Теличенко В.И., Ректор МГСУ, профессор, д.т.н., академик РААСН
В основе современного подхода к обоснованию дальнейшего развития науки и техники лежит информационный подход, который заключается в открытии и исследовании новых информационных внутренних отношений между элементами системы и их внешних отношений с окружающей средой.
В современном мире информация становится главным потенциалом научно-технического и социально-экономического развития общества. Информация составляет основу бытового и профессионального общения людей, а основные понятия информации являются универсальным языком ученых, специалистов, политиков и общественных деятелей. С информационных позиций сегодня рассматривается круг решаемых и нерешенных проблем физики, медицины, химии, социологии, культуры, строительства и др. сфер и отраслей науки и техники. Получив информационные коды жизни человека, окружающей его среды, Земли, Вселенной можно влиять и управлять социальными, природными и космическими процессами.
Жизнь человека, биологического или другого материального объекта конечна, информация о его жизненном цикле бесконечна в условиях современного развивающегося информационного общества. На этом принципе сегодня основываются многие научные подходы к исследованию жизненных процессов в технике, природе и обществе.
Что такое информация?
На этот счет есть много определений. В общем виде информация — это есть выражение отношений взаимодействия, взаимопревращения и взаимосохранения в пространстве и времени энергии, движения и массы в микро- и макроструктурах Вселенной. В повседневной жизни слово информация часто вызывает ассоциацию с рекламой, средствами массовой информации, связью, издательской деятельностью. Но понятие информации намного шире, так как информационные процессы в природе и обществе составляют основу жизни и развития цивилизации.
Информационные взаимосвязи дают себя знать в физических, биологических, химических процессах.
Информационная основа является важной составляющей и в сфере строительства. Каждый строительный объект имеет свой жизненный цикл, который в общепринятом понимании включает в себя этапы проектирования, подготовки строительного производства, возведения объекта, его последующей эксплуатации, одной или нескольких модернизаций и возможной ликвидации объекта, исчерпавшего свой потенциал. При этом каждый из этапов может быть разделен на отдельные стадии, фазы, процессы и другие модули, имеющие количественные и качественные параметры и характеристики.
В последние годы сложилось понимание, что в состав процессов жизненного цикла существования объекта необходимо включать и бизнес-процессы, основу которых составляют действия по переработке информации. Именно такой подход позволяет достаточно адекватно моделировать создание объекта в виде строительного производственного процесса, имеющего разветвленную иерархическую структуру.
Организация информационного пространства объекта, которое поэтапно формируется в процессе его жизненного цикла требует сегодня значительных затрат, подчас сопоставимых со стоимостью материальных ресурсов на строительство самого объекта. Однако, как показывает анализ процессов развития строительной практики, альтернативы такому подходу нет, информатизация строительного комплекса уже идет и становится одним из главных элементов научно-технологического развития строительной отрасли.
Информатизация связана с развитием и широким использованием информационных технологий (ИТ). Информационная технология представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для сбора, переработки, хранения и передачи информации в соответствии с целями содержательной постановки решаемой задачи или проблемы.
С появлением компьютеров выяснилось, что многие классические научные методы, например, аналитические способы решения уравнений, методы графического отображения и т.д., оказались неэффективными при составлении компьютерных программ. Компьютер позволил заменить аналитические решения, полученные для различных частных случаев расчета, общей теорией, позволяющей решать проблемы универсальным образом. При этом активно применяются методы последовательных приближений, численного решения уравнений, разбиение систем на множество простейших элементов и др. В результате вместо сложных аналитических алгоритмов стали применяться сравнительно простые и универсальные алгебраические (численные) методы, использование которых с лихвой компенсируется огромной скоростью вычислений и большим количеством рассматриваемых элементов.
Такой подход получил название метода конечных элементов (МКЭ) и широко используется в технике и, в частности, в строительстве для решения задач, связанных с моделированием свойств твердых тел.
Новый потенциал компьютерной техники бросает вызов существующей технологии строительства и проектирования. Появилась возможность отказаться от хранения и передачи многочисленных бумажных чертежей и документов, снизить количество ошибок в них, ускорить сроки проектирования и управления строительством.
Могут возникнуть новые формы взаимодействия технических и коммерческих структур, кооперация участников строительства из различных стран. Однако оптимальные формы организации производства с помощью компьютерных сетей еще не найдены. Для этого необходимы математические методы распознавания и классификации объектов, а также обеспечения согласованности множества объектов при их непрестанном изменении.
Огромная роль в реализации информационного подхода принадлежит системе высшего строительного образования. Комплексность современной инженерной деятельности обязательно приводит к тому, что специалистам необходимо осваивать средства и методы обработки информации для их применении в принятии инженерных решений. Обязанностью технических и, в частности, строительных Университетов является подготовка молодых специалистов в области информатизации, обучения их навыкам использования информационных технологий и коммуникационных сетей в интеллектуальном развитии строительного производства.
Строительная деятельность, особенно ее образовательная и научная сферы должны развиваться на основе освоения и применения интеллектуальных информационных систем. На этой основе могут создаваться новые знания, что должно являться основным содержанием деятельности университета.
В технических вузах, в соответствии с этапами развития информационных методов и технологий, формировались учебные дисциплины и программы по прикладной математике, информатике, вычислительной технике, САПР. В конце 90-ых годов сформировалась направление, получившее название «строительная информатика». Все эти дисциплины оказались важны для подготовки специалистов по управлению проектами, менеджеров, инженеров-системотехников, конструкторов, проектировщиков высокого уровня.
Грядет новый этап в этой области. Если сегодня мы говорим об информатизации, то наступает пора интеллектуализации строительной деятельности, о чем, кстати, уже говорится в работах специалистов соответствующего профиля.
В начале 90-ых годов начла формироваться новая комплексная дисциплина, которая сегодня выступает как самостоятельное направление и в настоящее время известна под названием вычислительный интеллект (ВИ). В настоящее время ВИ базируется не только на новой, по сравнению с искусственным интеллектом (ИИ), математике, но, в основном, на ее аппаратной поддержке, что позволяет создавать дешевые конкурентоспособные автономные интеллектуальные системы, базирующиеся на методах ВИ — от миниатюрных мобильных роботов до бытовой техники. Аналогичные системы ИИ гораздо дороже и требуют сравнительно более мощных компьютеров для их эффективной реализации. За 40 лет ИИ, основанный на символьных вычислениях и булевой логике, добился значительных успехов в области инженерии знаний, обработки ЕЯ, системотехнике, составлении расписаний, диагностике. Но в рамках традиционного ИИ достаточно плохо решается ряд проблем в таких областях, как компьютерное зрение, робототехника, планирование, распознавание речи и подчерка, обучение и принятие решений в нечетких условиях, управление сложными производственными процессами. Здесь больше подходят не символьные, а численные вычисления, дающие приемлемые, приближенные решения, а не обязательно оптимальные результаты.
Когда в 1970-е годы на базе идей Л.Заде был создан новый метод вычислительной математики (вычисления на базе нечеткой лингвистической переменной — computing with words), он был быстро поддержан аппаратными средствами (нечеткими процессорами), которые в ряде проблемных областей оказались более эффективными, чем классические фон-неймановские компьютеры. Первоначально эти области входили в проблематику искусственного интеллекта. Но постепенно круг этих областей существенно расширился и сформировалось направление ВИ. В это направление в настоящее время входят:
— нечеткие логика и теория множеств;
— нечеткие экспертные системы;
— системы, приближенных рассуждений, основанные на знаниях;
— системы, управляемые данными (нейронные сети, генетические алгоритмы);
— гибридные системы (нейронечеткие или ней-рологические, генетиконейронные, нечеткоге-нетические или логикогенетические системы);
— нелинейные динамические системы;
— теория хаоса;
— фрактальный анализ.
По мнению основоположника теории нечетких множеств Л. Заде хотя вычислительный интеллект и работает с классом задач, до сих пор относимых к тематике искусственного интеллекта, но ВИ работает с мягкими вычислениями, а ИИ — с жесткими вычислениями. Термины вычислительный интеллект и мягкие вычисления введены Л. Заде в 1994 году. Тогда же им был сформулирован главный принцип мягких вычислений — терпимость к неточности и частичной истинности для достижения интерпретируемости, гибкости и низкой стоимости решения.
Жесткие вычисления основаны на точных моделях, которые включают в себя рассуждения, основанные на символической логике и классические методы вычислений и поиска информации. Мягкие вычисления основаны на приближенных моделях, включающих в себя методы приближенных рассуждений и вычислительные методы, основанные на функциональной аппроксимации, случайном поиске и оптимизации.
Мягкие вычисления в настоящее время положены в основу новых информационных технологий и вычислительной техники 6-го поколения и своим коммерческим успехом обязаны результатам «обратной волны» в схеме «теория нечетких множеств — нечеткие модели — нечеткие системы — нечеткие инструментальные программные средства — нечеткие аппаратные средства». Направление мягких измерений является ветвью направления мягких вычислений, в которых информационные технологии компонентов мягких вычислений реализованы на принципах единства измерений с полным охватом их цепью метрологической поддержки решений.
Таким образом, новое направление МИ, с одной стороны, позволяет использовать все достоинства мягких вычислений (простота и скорость обработки, гибкость логики вывода, разнообразие форм представления получаемых результатов и комплексов их метрологических характеристик, в которые могут быть включены показатели неопределенности, традиционно использующиеся в системах мягких вычислений) в реализации измерительных процессов, повышая тем самым качество результатов измерений. С другой стороны для систем мягких вычислений значительно расширяется сфера их приложений, повышается их вычислительная мощность за счет эффективного использования методов числовой обработки информации и впервые возникает возможность целенаправленного регулирования и оценивания на формальной основе качества получаемых решений.
При разработке и принятии строительных решений большое значение имеет такое понятие, как потенциал гибкости. Строительные технологии должны обладать свойствами гибкости, а значит способностью адаптироваться к часто меняющимся условиям производства работ на объекте, реагировать на изменение организационных, технологических и ресурсных параметров в широком диапазоне и при этом достигать конечного результата с сохранением заданных или прогнозируемых технико-экономических показателей.
Концепция гибкости широко используется во многих отраслях промышленности. Гибкие автоматизированные производства (ГАП), гибкие производственные системы (ГПС), гибкие производственные модули (ГПМ) применяются в машиностроении, автомобилестроении, радиоэлектронике, обрабатывающих отраслях промышленности. Идеи гибкости используются в проектировании архитектурно-строительных и конструктивных решений. Использование концепции гибкости, ее реализация в соответствующих технологиях позволяет значительно повысить эффективность, организационно-технологический уровень и инженерное обеспечение производства.
Применительно к строительному производству гибкость предлагается рассматривать как способность различных элементов производственного строительного процесса своевременно и адекватно реагировать на разного рода планируемые и случайные, детерминированные и вероятностные воздействия, возникающие на различных его этапах и уровнях с целью достижения конечного результата с сохранением наилучших или прогнозируемых показателей эффективности. Задача заключается в разработке системы проектирования и формирования строительных технологий, подготовки и выполнении работ на строительном объекте с учетом воздействия большого количества факторов, сопутствующих реальному функционированию всей структуры строительного процесса, вплоть до каждой технологической операции. И чем гибче будет эта структура, чем более оперативно она будет реагировать на динамику изменения условий работ на объекте, тем выше будет эффективность и результативность производственного процесса, тем полнее будут реализо-вываться ресурсы и возможности строительной организации на конкретном строительном объекте.
Автоматически переносить идеи гибкого производства из других отраслей в строительство было бы некорректно, но использовать разработанные подходы, принципы и методы, безусловно, необходимо. В свою очередь, это связано с развитием и созданием методов, алгоритмов и процедур, позволяющих осуществить формализацию и моделирование процессов строительного производства, и последующее формирование и проектирование решений по их выполнению в реальных условиях строительного объекта.
Решение этой проблемы, как уже было обосновано выше, предлагается осуществить за счет следующих основных принципов, которые соответствуют идеям интеллектуализации: модульности, системности, вариантности, многокритериальности и автоматизации.
Принцип модульности заключается в построении структуры строительных и информационных процессов из модулей, среди которых можно выделить модули-процессы, модули-задачи и модули-решения.
Принцип вариантности обуславливается необходимостью проработки и анализа большого количества вариантов сочетания модулей, решения различного рода частных и общих задач, возникающих в ходне выполнения производственного процесса на всех его стадиях.
Принцип многокритериальности позволяет в каждом случае выбирать рациональный вариант по таким критериям, которые в наилучшей степени оценивают качество решения в каждой конкретной ситуации и позволяют судить об уровне их гибкости.
Принцип автоматизации заключается в необходимости максимально возможного использования на всех стадиях и уровнях структуры как строительных, так и информационных процессов средств автоматизации, современной вычислительной техники и компьютеров.
Принцип системности обеспечивает самостоятельность каждого элемента производственного процесса в рамках функционирования его как единой строительной системы, имеющей иерархическую структуру.
Гибкость — это интегральная характеристика, которая охватывает основные составляющие производственного процесса: организацию, конструктивные решения, технологический процесс, технические средства строительных технологий и информационную основу. Основываясь на положениях гибких производственных систем, гибкость строительного производства предлагается рассматривать в следующих ее формах: -гибкость организационных решений; -гибкость конструктивных решений; -гибкость технологических решений; -гибкость информационного обеспечения.
Интеграция материальной и информационной сфер строительного производства, структура и четкость прямых и обратных связей между ними является одним из главных принципов использования интеллектуальных информационных систем в реальных производственных процессах. Этот принцип находит свое практическое воплощение в создании и использовании CALS/ИПИ — технологий, объединяющих в едином комплексе решение задач автоматизации проектирования (CAD/САПР), управления технологическими процессами (CAM/АСУТП), материальными потоками (логистические системы), организационно-административной деятельностью, управления качеством (ISO) на основе единой информационной базы данных, создаваемой и накапливаемой на всех этапах жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта.
Все большее распространение в практике управления проектами получает подход PLM (Product Lifecycle Management). Это стратегический деловой подход, заключающийся в последовательном применении набора бизнес-решений, обеспечивающих совместное создание, управление, распространение и использование информации, определяющей характеристики продукта на всех этапах жизненного цикла.
|
