Лекція №1

Актуальність розвитку науково-технічного прогнозування

Уявіть, що Вам доводиться вести машину по незнайомій дорозі. Якщо швидкість руху велика, а машина сильно завантажена, успішно управляти нею неможливо без інформації про наступну ділянку шляху. Аналогічну ситуацію можна спостерігати у будь-якій сфері людського життя.

Розвиток усіх галузей народного господарства залежить від технічного рівня розвитку суспільства, який, у свою чергу, напряму пов’язаний із станом науки. Історія містить багато прикладів геніальних передбачень видатних мислителів і науковців, які дали поштовх розвитку науки та техніки. Так, ще за умов феодалізму, забігаючи більш ніж на шість століть наперед, англійський вчений Роджер Бекон передбачив появу і широке поширення в майбутньому транспортних засобів для пересування по суші, воді і повітрю. Аналогічні передбачення можна зустріти і у творах ряду письменників-фантастів (Ж.Верн, О.Толстой та ін).

Італійський вчений, художник та інженер Леонардо да Вінчі передбачив, що природу звукових, світлових, теплових і магнітних явищ можна пояснити на основі ідеї коливального руху. Він же запропонував фантастичні, для його часу, ескізи ткацьких, гвинторізних верстатів, друкарських машин, підводних човнів, літаючих апаратів. Широке застосування електрики передбачили М.Ломоносов, М.Фарадей, Б.Якобі.

Д.Менделеєв у 60-х роках ХІХ ст. передбачив, на основі відкритого ним періодичного закону, властивості ряду, невідомих на той час, хімічних елементів.

Інтуїція досвідчених керманичів у науці ще дозволяє уникати аварійних ситуацій, але вже дуже частими і типовими є випадки, коли в якійсь галузі досліджень, що називається, проїхали поворот на шлях, який найкращим чином веде до мети, або не набрали швидкості, необхідної для чергового крутого підйому, що почався в світовій науці.

В області технічної творчості і безпосередньо у сфері виробництва не менш характерними є ситуації, коли на недавно побудованих шахті або заводі виявляються вузькі місця, що вимагають реконструкції нововведеного в дію підприємства. Причиною цього є невідповідність ряду проектних рішень, втілених у практику, новій техніці і технологіям, які з'явилися протягом 10-12 (а іноді і більше) років після прийняття цих рішень, і відділяють стадію проектування крупного сучасного підприємства від завершення його будівництва.

Наявність інформації про майбутні потреби, можливі результати і наслідки керівних дій – необхідна передумова оптимального управління довільною системою. Саме тому неодмінним елементом будь-якого виду доцільної діяльності людини є більш менш розвинене передбачення результатів виконуваних дій.

Особливо прогностична функція властива науковим системам знань. Проте слід відразу відзначити, що багаторічний досвід реалізації наукою цієї її функції стосується майже виключно об'єктів наукового вивчення.

Що ж до передбачення майбутнього самої науки і, зокрема, організаційних форм її життєдіяльності, то такого роду прогнозування стало можливим лише на основі наукового підходу до вивчення власне науки і науково-дослідної діяльності. Науково-технічна прогностика є одним із найважливіших розділів сучасного наукознавства, яке створює теоретичні основи керування науково-технічним прогресом.

Прогностика, як наука, виникла в наші дні в умовах науково-технічної революції. Але як область пошуку вона бере початок у глибокій давнині. Прогностика( – термін давньогрецький. Нагадаємо про написану більше 2 тис. років тому книгу великого давньогрецького лікаря Гіппократа „Прогностика”. У найзагальнішому значенні це поняття означало мистецтво формулювання діагнозів і прогнозів процесів і явищ. На відміну від прогнозів оракулів і піфій, прогностика того часу стосувалася, в основному, способів визначення різних хвороб, їх перебігу і наслідків. Мистецтво передбачення базувалося тільки на інтуїції віщунів, а частіше – на прикметах, припущеннях і інших так же „наукових” підставах.

Необхідність передбачати майбутнє усвідомлювалася в усі часи. Але особливо велика потреба в прогнозах виникла в наше століття – століття стрімких темпів суспільного розвитку, гігантського зльоту науки і техніки, бурхливого розвитку виробництва. Прогнозів, заснованих на інтуїції, зараз, зрозуміло, недостатньо. Необхідне прогнозування, що базується на об'єктивних закономірностях, на переробці інформації за строгими правилами логіки і математики із застосуванням ЕОМ. Сучасна прогностика – це система наукового знання. Тому, запозичаючи у стародавніх сам термін, ми, проте, можемо говорити про нове народження прогностики.

Корифей вітчизняної науки, академік В.І.Вернадській, одним з перших передбачав наслідки проникнення в таємниці атома, що почалося у той час,. Він говорив про те, що перед людьми відкрилися такі джерела енергії, перед якими за силою і значенням бліднуть сила пари, сила електрики, сила вибухових хімічних процесів. Люди, які були дітьми XIX століття, на кожному кроці звикали до сили пари і електрики, вони розуміли, як глибоко ці сили змінили і змінюють усю соціальну структуру людського суспільства, більше того – як глибоко вони змінюють дрібніше побутове оточення людської особи. А через явища радіоактивності перед ними відкривалися джерела атомної енергії, які в мільйони разів перевищували всі ті джерела сил, які малювалися людській уяві”. Згодом, розвиваючи свої думки про майбутнє використання атомної енергії, Вернандській додав: „Це може трапитися через сторіччя. Але ясно, що це повинно бути. Чи зуміє людина скористатися цією силою, направити її на добро, а не на самознищення. Учені не повинні закривати очі на можливі наслідки їхньої наукової роботи, наукового прогресу. Вони повинні відчувати себе відповідальними за наслідки їхніх відкриттів. Вони повинні пов'язати свою роботу з кращою організацією всього людства”.

Прогнозування науково-технічного прогресу – справа надзвичайно складна і відповідальна. Вона вимагає не тільки глибокого проникнення в суть і закономірності розвитку науки і техніки, але і чіткого уявлення про їхню взаємодію з суспільними умовами життя людей.

1.1 Основні поняття прогнозування.

У наш час потреба у розробці прогнозів проникає в усі сфери життя суспільства. Така розмаїтість вимагає вироблення єдиної термінології, яка є необхідною як для власне подальшого розвитку теорії прогностики, так і для практики прогнозування. Єдина термінологія в різних галузях прогнозування має велике значення для розвитку прогностики ще й як нової і дуже перспективної навчальної дисципліни, яка набуває все більшого значення при підготовці наукових та інженерних кадрів.

Відсутність єдиної упорядкованої термінології часто призводить до того, що один і той же термін має кілька інтерпретацій або для означення одного і того поняття використовують різні терміни (синоніми). Для усунення цих недоліків було запропоновано єдину науково обґрунтовану систему термінів і визначень основних понять [Cкляров].

Прогностика – наука про закономірності процесу розробки прогнозів і їх використання в різних галузях людської діяльності, на основі яких створюють методи та методики прогнозування і рекомендації щодо їх використання. У проблематики прогностики входить вивчення:

• особливостей прогнозування як спеціального дослідження;

• принципів побудови та оптимального поєднання різноманітних методів

прогнозування;

• способів оцінювання достовірності прогнозів.

Прогностика широко використовує нові методи досліджень, включаючи методи системного аналізу та математичного моделювання.

1.2 Суть прогнозування, об’єкт, предмет, форми прояву.

При проведенні прогнозних досліджень найчастіше використовують терміни: прогнозування, прогноз, прогнозний фон. За визначенням І.В.Бестужева-Лади під прогнозуванням розуміють – розробку прогнозу, тобто спеціальне наукове дослідження перспектив розвитку деякого конкретного явища.

Прогноз (forecast) – імовірнісне твердження про майбутнє з відносно високим ступенем вірогідності або, іншими словами, науково-обґрунтоване твердження про можливі стани об’єкта в майбутньому та альтернативні шляхи досягнення цих станів.

Для того, щоб скласти таке твердження необхідно знати історичні закономірності розвитку досліджуваних об’єктів та факторів, які визначають ці закономірності.

Об’єкт прогнозування ­– процеси, на які спрямована пізнавальна діяльність людини.

Предмет прогнозування – явище, подія, які безпосередньо пов’язані з об’єктом прогнозування (є метою дослідження).

Спосіб прогнозування – одна або кілька математичних або логічних операцій, спрямованих на одержання конкретного результату в процесі розробки прогнозу.

Прогнозування варто розглядати у комплексі з ширшим поняттям – передбаченням (prediction), яке дає випереджувальне відображення дійсності, яке базується на пізнанні законів природи, суспільства, мислення.

Розрізняють три форми наукового передбачення: гіпотезу, прогноз і план.

Гіпотеза характеризує наукове передбачення на рівні загальної теорії. На рівні гіпотези формулюють якісну характеристику досліджуваного об’єкта, яка виражає загальні закономірності його поведінки.

Прогноз, порівняно з гіпотезою, має більшу якісну та кількісну визначеність і відрізняється більшою вірогідністю.

План – це постановка точно визначеної мети і передбачення конкретних детальних подій, які повинні відбутися з досліджуваним об’єктом . Його відмітними рисами є: визначеність, конкретність, адресність, облв’язковість. Між прогнозом і планом існують істотні відмінності. Прогноз має імовірнісний, а план – це однозначне рішення і має обов’язковий характер. Планування спрямоване на прийняття і практичне здійснення управлінських рішень, а мета прогнозування – створення наукових передумов для їх прийняття.

Метод прогнозування

Нині відомі різній спрямованості прогнозы( ресурсів, суспільних потреб, промислового потенціалу, розвитку соціальних умов, демографічні, комплексні прогнози розвитку економіки і інші, що мають тенденцію складатися у взаємозв'язану систему уявлень.

Науково-технічні прогнози безпосередньо примикають до системи прогнозів соціально-економічних процесів. Вони з повною підставою можуть потрактувати як її підсистема, зберігаючи при цьому всю свою специфіку, витікаючу з своєрідності об'єктів, цілей і методів прогнозування.

Тісний зв'язок науково-технічного прогнозування з економікою, а через неї з соціологією виражається не тільки у використовуванні елементів соціально-економічного аналізу при оцінці вихідних позицій прогнозування, в процесі нього і при виборі результуючих варіантів, але і перш за все в тому, що сам прогнозований науково-технічний прогрес є визначальним чинником ефективності процесу суспільного виробництва.

Істотні відмінності науково-технічного прогнозу від прогнозу економічного розвитку знаходяться на рівні відмінностей між поняттями наука і техніка, з одного боку, і промисловість, сільське господарство, медицина і т.п. – з іншою.

Типологія науково-технічних прогнозів вельми представницька. Можна, наприклад, класифікувати прогнози науки і техніки по масштабах, рівню комплексності, часу попередження, по регіонах і т.д. Істотно при цьому розрізняти і наукове передбачення таких взаємозв'язаних объектов( розвиток науки як системи знань; розвиток організаційної системи науки; розвиток техніки, в якому виділяють у свою чергу рівень промислово освоєних технічних засобів і рівень нових технічних розробок.

Особливе місце у вихідних позиціях прогностики займає питання про можливість (у принципі) прогнозувати наукові відкриття. Крайня точка зору на це питання зводиться до спроб поставити знак рівності між передбаченням відкриття в науці і самим фактом відкриття нового явища або закону. На цій підставі формулюється (діагноз прогнозу(, заперечливий саме право на існування прогнозів в науці.

Аналіз подібного роду (диагнозов( і самих процесів пізнання, реалізовуваних природодослідниками, говорить якраз про обратном( в абсолютній більшості випадків науковому відкриттю обов'язково передує (з різними інтервалами попередження – від хвилин до сторіч) виникнення прогнозної гіпотези в можливому відкритті. Відомі і приклади, коли на основі строго наукових систем уявлень про закономірні причинно-наслідкові зв'язки між явищами об'єктивного світу ученим вдавалося виказувати прогнозні ідеї про можливе існування і можливі властивості невідомих астрономічних об'єктів, хімічних елементів, біологічних видів і ін. Подальший хід історії науки приводив до дійсного відкриття такого роду об'єктів, і авторами відкриттів вважалися, природно, ті, хто реально встановив, довів або продемонстрував їх існування.

Випадки передбачення наукових відкриттів – вельми рідкісне явище. Набагато частіше учені передбачають назріваючий (прорыв( на тій або іншій ділянці наукового фронту, досвід і інтуїція дозволяють їм судити про перспективність взаємодії різних наукових напрямів, про взаимооплодотворении їх ідеями, методами і новими можливостями. Ці передбачення лежать у сфері компетентності і відповідальності перш за все тих або інших спеціальних наук, на досвід яких спирається науковед-прогнозист. Науково-технічне прогнозування виробило і здійснює спеціальні процедури збору, аналізу і синтезу подібного роду об'єктивної і інтуїтивної інформації, доповнюючи її спеціальними відомостями організаційно-наукового характеру.

Швидко прогресуючі можливості сучасних систем переробки інформації, особливо реалізація на ЕОМ методів евристичної самоорганізації моделей, відкривають нові багатообіцяючі перспективи на цьому шляху сприяння справжнім творцям прогресу науки.

(Чи значить сказане вище, що кібернетика навчиться незабаром передбачати відкриття, а це значить, що і планувати их( – ставить питання один з теоретиків кібернетики, А.Г.Івахенко, багато працюючий в області методики і практики наукового прогнозування. – може йтися лише про прогнозування ефекту майбутніх відкриттів, їх впливу на загальний науковий і технічний потенціал. Що стосується дат відкриттів, то насправді їх можна передбачити і навіть з достатньо високою точністю. Не можна передбачити суть відкриття, але його вплив на хід прогресу – можна... в моделюванні завжди те, що здається неможливим, стає можливим, якщо піднятися на більш високий рівень опису модельованого процесу на деякій мові більш високого порядку – так званому (метаязыке( – і перейти до об'єктивних методів самоорганізації. При цьому враховується маса чинників, невідомих человеку-заказчику( економічних, соціальних і др.(1. І далі в тій же монографії він дає розгорнений виклад методів, критеріїв і алгоритмів відкриття законів, поведінки об'єктів і систем фізичної природи.

Узагальнюючи досвід прогнозних розробок Інституту кібернетики, у тому числі у використовуванні даних фундаментальних наук для прогнозування перспектив науково-технічних пропозицій, академік В.М.Глушков констатує можливість (безумовно затверджувати, що немає ніяких перешкод до того, щоб вирішувати і зворотну задачу – висувати питання і проблеми для наукового пошуку в області фундаментальних досліджень і таким чином здійснювати прогноз подальшого їх розвитку. Якщо вірно, що результати фундаментальних досліджень в даний час є основою для вирішення прикладних питань, то вірно і зворотне – багато досягнень фундаментальних досліджень неможливо без рішення спеціальних прикладних проблем(2.

Зв'язок між різними об'єктами прогнозування носить складний діалектичний характер, зважаючи на що на практиці розподіл науково-технічних прогнозів на прогнози науки і прогнози техніки нерідко виявляється вельми умовним. Розвиток наукових уявлень може привести до формулювання нових поглядів на майбутнє технічних засобів, а довгостроковий прогноз напрямів розвитку техніки вимагає, як правило, обліку тенденцій розвитку науки як системи знань.

Розділ 1 Ефективність проектування нових систем

Радіоелектроніка є найпотужнішою і найдинамічнішою галуззю сучасної промисловості. Електроніка задовольняє все більше потреб людства; в свою чергу, стрімкий розвиток електроніки створює нові потреби і способи їх задоволення.

Електронна промисловість протягом свого існування пройшла чотири етапи розвитку: етап електромеханічних пристроїв; етап електронних схем на дискретних елементах; етап систем на логічних інтегральних схемах ( ІС) і, нарешті, етап систем на програмованих ІС. Для кожного етапу характерний свій „життєвий цикл”, що передбачає зародження , швидкий зріст, насичення і, нарешті, спад, причому за статистичними даними, кожний наступний цикл коротший за попередній. Сучасні електронні системи високого ступеня складності переважно задовольняють вимоги „ери інформації”, яка характеризується тим що більшість людей може бути віднесена до так званих „інформаційних робітників”, що займаються збиранням, накопиченням, обробкою, розподілом та використанням інформації. Частка таких працівників у розвинутих країнах світу за останні 70 років зросла з 20 до 50%(101).Технологія створення електронних інформаційних структур спирається на найвищі досягнення сучасної науки і техніки і впливає на розвиток інших галузей техніки і суспільства в цілому.

Створення будь-якої технічної системи починається з усвідомлення людиною певної потреби і складається з двох етапів: проектування і виготовлення. Традиційно суспільство інвестувало більше ресурсів у етап виготовлення, в ой час як якість системи закладається саме на етапі її проектування. Тому не дивно, що саме якість етапу проектування стає в останні роки основним обмежувачем якості новостворених систем. Це надзвичайно важливо для систем з високим ступенем новизни, до яких належать сучасні електронні системи. Якість етапу проектування в останні десятиріччя очевидно відстає від якості етапу виготовлення, що зумовлює концентрацію уваги на проблемах методології проектування електронних систем.

Особливо гостро ця проблема стоїть у країнах СНД, для яких, на противагу всьому цивілізованому світові, характерна в останні роки тенденція скорочення бюджетних витрат на науку і дослідження, скорочення штату проектувальників. Економічний спад призвів до того, що в Україні менше третини науково-дослідних інститутів (НДІ) у галузі електроніки працюють повний робочий тиждень, а 30% працюють менше трьох днів на тиждень. За п’ять років з України емігрувало 25-30% відсотків вчених, в галузі інформаційних технологій, ще більше – 30% спеціалістів перейшли на роботу в інші галузі (39); спостерігається тенденція до зменшення випуску нових спеціалістів в цих галузях. Оскільки, за факторологічними дослідженнями, імовірність Q=NPIV/CT розробки проекту з фіксованим рівнем якості прямо пропорційна кількості проектувальників N, що працюють над одним проектом, середній продуктивності їх праці Р, обсягу інвестицій в етап проектування І та потужності бази знань V, і обернено пропорційна середній С і часу на їх розробку Т[25], стає очевидним ,що для України підвищення продуктивності проектних робіт є єдино можливим на сьогодні напрямком розвитку перспективних галузей з високим ступенем інноваційності. Розв’язання цієї проблеми впровадженням традиційних САПР виявляється малоефективним, тому що всі вони дозволяють отримувати лише оптимізуючі рішення в межах відомої структури і відповідним чином їх оформлювати. Жодна з традиційних нинішніх САПР не торкається етапу концептуального проектування, який домінує в сучасній електроніці. САПР не може синтезувати принцип дії системи і запропонувати розв’язання за межами оптимізаційних методів. Побудова такої системи підтримки етапу концептуального проектування складних систем вимагає розробки концепції системного підходу до об’єктів і самого процесу проектування, спрямованої на досягнення якісно нового рівня проектних рішень,[61]. Адже загальновідомо [18,25],що значно підвищити якість проектів, насамперед в інноваційних галузях, можна лише збільшуючи в них кількість і рівень новацій. Актуальність цієї задачі зростає рік від року і є особливо гострою в галузі сучасної радіоелектроніки.