Принципы концептуального метамоделирования

Создание и использование концептуальных метамоделей (КММ) осуществляется на основе совокупности фундаментальных принципов. Как известно, под принципом принято понимать «основное, исходное положение; первоначало, исходный пункт, предпосылкукакой-либо теории или концепции; руководящую идею, основное правило деятельности». КММ должна удовлетворять базовой парадигме принципов, каждый из которых, в зависимости от решаемых задач, имеет соответствующую интерпретацию. Под парадигмой будем понимать идеологию, теорию или модель постановки проблем, положенную в основу методологии и технологии решения модельных задач. С учетом приведенных определений понятий «принцип» и «парадигма», рассмотрим совокупность базовых принципов концептуального метамоделирования. Отметим, что, в зависимости от решаемых задач, определенные принципы могут иметь различные интерпретации и характер использования, в частности: теоретический, практический, методологический, технологический, прикладной, аналитический, синтетический, управления, организации и т.п.

В определяемую совокупность включим следующие базовые принципы:

1. системности

2. комплексности

3. системно-комплексности

4. целенаправленности

5. целостности

6. концептуализации

7. интерпретируемости

8. максимального упрощения

9. модульности

10. инвариантности

11. развития

12. управляемости

13. информационной прозрачности

14. ведущей компоненты

15. информативности

16. когерентности

17. соответствия

18. редукции сложности

19. интроспективности

20. экстроспективности

21. аутокаталичности

22. адекватности

23. технологичности

24. минимальности конструкции

25. концептуальной структурности

Применимость принципов к однофазной задаче р1

Рассмотрим принципы моделирования применительно к нашей однофазной задаче:

Задача Р¹₄: Планирование и проведение эксперимента

Вершинный маршрут: Данная задача предполагает возможность планирования и проведения материального эксперимента с моделью () или натурального эксперимента с объектом – оригиналом ().

1. Принцип системности. Принцип системности — один из исходных (первичных) принципов, имеющих важное теоретическое, методологическое и прикладное значение при концептуальномметамоделировании. Формулировка принципа системности гласит: рассмотрение (исследование) объекта-оригинала и создание модели этого объекта должно осуществляться исходя из представлений о способности составляющих такой объект компонент (подсистем и элементов), а как следствие, и моделей этих компонент, вступать в такого рода отношения (взаимосвязи и взаимодействия), в результате которых порождаются целостные свойства системы (модели), в том числе и интегративные (эмерджентные), т.е. такие, которые не присущи ни одному из отдельно взятых компонентов или их локальных совокупностей. Принцип системности при решении задач КММ имеет двоякое назначение. С одной стороны он связан с исследуемой системой (объектом-оригиналом) и создаваемой моделью, отражая их фундаментальное свойство — целостность. С другой стороны принцип системности непосредственно связан с экспертом (исследователем), формируя «системное мышление» и выполняя методологическую функцию как познания (анализа), так и созидания (синтеза).

Решение. Принцип системности считаемприменимым, поскольку для исследователя, обладающего системным мышлением, принцип выполняет методологическую функцию познания и созидания.

2. Принцип комплексности. Предполагает всестороннее, многоаспектное, многофакторное рассмотрение (исследование) системы (объекта-оригинала), как неоднородной взаимосвязанной и взаимодействующей совокупности компонент, избирательно вовлеченных в единое целое в соответствии с определенными исходными концепциями, согласованное функционирование которых направлено на достижение единой глобальной цели. Принцип комплексности, как и принцип системности, имеет двойственное назначение. С одной стороны он связан с объектом моделирования, с другой — с экспертом (исследователем), выполняя при этом методологическую функцию для адекватного отражения реальной действительности (или представления концептуального мира) — гетерогенной совокупности компонент — с целью познания и созидания сложных систем: объектов-оригиналов и моделей.

Решение. Принцип комплексности считаемприменимым, поскольку он необходим эксперту для адекватного отражения реальной действительности в процессе создания сложных систем, которыми являются эксперименты.

3. Системно-комплексный принцип. Системно-комплексный (СК) принцип — один из универсальных фундаментальных принципов системологии. СК-принцип формулируется следующим образом. Рассмотрение системы (объекта, процесса, явления), а как следствие и соответствующей модели, с единых системологических и методологических позиций посредством категорий системности и комплексности на основе отражения и учета свойств целостности и сложности через поведение (функцию), строение (структуру) и организацию (управление) как единую, взаимосвязанную и взаимодействующую совокупность инвариантных аспектов этой системы. СК-принцип, подобно рассмотренным ранее принципам системности и комплексности, изначально имеет двоякое назначение. С точки зрения рассматриваемой системы (объекта, процесса) СК-принцип связан с целостностью и сложностью этой системы, а с точки зрения эксперта (исследователя) — его «методологического взгляда» — с системностью и комплексностью, как методологическими категориями системологии. Отметим, что СК-принцип допускает многовариантность реализации в зависимости от преследуемых целей и решаемых задач. Он ориентирован прежде всего на рассмотрение многоцелевых, полифункциональных, многоаспектных, гетерогенных систем при решении задач анализа, синтеза, управления, моделирования. Особо важное значение СК-принцип имеет при создании и использовании концептуальных метамоделей (КММ).

Решение. Системно-комплексный принцип считаемприменимым, поскольку он ориентирован на рассмотрение многофункциональных и многоаспектных систем, и применим в силу своей универсальности.

4. Принцип целенаправленности. Исходя из представления, что цель — это модель желаемого или прогнозируемого конечного результата функционирования (движения, поведения, деятельности) активной системы (объекта, модели), принцип целенаправленности формулируется следующим образом: функционирование (движение, поведение) любой активной (действующей) системы (объекта, модели) организуется таким образом, чтобы оно приводило с заданной (требуемой) степенью близости (точности, адекватности) к желаемому (необходимому) результату (состоянию), определяемому наперед заданной целью.

Решение. Принцип целенаправленности считаемприменимым, поскольку создание и проведение любого эксперимента невозможно без заранее поставленной цели, а также критериев ее достижения.

5. Принцип целостности Способность компонент (частей) системы (объекта, модели) состоять в такого рода взаимосвязях и взаимодействиях друг с другом, в результате которых образуются новые интегративные (эмерджентные) свойства, не присущие исходным компонентам или любым их частным совокупностям в отдельности, т.е. такие свойства (качества, аспекты), которые присущи внутренней природе целого (системе) и ее целевой функции.

Решение. Принцип целостности считаемприменимым, поскольку при создании эксперимента нужно выделить системообразующие компоненты и их взаимодействия, в результате которых образуются целостные свойства системы, и обязательно учесть фактор эмерджентности.

6. Принцип когерентности КММ должна удовлетворять принципу когерентности, который гласит: в целостной системе (объекте, модели) каждый компонент взаимосвязан и взаимодействует с любым другим компонентом этой системы таким образом, что необходимое и достаточное изменение в одном из системных компонентов вызывает соответствующие (пропорциональные) изменения во всех остальных, а также во всей системе (объекте, модели) в целом.

Решение. Принцип когерентности считаемприменимым, поскольку при создании и проведении эксперимента необходимо выделить такие компоненты объекта, изменения в которых могут вызвать соответствующие изменения во всех остальных и в системе в целом.

7. Принцип ведущей компонентыКММ должна учитывать условия функционирования, удовлетворяющие принципу ведущей компоненты (ПВК). ПВК гласит: в зависимости от режимов функционирования и моментов фиксацииэтих режимов (состояний), те или иные компоненты системы (объекта, модели) принимают на себя доминирующую роль — функцию ведущей (главной) компоненты системы, подчиняющей своему влиянию (воздействию) все остальные компоненты — части исходной целостной системы (объекта, модели), удовлетворяющей принципу когерентности.

Решение. Принцип ведущей компоненты считаемприменимым, поскольку в силу централизованности эксперимента важно выделить его компоненты, берущие на себя ведущую роль.

8. Принцип интроспективности Принцип интроспективности ориентирован на такие проблемы и задачи, решение которых определяется внутренними по отношению к исходной целостной системе (объекту, модели) и окружающей ее среде факторами. С учетом изложенного, дадим следующую формулировку принципа интроспективности. При рассмотрении проблем (задач), (например, анализа, синтеза, управления и т.п.), решение которых определяется внутренними по отношению к исходной целостной системе и окружающей ее среде факторами, действия эксперта (исследователя) должны быть направлены во внутрь системы (объекта, модели). При этом осуществляется движение вниз по альтитуде на заданную (требуемую, необходимую) глубину от исходной целостной системы к ее компонентам (подсистемам и элементам) различных рангов и уровней организации. Реализация принципа интроспективности основана на предположении, что решение проблемы (задачи) лежит или осуществляется в границах (пределах) исходной целостной системы.

Решение. Принцип интроспективности считаемприменимым, поскольку присоздании и проведении эксперимента предполагается, что решение проблемы или задачи лежит в границах исходной целостной системы.

9. Принцип экстроспективности Принцип экстроспективности ориентирован на такие проблемы и задачи, решение которых определяется внешними по отношению к исходной целостной системе (объекту, модели) факторами. Содержание принципа экстроспективности в определенном смысле противоположно содержанию принципа интроспективности. Сформулируем рассматриваемый принцип следующим образом.

При решении проблем (задач), определяемых внешними по отношению к исходной целостной системе (объекту, модели) факторами, действие эксперта (исследователя) должны быть направлены во вне этой системы. При этом «движение» осуществляется как на уровне исходной системы к ее окружению — одноранговым другим системам, так и вверх по альтитуде на заданную (требуемую, необходимую) высоту от исходной системы к ее надсистемам (суперсистемам) различных уровней организации. Таким образом, принцип экстроспективности устанавливает отношения между исходной (ведущей) целостной системой и всеми другими (окружающими) системами равного или высших рангов, в которые исходная система входит или с которыми она связана и взаимодействует, т.е. отношения исходной целостной системы с ее окружением. Реализация принципа экстроспективности основана на предположении, что решение проблемы (задачи) лежит или осуществляется вне границ (пределов) исходной (ведущей) целостной системы.

Решение. Принцип экстроспективности считаемнеприменимым, поскольку если при создании и проведении эксперимента предполагается, что решение проблемы лежит вне границ исходной целостной системы, то бессмысленно ставить эксперимент над исходной системой или моделью.

10. Принцип инвариантности Понятие инварианта предполагает существование определенного разнообразия, относительно которого определяются свойства неизменности-инвариантно­сти. В теоретическом аспекте инвариантный подход к анализу и описанию объектов моделирования, образующих определенное множество, дает возможность из полной совокупности разнообразных свойств (атрибутов), определяемых каждым из объектов моделирования и всем множеством таких объектов, вычленить то неизменное и независимое от конкретного объекта, что присуще не только каждому объекту в отдельности, но и всем объектам этого множества вместе.

Решение. Принцип инвариантности считаемприменимым, поскольку в процессе создания и проведения эксперимента необходимо выделить те основные и неизменные части, которые присущи как экспериментам вообще, так и объектам и моделям, участвующим в эксперименте.

11. Принцип модульности Целенаправленные целостные системы (объекты,модели) должны состоять из таких компонент (модулей), эндогенные (внутренние) свойства которых существенно превосходят экзогенные (внешние). При этом имеет место внутренняя прочность и относительная независимость компонент (модулей) друг от друга и от окружающей среды, а также ориентация каждого модуля на реализацию одной и только одной единственной функции. КММ структурно, функционально и организационно должна удовлетворять принципу модульности.

Решение. Принцип модульности считаемприменимым, поскольку при создании и проведении эксперимента нужно выделить модули, слабо зависящие друг от друга и ориентированные на реализацию одной функции. Это позволит устранить дублирование функций и ускорить весь процесс.

12.Принцип минимальности конструкцииВ соответствии с принципом минимальности конструкции система (объект, модель) должна состоять из минимально возможного количества компонент, совокупность которых вещественно, энергетически и информационно оптимальным образом удовлетворяет принципу целенаправленности, т.е. целевому назначению целостной системы.

Решение. Принцип минимальности конструкции считаемприменимым, поскольку создаваемый экспериментдолжен достигать заданной цели с минимальными затратами ресурсов.

13. Принцип аутокаталичности В системе, состоящей из большого числа однородных (гомогенных) упорядоченно связанных и взаимодействующих компонент, наличие какого-либо свойства в одной ее части увеличивает вероятность последующего появления этого свойства в других частях этой системы, а при его отсутствии система становится существенно неустойчивой. Иными словами имеет место эффект «размножения» определенных свойств. Такой эффект известен (из химии) под названием аутокатализ, откуда и следует название принципа.

Решение. Принцип аутокаталитичности считаемнеприменимым, поскольку для адекватного сбора статистической информации создаваемый эксперимент не должен вносить зависимость между последовательными итерациями опытов, то есть не иметь обратной связи (положительной или отрицательной).

14.Принцип максимального упрощенияКонцептуальное метамоделирование сложных объектов должно осуществляться в соответствии с принципом максимального упрощения (ПМУ). Исходя из ПМУ, при создании концептуальной метамодели в ней учитываются и отображаются наиболее существенные, принципиально значимые по отношению к целям и задачам моделирования свойства объекта — оригинала и игнорируются все незначительные, второстепенные, малосущественные. ПМУ реализуется на основе методов декомпозиции, стратификации, их комбинаций, а также принципов целенаправленности, модульности, минимальности конструкции.

Решение. Принцип максимального упрощения считаемприменимым, поскольку создаваемый эксперимент может не учитывать второстепенные свойства объекта, если заранее известно, что их влияние на исход эксперимента будет ничтожно мало.

15. Принцип адекватности Концептуальная метамодель должна находится в отношении адекватности с объектом-оригиналом, устанавливающим не только степень качественной и количественной близости модели к оригиналу, но и факты ее синтаксической (морфологической) гомоморфности (изоморфности) и семантической релевантности, определяемые на основепринятых критериев и показателей, определяемых в соответствии с целями и задачами моделирования.

Решение. Принцип адекватности считаемприменимым, поскольку эксперимент должен быть качественно и количественно близок к объекту-оригиналу, а так же иметь однородные характеристики в соответствии с целями и задачами моделирования.

16. Принцип концептуализации Процесс создания абстрактной (идеальной) системы (объекта, модели (концепта)) в результате исследования и формализованного описания на основе единой системы принципов, взглядов, представлений (идеологии) совокупности объектов, обладающих сходственными признаками (атрибутами), посредством их выделения, обобщения, абстрагирования и формализации. Процесс формирования концепта, в зависимости от исходных целей и задач, может состоять из последовательности фаз (этапов). При этом создается определенная иерархия: концепт, концепт концепта и т.д. При однофазной концептуализации формируется концепт, который будем называть «метаобъект» или «концептуальная модель». При многофазной концептуализации формируются концептуальные метамодели (КММ).

Решение. Принцип концептуализации считаемнеприменимым, поскольку он направлен на создание абстрактных систем и объектов, в то время как эксперимент подразумевает конкретную материальную реализацию на основе уже существующей абстрактной модели или объекта.

17. Принцип интерпретируемости Информационный многоуровневый процесс преобразования абстрактной (идеальной) системы (объекта, модели (концептуальной метамодели)) в конкретную материальную или идеальную систему (объект или модель) на основе отображения непустого информационного множества (знаний и данных), определяемого КММ и называемого областью интерпретации, в информационную кообласть (данные и знания) значений интерпретации, определяемую конкретной предметной областью и конкретным объектом. Отметим, что уровни интерпретации определяются исходными целями и задачами, а также степенью конкретизации КММ. Виды интерпретации зависят от степени абстракции КММ и, в общем случае, включают: функциональную, структурную (синтаксическую), смысловую (семантическую), качественную и количественную. Каждый вид интерпретации, в свою очередь, может иметь несколько уровней реализации. Принцип интерпретируемости по своей роли противоположен (обратен) принципу концептуализации.

Решение. Принцип интерпретируемости считаемприменимым, поскольку эксперимент создается на основе многоуровневой интерпретации существующей абстрактной модели или объекта в область конкретной реализации эксперимента.

18. Принцип концептуальной структурностиИсходя из фундаментального принципа единства материального мира: «вне и независимо от всякого сознания объективная реальность — материя — существует только в структурированном виде»; полагая, что структура — это механизм «согласования» непрерывности и дискретности, способ формирования целостной системы (объекта, процесса) в морфологическом и функциональном аспектах на основе специфических методов реализации взаимосвязей и взаимодействий составляющих целостную систему компонент; рассматривая идеальный мир как адекватное абстрактное отражение материального мира, его адекватную концептуальную модель, сформулируем принцип структурности мира концептуальных объектов. «Концептуальный мир — это адекватное отражение материального. Подобно материальному, концептуальный мир представляется только в структурированном виде.» С учетом принципа концептуальной структурности распространим на концептуальные системы принципы, методы и алгоритмы взаимоотношений (диалектики) части и целого, помня при этом библейский постулат «подобное познается подобным».

Решение. Принцип концептуальной структурности считаемприменимым, поскольку в отсутствие структурированного концептуального мира и адекватных моделей невозможно применение всех других принципов.

19. Принцип развития Любая целенаправленно действующая система (объект, модель) должна рассматриваться с позиций ее развития на онтогенетическом и филогенетическом уровнях в соответствии с моделью развития живых систем. Рассмотрение развития системы (объекта, модели) в онтогенезе осуществляется по фазам жизненного цикла от идеи ее создания (зарождения проблемной ситуации) до снятия с производства (гибели). Развитие системы в филогенезе реализуется как задача локальной или глобальной оптимизации и может иметь как эволюционный (постепенный), так и революционный (скачкообразный) характер.

Решение. Принцип развития считаемприменимым, поскольку процесс планирования и проведения эксперимента имеет определенную последовательность стадий, и, следовательно, соответствует этому принципу.

20. Принцип информационной прозрачностиСистема (объект, модель) должна быть информационно прозрачна, т.е. доступна для контроля, измерения и регистрации информации об этой системе в любых, существенных для функционирования с точки зрения преследуемых целей и решаемых задач ее точках, узлах, зонах или областях, которые назовем «окнами информационной прозрачности». Принцип информационной прозрачности, следовательно, предполагает формирование (существование), в том числе и у концептуальных систем-моделей, окон информационной прозрачности, адекватных задачам контроля, измерения и регистрации информации в соответствии с преследуемыми целями и решаемыми задачами.

Решение. Принцип информационной прозрачности считаемприменимым, поскольку создаваемый эксперимент должен быть доступен для контроля и регистрации информации, существенной для поставленных целей и решаемых задач.

21. Принцип информативности Система (объект, модель, КММ) должна обладать свойством аккумулирования наиболее существенной (полезной) и порождения (генерирования) такой новой информации (данных, знаний), которая была бы релевантна и адекватна преследуемым целям и решаемым задачам, т.е. система (объект, модель, КММ) должна быть информативной.

Решение. Принцип информативности считаемприменимым, поскольку при проведении эксперимента получается и аккумулируется новая информация, которая при правильной постановке эксперимента отвечает поставленным целям и задачам.

22. Принцип соответствияОтображение и представление объекта-оригинала в модели должно осуществляться таким образом в таком объеме и на такую альтитуду, которые бы соответствовали и были адекватны целям и задачам моделирования. Принцип соответствия вытекает из принципа (закона) необходимого разнообразия Эшби У.Р., который гласит: «только разнообразие может уничтожить разнообразие».

Решение.Принцип соответствия считаем неприменимым, поскольку он относится к задаче создания модели, а не к планированию и проведению эксперимента с ней или объектом-оригиналом.

23. Принцип управляемостиПри релевантности осведомительной и адекватности управляющей информации изменения состояний компонент — подсистем, элементов (модулей) и системы (объекта, модели) в целом должно осуществляться таким образом, чтобы в условиях изменяющейся внешней среды движение управляемого объекта было ориентировано в направлении достижения наилучших (оптимальных) значений целевой функции.

Решение.Принцип управляемости считаем применимым, поскольку создаваемый эксперимент должен быть управляем экспертом в той степени, чтобы даже при изменении параметров внешней среды достигать своей цели.

24. Принцип технологичностиСоздание, функционирование и использование системы (объекта, модели) должно быть подчинено выполнению согласованно взаимосвязанной и целенаправленно взаимодействующей совокупности процессов, методов, процедур и операций, составляющих определенную технологию. При концептуальном метамоделировании принцип технологичности предполагает определение, прямое или адаптированное использование существующих, а также создание и использование новых, адекватных целям и задачам эксперта (исследователя) информационных технологий. Такие информационные технологии могут выступать в качестве моделей промышленных технологий, в том числе и в материальном производстве. Исходя из принципа технологичности можно сделать заключение, что технологичность — это согласованная совокупность процессов, методов, процедур и операций, реализующих базовую целевую функцию системы, направленнуюна изменение состояний входного ресурса (информации) в выходной продукт (результат).

Решение.Принцип технологичности считаем применимым, поскольку базовая функция системы состоит в преобразовании входной для эксперимента информации в результирующую, а данный принцип отражает совокупность соответствующих ей процессов, методов, процедур и операций.

25. Принцип редукции сложностиСложность — продукт имеющейся информации и, следовательно, всегда связана с субъектом (экспертом), к которому эта информация поступает. Исходя из представлений, что сложность определяется количеством (уровнем) интеллектуальных усилий, необходимых для познания (понимания) объекта моделирования, преодоление барьеров информационной сложности (индивидуальных, коллективных, социальных) осуществляется посредством представления исходного целостного объекта на основе методов стратификации и декомпозиции как совокупности определенным образом организованных, взаимосвязанных и взаимодействующих компонент, каждый из которых и вся совокупность в целом удовлетворяют принципу модульности. По существу, принцип редукции сложности сводится к классической формуле «разделяй и властвуй».

Решение.Принцип редукции сложности считаем применимым, поскольку он необходим для уменьшения информационной сложности при создании и проведении эксперимента. Совместимость остальных принципов можно посмотреть из обобщенной таблицы, в которой представлены все 8 однофазных задач по всем принципам моделирования.

№ п/п	Принципы моделирования.	Создание				Познание
		М(P21)	Т(P71)	Σ(P81)	Э(P41)	М(P31)	Т(P61)	Σ(P11)	Э(P51)
1	Принцип целенаправленности	+	+	+	+	+	+	+	+
2	Принцип целостности	+	+	+	+	+	-	+	+
3	Принцип модульности	+	+	+	+	+	-	+	-
4	Принцип минимальности конструкции	+	-	+	+	+	-	-	-
5	Принцип аутокаталичности	-	+	-	-	+	-	+	-
6	Принцип инвариантности	+	+	+	+	-	+	+	+
7	Принцип максимального упрощения	+	-	+	+	+	+	-	+
8	Принцип адекватности	+	+	+	+	-	-	-	+
9	Принцип концептуализации	+	+	+	-	-	+	-	+
10	Принцип интерпретируемости	+	+	+	+	-	+	-	+
11	Принцип концептуальной структуры	+	+	+	+	-	+	-	-
12	Принцип развития	+	+	+	+	-	+	+	-
13	Принцип информационной прозрачности	+	+	+	+	+	+	-	+
14	Принцип информативности	+	+	+	+	+	+	+	+
15	Принцип соответствия	+	+	+	-	-	+	-	+
16	Принцип управляемости	+	+	+	+	+	+	+	+
17	Принцип технологичности	-	+	+	+	+	+	+	-
18	Принцип редукции сложности	-	+	+	+	-	+	+	+
19	Принцип системности	+	+	+	+	+	+	+	-
20	Принцип комплексности	+	+	+	+	+	+	+	+
21	Системно-комплексный принцип	+	+	+	+	+	+	+	+
22	Принцип когерентности	+	+	+	+	+	-	+	-
23	Принцип ведущих компонент	+	+	+	+	+	-	+	-
24	Принцип интраспективности	+	+	+	+	+	+	+	+
25	Принцип экстраспективности	+	+	+	-	+	+	+	+