Методика комплексной оценки мощности и качества жизни в
реклама
1 УДК 004.9 Инженерия знаний для проектирования и управления устойчивым инновационным развитием в системе «природа – общество – человек» Б.Е. Большаков, Е.Ф. Шамаева, К.В. Григорьева Аннотация: в статье рассматривается предметная область инженерии знаний в проектировании и управлении устойчивым инновационным развитием; задачи инженера знаний в области устойчивого развития как исследователи, конструктора и организатора. Рассматривается система базовых понятий, правила и принципы инженерии знаний в проектировании устойчивого развития; приводится система естественнонаучных параметров устойчивого инновационного развития, представленная на языке пространственно-временных величин, правила их оценки; правила и задачи проектирования устойчивого развития в системе «природа – общество – человек»; блок планирования устойчивого инновационного развития через функции мониторинга и оценки новаций; на примерах рассматривается структура и задачи системы проектирования и управления устойчивым развитием, возможности ее реализации как обучающей системы в области проектирования и управления устойчивым развитием. Работа выполнена в рамках проекта РФФИ, проект № 12-0600286-а. Ключевые слова: система «природа – общество – человек», устойчивое развитие, инженерия знаний в области проектирования и управления устойчивым инновационным развитием, естественнонаучные параметры устойчивого инновационного развития, информационные технологии и системы проектирования устойчивого развития, обучающая система в области управления устойчивым развитием. Engineering of knowledge for design and management of sustainable innovative development in the “the nature – society – man” system B.E. Bolshakov, E.F. Shamaeva, K.V. Grigoryeva Abstract: the article overviews the subject area of engineering of knowledge in design and management of sustainable innovative development, as well as tasks of the engineer of knowledge in the field of sustainable development — as a researcher, designer and organizer. The system of basic concepts, rules and principles of engineering of knowledge in design of sustainable development is considered; the system of naturalscientific parameters of sustainable innovative development, presented in language of spatiotemporal values, and rules of their assessment are given; rules and problems of sustainable development design in the “nature – society – man” system are presented; the block of planning of sustainable innovative development through functions of monitoring and assessment of innovations is shown; the structure and problems of system of sustainable development design and management are given on examples; also possibilities of its realization as a training system in the field of sustainable development design and management are considered. This work was written as a part of the Russian Fundamental Research Fund project No. 12-06-00286-a. Keywords: “nature – society – man” system, sustainable development, engineering of knowledge in the field of sustainable innovative development design and management, natural-scientific parameters of sustainable innovative development, information technologies and systems for designing sustainable development, training system in the field of sustainable development management. Введение В 80-е годы ХХ века на основе исследований в области искусственного интеллекта сформировалась новая отрасль индустрии – производство интеллектуальных систем для решения задач понимания и синтеза разнородных символов, включая тексты на естественном 2 языке, понимания и синтеза звуковых сигналов, в том числе устной речи, обработки и синтеза цветовых изображений, перевода с одного естественного языка на другой, принятия решений в условиях нелинейно изменяющейся ситуации, порождающей множество рисков и угроз [19, 21, 22]. Производство интеллектуальных систем получило общее название «инженерия знаний». Инженерия – это творческая деятельность, направленная на повышение эффективности использования ресурсов посредством конструирования новых технических решений. Инженерия знаний – это совокупность процессов и методов, направленных на структурирование и формализацию знаний. Инженерия знаний в проектировании и управлении устойчивым инновационным развитием – это логика проектирования изменений в системе «природа – общество – человек», согласованная с естественными законами развития; это творческий процесс превращения невозможного (сегодня) в возможное (завтра). Инженер знаний в области устойчивого развития – это специалист, соединяющий в одном лице исследователя-испытателя, конструктора-технолога и организатора [2, 9, 14]. В рамках первой специализации — исследователь-испытатель имеет на «входе» реальную систему и исследует ее с целью обнаружения закона движения и развития. Исследователь - испытатель должен уметь: генерировать, формулировать и оформить идею закона движения и развития системы; выразить ее на универсальном языке законов Природы (реального мира); корректно поставить и провести экспериментальную проверку идеи-закона; оценить точность и риск полученных результатов; оценить ожидаемый эффект реализации идей на практике; оценить ближайшие и отдаленные последствия реализации идей. В рамках второй специализации — конструктор-технолог имеет на входе проектную идею-закон развития проектируемой системы. Конструктор-технолог должен уметь: осуществлять построение прикладной научной теории, включая: определение аксиом, основные понятия и правила вывода, выраженные на универсальном языке закона движения проектируемой системы; разработку математической модели системы, допускающей «обкатку» прикладной научной теории и создание алгоритмов развития проектируемой системы; разработку компьютерной технологии проектного управления развитием. 3 Нетрудно видеть, что наличие двух специализаций обеспечивают технологический цикл проектного управления развитием. В рамках третьей специализации организатор должен уметь: создать организационный проект изменений, удовлетворяющий требованиям устойчивого развития; организовать реализацию этого проекта, включая разработку плана и контроля хода его выполнения; оценить комплексную эффективность реализации проекта и внести предложения по его развитию. Между «исследователями», «конструкторами» и «организаторами» нельзя разрывать связь. Разрыв этих связей означает разрушение целостности системы научного обеспечения проектного управления развитием. Для ее сохранения существует универсальный язык пространственно-временных величин (рис. 1), построенный на инвариантах системы «природа—общество—человек» [3, 9]. Пространственно-временная LT-величина – это качественно-количественная определенность, где качество определяется именем, LTразмерностью и единицей измерения, а количество – численным значением LT-величины как отношения измеряемой величины к единице её измерения. LT-размерность определяется как произведение целочисленных степеней R и S длины L и времени T, где R и S – целые положительные и отрицательные числа от минус до плюс бесконечности. Рис. 1. Система пространственно-временных величин Логика построения LT-языка, его философские и физико-математические основания впервые рассмотрены в трудах выдающихся ученых Р.Бартини, П.Г.Кузнецова [3]. Методология и принципы использования LT-языка в создании научных основ проектирования устойчивого развития в системе «природа – общество – человек» развиты в работах [2 – 14]. Использование универсальных LT-величин (мер) дало возможность рассматривать понятия разных предметных областей как проективное пространство с инвариантом, допускающее преобразование по определенным правилам. Все базовые понятия системы 4 «природа – общество – человек» стали рассматриваться как группа преобразований с инвариантом. В качестве инварианта выступили общие законы системы «природа – общество – человек», выраженные в пространственно-временных мерах [2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 14]]. Система «природа – общество – человек» — это открытая, неравновесная, динамическая система, эволюционирующая в пространстве-времени и состоящая из подсистем, находящихся во взаимодействии (рис. 2) [2]. Человек 1 01 13 12 Законы сохранения и изменения 21 02 Общество 2 31 0 03 Природа 23 3 32 Рис. 2. Взаимодействие в системе «природа – общество – человек» Типы связей «общество – природа» и «человек – природа» являются предметом изучения экологии. Тип связи «человек – общество» является предметом изучения социальных наук. Эти типы связей – парные. Возникает вопрос: предметом какой науки является изучение троичных типов связей и взаимодействий? Так возникает предмет проектирования в системе «природа – общество – человек», где в качестве объектов выступают: человек, социальные группы, предприятие (организация) и их объединения; отраслевые системы (добыча, переработка, сфера потребления и др.); сферы жизнедеятельности общества (идеология, политика, наука, образование, социальная сфера, технологии, экономика, экология); системы жизнеобеспечения общества (образование, здоровье, питание, жилье, транспорт, энергия, финансы, информация, управления и др.); региональные системы (муниципалитет, район, область, округ, страна, группа стран). Любая система не может существовать без взаимодействия с окружающей ее природной средой и объединяет в себе два сопряженных процесса: активный поток энергии – воздействий на окружающую среду, определяющий реальную мощность (возможности) 5 системы, и использование обществом потока энергии, полученного в результате этого воздействия, для удовлетворения материальных и духовных потребностей [5]. Сформулируем основные законы и принципы инженерии знаний в проектировании и управлении устойчивым развитием [2 – 14, 20]. Закон сохранения мощности – это утверждение о том, что в открытой для потоков энергии систем1 изменение полной мощности N на входе системы находится под контролем изменения полезной мощности Р и мощности потерь G на выходе системы с сохранением [L5T-5]-размерности ее мощности: [L5T-5] = const; N (t) = Р (t) + G (t), [L5T-5]; (1) Р (t) = N(t) · φ(t), [L5T-5]; где N(t) – полная (потребляемая) мощность на входе системы с LT-размерностью [L5T-5]; Р(t) – полезная (производимая) мощность на выходе системы с LT-размерностью [L5T-5]; G(t) – мощность потерь или потери мощности с LT-размерностью [L5T-5]; φ(t) – эффективность использования потребляемой мощности с LT-размерностью [L0T0]; φ(t) = η(t) · ε(t); η(t) – обобщенный коэффициент совершенства технологий с LT-размерностью [L0T0]; ε(t) – коэффициент наличия (или отсутствия) потребителя с LT-размерностью [L0T0]. Принцип сохранения развития – это утверждение о том, что развитие в открытой системе сохраняется в течение периода t, если имеет место выполнение необходимого и достаточного условия: 1. сохранение качества (класса систем) с пространственно-временной LT-размерностью мощности: [L5T-5] = const. (2) 2. сохранение неубывающего роста полезной мощности на период t: ΔР ∙ t = dР/dt ∙ t ≥ 0, [L5T-5]. (3) Принцип устойчивого развития – это утверждение о том, что развитие сохраняется в долгосрочной перспективе, если выполняются условия: 1 К открытым для потоков энергии систем относятся системы, обладающие свойством неравновесности живых систем, включая биологические, экономические, социальные, технические и экологические системы, способные потреблять преобразовывать и производить потоки энергии, вещества и информации (П.Г.Кузнецов, О.Л.Кузнецов, Б.Е.Большаков). Не следует путать поток энергии как отношение Е/t с плотностью потока энергии как отношения Е/t ∙ L 3. Плотность потока энергии имеет LT-размерность [L2T-5], а поток энергии имеет LT-размерность мощности [L5T-5]. 6 2 2 3 3 5 5 Р Р 0 Р t Р t Р t 0, [L T ]; 2 2 3 3 0 0 0 t t t 0, [L T ]; 5 6 N const , [L T ]. (4) где Р0 – полезная мощность системы на начальное время t0, [L5T-5]; ΔР∙t – изменение полезной мощности системы за время t, [L5T-5]; Δ2Р∙t2 – скорость изменения полезной мощности системы за время t2, [L5T-5]; Δ3Р∙t3 – ускорение изменения полезной мощности системы за время t3, [L5T-5]; Δφ∙t – изменение эффективности использования ресурсов (ЭИР) за время t, [L0T0]; Δ2φ∙t2 – скорость изменения ЭИР за время t2, [L0T0]; Δ3φ∙t3 – ускорение изменения ЭИР за время t3, [L0T0]; t – шаг масштабирования (для страны – 3 года). Задачи инженерии знаний в проектировании устойчивого инновационного развития в системе «природа – общество – человек» Проектирование устойчивого инновационного развития предполагает решение задач распознавания (оценка возможностей), прогнозирования (оценка потребностей) и проектирования (оценка проблем, планирование решения проблем, реализация и контроль исполнения плана). Выделено пять задач инженерии знаний в проектировании устойчивого развития (рис. 3) [10, 11]. Мир Страна Федеральный округ Область Район Регион Контроль Этап 5 Расчет существующего состояния (возможности) Что есть? Этап 1 __ Расчет необходимого состояния (потребности) Что необходимо иметь? Этап 2 = Расчет проблем Этап 3 Как из того, что есть, перейти в то, что нужно иметь? Планирование Этап 4 Рис. 3. Задачи проектирования регионального устойчивого развития 7 Для решения задач, стоящих перед инженером знаний в области проектирования и управления устойчивым инновационным развитием, разработаны правила и процедуры (табл. 1) [9, 10]. Табл. 1. Система правил расчета параметров устойчивого инновационного развития № п\п Название Условное обозначение Единицы измерения k N( t ) j 1 Суммарное потребление природных энергоресурсов за определенный период времени 2 Совокупный произведенный или конечный продукт за определенный период времени 3 4 5 6 7 Потери мощности за определенный период времени Эффективность использования ресурсов или полной мощности на определенный период времени Совокупный уровень жизни Качество окружающей природной среды Качество жизни N(t) ватт (Вт, кВт, МВт, ГВт) P(t) ватт (Вт, кВт, МВт, ГВт) G(t) ватт (Вт, кВт, МВт, ГВт) φ(t) безразмерные единицы U(t) ватт на человека q(t) QL(t) безразмерные единицы ватт на человека LTразмерность Формулы 3 N (t) i 1 ij N j1 ( t ), N j2 ( t )...N j3 ( t ) - суммарное потребление j-го объекта управления в единицах мощности; Nj1 – суммарное потребление продуктов питания; Nj2 – суммарное потребление электроэнергии; Nj3 – суммарное потребление топлива [L5T-5] P( t ) N( t ) ( t ) ( t ) η(t) – обобщенный КПД технологий ε(t) – качество планирования [L5T-5] G ( t ) N( t ) P( t ) [L5T-5] ( t ) P( t ) N(t ) P( t ) ; M( t ) M(t) – численность населения [L0T0] U( t ) q( t ) [L5T-5] G ( t ) ; G(t) G(t) и G ( t ) – мощность потерь текущего и предыдущего периода QL(t)= ТА(t)·U(t)·q(t); ТА(t) – нормированная продолжительность жизни; Т ср (t ) , Т А (t ) 100 лет [L0T0] [L5T-5] где Тср(t) – средняя продолжительность жизни На этой основе разработана база данных параметров моделирования устойчивого развития стран мира, России и ее регионов (табл. 2), представляющая собой фактические данные за период 1998 – 2013 гг. База данных [1] предназначена для информационноаналитической работы при подготовке решений на разных уровнях управления. 8 Кроме того, формализованы возможные целевые состояния проектируемого объекта. Для этого разработано дерево логики вывода, которое является классификатором логически возможных типов целей (рис. 4) [10, 13]. 2 ∆Р 3 ∆N Индикаторы (параметры цели): М – изменение численности населения; P – изменение полезной мощности; N – изменение полной мощности; U – изменение совокупного уровня жизни; q – изменение качества среды; + – не убывают; - – убывают; Возможные типы целей: 1 – рост возможностей, уровня жизни и качества среды 3 – ускоренный рост возможностей 5 – устойчивое развитие … 16 – стагнация … 25 – рост потребления, сокращение темпов производства и уменьшение уровня жизни … 32 – ускоренная деградация n = 1, 2, … 32 (номера типов целей). Рис. 4. Классификатор возможных типов целей 9 Табл. 2. Выборка по методике идентификации существующего состояния и анализа целевого состояния региональных объектов проектирования № п/п 1 Формализованное представление ∆M ≥ 0 Тип состояния 1 ∆P ≥ 0 ∆N ≥ 0 ∆U ≥ 0 ∆q ≥ 0 2 2 ∆M ≥ 0 ∆P ≥ 0 ∆N ≥ 0 ∆U ≥ 0 ∆q < 0 3 ∆M ≥ 0 ∆P ≥ 0 ∆N < 0 ∆U ≥ 0 ∆q ≥ 0 5 Динамика параметров Численность населения (М) – не убывает Совокупное производство товаров и услуг (полезная мощность, Р) – не убывает Суммарное потребление природных энергоресурсов (N) – не убывает Совокупный уровень жизни (U) – не убывает Качество окружающей природной среды – не убывает Численность населения (М) – не убывает Совокупное производство товаров и услуг (полезная мощность, Р) – не убывает Суммарное потребление природных энергоресурсов (N) – не убывает Совокупный уровень жизни (U) – не убывает Качество окружающей природной среды – убывает Численность населения (М) – не убывает Совокупное производство товаров и услуг (полезная мощность, Р) – не убывает Суммарное потребление природных энергоресурсов (N) – убывает Совокупный уровень жизни (U) – не убывает Качество окружающей природной среды – не убывает Сценарий Характерные черты Описание и негативные следствия Индустриальноинновационное развитие на фоне роста базовых параметров Индустриальноинновационный Интенсивный рост за счет повышения эффективности производства (∆φ≥0), возможными следствиями которого являются позитивные и негативные изменения параметров Энергосырьевой или экстенсивный Экстенсивный рост за счет опережающего роста энергопотребления (∆N≥0), следствием которого могут быть экологические (∆q<0), демографические (∆М<0) и социальноэкономические (∆U<0) угрозы Опережающий рост энергопотребления и, как следствие, угроза энергоэкологического кризиса (∆q<0) Устойчивое развитие / Опережающее устойчивое развитие Устойчивое развитие, сопровождающееся уменьшением энергопотребления, ростом производства, численности населения и уровня жизни, улучшением качества окружающей среды Опережающее устойчивое развитие 10 Инженерия новаций и инноваций Для решения проблем необходимо осуществлять мониторинг и оценку новый идей, проектов, технологий (новаций), которые уменьшают величину проблем [11]. Известно, что при заданном значении мощности можно увеличивать производство некоторого продукта только за счет сокращения потерь при данном уровне технологического развития (при конкретном значении обобщенного коэффициента совершенства технологий и качества планирования) или за счет сокращения производства других продуктов. На этом принципе получила развитие технология бездефектного управления, главная цель которого и состоит в устранении «дефектов» и достижение предельной технической возможности производственной системы. Отношение фактической производительности технических средств к их паспортной дает нам указание на полноту использования технических возможностей. Технология бездефектного управления включает этапы [8, 9]: 1. Точный учет имеющихся средств и их количественная оценка; 2. Составление перечня недостаточно используемых технических средств; 3. Выявление дефектов в системе управления; 4. Организация устранения дефектов (служба планирования на цель); 5. Контроль эффективности системы управления после устранения дефектов (система «СКАЛАР»). Технология бездефектного управления на примере транспортных систем (железнодорожный, автомобильный, водный, воздушный транспорт) проиллюстрирована в работах Научной школы устойчивого развития, а также в рамках научно-исследовательской и практической деятельности студентов и магистров Института системного анализа и управления Международного университета природы, общества и человека «Дубна». История развития Человечества свидетельствует о непрекращающейся творческой деятельности, в результате которой создаются продукты, орудия и технологии, повышающие эффективность использования имеющейся мощности. Расчеты показали, что около 71 процента энергетических затрат являются бесполезными потерями, то есть национальный продукт, при современном уровне техники, составляет около 29 процента от теоретически возможного (табл. 3) [20]. Табл. 3. Эффективность использования природных энергоресурсов на примере стран G20 [1] № п/п Наименование объекта проектирования Аргентинская Республика Итальянская Республика Канада Значение эффективности использования природных энергоресурсов (φ, безразмерные единицы) по состоянию на 2011 год 0,306 0,318 0,327 11 Китайская Народная Республика Королевство Саудовская Аравия Республика Индия Республика Индонезия Республика Корея Российская Федерация Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии Соединенные Штаты Америки Соединенные Штаты Мексики Турецкая Республика Федеративная Республика Бразилия Федеративная Республика Германия Французская Республика Южно-Африканская Республика Япония Аргентинская Республика Итальянская Республика Среднее значение по мировому сообществу: 0,307 0,297 0,287 0,275 0,315 0,300 0,310 0,315 0,296 0,311 0,318 0,314 0,316 0,321 0,324 0,306 0,318 0,296 Нетрудно видеть, что есть два пути увеличения выпуска продукта. Первый путь – увеличить полную величину мощности, направляемой на производство данного продукта. При постоянной доле потерь величина выпуска будет прямо пропорциональна количеству энергии, расходуемой на производство данного продукта. Второй путь заключается в сокращении бесполезных потерь мощности. Увеличение доли полезной мощности приводит к увеличению выпуска данного продукта [20]. Приведем примерный расчет, показывающий порядок величин бесполезных потерь в народном хозяйстве. Добыча руды осуществляется со средним коэффициентом полезного действия порядка 20%, то есть около 0,2 от взятой энергии превращается в готовый продукт – руду. Превращение руды в чугун и сталь совершается с такой же полезной долей, т.е. с долей 0,2. От двух последовательных технологических операций в металл превращается только 0,04 от всей израсходованной энергии. Превращение этих материалов в изделия промышленности совершается с такой же долей энергии, т.е. с долей 0,2. Конечный продукт получен с выходом по расходу энергии в 0,008 [20]. 99,2 % энергии на трех операциях оказались утраченными в виде бесполезных потерь. В подобном состоянии другие отрасли народного хозяйства. Существую отрасли, где положение значительно хуже, чем в приведенном примере [20]. На основании проведенного анализа элементарного технологического процесса можно предложить некоторый показатель совершенства технологий, являющийся обобщенным коэффициентом полезного действия [20]. Инженерно-экономический показатель – коэффициент совершенства технологий, где коэффициент совершенства технологий – это отношение 12 теоретического минимума затрат мощности к ее фактическому расходу на изготовление единицы продукции за определенное время. Для каждого конкретного общества (страны) механизм реализации идей имеет свои специфические формы. Можно выделить несколько важных функций механизма реализации идей и технологий: мониторинг, экспертиза идеи и технологий, капитализация и внедрение. При осуществлении мониторинга новаций (идей и технологий) важная роль принадлежит созданию и администрированию банка идей, компьютерной базе данных, содержащей информацию об идеях, технологиях, новшествах (табл. 4) [11, 12]. Табл. 4. Пример семантико-параметрического образа новации Авторский портрет новации Класс идеи (новации). идеи о новых носителях мощности более эффективных, чем старые. идеи новых машин, механизмов и технологических процессов с более высоким коэффициентом полезного действия. идеи о повышении качества управления, о более точном соответствии выполняемых работ общественным потребностям, о более совершенном механизме общественного устройства. Для идей с более высоким коэффициентом полезного действия: Что? На какие технологические Дефлекторы (отклонители) потока энергии, процессы влияет новация, что например, зеркало гелиостата солнечной меняет в технологическом электростанции [15]; процессе. Акцепторы (уловители, «захватыватели» отклоненной энергии), например, зеленый лист растения, парус [15]; Демобилизаторы (обездвиживатели потока энергии, превращающие ее в запасаемую энергию), например, электролизер, «обездвиживающий» мощность электрической энергии [15]; Аккумуляторы (хранители), например, пружина, электрический аккумулятор, водохранилище [15]; Мобилизаторы (преобразователи запасенной энергии в поток энергии), например, камера сгорания реактивного двигателя [15]. Зачем? Цель (описываются Вербальное описание. результаты или ожидаемые эффекты от реализации). Почему? Указывается, какую Вербальное описание. проблему решает новация в технологическом процессе. Здоровье — управляемая система, которая обеспечивает Где? Сферы применения новации. физическое и духовное здоровье человека и общества Питание и вода — управляемая система, которая обеспечивает население и производственные процессы продуктами питания и водой 13 Когда? Стадия разработки новации. Как? Принципы, правила, процедуры и критерии работы новации (как работает новация в технологическом процессе) Сколько? На сколько, можно увеличить эффективность технологического процесса? Транспорт — транспортная система, которая обеспечивает перемещение груза и пассажиров до места назначения на различные расстояния Энергетика — управляемая система, которая обеспечивает человека и региональные объекты энергоресурсами, используя различные носители энергии (нефть, газ, уголь, электроэнергия и др.) Металлы и материалы — управляемая система, которая обеспечивает производственные процессы металлами и материалами с заданными свойствами Жильё — управляемая система, которая обеспечивает безопасность от внешних негативных воздействий окружающей среды посредством строительства и обустройства жилого пространства Наука и образование — управляемая система, которая обеспечивает сохранение, развитие и передачу знаний и умений в виде новых идей, проектов, техники и технологий, продуктов, товаров и услуг Управление и информация — обеспечивает эффективное и согласованное управление в системе «природа – общество – человек» посредством создания баз данных, информационнотелекоммуникационных систем, систем поддержки принятия решений и других информационных технологии Вербальное описание идей Математическая модель Прототип Опытный образец Промышленный образец товар Товар Вербальное описание. Численное значение коэффициента потенциальной эффективности новации. Коэффициент потенциальной эффективности новации вычисляется по формуле: b ji ( t ) g ji ( t ) κi (t) , где i – производственные процессы в проектируемом объекте i = 1, 2, … m; bji(t) – расход энергии на производство единицы j-ой продукции в единицу времени в i-м производственном процессе с учетом существующих технологических возможностей в проектируемом региональном объекте; gji(t) – расход энергии на производство единицы j-ой продукции в единицу времени в i-м производственном процессе с учетом технологических возможностей новации в том же проектируемом объекте. Примерные величины коэффициента совершенства технологий (по выделенным классам технологий) или коэффициенты эффективности действий в технологических процессах [15]: Дефлекторы – 0,3 и ниже; Акцепторы – 5000 и выше; Демобилизаторы – 0,2; 14 Кто? Автор, изобретатель идеи, разработчик или менеджер проекта Предлагаемые условия сотрудничества для выполнения работ / услуг (что я буду делать). Список необходимых работ, сумма финансирования, срок реализации работ, ответственный исполнитель. Аккумуляторы – 0,16; Мобилизаторы – 0,2. Вербальное описание. Наименование работ Необходимое финансирование Срок реализации Исполнитель Учебный прототип интеллектуальной системы проектирования и управления устойчивым развитием в системе «природа – общество – человек» Учебная модель интеллектуальной системы проектирования устойчивого инновационного развития одновременно является обучающей системой и состоит из пяти модулей, называемых в пользовательском интерфейсе «Этапами» (рис. 5). Этап 5 Этап 4 Рис. 5. Главное окно интеллектуальной системы проектирования устойчивого инновационного развития Схема обучения описывается следующим образом. Система генерирует проблемноориентированную задачу из каталога задач, описывающих проблемные ситуации, возможно с наличием избыточных данных. Для того чтобы решить задачу необходимо пройти цикл, состоящий из 5 этапов: 1. Расчет существующего состояния объекта управления; 2. Расчет необходимого состояния объекта управления; 3. Расчет проблем; 4. Планирование решения проблем; 15 5. Контроль хода выполнения плана. Каждый этап состоит из нескольких процедур, а каждая процедура – из одного или нескольких шагов (рис. 6). Рис. 6. Диалоговое окно обучающей интеллектуальной системы проектирования устойчивого инновационного развития (1 этап -> 1 процедура -> 2 шаг) По окончанию цикла делаются обобщающие выводы, и происходит переход на новый уровень. Предлагается 8 уровней сложности решения «проблемной» задачи. Каждому уровню соответствует свой выделенный объект управления. Таким образом, для достижения задач обучения необходимо пройти цикл принятия решений несколько раз с нарастанием уровня сложности (от «знания» через «умение» к «пониманию» (рис. 7)) с повышением роли управленческого лица. Рис. 7. Схема обучения, применяемая в рассматриваемой обучающей системе Прототип интеллектуальной системы реализован в среде Visual Basic for Application, как надстройка для табличного процессора Excel. Excel удобен в учебном процессе для вывода данных в табличном виде и является популярным на сегодняшний день табличным редактором. Работа с системой обеспечивается за счет диалоговых окон, которые позволяют пошагово выполнять необходимые этапы для решения учебной «проблемной» задачи. 16 Обучающая система работает с двумя типами данных – входными и выходными. На их основе формируются соответственно входная база данных и выходная. Базы данных реализованы в системе управления базами данных (СУБД) PostgreSQL. Система содержит информацию о доступных для анализа объектах управления. Например, ими могут быть Крыловский район Краснодарского края, сам Краснодарский край, Южный Федеральный округ РФ, Российская Федерация, Мировое сообщество (то есть мир в целом), ВТО (Всемирная торговая организация) и т.д. У каждого объекта прописан его уровень (Мир, группа государств, отдельное государство, субъект государства) [13]. На данный момент база знаний содержит информацию более чем о 2000 объектах управления. В результате обработки и анализа входных данных на выходе система формирует базу параметров устойчивого развития. Приведем несколько примеров работы системы и кратких к ним характеристик. Пример 1. В ходе выполнения первого этапа вычислительно-аналитический модуль анализирует входные данные и формирует базу параметров устойчивого инновационного развития Навигация по данным осуществляется с помощью выпадающего списка в верхнем левом углу (рис. 8) Рис. 8. Окно вывода результатов 1 этапа «Расчет существующего состояния» Пример 2. Система предоставляет возможности визуализации – удобного представления информации, хранящейся в базе, для зрительного наблюдения и анализа. Ниже представлена 17 процедура визуализации динамики параметров устойчивого развития. Такие процедуры присутствуют на каждом этапе проектирования, что облегчает восприятие и анализ информации (рис. 9). Рис. 9. Диалоговое окно выбора параметров для визуализации Рассматриваемая модель имеет элементы обучающей системы класса тренажернообучающих систем с элементами деловой игры и является разновидностью интеллектуальных систем, позволяющих решать задачи профессиональной подготовки и обучения, формирования практических навыков проектирования и управления устойчивым инновационным развитием в системе «природа – общество – человек». Заключение В XXI веке сформировались и распространились принципиально новые профессии, так называемые «профессии будущего», одной из которых является инженер знаний, соединяющая в себе конструктора-технолога профессиональные и организатора компетенции результата, исследователя-испытателя, дающие возможность создать обучающую интеллектуальную систему в целях повышения качества образования в области проектирования и управления устойчивым инновационным развитием. Литература 1. База данных «Параметры моделирования устойчивого инновационного развития стран мира. России и ее регионов» (заявка на регистрацию объекта интеллектуальной собственности ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности от 22.05.2014). 2. Большаков Б.Е. Введение в науку устойчивого развития// Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление. — том № 7 вып. № 2. — 2011. 3. Большаков Б.Е. Закон природы или как работает Пространство – Время. – Москва-Дубна: РАЕН – Университет «Дубна», 2002. – 265 с. 18 4. Большаков Б.Е. Законы сохранения и изменения в биосфере – ноосфере. – М.: ВНИИСИ, 1990. 5. Большаков Б.Е. Мощность как мера в экономике // Международный электронный журнал. Устойчивое развитие: наука и практика. — вып. № 2. — 2010. 6. Большаков Б.Е. Система универсальных мер – законов в науке устойчивого развития//Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление: том 7(4), 2011. – [Электронный научное издание], режим доступа: www.rypravlenie.ru, свободный. 7. Большаков Б.Е. Формализованный естественный язык для описания социо-природных систем. – М., 1977. 8. Большаков Б.Е. Фундаментальные и прикладные проблемы управления устойчивым развитием// Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление. — том № 7 вып. № 3. — 2011. 9. Большаков Б.Е., Кузнецов О.Л. Инженерия устойчивого развития. – М.: РАЕН, 2012. – 502 с. 10. Большаков Б.Е., Шамаева Е.Ф. Мониторинг оценка новаций: формализация задач мониторинга и оценки новаций в проектировании регионального устойчивого инновационного развития. – Palmarium Academic Publishing (Германия), 2012. – 219 с. 11. Большаков Б.Е., Шамаева Е.Ф. Мониторинг и оценка новаций в проектировании регионального устойчивого инновационного развития с использованием измеримых величин//Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2011. — № 5. – С. 133 — 142. 12. Большаков Б.Е., Шамаева Е.Ф. Научно-методические основы управления новациями с использованием пространственно-временных величин//Системный анализ в науке и образовании: вып. №1, 2010. – [Электронный ресурс], режим доступа: www.sanse.ru, свободный. 13. Большаков Б.Е., Шамаева Е.Ф. Проектирование регионального устойчивого инновационного развития на разных уровнях объектов управления//Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление: том 8 вып. №1(14) (2012), с. 6788/Электронное научное издание (журнал). URL: http://rypravlenie.ru/ 14. Большаков Б.Е.Наука устойчивого развития. Книга I. Введение. – М.: РАЕН, 2011. – 272 с. 15. Вторая индустриализация России. Настольная книга руководителя государства (основы теории и практики осуществления) / под. Ред. Н.А.Потехина. – Екатеринбург: ИПП «Уральский рабочий», 2011. 16. Кирпичева Е.Ю., Шамаева Е.Ф. Применение геоинформационных технологий для визуализации индикаторов устойчивого развития//Геоинформатика: вып. № 1 (2012). – М: ВНИИгеосистем, 2012. – 10 с. 17. Кузнецов О.Л., Большаков Б.Е. Мировоззрение устойчивого развития. – М.: РАЕН, 2013. – 202 с. 18. Кузнецов О.Л., Большаков Б.Е. Устойчивое развитие: научные основы проектирования в системе «природа-общество-человек». — Санкт – Петербург: Гуманистика, 2002. – 616 с. 19. Кузнецов О.Л., Никитин А.А. Геоинформатика. — М.: Недра, 1992. – 302 с. 20. Кузнецов П.Г. Из научного наследия мыслителя. К 90-летию со дня рождения Побиска Георгиевича Кузнецова (1924 – 2000). — М.: Концепт, 2014. – 104 с. 21. Ульянов, С.В., Литвинцева, Л.В., Добрынин, В.Н., Мишин, А.А. Интеллектуальное робастное управление: технология мягких вычислений. – М., 2011. 22. Черемисина Е.Н. Геоинформационные системы и технологии. – М.: ВНИИгеосистем, 2011.– 375 с. Работа выполнена в рамках проекта РФФИ, проект № 12-06-00286-а. 19 Сведения об авторах Ф.И.О. Большаков Борис Евгеньевич Должность: заведующий кафедрой устойчивого инновационного развития Международного университета природы, общества и человека «Дубна» Звание и степень: доктор технических наук Контакты: +7(49621) 6 61 09; [email protected] Ф.И.О. Шамаева Екатерина Федоровна Должность: доцент кафедры устойчивого инновационного развития Международного университета природы, общества и человека «Дубна» Звание и степень: кандидат технических наук Контакты: +7(49621) 9 07 76; [email protected] Ф.И.О. Григорьева Кира Владимировна Должность: аспирант кафедры устойчивого инновационного развития Международного университета природы, общества и человека «Дубна» Звание и степень: магистр системного анализа и управления Контакты: +7(49621) 6 61 09; [email protected] Authors’ data Name: Bolshakov Boris Evgenyevich Position: head of the Sustainable Innovative Development Department at the “Dubna” International university of nature, society and man Rank and degree: Doctor of Technical Sciences Contacts: +7(49621) 6 61 09; [email protected] Name: Shamaeva Ekaterina Fiodorovna Position: associate professor the Sustainable Innovative Development Department at the “Dubna” International university of nature, society and man Rank and degree: Candidate of Technical Sciences Contacts: +7(49621) 9 07 76; [email protected] Name: Grigoryeva Kira Vladimirovna Position: post-graduate student of the Sustainable Innovative Development Department at the “Dubna” International university of nature, society and man Rank and degree: Master of Systems Analysis and Management Contacts: +7(49621) 6 61 09; [email protected]
