Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Когнитивный подход к исследованию информационных процессов на ранних стадиях проектной деятельности

#7 июль 2004

Л. А .КОЗЛОВ, канд. техн. наук, Алтайский ГТУ им. И.И. Ползунова

 

Когнитивный подход к исследованию информационных процессов на ранних стадиях проектной деятельности

 

В статье описан процесс формирования подхода к определению целей проектирования и путей их достижения. Рассматриваются вопросы использования категориального анализа и когнитивного моделирования при исследовании информационных структур на ранних стадиях проектной деятельности.

Предпроектная деятельность и ранние стадии проектирования характеризуются большой неопределенностью и отсутствием жестких регламентаций процессов реализации. Именно здесь принимается большинство решений из числа важнейших по степени их влияния на окончательный результат. Исследование информационных процессов, предшествующих проектированию, целеполагание, формирование пакета альтернатив, выбор альтернатив и их проработка до уровня, позволяющего провести экспертизу, — это то, что обычно относят к ранним стадиям проектной деятельности.

Предпроектная деятельность многопланова и специфична для каждой области инженерного знания. Она реализуется каждый раз с определенными для данного случая содержанием и характеристиками качества, правильность выбора которых проявится позднее, иногда лишь в процессе эксплуатации создаваемого изделия. Традиционное содержательное наполнение данного этапа — это сбор релевантной информации из разрозненных источников, упорядочение информации, ее первичная обработка и т.п., т.е. формирование того, что принято называть информационным обеспечением. На основе этого обеспечения определяются перечень значимых характеристик, место собственного изделия среди ему подобных, оцениваются возможности конкурентов, определяются стратегии собственного поведения (например, стратегии НИОКР по Б. Твиссу [1] и в конечном счете осуществляется выход на цели проектирования.

Проведенный анализ деятельности ряда конструкторских бюро на ранних стадиях проектирования показал, что методы системного анализа, приемы структурного синтеза, положения теории принятия решений и т.п. пока еще не стали привычным инструментом проектной деятельности. Успех выбора целей (целеполагания) обычно определяется талантом и профессионализмом главного конструктора, а также его ближайшего окружения. Не следует подвергать сомнению правомерность такого подхода, профессионалы вправе быть сами по себе системотехниками, а вот причины некоторого не принятия ими явно полезных подходов, по-видимому, следовало бы осмыслить.

Думается, что они связаны с особенностями когнитивных (познавательных) механизмов, характерных для мышления инженеров-проектировщиков [2]. Подобная точка зрения не лишена оснований. И тем не менее можно надеяться, что если бы удалось выработать действенные подходы, основанные на познавательных сущностях инженеров-проектировщиков, которые ощутимо влияли бы на рост эффективности ранних стадий проектной деятельности, то последние были бы ими приняты [3}. Здесь очень важно позаботиться о сохранности понятийного аппарата и свойственных ему семантических структур. Этим требованиям наиболее полно отвечают два вида анализа: категориальный анализ и основанный на познавательных механизмах когнитивный анализ [4].

Категориальный анализ определяется как учение о категориях, исследующих природу и области применения категорий. Понятие “категория” часто распространяется на все непосредственно данные элементы мышления, которые не могут быть определены, а лишь объяснены (дефиниции). Дефиниции вместе с категориями (в узком смысле) образуют категориальные понятия [5]. Категориальный анализ естественным образом акцентирует внимание на важнейших понятиях конкретной области знания. В его основе лежит стремление максимально сократить число фундаментальных сущностей и тем самым добиться обозримости исследуемых структур. Комплекс категориальных понятий представляет для нас особый интерес, так как именно он составляет основу когнитивных структур профессионала-проектировщика, на которые направлено наше внимание.

В процессе категориального анализа целесообразно опираться на какой-либо набор категорий из числа наиболее известных (десять категорий Аристотеля, четыре категории Платона, три категории Декарта и Локка, двенадцать категорий Канта, система категорий Гегеля) [5]. Наш опыт работы, в плане рассматриваемой проблемы, со специалистами различного профиля показывает, что профессионалы отдают предпочтение трем категориям Декарта и Локка, однако в случае необходимости углубленного анализа, переходят на категории Канта. Это побудило нас разработать “схему когнитивного структурирования” [6] которая позволяет в процессе анализа, начав с категорий Декарта и Локка, перейти на категории Канта и далее на классифицированные суждения формальной логики, которые Кант положил в основу своих категорий. Схема оказалась удобным инструментом в процессе построения семантической сети. Более того, она дала возможность каждую задействованную в ней субстанцию, рассматриваемую в качестве “субъекта”, связать через конкретные “отношения” с другими субстанциями сети, которые в этом случае играют роль “возможных предикатов” данного “субъекта”. Это позволяет рассматривать сгенерированную семантическую сеть как единую логически увязанную структуру.

В последнее время технологиям структурирования информационных процессов, связанных с проектной деятельностью, был посвящен ряд интересных и полезных работ [7], [8]. Рассматриваемый подход также связан с построением семантических структур, но при этом внимание акцентируется не только на способах структурирования, но и на когнитивных аспектах подобных технологий. Конкретная схема действий была разработана в процессе решения ряда задач, связанных с конкретным противостоянием, когда компоненты конфликтующих структур четко обозначены.

Исследователь ситуации (текущего положения дел) ставит перед собой задачу построения семантической структуры в виде иерархии семантических сетей. Каждый уровень иерархии содержит набор свойственных ему категориальных понятий. Значимость понятий определяется либо профессионалом, либо экспертом, либо средствами когнитивного моделирования. Категориальные понятия в конкретной ситуации связаны явными и неявными отношениями, каждое понятие характеризуется атрибутами. Понятия, отношения и атрибуты удобно представлять в табличной форме, причем число понятий на каждом уровне иерархии желательно ограничивать пятью-шестью, так как в противном случае семантическая сеть теряет наглядность. Переход на следующий уровень иерархии осуществляется по понятию, которое по каким-либо причинам требует к себе особого внимания (оно было названо диссонирующим). для диссонирующего понятия создается свой уровень иерархии. И так продолжается до тех пор, пока структура ситуаций не станет достаточно явной. Таким образом, мы получаем когнитивно-ориентированную иерархию семантических сетей.

Далее процесс целепологания сводится к поиску перспективных направлений развития сгенерированной иерархии семантических сетей, что осуществляется средствами когнитивного анализа. Инструментом когнитивного анализа являются модели обобщенных схем принятия решений. Эти схемы являются когнитивными и описывают механизмы работы человеческого сознания [4] В результате ретроспективного поиска нам удалось выявить ряд таких моделей [9]. И хотя эти модели ориентированы на проблемы социологии и психологии, для нас они представляют практический интерес. Кратко охарактеризуем их.

Модель Пьера Жане описывает взаимодействие между субъектом и объектом и трансформацию того и другого в процессе такого взаимодействия. Модель оказалась удобной для анализа процессов, связанных с ведением эксперимента и обучением персонала.

Модель Клапареда удобна при описании отношений между средой и субъектом в процессе восстановления нарушенного равновесия.

Модель Жана Пиаже многоцелевая, причем цели рассматриваются как средства, а финальность действия постоянно меняется. Эмоциональная составляющая управляет поведением, приписывая ценности его целям. Интеллектуальная составляющая налагает на поведение определенную структуру.

Следует отметить модель, предложенную “психологией формы” (гештальтпсихологией). Это модель Курта Левина. Здесь поведение представляется “целостным полем”, охватывающим субъект и объект. Динамику поля определяет эмоциональная составляющая, а структуризация обеспечивается восприятием, моторной функцией и интеллектом. Модель удобна при построении семантических сетевых структур, особенно когда акцентируется внимание на ее целостном поведенческом факторе при условии возможности спонтанных действий отдельных компонентов, включаемых в структуру.

Завершающим звеном этих моделей является модель принятия решений Института США и Канады РАН [10]. Это модель многопланового использования, которая позволяет описывать как текущие события, так и прогнозируемые. Модель имеет три фундаментальных блока: “модель мира”, “ценности” и “средства”. Иногда в их составе рассматривается блок “поведенческие гештальты” (стереотипы поведения). Эти блоки последовательно порождают блоки “возможности”, “интересы”, “цели”, “сценарии”. Завершающим является блок “задача”, в который заложен смысл цели со сценарием ее достижения. Решить задачу — значит изменить “мир” в свою пользу. Несмотря на то, что блоки модели грешат синонимией, она действенна. Если изменять содержательное наполнение фундаментальных блоков, то модель будет порождать новые цели и генерировать сценарии их достижения.

Описанные когнитивные модели могут представлять собой средства инициации развития семантических структур, построенных с помощью категориального анализа. Роль их может быть двоякой. Они могут указывать как бы извне на целесообразность развития имеющих место “отношений” или “атрибутов” и на формирование новых. Модели позволяют включать в свой состав сгенерированные структуры: “модель мира”, “структуру поля”, “структурированный объект” [6].

Данный подход к анализу информационных процессов на ранних стадиях проектирования вырабатывался постепенно на материале, связанном с конкурентным противостоянием двух конструкторских бюро, которое имело место на значительном промежутке времени. За этот период обе организации разработали и довели до серийного производства ряд изделий.

Проблема представления текущего положения дел в виде модели мира имеет предысторию и в отдельных аспектах достаточно проработана [11]. Нами для анализа использовались преимущественно когнитивная модель принятия решений Института США и Канады РАН [10] и в отдельных случаях модель Ж. Пиаже [9]. Модель мира строилась в виде иерархии семантических сетей на основе обширного обзорного материала конструкторского бюро, который содержал характеристики собственных и родственных изделий, а также виды использования подобных изделий. С построением иерархии семантических сетей имели место трудности, так как у ведущих специалистов иерархии оказались различными. Параллельно была построена “модель мира” конкурирующего конструкторского бюро. Задача оказалась более

сложной, но разрешимой применительно к целям анализа. Значительную трудность представил процесс выявления характера трансформаций модели мира. Он заключался в том, что ведущие специалисты должны были построить развернутый во времени ряд “возможных миров”, которые последовательно заменят друг друга, причем построить как для себя, так и для конкурента.

Подобный анализ был проведен для блока модели средства. Заслуживает внимания прием, который был назван “дифференциацией средств”. Суть его заключается в том, что выясняются мнения как специалистов по изделию в целом, так и специалистов более узкого профилирования (отдельные узлы, процессы, материалы, технологии и т.п.). Суммарная картина оказалась более содержательной, так как узкий специалист видит перспективы развития собственной области лучше других, а они в ряде случаев могут существенно влиять на облик изделия в целом.

Наибольшие трудности были связаны с блоком “ценности”. Если оценка значимости характеристик изделия в настоящий момент времени не вызывает затруднений, то прогнозирование изменений этих оценок и появления новых оказалось проблематичным.

Задача распалась на две:

• прогнозирование требований к техническим характеристикам изделий;

• прогнозирование интереса потребителей к изделию.

Если первый вопрос допускает подход, реализованный при анализе блока “средства”, то второй вопрос содержит явно гуманитарную составляющую. При решении второго вопроса оказалась полезной логика оценок [12]. У экспертов этот вопрос вызвал наибольшие затруднения.

После завершения работы с блоками “модель мира”, “средства”, “ценности” рассматривались производные от них блоки “возможности” и “интересы”, которые порождают блок “цели”. Результатом проделанной работы явился развернутый во времени ряд следования целей. Нельзя быть уверенным, что этот ряд в будущем окажется именно таким, но глубокая мотивировка, выработанная средствами когнитивного моделирования, дает право надеяться на значительную достоверность прогноза. Подобный ряд имеет смысл строить и для изделий конкурента, исходя из того, что его не слишком далекие цели просматриваются достаточно явно.

Полезные результаты дает построение “зон ближайшего развития” (термин введен Л.С. Выгодским [13]) целей, как для себя, так и для конкурента. Это позволяет выявить пересечение “интересов” и подготовиться либо к “наступательной стратегии”, либо к “уходу в нишу” [1].

Предложенный подход к анализу и информационных процессов, несмотря на его трудоемкость, приносит ощутимую пользу. Он позволяет уже на ранних стадиях проектной деятельности заложить в проект возможность адаптации изделия в будущем.

Это достигается за счет возможности:

• ориентации не на одно изделие, а на семейство изделий;

• создания САПР с комплексом процедур, ориентированных на внесение прогнозируемых изменений в объекты проектирования;

• создания производственно-технологических комплексов, допускающих переориентацию на прогнозируемые изменения характеристик изделия.

Описанная работа выполняется в рамках программы “Технические университеты России”. Текущая постановка вопросов согласовывается с руководством конструкторского бюро, а также совместно анализируются получаемые результаты. Следует отметить, что конструкторское бюро, с которым имеет место такое сотрудничество, выиграло конкурентное противостояние. С нашей точки зрения, это произошло в результате мобильной реакции на неблагоприятное изменение условий, хорошего долгосрочного прогнозирования, а также ставки на собственные удачные решения, труднодостижимые конкурентом. Разработанная нами методология исследования информационных процессов на ранних стадиях проектирования руководством конструкторского бюро признается полезной.

Список литературы

1. Твисс Б. Управление научно-техническими нововведениями // Пер. с англ. М.: Экономика, 1989. 279 с.

2. Козлов Л.А. Когнитивное моделирование состава, структуры и оценки эффективности проектных процедур при разработке САПР. / Труды Алтайского ГТУ им. И.И. Ползунова. Барнаул, 1993. С. 132—139.

3. Козлов Л.А. Повышение эффективности ранних стадий проектирования средствами структурного анализа / динамика стационарных трибосистем. Барнаул, 1995. С. 37-45.

4. Компьютеры и познание, Очерки по когнитологии: Сб. научи. трудов. М.: Наука, 1990. 125 с.

5. Краткая философская энциклопедия / Под ред. Е.Ф. Губского, Г.В. Кораблева, В.А. Лутченко. М.: АО “Издательская группа “Прогресс”, 1994. С. 203— 205.

6. Козлов Л.А., Козлова Н.В. Категориальный анализ и когнитивное моделирование в процессе обучения целеполагания: Сб. научи. трудов международной научно практической конференции “Проблемы и перспективы многоуровневой подготовки специалистов”. Барнаул. 1996. С. 75—83.

7. Давид Марка, Климент Мак Гоуэн. Методология структурного анализа и проектирования./ Пер. с англ. М.: МЕТАТехнология. 1993. 240 с.

8. Солич В.А. декомпозиционные алгоритмы построения моделей сложных систем. Томск: Изд-во ТГУ, 1990. 136 с.

9. Пиаже Ж. Избранные психологические труды. М.: Международная педагогическая академия, 1994. 680 с.

10. Сергеев. В.М., Цимбурский В.Л. Когнитивные механизмы принятия решений: модели и приложения в политологии и истории. / Компьютеры и познание: Сб. научи. трудов. М.: Наука, 1990. С. 105- 123.

11. Я. Хинтика. Логико-эпситемологические исследования / Пер. с англ. М.: Прогресс, 1980. 450 с.

12. Ивин А.А. Основание логика оценок. М.: Изд-во МГУ, 1970. 230 с.

13. Выгодский Л. С. Педагогическая психология. / Подред. В. В. Довыдова. М.: Педагогика, 1991. 480 с.

 

Статья опубликована в журнале "Системы автоматизированного проектирования" №5 1996г.

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2020 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)