых знаний;
3) создание общей (структурной) теории процессов преобразования и измерения в рамках единого методологического междисциплинарного подхода.
Первые две проблемы объединены единым регулярным междисциплинарным подходом к выявлению и систематизации методов решения задач (далее, кратко "Подход"), который был предложен и развит в работах [1, 5—9]. Подход рассматривает целенаправленный процесс, как деятельность (совокупность действий, направленных для достижения требуемого результата), ориентированную на постановку и решение задач с указанными целью, исходными данными, условиями решения и требованиями к качеству решения.
Упомянутый Подход, наряду с вопросами логически обоснованного вывода методов решения задачи, конструктивно рассматривает вопросы выявления и систематизации причин появления тех или иных методов решения поставленной задачи, а также происхождения свойств этих методов.
Решение третьей из указанных выше проблем — результат применения Подхода к совокупности взаимосвязанных задач в исследуемой области. В [1] Подход был применен к задаче создания процесса преобразования величин. В настоящей работе упомянутый Подход используется для достижения поставленной цели.
Чтобы исключить неоднозначное толкование используемых в статье понятий, приведем несколько важных, на наш взгляд, определений.
Величина (здесь используется в расширенном толковании): не только физическое свойство, общее в качественном отношении для многих физических однородных объектов (физических систем, их состояний и происходящих в них процессов), но в количественном (оцениваемом) отношении, индивидуальное для каждого объекта, а также сведения (информация) о таком свойстве, представляемые упорядочиваемыми интенсивными (оцениваемыми) или экстенсивными (количественно опреде-
лимыми) характеристиками используемых сигналов (носителей сведений). Можно показать, что во всех указанных случаях логические основания процесса систематизации во многом одни и те же.
Мешающие факторы — характеристики, являющиеся причиной возникновения несоответствия между имеющимся и желаемым характером рассматриваемого преобразования. В дальнейшем, говоря о несоответствии, авторы имеют в виду именно нежелательный результат влияния мешающих факторов.
Основное внимание в статье уделяется вопросам логически обоснованного вывода возможных методов решения поставленной задачи и их систематизации.
Статья представляет собой развитие работы [10] применительно к обобщенной в сравнении с рассмотренной там постановке задачи.
ПОДХОД К ВЫЯВЛЕНИЮ И СИСТЕМАТИЗАЦИИ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Подход определяет конструктивные посылки, позволяющие регулярным образом организовать процедуры познания, выявления и систематизации возможных методов решения первоначально сформулированной задачи, исходя из допущения о родовидовой иерархической взаимосвязи этих методов.
Подход базируется на рассмотрении решения любой задачи как направленного процесса (совокупности связанных действий) достижения требуемой цели, осуществляющего причинную связь между исходными данными и сведениями о них, с одной стороны, и желаемым результатом, с другой.
Подход предусматривает представление совокупности выявленных методов в виде логически осмысленной системы знаний, которая отражает не только взаимосвязи методов решения задачи, но и их происхождение, родовые/видовые отношения методов и вытекающие отсюда их особенности и свойства. Формируемая при этом система знаний представима в виде иерархической прогнозирующей классификации и может явиться основой соответствующей онтологии.
Подход предполагает следующую регулярную многоэтапную процедуру.
1) Первичное выявление сути решаемой задачи.
2) Формулировка исходной задачи в терминах определяющих ее понятий с однозначно толкуемым содержанием.
3) Родовое обобщение — неоднократный переход к другой задаче, выполняемый таким обра-
зом, чтобы все выявляемые решения новой задачи распространялись и на решение обобщаемой задачи. Этот переход выполняется путем такого обобщения входящих в формулировку понятий, при которых новая задача сохраняет определяющие черты задачи исходной. Для рассматриваемого случая такие черты: а) причинно-следственный характер преобразования, позволяющий выносить адекватные суждения о преобразуемой величине и б) инвариантный характер результата преобразования.
4) Дедуктивный логический вывод возможных методов решения наиболее общей из рассмотренных задач, исходя из ее содержания и известных закономерностей и учета до
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.