Программные продукты и системы

Военное кораблестроение представляет собой обширную область человеческой деятельности, связанную с планированием, проектированием, строительством, эксплуатацией, базированием и утилизацией кораблей и судов Военно-Морского Флота. Создание боевых кораблей требует экономических, производственных и интеллектуальных затрат, сравнимых с теми, которые предусматриваются при реализации наиболее крупных государственных проектов и программ. Это объясняется тем, что каждый боевой корабль является одним из самых сложных инженерных сооружений, которые когда-либо создавались человечеством. При этом стремление обеспечить военному кораблю как можно более высокие боевые качества определяет насыщение его разнообразной современной техникой, разрабатываемой и изготавливаемой в сотнях научных и проектных организаций и промышленных предприятий.

Учитывая огромную стоимость создания и содержания современного флота, неизменно актуальным является вопрос о наиболее эффективном использовании выделяемых для этого средств. Поэтому вполне закономерным является тот факт, что создаваемая электронно-вычислительная техника (ЭВТ) и разрабатываемые теория и методы обоснования проектных решений одно из первых приложений получили именно в военном кораблестроении. И более того, сами исследования, проводимые в этой области, нередко стимулируют развитие и совершенствование как вычислительных средств, так и теоретических методов исследования.

В последние десятилетия темпы развития ЭВТ и методов ее применения стали настолько высокими, что назрела необходимость осознания и упорядочения процесса их использования как самостоятельного направления деятельности научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций. По мере становления этого процесса формировались и специфические проблемы, отражающие теоретические, технические, технологические и организационные задачи, выдвигаемые практикой исследовательских работ. Уже в начале 70-х годов, когда еще не были решены проблемы совместимости программного продукта, производительность и объемы памяти ЭВТ не отвечали потребностям практики, а к разработке вычислительных сетей еще не приступали, многим специалистам в области проектирования стало ясно, что дальнейший прогресс в использовании ЭВТ в военном кораблестроении следует связывать с разработкой принципиально новых систем, получивших впоследствии название систем автоматизированного проектирования (САПР). В настоящее время разработано, создано и прошло практическую апробацию не одно поколение таких систем как в нашей стране, так и за рубежом. Вместе с тем ряд проблем, стоящих перед создателями САПР и их пользователями-проектантами и исследователями, остаются актуальными и сегодня.

Из всего комплекса проблем автоматизации проектных исследований можно выделить такие, которые занимают ключевые позиции в данном направлении. Прежде всего, это проблема ориентации разрабатываемых систем автоматизированного проектирования на определенную среду пользователей. По сути дела речь идет о том, что успех в создании САПР определяется не только ее техническими достоинствами, но и тем, насколько широко эта система будет распространена среди пользователей и как часто они будут к ней обращаться. Другая проблема, на которой следует остановиться даже в таком общем обзоре, может быть сформулирована как проблема интеграции знаний, получаемых на основе исследований, выполняемых в предметных областях, с целью выработки проектного решения по проекту в целом. Наконец, третья и последняя из проблем, которые здесь будут рассмотрены, это проблема интеллектуализации автоматизированных проектных исследований.

Проблема ориентации разработки исследовательских САПР на среду пользователя имеет несколько значимых аспектов. Известно, что между эффективностью вычислительных средств и необходимым уровнем квалификации пользователя существует диалектическое противоречие, заключающееся в том, что чем большие возможности предоставляет вычислительная система, тем выше языковой барьер и больше необходимый объем знаний, которыми должен владеть пользователь, чтобы воспользоваться предоставляемым ему инструментарием. Недостаточно глубокое понимание этой проблемы нередко приводило к разработке систем автоматизации научных исследований, единственным пользователем которых был сам разработчик. За рубежом по отношению к таким авторам нередко употребляется термин "корзинщик", имея в виду, что результатом работы является не полезная для какого-то круга пользователей система, а лишь некоторая "корзинка", пригодная только для демонстрации своим коллегам в качестве образчика искусства ее создателя. Решение описанной проблемы реализуется как некоторый баланс между возможным уровнем компьютерной грамотности пользователя и степенью дружественности системы. Уровень компьютерной грамотности определяется общим уровнем компьютерного образования в стране, и можно надеяться на его неуклонное повышение, однако вполне определенными темпами, которые и следует учитывать разработчику системы. Кроме того, обязательно следует иметь в виду то обстоятельство, что проектант-пользователь системы общается с системой незначительную часть своего рабочего времени и не может иметь сколько-нибудь высокую профессиональную натренированность. Иначе говоря, одним из основных требований к разрабатываемым САПР является возможность их использования при знании ограниченного числа кодовых команд и без каких-либо промежуточных специализированных языков. Наряду с другими подходами к решению этой задачи можно предложить разбиение пользователей на ряд уровней, когда пользователям каждого уровня предоставляется инструментарий различной степени дружественности. В свою очередь уровень дружественности системы может быть повышен за счет сужения круга возможностей, предоставляемых системой пользователю. Такое сужение становится возможным без ущерба для качества системы, если при ее разработке происходит эффективная специализация системы применительно к задачам исследовательского проектирования. Реализация путей решения первой из отмеченных здесь проблем происходит в рамках нового технологического направления, отличительной чертой которого является ориентация не на широту предоставляемых пользователю возможностей (как это традиционно сложилось в компьютерных технологиях), а на существенное повышение дружественности системы за счет сокращения числа предоставляемых пользователю услуг.

Отличительной особенностью систем автоматизированного проектирования кораблей является необходимость проведения обоснования проектного решения на основе значительного числа исследований, выполняемых заблаговременно или параллельно, но в достаточно далеко отстоящих друг от друга областях знания. Так, чтобы сделать вывод об оптимальном характерном размере антенного устройства гидроакустического комплекса корабля (ГАК) необходимо, помимо моделей определения эффективной дальности действия ГАК и влияния ее на боевую эффективность корабля в задаче борьбы с подводной лодкой, привлечь к рассмотрению также модели акустического поля проектируемого корабля, его энергетической установки, поведения корабля на волнении и некоторые другие. Очевидно, что при необходимости организации работ по постановке и решению такой задачи одной из центральных станет проблема интеграции знаний, полученных в предметных областях, позволяющих создавать все перечисленные выше модели. Проблема интеграции знаний также имеет по меньшей мере два аспекта: это создание достаточно распространенного технологически однородного программного продукта (например в рамках одной научно-исследовательской организации) и разработка механизма коммутации этого продукта. Разумеется, задача создания однородного программного продукта не представляет каких-либо технических сложностей. Речь может идти не более чем о некоторой унификации в рамках одной системы. Однако, принимая решение о той или иной версии технологической реализации такой задачи, следует помнить, что успех будет достигнут только в том случае, если дружественность создаваемой единой формы будет выше дружественности предоставляемых пользователю стандартных программных средств. В основу проблемы коммутации программного продукта также положено требование дружественного интерфейса. Но в этом случае мы уже неизбежно сталкиваемся с гораздо более сложными инструментальными средствами, и требуется принимать решение либо, о чем уже говорилось выше, вводить в систему понятие пользователей разного уровня (например программного, т.е. такого, на котором пользователь работает с каким-либо языком высокого уровня, и более низкого уровня, предполагающего только варьирования исходных данных при решении готовых задач), либо в какой-то степени обеспечивать процесс коммутации с помощью интеллектуальных процедур.

Использование при разработке исследовательских САПР интеллектуальных технологий не является данью моды. По сути дела это один из способов разрешения тех проблем, которые не удалось разрешить доказательными средствами. Поэтому решение как последней из рассмотренных проблем - проблемы коммутации программного продукта, разрабатываемого различными пользователями в различных предметных областях, - так и других задач интеллектуализации автоматизированных проектных исследований, о которых будет сказано несколько ниже, является актуальным направлением разработки современных исследовательских САПР и нуждается в дальнейшем развитии.

В общей проблеме создания САПР, прежде всего являющихся инструментом принятия проектных решений, задача искусственного интеллекта также выступает как своеобразный механизм выбора. Поэтому потенциально интеллектуализации может быть подвергнут любой фрагмент такой системы. Основным отличием механизма выбора на основе подходов искусственного интеллекта (часто этот механизм называют ситуационным) от выбора на критериальной основе является отсутствие доказательности получаемых решений и затруднительность их анализа. Как правило, к задачам ситуационного выбора прибегают тогда, когда серьезные трудности возникают с размерностью задач (комбинаторная сложность), отсутствует механизм формализации или точность и достоверность получаемых результатов не оказывает принципиального влияния на вырабатываемое решение. Примером актуальной сегодня задачи неразрешимой комбинаторной сложности является задача автоматизированной компоновки общего расположения корабля и формирования его архитектурных решений. Об одной задаче, для которой отсутствует исчерпывающее формальное представление, уже упоминалось, -это коммутация фрагментов сложной системной задачи в единый программный продукт. Примеры же задач, доказательность полученных результатов которых слабо влияет на общее проектное решение, встречаются гораздо чаще и могут быть построены везде, где осуществляется моделирование на иерархических уровнях, значительно отстоящих друг от друга (например в задачах программного планирования флота и т.п.).

Отмечая наиболее интересные, ключевые, с нашей точки зрения, современные проблемы автоматизации исследований в области военного кораблестроения, следует подчеркнуть, что хотя к настоящему времени накоплен значительный опыт создания исследовательских САПР и последние годы характеризуются высокой динамичностью как в развитии вычислительной техники, так и программного продукта, однако все еще нельзя указать ни на один успешно функционирующий образец такой системы, удовлетворительно решающий актуальные для флота проектные задачи. Хотелось бы пожелать ученым, работающим в этой области, и непосредственным разработчикам автоматизированных систем успеха в создании следующего поколения САПР, в которых отмеченные проблемы нашли бы решение в как можно более полной мере.