Системологическая концепция физики систем

Проф. Т.Л. Качанова, проф. Б.Ф. Фомин

 

В рамках системологической концепции физика систем развивается как посткибернетическая парадигма системологии.

Физика систем преодолевает сложность открытых систем, предоставляет аппарат научного понимания и рационального объяснения природных, общественных и техносферных систем в их естественных масштабах и реальной сложности.

Физика систем производит достоверное научное знание из накопленных объемов эмпирических данных о состояниях систем. Знания экспертов при генерации знания не требуются.

Идеи, подходы и методы физики систем реализованы в информационных технологиях. Технологии физики систем образуют аналитическое ядро программно-технологического кластера физики систем.

Аналитическое ядро автоматически генерирует символизированное системное знание, автоматически трансформирует символизированное знание в понятое достоверное научное знание, автоматически порождает завершенные научные реконструкции состояний и эволюции открытых систем, генерирует базы решений системных проблем, строит ландшафты и профили решений, определяет и анализирует свойства решений.

Физика систем и технологии ее аналитического ядра положили начало новому поколению технологических платформ подготовки решений на основе научного знания.

Технологии физики систем апробированы в естественнонаучных, гуманитарных и техносферных проектах:

  • системная биология, теоретическая медицина, экология человека, защита окружающей среды;
  • планетарная физика, гелиогеофизика;
  • безопасность.
  • экономическое поведение, модели бизнеса, бизнес-аналитика;
  • технологические платформы подготовки решений в информационно-аналитических, ситуационных и логистических центрах.

 

Становление

Своим появлением системологическая концепция физики систем обязана решению общей задачи реконструктивного анализа сложных систем по эмпирическим описаниям (Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф.). Это решение положило начало фундаментальному научному знанию о внутреннем мире открытых систем [1,2,3].

Аналитический аппарат физики систем как посткибернетической парадигмы системологии сформировался в результате разработки языка открытых систем и квалиметрии системного знания (Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф.). Это достижение сделало реальным научное понимание и рациональное объяснение сложности открытых систем на основе теории [4].

Становление системологической концепции физики систем завершилось после решения проблемы синтеза научно обоснованных описаний конкретных феноменов состояний и эволюции открытых систем (Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф.).

 

Аналитическое ядро

Технологии физики систем образовали «интеллектуальную машину» познания сложности открытых систем. В аналитическое ядро этой «машины» сегодня входят три технологии физики систем: технология системных реконструкций (онтологическое моделирование); технология системной экспертизы (коммуникативное моделирование); технология системного дизайна (моделирование состояний и эволюции).

Фокус на данные

Интеграция в едином центре на единой технологической базе всех накопленных эмпирических данных об открытой системе.
Полномасштабная научная экспертиза исходного эмпирического контекста открытой системы.
Дизайн информационного ресурса системного знания.
Дизайн и менеджмент информационного мониторинга системы.

Фокус на знание

Генерация, интеграция, сопряжение научного знания о системе в едином центре на единой технологической базе.
Системная экспертиза качества и завершенности системного знания.
Дизайн системных решений на основе знания.

Ограничения

Принципиальных ограничений на применимость технологий в разных предметных областях к открытым системам большого масштаба и сложности нет.

Выходы

Модели состояний. Научное понимание, рациональное объяснение состояний.
Модель эволюции состояний системы. Научное понимание, рациональное объяснение эволюции.
Формальные описания свойств системы. Научное понимание, рациональное объяснение свойств.
Информационный, интеллектуальный, технологический, инновационный ресурсы производства решений на основе научного знания.

Входы

Эмпирический контекст системы

Сценарий выполнения

Универсальный

Автоматизация

Полная

Производительность

Высокая

Междисциплинарное взаимодействие

На базе языка открытых систем и квалиметрии слов и понятий языка.

Вклад экспертов предметной области

При подготовке исходного эмпирического контекста системы и постановке целевых проблем.
При осмыслении и оценке полезности полученного научного знания, выборе сфер и способов его применения

 

Технологии аналитического ядра обеспечили

  • Наработку и паспортизацию качества информационных ресурсов генерации научного знания об открытых системах и системных проблемах.
  • Экспертизу достаточности информационных ресурсов для генерации завершенного знания об открытых системах и получения полных решений целевых проблем.
  • Выявление дефектов информационных ресурсов, формирование требований к дизайну и менеджменту информационных мониторингов систем и проблем.
  • Генерацию интеллектуальных ресурсов (баз системного знания) для научного понимания и рационального объяснения сложности открытых систем.
  • Экспертизу интеллектуальных ресурсов на их актуальность, применимость, достаточность для научного понимания и рационального объяснения свойств, состояний, эволюции открытых систем, получения завершенных решений конкретных целевых проблем.
  • Генерацию инновационных ресурсов решений системных проблем

 

Технологии аналитического ядра положили начало  

  • Освоению огромных объемов накопленных эмпирических данных о природных, гуманитарных и техногенных системах.
  • Созданию баз достоверного научного знания об открытых системах на основе имеющихся баз эмпирических данных о состояниях этих систем.
  • Генерации комплексных решений по сложным проблемам открытых систем на основе научного знания.
  • Устранению технологических барьеров междисциплинарного взаимодействия на основе широкого использования языка открытых систем и квалиметрии системного знания.
  • Проектированию и менеджменту информационных мониторингов на основе знания.
  • Созданию нового поколения информационных систем поддержки принятия решений.
  • Решению проблем накопления, сопряжения, хранения и применения системного знания на принципах интегрированных информационных инфраструктур (I3) и исследовательских инфраструктур (RIs).
  • Созданию технологических платформ R&D, основанных на знании.

 

Программно-технологический кластер физики систем 

Кластер является уникальным инфраструктурным операционным центром компетенций. В нем сконцентрирован опыт генерации знания на базе технологий физики систем. Кластер обеспечил новый уровень возможностей, производительности и качества.

 cluster

 

 

Технология системных реконструкций (Онтологическое моделирование)

Генерирует, организует, оформляет и представляет интеллектуальный ресурс (базу научного системного знания).
Режим использования - автоматический.
Входы: эмпирический контекст системы.
Выходы: база научного системного знания; нормативные документированные отчеты «Образ решения», «Пространство решения», «Конфигурация решения».

Технология системной экспертизы (Коммуникативное моделирование).

Осуществляет смысловой анализ, объяснение, детерминацию всех элементов интеллектуального ресурса, оценивает полученное научное системное знание с позиций его достоверности, полноты, завершенности, применимости, значимости, актуальности.
Режим использования - автоматический.
Входы: база научного системного знания.
Выходы: нормативные документированные отчеты «Качество решения»; «Объем решения»; «Суть решения».

Технология системного дизайна (Моделирование состояний и эволюции).

Осуществляет синтез адекватных верифицированных моделей состояний и эволюции состояний системы, исследует свойства системы.
Генерирует, организует, оформляет, конфигурирует системные решения проблем.
Режим использования - автоматический.
Входы: информационный, интеллектуальный, технологический ресурсы.
Выходы: глобальные, локальные, целевые научные реконструкции состояний системы; глобальные, локальные, целевые научные  реконструкции эволюции состояний системы; нормативные документированные отчеты «Поле решений», «База решений», «Свойства решений».


Технология формирования эмпирических контекстов.

Преобразует многоцелевое видение системы в информационный ресурс подготовки решений.
Режим использования - автоматизированный.
Входы: эмпирические данные о наблюдаемых состояниях системы.
Выходы: эмпирический контекст системы; нормативный документированный отчет «Эмпирическое описание».


Технология генерации поведения решений.

Создает детальные поведенческие портреты системы, «оживляет» системные решения.
Предоставляет высокоавтоматизированный интерфейс к стандартным средам компьютерного моделирования.
Режим использования - автоматизированный.
Входы: ресурсы знания (информационный, интеллектуальный, технологический, инновационный).
Выходы: нормативные документированные отчеты «Поведенческие портреты».

Технология аналитического и графического оформления решений

Оформляет решения для представления экспертам - предметникам.
Поддерживает высоко автоматизированный интерфейс к стандартным инструментам DataMining, применяемым в целях оформления полученных решений.
Режим использования - автоматизированный.
Входы:  ресурсы знания (информационный, интеллектуальный, технологический, инновационный).
Выходы: нормативный документированный отчет «Решение».

 

Сетевые действия

Кластер физики систем усиливает эффективность систем «Консорциум - Научная группа - R&D», обеспечивает гармонизацию интересов всех участников исследовательского процесса, балансирует их усилия, ускоряет достижение целей.

Средства и ресурсы кластера доступны научным группам и консорциумам через электронные коммуникации на принципах I3 (интегрированные информационные инфраструктуры) и RIs (исследовательские инфраструктуры).

Кластер обладает уникальной функциональностью подготовки научных решений:

  • Объединяет информационные ресурсы отдельных научных групп в единый ресурс проекта.
  • Оценивает качество и достаточность информационного ресурса с позиций решения каждой научной задачи проекта.
  • Способствует развитию информационного ресурса проекта через глобальный охват информационного ландшафта и доступ к источникам данных в гетерогенной среде.
  • Усиливает интеллектуальный потенциал научной группы (консорциума) через устранение технологических барьеров междисциплинарного взаимодействия участников проекта на всех направлениях и этапах исследования.
  • Улучшает координацию выполнения и культуру сотрудничества, организует работу всех участников проекта по единому сценарию в опоре на полный цикл автоматической подготовки ресурсов решений.
  • Генерирует научное знание по проблемам проекта (интеллектуальный ресурс).
  • Проводит всестороннюю экспертизу полноты, завершенности, достоверности, конструктивности, применимости полученного знания (технологический ресурс). Оценивает риск получения негативных ответов из-за дефицита знания.
  • Получает модельные решения системных проблем (инновационный ресурс).
  • Выявляет новые направления исследований, хорошо обеспеченные ресурсами.
  • Вводит новую практику решения научных проблем на единой технологической платформе знания.
  • Осваивает весь объем накопленных эмпирических данных по системным проблемам, формирует на их основе паспортизованный информационный ресурс - эмпирические описания объектов исследований (систем, явлений, процессов, проблем).
  • Автоматически генерирует и проводит автоматическую паспортизацию интеллектуальных, технологических инновационных ресурсов решений системных проблем.
  • Поддерживает накопление, хранение, ведение, экспертизу и эксплуатацию всех ресурсов решений в едином центре.
  • Автоматически генерирует нормативные документированные отчеты о ресурсах решений, достигнутом уровне научного понимания, рационального объяснения, представления и социализации научного знания и решений, полученных на основе знания.
  • Автоматически готовит и публикует нормативные документированные отчеты о ресурсах решений и развитии ресурсов.

 

Совместные действия

Кластер физики систем способствует усилению эффективности исследований: 

  • Консолидирует и гармонизирует исследования.
  • Расширяет возможности научных групп и консорциумов.
  • Ускоряет динамику, повышает гибкость совместных и сопряженных исследований.
  • Приводит к новому качеству.
  • Повышает конкурентоспособность результатов исследований.
  • Продвигает к технологическому превосходству.

 

Технологическая база физики систем развивается

Совершенствуется технология формирования эмпирических контекстов, создаются технологии формирования видения проблем, предметной экспертизы, оформления закономерностей.

Эти технологии в скором времени войдут в кластер физики систем.

В завершенном виде кластер физики систем будет включать девять технологий, в которых физика систем получит свое полное воплощение.

 

Лидерство и независимость технологий

Технологии Физики систем

Готовность к 2008 г.

Длительность инновационного процесса

2009

2010

2011

Мировые лидеры. Независимость обеспечена

Технология системных реконструкций

[5]

[5]

[5]

[5]

Технология системной экспертизы

[5]

[5]

[5]

[5]

Технология системного дизайна

[4]

[4]

[4]

[5]

Могут стать независимыми мировыми лидерами при правильных действиях в 2010-2011гг

Технология формирования эмпирических контекстов

[3]

[4]

[4]

[5]

Технология формирования видения проблем

[2]

[3]

[3]

[4]

Технология предметной экспертизы

[2]

[3]

[3]

[4]

Технология оформления закономерностей

[2]

[3]

[4]

[5]

Зависимость несущественна

Технология генерации поведения решений

[4]

[4]

[5]

[5]

Технология аналитического и графического оформления решений

[4]

[4]

[5]

[5]

1 [2], ([3]) - макет в лабораторной (реальной) среде, [4] - опытный образец в реальной среде, [5] -полная готовность.

 

 

 

Примеры применений физики систем

  • Глобальные системные реконструкций явлений солнечной активности и ее влияния на процессы в геосфере и биосфере.
  • Исследование здоровья персонала, состояния производственной и окружающей среды в ходе уничтожения химического оружия, утилизации ракетного вооружения и компонентов ракетных топлив.
  • Генерация научного знания о глобальных механизмах действия фосфорорганических отравляющих веществ на человека.
  • Создание новой аналитической платформы решения проблем системной биологии и вычислительной токсикологии.
  • Глобальные системные реконструкции физиологических и этиопатогенетических механизмов формирования обструкции бронхов.
  • Анализ напряженности в округах и регионах России.
  • Аналитическое ядро ситуационных центров федеральных органов государственной власти.
  • Системный анализ качества продуктов и технологий металлургического производства.
  • Финансовая устойчивость российских металлургических, машиностроительных и нефтегазовых компаний.

 

Публикации

1. Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф. Основания системологии феноменального. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999. 180 с.

2. Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф. Метатехнология системных реконструкций. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. 336 с.

3. Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф. Технология системных реконструкций. СПб.: Политехника, 2003. 146 с.

4. Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф. Введение в язык систем. СПб.: Наука, 2009. 340 с.