В. К. ПЕТРОСЯН (Вадимир). ОСНОВАНИЯ МЕНТАЛЬНОЙ ИНЖЕНЕРИИ (НООИНЖЕНЕРИИ). В 3-х тт.
*********
© В.К.
Петросян (Вадимир) © Lag.ru [Large Apeironic Gateway, Большой Апейронический
Портал (Шлюз), Суперпортал в Бесконечность].
При копировании данного материала и размещении его на другом сайте, ссылки
на соответствующие локации порталов Lag.ru и Proza.ru обязательны
Работа написана на основе концепции и разработок В.К. Петросяна при полноценном соавторстве (активном творческом и техническом участии) ChatGPT (OpenAI), GPT-5.6 Sol
*********
НООТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И НИОКР
Глава 1. Ноотехническое задание, нооспецификация и инженерные требования к смысловым объектам
1.1. Переход от общей теории нооинженерных объектов к технологиям их проектирования
В предшествующих частях настоящей монографии были рассмотрены исторические, логические, методологические, объектные, генетические и функциональные основания нооинженерии.
Предложена первоначальная теория нооинженерных объектов и экосистем, исследованы понятия ноокариона, ноогенома, ноогенотипа, ноофенотипа, ноосреды, ноопопуляции и ноовида.
Особое внимание уделено механизмам контроля допустимости, воспроизводства, инновационного преобразования и развития соответствующих конструкций.
Однако наличие общей теоретической системы ещё не означает существования разработанной инженерной технологии.
Для перехода от теории к практической деятельности необходимо установить способы постановки ноотехнических задач, определения требований, проектирования конструкций, проверки результатов и сопровождения созданных объектов.
В традиционной технической инженерии такие задачи решаются посредством технических заданий, проектных спецификаций, чертежей, расчётов, испытаний и нормативной документации.
Но поскольку предметом нооинженерии выступают ментальные объекты, соответствующие методы должны быть адаптированы к особенностям их смысловой, логической и математической организации.
Например, математическая теория не может быть полностью описана по аналогии с механическим устройством.
Её существенные характеристики включают определения исходных объектов, аксиоматические основания, правила вывода, способы интерпретации и условия тождества.
В то же время математическая конструкция может быть предметом целенаправленного проектирования, если установлены её назначение, требования к результатам, допустимые способы построения и процедуры проверки.
Следовательно, необходимо разработать систему ноотехнической документации, позволяющую переводить исследовательский замысел в нормативно определённую конструкцию.
Первоначальными элементами такой системы предлагается считать ноотехническое задание, нооспецификацию и систему инженерных требований к смысловым объектам.
1.2. Ноотехническое проектирование как самостоятельный вид инженерной деятельности
Ноотехническое проектирование предполагает целенаправленную разработку определённых ментальных объектов, систем или технологий на основании заранее сформулированных требований.
При этом результатом проектирования не обязательно является материальное изделие.
Им может выступать новое понятие, математическая операция, аксиоматическая система, алгоритм, нормативная классификация, формальная онтология или сложная нооинженерная экосистема.
Однако необходимо различать простое формулирование интеллектуальной идеи и инженерное проектирование соответствующего объекта.
В первом случае исследователь может предложить новую концепцию, не устанавливая достаточно точных условий её построения и использования.
Во втором необходимо сформировать определённую систему требований и разработать конструкцию, позволяющую эти требования выполнить.
Следовательно, предлагается следующее определение.
Определение 1.1. Ноотехническое проектирование — целенаправленная инженерная деятельность по разработке нормативно определённой конструкции ментального объекта или системы, включающая установление требований, формирование архитектуры, определение допустимых операций и подготовку средств проверки и воспроизводства результата.
В данном определении особенно важно указание на нормативную определённость.
Однако она не означает, что всякая проектируемая конструкция должна быть заранее полностью формализована.
В процессе разработки могут существовать предварительные понятия, исследовательские гипотезы и альтернативные архитектурные решения.
При этом необходимо различать их текущий статус.
Предварительная концепция не должна без дополнительного обоснования объявляться завершённым нооинженерным объектом.
И наоборот, отсутствие завершённой формализации на начальной стадии не исключает возможности дальнейшего инженерного развития соответствующего проекта.
Таким образом, ноотехническое проектирование предполагает последовательное повышение степени определённости ментальной конструкции.
1.3. Разграничение объекта, определения, представления и спецификации
Одной из фундаментальных предпосылок ноотехнического проектирования является разграничение нескольких связанных категорий.
Нооинженерный объект представляет собой рассматриваемую ментальную конструкцию.
Определение объекта устанавливает характеристики, посредством которых он выделяется в определённой предметной области.
Представление объекта является конкретным способом его задания или экспликации.
Спецификация фиксирует требования и правила, существенные для его проектирования, формирования, проверки или использования.
Реализация представляет собой результат выполнения определённой конструктивной или технологической процедуры.
Эти категории могут совпадать по отдельным характеристикам, но не должны автоматически отождествляться.
Например, точное рациональное число:
1/3
не является тождественным конечной десятичной записи:
0,3333333333.
При обычной арифметической интерпретации вторая запись обозначает другое рациональное число.
Однако она может выступать нормативно определённым конечным представлением первого числа.
В таком случае необходимо установить правило получения соответствующего представления.
Следовательно, ноотехнический проект может иметь своим предметом не сам исходный математический объект, а технологию формирования его представлений.
Данное различие имеет принципиальное значение.
Если проектируется десятичная система экспликации математических объектов, необходимо точно определить, какие характеристики относятся к исходному объекту, какие — к процедуре представления и какие — к её результату.
Иначе возникает опасность неявной подмены математического равенства отношением приближённого представления.
1.4. Ноотехническое задание: предмет и определение
В традиционной инженерии техническое задание определяет назначение разрабатываемого объекта, основные требования и условия получения результата.
В нооинженерии возникает необходимость специального документа, учитывающего смысловую и логико-математическую природу проектируемых конструкций.
Предлагается следующее определение.
Определение 1.2. Ноотехническое задание — документированная система исходных целей, требований, ограничений и условий проверки, определяющая предмет и предполагаемый результат разработки определённого нооинженерного объекта, системы или технологии.
При этом ноотехническое задание следует отличать от полного описания будущей конструкции.
Его назначение состоит прежде всего в определении того, что требуется разработать, для чего, в каких условиях и по каким критериям будет оцениваться результат.
Способы реализации могут устанавливаться на последующих стадиях.
Однако в некоторых случаях определённые конструктивные правила являются обязательной частью самой задачи.
Например, если требуется разработать систему числовых представлений с конкретным правилом усечения, такое правило должно быть зафиксировано уже в ноотехническом задании.
Следовательно, содержание задания зависит от степени свободы, предоставляемой разработчику.
Особенно важно различать требования к результату и ограничения на способ его получения.
Один и тот же математический результат может быть получен различными алгоритмами.
Если заказчик не требует использования конкретного алгоритма, не следует произвольно объявлять один способ единственно допустимым.
Таким образом, ноотехническое задание должно обеспечивать необходимую определённость проекта без необоснованного ограничения пространства допустимых инженерных решений.
1.5. Структура ноотехнического задания
Для первоначальной стандартизации предлагается следующая структура ноотехнического задания.
1. Идентификация проекта.
Наименование, обозначение, нормативная редакция и сведения о разработке.
2. Основание разработки.
Исследовательская проблема, практическая потребность или задача нормативной реконструкции.
3. Назначение объекта.
Функции, для выполнения которых предназначается разрабатываемая конструкция.
4. Предметная область.
Классы рассматриваемых объектов и границы предполагаемого применения.
5. Исходная система координат.
Понятия, логические основания, математические правила и нормативные контексты.
6. Требования к результату.
Семантические, конструктивные, функциональные, операционные и иные характеристики.
7. Ограничения.
Недопустимые преобразования, ресурсные пределы и специальные условия совместимости.
8. Требования к документации.
Состав необходимых определений, спецификаций, моделей и протоколов.
9. Критерии проверки.
Условия признания соответствующих требований выполненными.
10. Условия воспроизводства.
Требования к повторному получению объекта или установленных результатов.
11. Порядок изменения задания.
Правила регистрации и принятия новых редакций требований.
Данный перечень представляет собой проект общей структуры.
Он не должен рассматриваться как уже утверждённый ноотехнический стандарт.
В дальнейшем содержание соответствующих разделов необходимо конкретизировать применительно к различным классам нооинженерных объектов.
1.6. Нооспецификация как нормативная модель объекта
Ноотехническое задание определяет цель разработки и исходные требования.
Однако по мере проектирования возникает необходимость более детального нормативного описания конструкции.
Для этого предлагается использовать понятие нооспецификации.
Определение 1.3. Нооспецификация — нормативно определённое описание нооинженерного объекта, системы или технологии, устанавливающее существенные для соответствующей инженерной задачи понятия, структуру, характеристики, операции, отношения, ограничения и критерии проверки.
В отличие от ноотехнического задания, нооспецификация ориентирована на фиксацию конкретных свойств проектируемого или созданного объекта.
Однако она не должна отождествляться исключительно с его текстовым описанием.
Нооспецификация может включать математические выражения, типизированные отношения, формальные правила, схемы, таблицы и алгоритмы.
В отдельных случаях она способна иметь машинно-обрабатываемую форму.
При этом необходимо различать содержание спецификации и формат её документального представления.
Одна нормативная конструкция может иметь несколько допустимых форм записи.
Однако их эквивалентность требует проверки.
Следовательно, нооспецификация должна фиксировать также правила интерпретации применяемых обозначений.
Особое значение имеет идентификация нормативной редакции.
Если изменяются существенные определения или операции, необходимо установить, требует ли это создания новой версии спецификации.
Таким образом, нооспецификация выступает одним из основных средств фиксации нормативной определённости нооинженерного объекта.
1.7. Виды инженерных требований к смысловым объектам
Для построения общей системы ноотехнических требований предлагается выделить несколько основных групп.
Семантические требования устанавливают условия интерпретации понятий и смысловую определённость объекта.
Логические требования определяют допустимые правила рассуждения, образования суждений и вывода.
Математические требования фиксируют характеристики математических объектов, операций и отношений.
Конструктивные требования определяют способы построения и внутреннюю организацию объекта.
Морфологические требования характеризуют его структуру и допустимые формы организации.
Функциональные требования устанавливают назначение и предполагаемые результаты использования.
Операционные требования определяют правила выполнения преобразований.
Интерфейсные требования регламентируют взаимодействие с внешними системами.
Репродуктивные требования устанавливают условия повторного получения объектов или результатов.
Нормативно-конфигурационные требования обеспечивают идентификацию редакций и управление изменениями.
Ресурсные требования характеризуют условия технической реализации.
Требования к проверке определяют способы установления соответствия другим требованиям.
Однако перечисленные группы могут пересекаться.
Например, математическое определение операции одновременно имеет семантическое, конструктивное и нормативное значение.
Поэтому конкретные требования должны классифицироваться по их содержанию, а не исключительно по названию раздела документации.
Особое значение имеет разграничение требований к самому математическому объекту и требований к его техническому представлению.
Так, ограничение количества десятичных позиций относится к представлению, а не автоматически к точному числовому объекту.
1.8. Семантические требования и закон строгого тождества
Одной из специфических особенностей ноотехнического проектирования является необходимость контроля смысловой определённости используемых понятий.
В гармонической логике автора особое значение имеет закон строгого тождества, связывающий логическую правомерность понятия с сохранением его содержания, объёма и состава в пределах соответствующего рассуждения.
Для инженерной документации это предполагает необходимость фиксировать нормативные значения ключевых терминов.
Например, в рамках одного проекта слово «точность» может использоваться для обозначения количества десятичных позиций.
Однако в других дисциплинах оно может относиться к близости результата к истинному значению, неопределённости измерения или техническим допускам.
Если соответствующие значения не разграничиваются, возникает опасность смысловой подмены.
Поэтому нооспецификация должна включать терминологический раздел.
В нём необходимо устанавливать определения специальных понятий, их предметные области и допустимые отношения.
При этом следует учитывать различие между гносеологическими содержанием, объёмом и составом понятия и технической структурой соответствующего объекта.
Нельзя автоматически считать эти характеристики взаимозаменяемыми.
Следовательно, семантическая часть нооспецификации должна разрабатываться с учётом используемой логико-методологической системы.
Особенно важно, что изменение определения в процессе разработки должно быть документировано.
Такое изменение может представлять собой уточнение, расширение или фундаментальную нормативную реконструкцию.
Однако его нельзя осуществлять посредством незаметной замены прежнего значения термина.
1.9. Требования к определённости и проверяемости
Для практического применения ноотехнические требования должны обладать достаточной определённостью.
В первоначальном варианте предлагается выделить несколько критериев качества требования.
Предметная определённость. Должно быть ясно, к какому объекту или классу объектов относится требование.
Смысловая определённость. Используемые термины должны иметь установленные значения.
Нормативная определённость. Необходимо указать систему правил и редакцию, внутри которой действует требование.
Операционная определённость. Если требование относится к действию, должны быть определены условия его выполнения.
Проверяемость. Должен существовать обоснованный способ установления выполнения требования либо быть явно обозначена ограниченность такой проверки.
Непротиворечивость. Требование не должно входить в неустранённый конфликт с другими обязательными требованиями соответствующей спецификации.
Прослеживаемость. Должна существовать возможность установить происхождение требования и связанные с ним конструктивные решения.
Однако необходимо учитывать, что проверяемость не всегда означает существование универсального конечного алгоритма принятия решения.
В математических системах некоторые свойства требуют формального доказательства, а для отдельных классов задач общие разрешающие алгоритмы отсутствуют.
Следовательно, требование к проверяемости должно формулироваться относительно конкретного метода и области его применимости.
Особенно важно различать наличие процедуры испытания и возможность доказательства универсального свойства.
Конечный набор вычислительных примеров не должен автоматически подменять математическое доказательство.
1.10. Требование как самостоятельный нооинженерный объект
В рамках предлагаемой теории инженерное требование может само рассматриваться как нооинженерный объект.
Оно обладает определённым смысловым содержанием, нормативным статусом, областью применения и отношениями с другими требованиями.
Следовательно, возникает необходимость разработки специальной модели требования.
В первоначальном виде предлагается использовать схему:
R = ;I, O, C, P, A, V, T;,
где:
R — определённое требование;
I — его идентификатор;
O — объект применения;
C — нормативный контекст;
P — предписываемая характеристика;
A — область или условия применения;
V — нормативная редакция;
T — способ проверки.
Данная схема не является завершённой аксиоматизацией.
Она представляет собой первоначальный формат документирования требований.
Например, требование может предписывать:
«Завершённое десятичное представление первого класса должно содержать ровно десять цифр после запятой».
Для инженерной реализации необходимо указать, к каким объектам относится данное правило, в какой системе оно действует и каким образом проверяется.
При этом требование не означает, что любые математические объекты обязаны иметь десятичное представление именно такой длины.
Его область действия ограничивается соответствующей нормативной системой.
Таким образом, формализация требований должна обеспечивать контекстуальную определённость нооинженерных правил.
1.11. Иерархия требований
В сложных ноотехнических проектах требования могут образовывать многоуровневую систему.
На верхнем уровне устанавливаются назначение и общие характеристики будущего объекта.
На следующем определяются системные требования.
Затем они конкретизируются применительно к отдельным конструктивным компонентам.
Наконец, формируются требования к операциям, представлениям и процедурам проверки.
Однако такая иерархия не обязательно должна быть единственной.
Некоторые требования могут действовать одновременно на нескольких уровнях.
Например, требование сохранять смысловую определённость понятий относится как к отдельным определениям, так и к целой математической системе.
Поэтому необходимо учитывать не только отношения подчинения, но и сквозные нормативные зависимости.
Особое значение имеет предотвращение противоречий между уровнями.
Например, системное требование может предусматривать использование точного рационального объекта.
Однако локальная спецификация вычислительного компонента может устанавливать конечное десятичное представление.
В таком случае необходимо явно определить отношение между точным исходным объектом и его техническим приближением.
Иначе возможно ошибочное представление о том, что конечная запись полностью заменяет исходный математический объект.
Следовательно, иерархия требований должна сопровождаться системой правил их интерпретации и согласования.
1.12. Прослеживаемость требований
Одним из важнейших принципов ноотехнического проектирования является прослеживаемость требований.
Под ней предлагается понимать возможность установления документированных связей между исходной задачей, конкретными требованиями, конструктивными решениями, процедурами проверки и полученными результатами.
Например, если поставлена задача формирования десятизначного представления рационального числа, необходимо установить:
какое требование определяет количество позиций;
какой компонент реализует соответствующую операцию;
какая процедура проверяет её результат;
в каком нормативном документе зафиксировано правило;
какая редакция используется при выполнении конкретного вычисления.
Для практического применения может быть создана матрица прослеживаемости.
Её элементы связывают требования с соответствующими компонентами и процедурами проверки.
Однако необходимо учитывать, что простое наличие ссылки ещё не доказывает фактического выполнения требования.
Для этого необходим результат проверки.
Следовательно, матрица прослеживаемости должна рассматриваться как инструмент организации инженерных доказательственных материалов, а не как их автоматический заменитель.
Особое значение имеет возможность анализа последствий изменений.
Если изменяется определённое требование, необходимо установить, какие конструктивные компоненты и результаты проверки затрагиваются.
Таким образом, прослеживаемость становится важнейшим средством управления нормативной определённостью нооинженерных проектов.
1.13. Пример ноотехнического задания на систему математических представлений
Рассмотрим условный проект разработки системы конечных десятичных представлений рациональных чисел.
Для примера присвоим ему обозначение:
НОО-ДПР-01 — «Система нормативной десятичной экспликации рациональных чисел».
Данное обозначение является рабочим идентификатором проекта, а не обозначением утверждённого государственного или международного стандарта.
Назначение проекта: разработать нормативно определённую технологию получения конечных десятичных представлений точных рациональных чисел по заданным классам точности.
Исходные объекты: рациональные числа, представленные в виде отношения целых чисел p/q, где q ; 0.
Основная система координат: точная рациональная арифметика и отдельно определённая система конечных десятичных представлений.
Шкала классов: для класса с номером n устанавливается количество десятичных позиций:
d = 10^n.
Здесь d означает количество цифр после десятичного разделителя.
В частности:
класс 1 — 10 позиций;
класс 2 — 100 позиций;
класс 3 — 1000 позиций.
В рассматриваемой редакции проекта устанавливается правило усечения по направлению к нулю.
Полученная запись должна содержать ровно d десятичных позиций.
При необходимости используются завершающие нули.
Однако в спецификации необходимо отдельно указать, что конечное представление не обязательно равно исходному точному рациональному числу.
В частности, число 1/3 не тождественно его десятизначному приближению.
Таким образом, проект направлен на разработку технологии представления, а не на изменение самого определения рациональных чисел.
1.14. Пример системы требований
Для рассматриваемого проекта может быть предложен следующий первоначальный реестр требований.
Идентификатор Содержание требования Способ проверки
НТ-01 Исходный объект должен задаваться точным рациональным числом p/q при q ; 0 Проверка типа входных данных и знаменателя
НТ-02 Номер класса n должен быть положительным целым числом Проверка допустимости параметра
НТ-03 Количество десятичных позиций должно равняться 10^n Проверка правила определения класса
НТ-04 Числовое значение результата должно соответствовать усечению исходного числа по направлению к нулю Точная арифметическая проверка
НТ-05 Завершённая запись должна содержать ровно 10^n цифр после запятой Контроль формата
НТ-06 Необходимо сохранять сведения об исходном точном числе Проверка паспорта результата
НТ-07 Результат должен содержать идентификатор нормативной редакции Проверка метаданных
НТ-08 Должна существовать возможность повторного получения результата по зафиксированным исходным данным Репродуктивное испытание
НТ-09 Ограничения технической реализации должны сообщаться отдельно от математического статуса исходного числа Проверка обработки ресурсных ограничений
НТ-10 Изменение правила усечения требует документированного нормативного решения Проверка управления конфигурацией
Данный реестр представляет собой пример начальной спецификации.
В дальнейшем потребуется установить более строгую систему идентификаторов, критериев проверки и отношений между требованиями.
Особенно важно разграничить математические свойства процедуры и особенности её технической реализации.
Например, корректность формулы усечения не гарантирует отсутствие ошибок в конкретной программе.
Поэтому необходимы самостоятельные процедуры математической и технической проверки.
1.15. Математическая спецификация операции усечения
Для точного определения соответствующей процедуры можно использовать следующую формулу:
T_d(x) = sgn(x) · floor(|x| · 10^d) / 10^d,
где:
x — точное рациональное число;
d — установленное количество десятичных позиций;
sgn(x) — знак числа;
floor — операция взятия целой части вниз.
В данном случае T_d(x) обозначает конечное десятичное число, получаемое усечением исходного значения по направлению к нулю.
Однако необходимо различать математическое значение результата и его нормативное представление.
Например:
T_10(1/8) = 0,125.
Но в системе первого класса соответствующая запись должна содержать десять позиций:
0,1250000000.
Следовательно, формирование текстового представления требует дополнительного правила.
В частности, необходимо установить:
способ записи знака;
количество обязательных десятичных позиций;
правила использования завершающих нулей;
десятичный разделитель;
условия представления нулевого результата.
Особое значение имеет обработка отрицательных чисел.
Усечение по направлению к нулю не должно неявно подменяться округлением вниз.
Например, для отрицательных значений эти операции в общем случае различаются.
Поэтому математическая спецификация должна содержать точное определение выбранного правила.
1.16. Контрольные примеры и критерии приёмки
Для первоначальной проверки можно использовать следующие объекты.
Пример 1.
Исходное число:
1/3.
Первый класс, усечение:
0,3333333333.
Пример 2.
Исходное число:
1/8.
Первый класс, усечение:
0,1250000000.
Пример 3.
Исходное число:
1/6.
Первый класс, усечение:
0,1666666666.
Пример 4.
Исходное число:
;1/6.
Первый класс, усечение по направлению к нулю:
;0,1666666666.
Данные примеры позволяют проверить различные характеристики.
Первый демонстрирует работу с бесконечной периодической десятичной записью точного рационального числа.
Второй — необходимость сохранения установленного количества позиций посредством завершающих нулей.
Третий позволяет различить усечение и округление до ближайшего значения.
Четвёртый контролирует правильность обработки отрицательных чисел.
Однако необходимо подчеркнуть, что выполнение конечного набора контрольных примеров не является доказательством математической корректности алгоритма для всех рациональных чисел.
Для такого доказательства требуется исследование соответствующей формальной процедуры.
Следовательно, критерии приёмки должны включать как конкретные испытания, так и отдельные математические обоснования заявленных универсальных свойств.
1.17. Верификация, валидация и нормативное принятие
В современной инженерной практике необходимо различать верификацию и валидацию.
В контексте нооинженерии предлагается использовать следующее разграничение.
Верификация устанавливает, соответствует ли разработанный объект, модель или реализация определённой спецификации.
Валидация исследует, соответствует ли объект назначению и потребностям, ради которых он разрабатывался.
Например, система может корректно формировать десятизначные представления по правилу усечения.
В таком случае определённые требования спецификации могут считаться выполненными.
Однако для конкретного научно-технического применения десяти десятичных позиций могут оказаться недостаточными.
Следовательно, соответствие спецификации ещё не означает пригодности системы для любой предполагаемой задачи.
Возможна и обратная ситуация.
Определённый результат может оказаться практически пригодным для локальной задачи, но быть полученным с нарушением обязательного правила.
В таком случае положительная оценка прикладной полезности не заменяет проверки нормативного соответствия.
Следовательно, ноотехническая приёмка должна учитывать оба вида оценки.
При этом необходимо различать внутреннее принятие объекта в определённую нооинженерную систему и официальное утверждение стандарта соответствующей уполномоченной организацией.
Предлагаемые в настоящей монографии нооспецификации имеют статус исследовательских проектов до их специального нормативного оформления.
1.18. Основные результаты главы
В настоящей главе предложено определение ноотехнического проектирования как деятельности по разработке нормативно определённых ментальных конструкций.
Разграничены нооинженерный объект, его определение, представление, реализация и спецификация.
Предложены определения ноотехнического задания и нооспецификации.
Разработана первоначальная классификация инженерных требований к смысловым объектам.
Особое внимание уделено смысловой определённости, закону строгого тождества, проверяемости и прослеживаемости требований.
Предложена формальная модель отдельного ноотехнического требования.
Рассмотрены принципы организации иерархии требований и анализа последствий их изменения.
На примере системы конечных десятичных представлений рациональных чисел разработан первоначальный образец ноотехнического задания и реестр требований.
Разграничены математическая корректность операции, нормативная форма результата и техническая реализация соответствующей процедуры.
Установлено различие между верификацией, валидацией и нормативным принятием разработанного объекта.
Таким образом, ноотехническое задание и нооспецификация рассматриваются как исходные средства перехода от исследовательского замысла к нормативно определённому и проверяемому нооинженерному объекту.
Однако выполнение соответствующих требований предполагает разработку внутренней архитектуры будущей конструкции.
Этой задаче посвящена следующая глава.
Глава 2. Архитектурное и функциональное проектирование ноообъектов
2.1. Проблема архитектуры нооинженерного объекта
После формирования ноотехнического задания возникает необходимость разработки конструкции, способной удовлетворить установленным требованиям.
В традиционной инженерии данная задача решается посредством архитектурного и конструктивного проектирования.
Определяются основные компоненты системы, их назначения, способы взаимодействия, интерфейсы и ограничения.
Применительно к ментальным объектам соответствующая задача приобретает специальное содержание.
Математическая теория может включать различные исходные понятия, правила образования объектов, операции, аксиомы, доказательства и способы представления результатов.
Формальная онтология может обладать системой классов, отношений, ограничений и правил интерпретации.
Алгоритмическая система может содержать взаимосвязанные процедуры преобразования объектов.
Следовательно, архитектура нооинженерного объекта не обязательно представляет собой материальную структуру.
Она может определяться системой смысловых, логических, математических и нормативных отношений.
Однако подобная архитектура должна быть достаточно определённой для выполнения соответствующей инженерной задачи.
Особое значение имеет разграничение общей архитектуры объекта и конкретной технической реализации.
Например, математическая операция может быть определена независимо от того, посредством какого программного языка она реализуется.
Следовательно, проектирование должно предусматривать несколько различных уровней описания.
Для их исследования предлагается развивать понятие ноотехнической архитектуры.
2.2. Определение ноотехнической архитектуры
Предлагается следующее рабочее определение.
Определение 2.1. Ноотехническая архитектура — нормативно определённая организация основных компонентов, отношений, функций и интерфейсов нооинженерного объекта или системы, устанавливающая способы выполнения предъявленных к ним инженерных требований.
В данном определении существенны несколько характеристик.
Структурность предполагает возможность выделения определённых компонентов.
Реляционность связана с существованием отношений между ними.
Функциональность характеризует назначение компонентов и системы в целом.
Нормативная обусловленность означает наличие установленных правил взаимодействия.
Прослеживаемость предполагает связь архитектурных решений с исходными требованиями.
Однако нельзя считать, что всякая ноотехническая архитектура должна иметь единственную правильную форму.
Возможны альтернативные решения, удовлетворяющие одним и тем же требованиям.
Например, определённая вычислительная операция может быть реализована различными алгоритмами.
При этом их математические результаты совпадают, но внутренняя архитектура различается.
Следовательно, архитектурное проектирование должно допускать вариативность.
Особое значение приобретает обоснование выбора конструктивного решения.
Нельзя объявлять определённую архитектуру оптимальной без указания критериев соответствующей оценки.
2.3. Архитектура и нооморфология
В предыдущей части монографии нооморфология была определена как направление, исследующее формы, структуры и способы организации нооинженерных объектов.
Архитектурное проектирование непосредственно связано с данной дисциплиной.
Однако необходимо различать исследование структуры и проектирование конкретной структуры.
Нооморфологический анализ может описывать уже существующую конструкцию.
Архитектурное проектирование предназначено для разработки такой организации, которая удовлетворяет определённому техническому заданию.
Следовательно, архитектурный проект представляет собой нормативно ориентированную нооморфологическую модель.
При этом существенную роль играют функциональные требования.
Например, одна математическая система может быть предназначена для строгой формальной проверки доказательств.
Другая — для выполнения определённых вычислительных операций.
Даже при наличии общих понятийных компонентов их архитектура может существенно различаться.
Следовательно, проектирование должно осуществляться с учётом назначения системы.
Особое значение имеет возможность повторного использования ранее разработанных конструктивных модулей.
Однако применение такого модуля требует проверки его совместимости с новой архитектурой.
Таким образом, ноотехническое архитектурное проектирование должно объединять результаты нооморфологии, ноогенетики, ноофункционального анализа и нормативной спецификации.
2.4. Основные архитектурные представления
Для исследования сложных нооинженерных объектов предлагается использовать несколько взаимосвязанных архитектурных представлений.
Семантическое представление определяет исходные понятия и условия их интерпретации.
Логико-математическое представление характеризует систему объектов, формальных правил и допустимых операций.
Структурное представление описывает компоненты и отношения между ними.
Функциональное представление определяет распределение функций и ожидаемые результаты.
Операционное представление характеризует последовательности и условия выполнения действий.
Интерфейсное представление устанавливает способы взаимодействия с внешними объектами и системами.
Нормативное представление фиксирует требования и ограничения.
Конфигурационное представление содержит сведения о редакциях компонентов и отношениях их совместимости.
Проверочное представление связывает требования с процедурами и результатами контроля.
Однако данные представления не обязательно являются самостоятельными объектами.
Они могут выступать различными способами рассмотрения одной конструкции.
Особенно важно обеспечить их согласованность.
Например, если функциональная схема предусматривает определённую математическую операцию, логико-математическое представление должно содержать её соответствующее определение.
А операционная схема должна устанавливать условия выполнения данной операции.
Следовательно, архитектурный проект должен включать механизмы контроля межмодельной согласованности.
2.5. Семантическая архитектура
Семантическая архитектура определяет систему смысловых оснований нооинженерного объекта.
Она включает исходные понятия, отношения интерпретации, правила определения новых категорий и условия их использования.
Для математической системы такие компоненты могут иметь фундаментальное значение.
Например, необходимо определить, что понимается под исходным числовым объектом, математическим равенством, представлением и операцией преобразования.
Если соответствующие понятия имеют разные значения в различных нормативных редакциях, архитектура должна обеспечивать их разграничение.
Особое значение имеет принцип строгого тождества.
В пределах фиксированной редакции необходимые значения должны сохраняться в соответствии с установленными правилами.
Однако система может допускать разработку новых редакций с изменёнными определениями.
Следовательно, семантическая архитектура должна включать также средства управления нормативными изменениями.
Особенно важно различать семантические отношения и технические связи.
Например, наличие программного интерфейса между двумя системами не обязательно означает полную эквивалентность используемых ими математических понятий.
Поэтому семантическое сопряжение требует самостоятельной проверки.
Таким образом, семантическая архитектура представляет собой один из фундаментальных уровней организации сложных нооинженерных объектов.
2.6. Логико-математическая архитектура
Логико-математическое представление устанавливает формальные основания и правила функционирования соответствующей системы.
Его содержание зависит от предметной области.
Для аксиоматической математической теории существенными компонентами могут выступать исходные понятия, аксиомы, правила вывода и определения производных объектов.
Для вычислительной технологии — математические операции и условия их применения.
Особое значение приобретает различение формальных правил и способов технической реализации.
Например, точная операция усечения рационального числа может быть определена математически.
Однако её программная реализация может использовать различные алгоритмы.
Следовательно, математическая операция не должна отождествляться с конкретным исполняемым кодом.
При этом соответствие технической реализации математической спецификации требует отдельной проверки.
Особенно важно учитывать ограничения формальных методов.
Наличие математической архитектуры не гарантирует существования универсальной процедуры, позволяющей автоматически доказать все возможные свойства данной системы.
Поэтому проект должен определять конкретные доказательственные обязательства и используемые методы их выполнения.
Таким образом, логико-математическая архитектура предназначена для установления формальных оснований проекта, а не для автоматического провозглашения завершённости всех его математических исследований.
2.7. Функциональная архитектура
Функциональная архитектура определяет способы распределения задач между компонентами системы.
В первоначальном варианте предлагается различать основные и обеспечивающие функции.
Основные функции непосредственно связаны с назначением объекта.
Обеспечивающие функции предназначены для реализации, контроля, документирования и сопровождения соответствующих процессов.
Например, в системе математических представлений основной функцией является получение конечного десятичного результата по установленным правилам.
Однако для воспроизводимой работы могут потребоваться дополнительные функции:
проверка входных данных;
определение класса точности;
выбор допустимой операции;
формирование результата;
контроль формата;
проверка математического значения;
регистрация нормативной редакции.
При этом необходимо различать функциональную декомпозицию и техническую декомпозицию.
Несколько функций могут выполняться одним программным компонентом.
И наоборот, одна функция может реализовываться несколькими независимыми модулями.
Следовательно, архитектурное проектирование должно обеспечивать возможность сопоставления функциональных требований с конкретными конструктивными решениями.
Особое значение имеют интерфейсы между компонентами.
Если результаты одной операции используются другой, необходимо установить правила их передачи и интерпретации.
2.8. Ноокарион и архитектурные инварианты
Ноокарион представляет собой нормативное ядро объекта, устанавливающее характеристики, существенные для его организации и режима тождества.
При архитектурном проектировании необходимо определить, какие решения относятся к соответствующему ядру.
Например, в математической системе формирования десятичных представлений системообразующими характеристиками могут выступать:
тип исходного числового объекта;
правило определения класса точности;
математическое определение операции;
условия тождества исходных и производных объектов;
обязательные нормативные ограничения.
Однако конкретная программная архитектура не обязательно должна входить в состав ноокариона математической системы.
Например, две независимые реализации могут использовать различные способы хранения данных, сохраняя одинаковое математическое содержание.
Следовательно, необходимо разграничивать ноокарион математической конструкции и архитектуру технического средства её реализации.
В отдельных проектах требования к технической реализации могут быть настолько существенными, что они также приобретают нормативно обязательный статус.
Однако соответствующее решение должно приниматься явно.
Таким образом, архитектурное проектирование должно определять границы допустимой вариативности без неявного смешения математических и технических характеристик.
2.9. Ноогеном и конструктивная архитектура
Ноогеном характеризует систему конструктивных правил, предназначенных для формирования определённых нооинженерных объектов.
Поэтому он может рассматриваться как один из источников архитектурных решений.
В частности, ноогеном может включать различные функциональные модули, правила их сочетания и ограничения.
Однако ноогеном не обязательно совпадает с полной архитектурой конкретного объекта.
Он способен предусматривать несколько допустимых конфигураций.
В таком случае необходимо определить конкретный ноогенотип.
Например, общий ноогеном системы десятичных представлений может допускать различные классы точности и способы округления.
Конкретная редакция системы может использовать определённый набор соответствующих модулей.
Следовательно, архитектурный проект должен фиксировать выбранную конфигурацию.
Особенно важно установить зависимости между модулями.
Например, компонент форматирования результата не может корректно функционировать без сведений о заданном количестве десятичных позиций.
А компонент проверки должен иметь доступ к нормативному определению используемой операции.
Следовательно, архитектурная модель должна включать не только перечень компонентов, но и правила их взаимодействия.
2.10. Формальная схема ноотехнической архитектуры
Для первоначального описания предлагается использовать модель:
A(N, v) = ;M, L, F, I, C, Q;,
где:
A(N, v) — архитектура объекта N в нормативной редакции v;
M — совокупность архитектурных компонентов;
L — типизированные отношения между компонентами;
F — распределение функций;
I — внутренние и внешние интерфейсы;
C — нормативные ограничения;
Q — требования к проверке архитектуры.
Данная схема представляет собой первоначальный формат архитектурного описания.
Она не устанавливает универсальной формы для всех математических и семантических объектов.
Например, архитектура отдельного математического числа может существенно отличаться от архитектуры аксиоматической теории.
В первом случае существенными могут быть способы определения, представления и допустимые операции.
Во втором необходимо описывать более сложную систему зависимостей между понятиями и утверждениями.
Следовательно, общая схема должна конкретизироваться применительно к предметной области.
Особое значение имеет разработка типизированных отношений.
Например, связь «использует» отличается от связи «определяет», а отношение структурного включения — от отношения математической эквивалентности.
Поэтому формальная модель должна предотвращать неявное смешение разных типов связей.
2.11. Архитектурное проектирование системы математических представлений
Продолжим рассмотрение проекта НОО-ДПР-01.
Его назначение состоит в получении конечных десятичных представлений рациональных чисел по установленным классам точности.
Предлагается выделить несколько основных архитектурных компонентов.
Компонент 1. Модуль точного исходного объекта.
Предназначен для задания рационального числа p/q при ненулевом знаменателе.
Компонент 2. Модуль класса точности.
Устанавливает номер класса n и количество позиций d = 10^n.
Компонент 3. Модуль нормативного правила.
Определяет способ получения конечного представления.
Компонент 4. Вычислительный модуль.
Выполняет предусмотренную математическую операцию.
Компонент 5. Модуль форматирования.
Формирует запись с установленным количеством десятичных позиций.
Компонент 6. Модуль проверки.
Контролирует соответствие результата нормативным требованиям.
Компонент 7. Модуль паспортизации.
Регистрирует исходные данные, полученный результат и нормативную редакцию.
Однако перечисленные компоненты представляют собой функциональные единицы.
Их не обязательно реализовывать в виде семи независимых программ.
Конкретная техническая архитектура может объединять отдельные функции.
При этом должна сохраняться возможность проверки выполнения каждого обязательного требования.
2.12. Функциональная схема системы
В первоначальном варианте функциональный процесс может быть представлен последовательностью:
Задание исходного числа ; определение класса ; выбор нормативного правила ; вычисление ; формирование записи ; проверка ; регистрация.
Однако данная последовательность требует уточнения.
Например, проверка допустимости входных данных должна осуществляться до выполнения вычислений.
Если знаменатель исходного рационального числа равен нулю, входные данные не соответствуют требованиям проекта.
Аналогичным образом необходимо проверить номер класса.
Если значение n не принадлежит объявленной области допустимых номеров классов, процедура не должна неявно подменять его другим значением.
Следовательно, в развитой архитектуре необходимо предусмотреть предварительный контроль.
Кроме того, проверка математического результата и проверка формата могут выполняться отдельно.
Например, запись может содержать правильное количество позиций, но неверное числовое значение.
Следовательно, система должна различать несколько видов соответствия.
Таким образом, функциональная архитектура должна обеспечивать последовательную проверку исходных условий, математических операций и форм представления.
2.13. Конструирование алгоритма без неявной потери точности
Для технической реализации рассматриваемой системы принципиально важно избегать неявного перехода от точного рационального числа к приближённому машинному числу до выполнения установленной операции.
Предположим, что исходный объект задан как:
x = p/q,
где p и q — целые числа, а q > 0.
Для класса n устанавливается:
d = 10^n.
Тогда математическое значение усечённого результата можно определить посредством целочисленной операции:
k = floor(|p| · 10^d / q).
После этого:
T_d(p/q) = sgn(p) · k / 10^d.
При выполнении соответствующих вычислений с точными целыми числами данная схема не требует предварительного приближённого представления исходного рационального числа.
Однако для практической реализации необходимо учитывать ресурсные ограничения.
При больших значениях d прямое построение числа 10^d и выполнение операций с ним могут требовать значительных вычислительных ресурсов.
Поэтому в технической системе могут использоваться более специализированные алгоритмы, например последовательное порождение десятичных позиций.
Однако такие алгоритмы должны удовлетворять той же математической спецификации.
Следовательно, архитектура должна разграничивать математическое определение операции и допустимые способы её технической реализации.
2.14. Модуль форматирования и нормативная запись
После получения числового значения результата необходимо сформировать его нормативное представление.
В рассматриваемой системе оно должно содержать ровно d десятичных позиций.
Это требование имеет самостоятельное значение.
Например, для точного рационального числа:
1/8
значение усечённого результата равно:
0,125.
Однако нормативное представление первого класса должно иметь вид:
0,1250000000.
Следовательно, модуль форматирования должен обеспечивать добавление необходимых завершающих нулей.
Вместе с тем он не должен изменять математическое значение результата.
Особую задачу представляет обработка отрицательных чисел.
Например, для отрицательного рационального числа малой абсолютной величины усечение может давать нулевое математическое значение.
В таком случае необходимо установить нормативное правило отображения знака нуля.
В первоначальной редакции проекта целесообразно предусмотреть каноническую запись нуля без отрицательного знака.
Однако подобное решение должно быть зафиксировано в спецификации, а не приниматься неявно конкретной программой.
Следовательно, форматирование является самостоятельной нормативной операцией, отличной от вычисления математического значения.
2.15. Архитектура контроля результата
Для проверки математических представлений необходимо разработать самостоятельную контрольную архитектуру.
Она может включать несколько уровней.
Первый уровень — контроль входных данных.
Проверяется допустимость задания исходного объекта.
Второй уровень — контроль класса.
Устанавливается правильность количества предусмотренных позиций.
Третий уровень — контроль операции.
Проверяется соответствие математического значения установленному правилу усечения.
Четвёртый уровень — контроль представления.
Проверяется наличие ровно d десятичных цифр.
Пятый уровень — контроль нормативного статуса.
Устанавливается правильность указания редакции и исходных параметров.
Шестой уровень — репродуктивная проверка.
Исследуется возможность повторного получения соответствующего результата.
Особенно важно, чтобы процедура проверки не воспроизводила без независимого контроля те же ошибки, которые могут существовать в основном вычислительном модуле.
Например, использование одного и того же некорректного алгоритма одновременно для получения результата и его проверки способно привести к ложному заключению о соответствии.
Поэтому для существенных требований целесообразно предусматривать независимые контрольные методы.
Однако степень независимости должна определяться в соответствии с критичностью проекта и характером проверяемых свойств.
2.16. Математические обязательства архитектурного проекта
Архитектурное проектирование должно включать не только функциональные схемы, но и определённые математические обязательства.
Для системы усечения могут быть поставлены следующие задачи.
Обязательство 1.
Доказать, что результат операции имеет не более d ненулевых значащих десятичных позиций после запятой и допускает представление с ровно d позициями посредством добавления нулей.
Обязательство 2.
Установить границу абсолютной погрешности:
|x ; T_d(x)| < 10^(;d).
Обязательство 3.
Исследовать согласованность усечения для различных значений d.
В частности, при D ; d и одинаковом определении операции требуется установить:
T_d(T_D(x)) = T_d(x).
Обязательство 4.
Разграничить математическое значение результата и его текстовое представление.
Обязательство 5.
Установить корректность обработки отрицательных чисел и нуля.
Однако перечисленные положения должны сопровождаться математическими доказательствами или другими соответствующими основаниями.
Их нельзя считать доказанными исключительно вследствие включения в техническое задание.
При этом корректность математической модели не освобождает от необходимости проверять конкретную программную реализацию.
Следовательно, архитектурная документация должна отдельно фиксировать доказанные математические свойства, проектные требования и результаты технических испытаний.
2.17. Ноомембранное и интерфейсное проектирование
Система математических представлений может взаимодействовать с другими математическими и вычислительными системами.
Для этого необходимы специальные интерфейсы.
Например, точное рациональное число может передаваться из одной системы в другую для формирования конечного десятичного представления.
При этом необходимо установить, сохраняется ли исходная математическая предметность и какие преобразования выполняются.
Особое значение имеет возможность межклассового взаимодействия.
Представление второго класса содержит сто десятичных позиций.
Представление первого класса — десять.
При согласованном правиле усечения более длинное представление может быть преобразовано в более короткое посредством соответствующей операции.
Однако обратное преобразование не может во всех случаях восстановить отсутствующую информацию только на основании короткой записи.
Следовательно, интерфейс должен фиксировать ограничения преобразования.
В данном контексте ноомембрана может рассматриваться как система нормативных правил допуска внешних объектов и операций.
Однако её назначение не должно сводиться к метафоре защитной оболочки.
Она должна иметь конкретную спецификацию.
Например, можно предусмотреть запрет на использование внешнего числового результата без указания его класса точности и способа получения.
Такой механизм обладает самостоятельным инженерным содержанием.
2.18. Архитектурная прослеживаемость
Одним из основных требований к архитектурному проекту является возможность установить, какие компоненты предназначены для выполнения конкретных требований.
Продолжая пример НОО-ДПР-01, можно предложить следующую первоначальную таблицу.
Требование Архитектурный компонент Контроль
НТ-01 Модуль исходного объекта Проверка рационального входа
НТ-02 Модуль класса точности Проверка допустимости n
НТ-03 Модуль класса точности Проверка d = 10^n
НТ-04 Вычислительный модуль Точная арифметическая проверка
НТ-05 Модуль форматирования Контроль количества позиций
НТ-06 Модуль паспортизации Проверка исходного значения
НТ-07 Конфигурационная подсистема Проверка редакции
НТ-08 Репродуктивная подсистема Повторное вычисление
НТ-09 Подсистема технических ограничений Проверка ресурсных отказов
НТ-10 Управление конфигурацией Проверка процедуры изменений
Такая таблица позволяет связать проектные требования с конкретными средствами их выполнения.
Однако она не заменяет самих результатов проверки.
Следовательно, для полноценной архитектурной прослеживаемости необходимо дополнительно связывать требования с проектными моделями, реализациями, испытаниями и нормативными заключениями.
Особое значение имеет возможность автоматизированного анализа таких связей.
В дальнейшем соответствующие методы могут стать одним из оснований машинно-обрабатываемых ноотехнических паспортов.
2.19. Архитектурные альтернативы и проектные решения
При разработке нооинженерного объекта могут существовать различные архитектурные решения.
Например, вычислительный модуль может использовать прямую арифметику больших целых чисел либо последовательное порождение десятичных позиций.
Оба варианта могут удовлетворять одной математической спецификации.
Однако они могут различаться по вычислительной сложности, требованиям к памяти и удобству технической реализации.
Следовательно, проектирование должно включать анализ альтернатив.
При этом необходимо различать обязательные требования и предпочтительные характеристики.
Если математическое правило должно сохраняться, архитектурная альтернатива не может произвольно изменять соответствующую операцию.
Однако способ реализации может выбираться по дополнительным критериям.
Особое значение имеет необходимость учитывать величину d = 10^n.
При больших номерах классов объём полного представления быстро возрастает.
Следовательно, техническое задание должно определять, для каких классов требуется реальная вычислительная поддержка.
Нельзя считать, что формальная определённость произвольно большого конечного класса автоматически гарантирует практическую возможность формирования всех его цифр на конкретном устройстве.
Поэтому ресурсная осуществимость должна исследоваться самостоятельно.
2.20. Архитектурный паспорт ноообъекта
Для практической организации проектирования предлагается разработать архитектурный паспорт нооинженерного объекта.
Он должен включать идентификатор объекта и нормативную редакцию.
Затем фиксируются назначение и исходные требования.
Отдельно описываются семантические и логико-математические основания.
Следующий раздел содержит структуру компонентов и систему отношений между ними.
Далее устанавливается распределение функций.
Особое место занимают интерфейсы и внешние зависимости.
Затем фиксируются ноокарионные инварианты.
Отдельно описываются допустимые архитектурные альтернативы.
Следующий раздел должен содержать результаты проверки согласованности проектных моделей.
Наконец, паспорт включает историю архитектурных изменений.
При этом архитектурный паспорт не должен полностью дублировать ноотехническое задание.
Его назначение состоит в документировании конкретных конструктивных решений, посредством которых предполагается выполнить установленные требования.
Таким образом, архитектурная паспортизация становится средством обеспечения перехода от абстрактной нормативной задачи к определённой инженерной конструкции.
2.21. Основные результаты главы
В настоящей главе предложено определение ноотехнической архитектуры как нормативно определённой организации компонентов, отношений, функций и интерфейсов нооинженерного объекта.
Рассмотрена связь архитектурного проектирования с нооморфологией, ноогенетикой и ноокарионной организацией.
Предложена система взаимосвязанных архитектурных представлений.
Разграничены семантическая, логико-математическая, структурная, функциональная и техническая архитектуры.
Разработана первоначальная формальная модель ноотехнической архитектуры.
На примере системы конечных десятичных представлений рациональных чисел предложена архитектура, включающая модули задания исходного объекта, определения класса, вычисления, форматирования, проверки и паспортизации.
Особое внимание уделено возможности выполнения математических операций без неявной потери точности исходного рационального числа.
Предложены основные доказательственные обязательства и требования к архитектуре проверки.
Рассмотрены вопросы межклассового сопряжения, управления ресурсными ограничениями и выбора архитектурных альтернатив.
Разработаны первоначальные требования к архитектурному паспорту нооинженерного объекта.
Таким образом, архитектурное и функциональное проектирование рассматривается как основной этап преобразования ноотехнических требований в конкретную систему смысловых, конструктивных, математических и операционных решений.
Однако созданная архитектура должна существовать не только в момент первоначального проектирования.
Она может подвергаться испытаниям, внедрению, сопровождению, модернизации и нормативной реконструкции.
Следовательно, необходимо исследовать жизненный цикл нооинженерного объекта и механизмы управления его конфигурацией.
Эти вопросы составляют предмет следующей главы.
Глава 3. Жизненный цикл нооинженерного объекта и управление его конфигурацией
3.1. Проблема жизненного цикла ментального объекта
В традиционной инженерии жизненный цикл технической системы включает процессы от возникновения потребности и проектирования до создания, использования, сопровождения и прекращения эксплуатации.
В программной инженерии особое значение приобретают управление версиями, документирование изменений и возможность воспроизводства определённых конфигураций.
Применительно к ментальным объектам возникает необходимость специальной интерпретации соответствующих процессов.
Математическое понятие, теория или алгоритм не обязательно обладают жизненным циклом в биологическом или материально-техническом смысле.
Например, прекращение использования определённой математической теории не означает автоматического исчезновения её формального содержания.
А создание новой нормативной редакции не обязательно отменяет возможность дальнейшего исследования прежней.
Следовательно, понятие жизненного цикла должно относиться прежде всего к процессам инженерной разработки, применения, сопровождения и нормативного управления определённой конструкцией.
При этом необходимо различать существование самого математического объекта, историю его исследований и жизненный цикл конкретного нооинженерного проекта.
Например, рациональное число 1/3 не возникает заново при каждом запуске программы, вычисляющей его десятичное представление.
Однако соответствующая программа, её спецификация и полученные результаты обладают определённой историей создания и изменения.
Поэтому общая теория жизненного цикла нооинженерного объекта должна учитывать различные уровни предметности.
3.2. Определение жизненного цикла нооинженерного объекта
Предлагается следующее рабочее определение.
Определение 3.1. Жизненный цикл нооинженерного объекта — нормативно организованная совокупность процессов и состояний его постановки, разработки, спецификации, проверки, воспроизводства, использования, изменения и сопровождения в пределах определённой нооинженерной системы.
В данном определении необходимо подчеркнуть, что жизненный цикл относится к инженерной деятельности и управляемым состояниям объекта.
Он не обязательно определяет метафизический момент возникновения или прекращения существования соответствующей математической предметности.
Например, математическая теория может быть исторически создана в определённый период.
Затем она получает новые формальные представления и технические реализации.
Однако её исходная нормативная редакция может сохранять самостоятельный статус.
Следовательно, жизненный цикл не обязательно завершается уничтожением объекта.
Он может включать архивирование, прекращение активного использования или передачу в другую нормативную систему.
Особое значение имеет возможность существования нескольких параллельных жизненных циклов.
Например, одна математическая система может иметь несколько независимых программных реализаций.
Каждая из них обладает собственной историей разработки.
Следовательно, необходимо различать жизненный цикл математической спецификации и жизненные циклы её технических реализаций.
3.3. Уровни жизненного цикла
Для первоначального исследования предлагается выделить несколько уровней.
Концептуальный уровень связан с возникновением исследовательского замысла и формированием исходных понятий.
Нормативный уровень характеризует разработку и изменение определений, требований и спецификаций.
Конструктивный уровень охватывает проектирование архитектуры и соответствующих правил.
Реализационный уровень связан с получением конкретных объектов, представлений или технических средств.
Проверочный уровень включает верификацию, валидацию и испытания.
Эксплуатационный уровень характеризует использование принятой конструкции.
Конфигурационный уровень обеспечивает сопровождение редакций и управление изменениями.
Архивный уровень предназначен для сохранения исторически определённых состояний.
При этом перечисленные уровни не обязательно образуют строгую последовательность.
Проверка может начинаться ещё на стадии формирования требований.
А сопровождение может включать разработку новых конструктивных решений.
Следовательно, жизненный цикл должен рассматриваться как система взаимосвязанных процессов, допускающая итерации и параллельное выполнение отдельных работ.
Особенно важно сохранять прослеживаемость между уровнями.
Например, изменение исходного требования может затронуть архитектуру, программную реализацию и результаты проверок.
Поэтому управление жизненным циклом должно включать средства анализа соответствующих зависимостей.
3.4. Основные стадии жизненного цикла
Для первоначальной ноотехнической модели предлагается выделить следующие стадии.
1. Инициация.
Формулируются исходная проблема и назначение будущего объекта.
2. Концептуализация.
Определяются основные понятия, предметная область и предполагаемые конструктивные основания.
3. Формирование требований.
Разрабатываются ноотехническое задание и первоначальная система требований.
4. Спецификация.
Фиксируются нормативные определения и правила.
5. Архитектурное проектирование.
Формируется внутренняя организация объекта.
6. Конструирование.
Создаются соответствующие ментальные конструкции, формальные модели или технические реализации.
7. Проверка.
Осуществляются предусмотренные виды верификации, валидации и испытаний.
8. Нормативное принятие.
Определяется статус разработанной редакции в конкретной нооинженерной системе.
9. Использование.
Объект применяется в пределах установленной предметной области.
10. Сопровождение.
Осуществляются контроль состояния, исправления и допустимые изменения.
11. Реконструкция.
При необходимости разрабатываются новые нормативные редакции.
12. Архивирование или прекращение активного использования.
Обеспечивается сохранение необходимых сведений о предшествующих состояниях.
Однако данный перечень не является универсальной обязательной последовательностью.
Конкретный жизненный цикл должен определяться с учётом класса объекта, сложности проекта и характера его использования.
3.5. Состояния разработки и нормативные статусы
Для управления жизненным циклом необходимо различать состояние разработки объекта и его нормативный статус.
Например, конструкция может иметь завершённую спецификацию, но ещё не пройти требуемую проверку.
Другая может быть экспериментально испытана, но не принята в качестве действующей нормативной редакции.
Третья может быть принята для определённого применения, но иметь известные ограничения.
Поэтому предлагается использовать несколько независимых характеристик.
Статус разработки: замысел, проект, специфицированная конструкция, реализованный объект.
Статус проверки: не проверен, находится на проверке, проверен в определённом отношении, имеет выявленные нарушения.
Нормативный статус: предложен, принят в конкретной системе, заменён другой редакцией, выведен из активного использования.
Репродуктивный статус: условия воспроизводства не определены, частично определены или подтверждены в установленном отношении.
Исторический статус: текущая редакция, предшествующая редакция, альтернативная ветвь, архивное состояние.
Такое разграничение позволяет избежать ошибочного представления о существовании одной универсальной шкалы зрелости.
В частности, объект может обладать достаточно строгим математическим определением и при этом не иметь готовой программной реализации.
Следовательно, нормативный статус должен определяться относительно конкретной инженерной задачи.
3.6. Понятие конфигурации нооинженерного объекта
Одним из основных средств управления жизненным циклом является понятие конфигурации.
Предлагается следующее рабочее определение.
Определение 3.2. Конфигурация нооинженерного объекта — нормативно идентифицированная совокупность взаимосвязанных характеристик, компонентов, спецификаций и реализаций, определяющая конкретное состояние объекта в установленной системе координат.
При этом необходимо учитывать различие между конфигурацией математического объекта и конфигурацией технической системы его представления.
Например, точное рациональное число может сохранять своё математическое значение.
Однако используемая технология его десятичной экспликации способна иметь несколько нормативных редакций.
Следовательно, изменение спецификации представления не обязательно означает изменение исходного числа.
Поэтому конфигурация должна включать сведения о том, какой именно объект рассматривается.
Особое значение имеет возможность раздельного управления:
исходными математическими определениями;
нормативными требованиями;
архитектурными моделями;
алгоритмами;
программными реализациями;
процедурами проверки;
полученными результатами;
паспортами и протоколами.
Соответствующие компоненты могут изменяться с различной периодичностью.
Следовательно, система управления конфигурацией должна обеспечивать их самостоятельную идентификацию и установление допустимых сочетаний.
3.7. Формальная схема конфигурации
Для первоначального описания предлагается использовать модель:
Conf(N, v) = ;R, D, A, G, I, Q, P, H;,
где:
Conf(N, v) — конфигурация объекта N в нормативной редакции v;
R — действующие требования;
D — определения и семантические основания;
A — архитектурное описание;
G — конструктивные правила и геномные компоненты;
I — конкретные реализации;
Q — результаты проверок;
P — паспорта и иная обязательная документация;
H — история изменений и происхождения.
Данная схема представляет собой первоначальный формат конфигурационного описания.
Она не означает, что все нооинженерные объекты обязаны иметь программные реализации.
Для некоторых математических теорий соответствующий компонент может быть представлен только определёнными формальными конструкциями.
Кроме того, одна нормативная редакция может допускать несколько независимых технических реализаций.
Поэтому необходимо различать конфигурацию нормативного объекта и конфигурации его отдельных реализаций.
Особое значение имеет возможность проверки согласованности компонентов.
Например, программная реализация не должна без специального указания использовать правила одной редакции, тогда как её паспорт ссылается на другую.
Следовательно, конфигурационная модель должна включать отношения допустимого сочетания компонентов.
3.8. Конфигурационная единица
Для практической реализации управления изменениями предлагается использовать понятие конфигурационной единицы нооинженерии.
В первоначальном определении она представляет собой нормативно выделенный компонент, состояние или документ, изменения которого подлежат самостоятельной идентификации и контролю.
Например, конфигурационными единицами могут выступать:
определение исходного математического объекта;
правило выполнения операции;
спецификация интерфейса;
архитектурная модель;
вычислительный алгоритм;
программная реализация;
набор контрольных примеров;
протокол проверки;
нормативный паспорт.
Однако не всякая текстовая строка должна становиться самостоятельной конфигурационной единицей.
Степень детализации определяется характером проекта.
Особенно важно установить, какие компоненты имеют системообразующее значение.
Изменение одного технического параметра может не затрагивать математический ноокарион.
Но изменение исходного определения операции способно привести к созданию новой нормативной редакции.
Следовательно, система конфигурационных единиц должна отражать реальные отношения зависимости между конструктивными и нормативными компонентами.
3.9. Базовая нормативная конфигурация
Для обеспечения воспроизводимости необходима возможность фиксации определённого состояния проекта.
Для этого предлагается использовать понятие базовой нормативной конфигурации.
Определение 3.3. Базовая нормативная конфигурация — специально зафиксированная и идентифицированная совокупность компонентов, спецификаций и результатов проверки, используемая в качестве исходного состояния для дальнейшего функционирования или изменения нооинженерного объекта.
При этом фиксация базовой конфигурации не означает запрета дальнейшего развития.
Она обеспечивает возможность установления различий между исходным и последующим состояниями.
Например, после завершения разработки системы математических представлений могут быть зафиксированы её исходные правила, архитектурная модель, программная реализация и результаты проверки.
На основании данной конфигурации могут разрабатываться новые редакции.
При этом прежнее состояние должно сохранять возможность восстановления в установленном отношении.
Особенно важно документировать состав базовой конфигурации.
Недостаточно сохранить только идентификатор версии.
Необходимо обеспечить доступ к соответствующим определениям, правилам, алгоритмам и результатам проверки.
Таким образом, базовая нормативная конфигурация представляет собой одно из основных средств обеспечения исторической определённости нооинженерного проекта.
3.10. Версионирование и нормативная преемственность
Развитие нооинженерных объектов предполагает возможность существования нескольких последовательных и параллельных редакций.
Для их различения необходима система версионирования.
Однако нельзя заранее предполагать, что любая техническая схема нумерации версий полностью отражает характер математических изменений.
Например, изменение оформления документа может не затрагивать его нормативного содержания.
В то же время изменение одной операции способно существенно изменить математическую предметность системы.
Поэтому номер версии должен сопровождаться содержательным описанием изменений.
В первоначальном варианте можно различать:
редакционную модификацию, не затрагивающую нормативный смысл;
совместимое расширение, вводящее новые возможности без изменения объявленных действующих правил;
нормативную реконструкцию, изменяющую существенные основания системы;
ноокарионную реконструкцию, затрагивающую системообразующие характеристики.
Однако отношения между такими категориями требуют самостоятельной формализации.
В частности, совместимость должна определяться относительно конкретных требований.
Следовательно, изменение номера версии не должно автоматически заменять исследование математических и семантических последствий.
Особое значение приобретает документирование нормативной преемственности.
Она устанавливает происхождение одной редакции от другой, но не обязательно означает их полное тождество.
3.11. Ветвление конфигураций
В условиях полисистемности развитие нооинженерного объекта может осуществляться по нескольким независимым направлениям.
Например, на основе одной математической системы могут быть созданы альтернативные редакции с различными правилами операций.
При этом ни одна из них не обязана автоматически вытеснять другую.
Следовательно, необходим механизм конфигурационного ветвления.
Он должен обеспечивать идентификацию исходной редакции и каждой производной ветви.
Для каждой ветви фиксируются собственные нормативные требования.
Особое значение имеет возможность установления отношений совместимости.
Например, две редакции могут использовать одинаковую систему представления результатов, но различаться по математическим правилам формирования отдельных значений.
В таком случае необходимо отдельно исследовать возможность их взаимодействия.
Следовательно, ветвление должно сопровождаться сохранением самостоятельных конфигурационных паспортов.
При этом не следует считать, что все ветви должны впоследствии быть объединены.
В ряде случаев их параллельное существование соответствует принципу полисистемности.
3.12. Запрос на изменение
Для нормативно контролируемого развития проекта необходимо разработать процедуру регистрации изменений.
Её исходным документом может выступать запрос на изменение конфигурации.
Он должен содержать идентификатор затрагиваемого объекта и действующей редакции.
Затем формулируется предлагаемое изменение.
Отдельно указывается его назначение.
Необходимо определить, какие требования и компоненты могут быть затронуты.
Особое значение имеет предварительная оценка возможных последствий.
Например, изменение правила округления может повлиять на множество ранее полученных числовых представлений.
Следовательно, нельзя ограничиваться фиксацией одной изменённой формулы.
Необходимо исследовать связанные результаты и способы их проверки.
После предварительного анализа принимается решение о допустимости разработки соответствующего проекта.
Однако принятие запроса не означает автоматического принятия самого изменения.
Последнее требует выполнения предусмотренных проектных и проверочных процедур.
Таким образом, система управления изменениями должна различать предложение, разработку, проверку и нормативное принятие.
3.13. Анализ последствий изменения
Одной из наиболее сложных задач конфигурационного управления является установление области распространения изменений.
Например, в математической теории одно фундаментальное определение может использоваться многими производными конструкциями.
Если данное определение изменяется, возникает необходимость исследования соответствующих зависимостей.
Для решения такой задачи предлагается использовать типизированную систему связей между конфигурационными единицами.
В частности, могут быть установлены отношения:
«использует определение»;
«зависит от операции»;
«реализует требование»;
«проверяется процедурой»;
«происходит от редакции»;
«совместим при определённых условиях».
Однако наличие одной связи не всегда означает, что изменение обязательно влияет на соответствующий объект.
Необходимо учитывать конкретный характер зависимости.
Например, изменение технического способа хранения результата может не затрагивать его математическое значение.
В то же время изменение правила операции способно изменить множество вычислительных результатов.
Поэтому анализ последствий должен основываться на содержании отношений, а не только на структуре графа.
Особое значение приобретает возможность выделения компонентов, требующих повторной проверки.
Таким образом, анализ изменений должен соединять методы нооморфологии, нооиммунологии и нормативного конфигурационного управления.
3.14. Управление конфигурацией и закон строгого тождества
Одним из фундаментальных оснований управления конфигурацией выступает требование строгой определённости используемых понятий и объектов.
В гармонической логике автора закон строгого тождества связывает правомерность понятия с сохранением его содержания, объёма и состава в пределах соответствующего рассуждения.
Применительно к ноотехнической документации это означает необходимость исключать неявные смысловые подмены.
Например, определённое математическое обозначение может сохраняться после изменения исходного правила его интерпретации.
Если соответствующее изменение не зарегистрировано, результаты различных редакций могут ошибочно считаться тождественными.
Поэтому система управления конфигурацией должна обеспечивать фиксацию нормативного контекста каждого существенного результата.
Однако данное требование не означает запрета изменения самих понятий.
Нооинженерия предполагает возможность создания новых нормативных редакций.
Следовательно, закон строгого тождества должен учитываться посредством разграничения функционирования объекта внутри фиксированного контекста и перехода к новому контексту.
Таким образом, конфигурационное управление обеспечивает технологическую форму реализации принципа нормативно определённой изменчивости.
3.15. Жизненный цикл математической спецификации и её программной реализации
Для дальнейшего исследования необходимо разграничить жизненный цикл математической спецификации и жизненный цикл соответствующей программы.
Например, математическая процедура усечения рационального числа может быть определена формулой.
На основании этой формулы создаётся конкретная программа.
Затем программа проходит испытания.
Позднее может быть разработана более эффективная реализация.
Однако математическая спецификация при этом может оставаться прежней.
Следовательно, изменение программной версии не обязательно означает изменение математической системы.
Аналогичным образом изменение математической спецификации не может автоматически считаться реализованным только вследствие публикации нового нормативного документа.
Необходимо разработать соответствующие технические средства и проверить их корректность.
Поэтому предлагается использовать раздельные идентификаторы:
идентификатор математической спецификации;
идентификатор нормативной редакции;
идентификатор программной реализации;
идентификатор конкретного результата.
Такая система позволяет установить, какие математические правила использовались для получения определённого представления.
Особое значение имеет возможность воспроизведения результата по исторически конкретной конфигурации.
3.16. Пример конфигурационного развития системы НОО-ДПР-01
Продолжим исследование системы конечных десятичных представлений.
Предположим, что первоначально была разработана нормативная редакция:
НОО-ДПР-01 / редакция 1.0.
В этой редакции установлены следующие правила:
исходные объекты — точные рациональные числа;
класс точности n предусматривает 10^n десятичных позиций;
применяется усечение по направлению к нулю;
завершающие нули используются для получения нормативной длины записи.
Для числа 1/6 в первом классе получаем:
0,1666666666.
Теперь предположим, что разработчик предлагает перейти к округлению до ближайшего значения.
Такое изменение затрагивает математическое правило формирования представления.
Следовательно, оно не должно рассматриваться как простая редакционная правка документации.
Для новой системы может быть установлена самостоятельная нормативная редакция:
НОО-ДПР-01 / редакция 2.0.
В ней необходимо уточнить правило округления, включая порядок обработки случаев точного расположения исходного числа посередине между соседними допустимыми представлениями.
Для числа 1/6 получаем:
0,1666666667.
Следовательно, соответствующие редакции дают разные результаты.
Однако исходное точное рациональное число 1/6 остаётся прежним.
Изменяется нормативная технология его конечного представления.
Таким образом, рассматриваемый пример демонстрирует необходимость раздельного управления математическим объектом, правилом представления и конкретным результатом.
3.17. Совместимость редакций
Различные нормативные редакции могут сохранять определённые общие характеристики.
Например, в рассматриваемом случае обе системы используют десятичную запись и одинаковое количество позиций первого класса.
Однако правила формирования результатов различаются.
Следовательно, существует определённая совместимость формата, но не универсальное совпадение числовых результатов.
Рассмотрим число:
1/8.
При усечении и округлении до десяти позиций получаем одинаковую запись:
0,1250000000.
Однако для числа 1/6 результаты различаются.
Следовательно, совпадение отдельных контрольных примеров не устанавливает полной эквивалентности редакций.
Для исследования их отношений необходима специальная спецификация совместимости.
Она должна определять:
общие характеристики;
изменённые правила;
область совпадения результатов;
область возможного расхождения;
условия межредакционного преобразования;
ограничения повторного использования старых результатов.
При этом необходимо учитывать, что переход от усечения к округлению не является простым изменением формата.
Он затрагивает математическое значение отдельных конечных представлений.
Следовательно, конфигурационная система должна регистрировать данное изменение как нормативно значимое.
3.18. Приёмка нормативной редакции
Для принятия новой конфигурации необходимо установить процедуру проверки.
В первоначальном варианте она может включать несколько стадий.
Проверка требований.
Устанавливается полнота и достаточная определённость новой спецификации.
Проверка архитектуры.
Исследуется соответствие конструктивных решений требованиям.
Математическая проверка.
Устанавливаются свойства новых операций и их отношения с исходными определениями.
Техническая проверка.
Испытываются конкретные реализации.
Репродуктивная проверка.
Подтверждается возможность повторного получения результатов.
Интерфейсная проверка.
Исследуется взаимодействие с другими системами.
Конфигурационная проверка.
Контролируется правильность регистрации нормативной редакции и связанных компонентов.
Однако положительный результат отдельных испытаний не должен автоматически интерпретироваться как полное математическое доказательство всех свойств системы.
Поэтому приёмочная документация должна содержать сведения о характере и пределах проведённых проверок.
Особое значение имеет возможность принятия редакции для ограниченной предметной области.
Например, система может быть проверена применительно к рациональным числам, но ещё не иметь обоснованной технологии обработки произвольных точно заданных иррациональных чисел.
В таком случае её нормативная область применения должна быть ограничена соответствующим классом объектов.
3.19. Сопровождение и исправление дефектов
После принятия определённой нормативной редакции возникает необходимость её сопровождения.
В ходе функционирования могут обнаруживаться ошибки технических реализаций, недостаточность документации или непредусмотренные условия применения.
Однако соответствующие случаи требуют различных решений.
Если программа неправильно выполняет установленное математическое правило, необходимо исправить реализацию.
Если спецификация содержит неоднозначность, требуется её уточнение.
Если обнаружено внутреннее противоречие между обязательными требованиями, может потребоваться нормативная реконструкция.
Если возникает новая функциональная задача, может быть инициирован инновационный проект.
Следовательно, сопровождение должно включать механизмы классификации выявленных проблем.
Особенно важно различать дефект реализации и изменение математической теории.
Исправление ошибки программы не обязательно означает создание новой математической системы.
А изменение фундаментального определения не должно оформляться как обычное исправление программного дефекта.
Таким образом, управление жизненным циклом должно обеспечивать корректное определение предмета каждого изменения.
3.20. Восстановление предыдущей конфигурации
Одним из основных требований к управлению конфигурацией является возможность восстановления ранее зафиксированных состояний.
В нооинженерии данная задача имеет особое значение.
Например, после внедрения новой математической редакции может возникнуть необходимость повторного получения результатов, созданных по прежним правилам.
Для этого необходимо сохранить соответствующие спецификации и технические средства.
Однако восстановление прежней конфигурации не обязательно требует буквального использования прежней программы.
В отдельных случаях может быть разработана новая техническая реализация, точно соответствующая прежней математической спецификации.
При этом необходимо разграничивать восстановление нормативных правил и воспроизведение исторически конкретной технической среды.
Следовательно, степень восстановления должна определяться заранее.
Особое значение имеет возможность проверки исходных архивных материалов.
Если определённая редакция сохранилась только в виде неполного описания, восстановление её полного нормативного содержания может оказаться проблематичным.
Поэтому система конфигурационного управления должна обеспечивать сохранность не только текстов документов, но и необходимых сведений об их интерпретации.
Таким образом, конфигурационная восстановимость непосредственно связана с ноорепродуктологией и ноорегенерацией.
3.21. Архивирование и историческая определённость
Для изучения развития нооинженерных объектов необходимо сохранять сведения об их предшествующих состояниях.
Однако архивирование не должно сводиться к накоплению произвольных файлов.
Необходимо обеспечить возможность установить содержание конкретной нормативной редакции.
Например, архив математической системы должен содержать определения исходных объектов, правила операций и сведения о применявшихся системах координат.
Особое значение имеют результаты проверки.
Они позволяют установить, какие свойства были исследованы и в каких условиях.
При этом необходимо различать исторически существовавшее нормативное состояние и его последующую научную реконструкцию.
Если современный исследователь уточняет старое определение, соответствующее уточнение должно быть зафиксировано отдельно.
Оно не должно незаметно заменять исходный текст.
Таким образом, архивная система должна обеспечивать сохранение исторической определённости математических и семантических конструкций.
Это обстоятельство непосредственно связано с принципом строгого тождества и возможностью воспроизводимого критического исследования предшествующих теорий.
3.22. Управление конфигурацией ноотопоценоза
На уровне целой нооинженерной экосистемы управление конфигурацией приобретает более сложный характер.
Ноотопоценоз может включать множество объектов, популяций, ноосред и нормативных систем.
При этом отдельные компоненты могут изменяться независимо друг от друга.
Следовательно, необходимо обеспечить управление не только индивидуальными редакциями, но и отношениями между ними.
Например, одна математическая система может использовать конкретную редакцию интерфейса.
Другая — определённую редакцию нормативного словаря.
Если соответствующие компоненты изменяются, возникает необходимость проверки их совместимости.
Поэтому экосистемная конфигурация должна включать сведения о допустимых сочетаниях редакций.
Особое значение имеет возможность параллельного функционирования различных нормативных систем.
В условиях полисистемности такая организация должна рассматриваться как допустимая, если установлены необходимые правила взаимодействия.
Следовательно, управление конфигурацией ноотопоценоза не должно сводиться к поддержанию единственной универсальной версии всех компонентов.
Оно должно обеспечивать нормативно контролируемое сосуществование различных редакций и направлений развития.
3.23. Конфигурационный паспорт нооинженерного объекта
Для практической реализации предлагается разработать конфигурационный паспорт нооинженерного объекта.
Он должен содержать идентификатор объекта и нормативную редакцию.
Затем фиксируется исходная система координат.
Отдельно указывается используемая нооспецификация.
Следующий раздел содержит сведения о действующих требованиях.
Далее регистрируются архитектурные компоненты и конструктивные правила.
Особое место занимает идентификация технических реализаций.
Затем фиксируются результаты верификации, валидации и иных испытаний.
Отдельно описываются отношения с предшествующими и альтернативными редакциями.
Следующий раздел содержит сведения о совместимости с другими объектами и системами.
Наконец, паспорт должен включать историю изменений, статус сопровождения и условия восстановления.
При этом необходимо учитывать, что конфигурационный паспорт является специализированным документом.
Он не заменяет ноотехническое задание, архитектурное описание и математическую спецификацию.
Его назначение состоит в обеспечении связи между соответствующими документами и конкретными нормативными состояниями.
Таким образом, конфигурационная паспортизация может стать одной из основных технологий практической нооинженерии.
3.24. Жизненный цикл и научно-исследовательские работы
Особое значение имеет применение рассмотренной модели к научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам.
В нооинженерии такие работы могут быть направлены на создание новых математических объектов, теорий, алгоритмов, систем представления и нормативных технологий.
Однако результат исследовательского проекта не всегда известен заранее.
Поэтому необходимо различать жизненный цикл исследования и жизненный цикл уже специфицированного объекта.
На первоначальной стадии могут существовать несколько конкурирующих гипотез.
Затем разрабатываются альтернативные конструктивные модели.
После проверки часть из них может быть отклонена.
Другие получают дальнейшее развитие.
Следовательно, жизненный цикл ноотехнических НИОКР должен предусматривать исследовательскую неопределённость.
Однако такая неопределённость не отменяет необходимости документирования процесса.
Напротив, необходимо фиксировать исходные предположения, полученные результаты, использованные методы и ограничения сделанных выводов.
Особое значение приобретает возможность воспроизведения отрицательных результатов.
Если определённая конструкция была признана недопустимой относительно конкретных требований, соответствующее заключение должно сохранять возможность проверки.
Таким образом, управление жизненным циклом нооинженерного исследования предполагает сочетание конструктивной свободы с нормативной определённостью результатов.
3.25. Основные результаты главы
В настоящей главе предложено определение жизненного цикла нооинженерного объекта как системы процессов его разработки, спецификации, проверки, использования, сопровождения и реконструкции.
Разграничены жизненный цикл математического объекта, его нормативной спецификации и конкретной технической реализации.
Предложена первоначальная система стадий жизненного цикла.
Разработаны основные понятия управления конфигурацией.
Введены конфигурационная единица, базовая нормативная конфигурация и конфигурационный паспорт.
Рассмотрены версионирование, ветвление, регистрация изменений и анализ их последствий.
Особое внимание уделено связи конфигурационного управления с законом строгого тождества.
На примере системы конечных десятичных представлений рациональных чисел показано различие между изменением математического правила и модификацией его технической реализации.
Разработаны подходы к проверке совместимости нормативных редакций.
Рассмотрены механизмы сопровождения, восстановления и архивирования.
Установлено значение управления конфигурацией для нооинженерных экосистем, включающих несколько параллельно функционирующих нормативных систем.
Особое внимание уделено специфике жизненного цикла научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Таким образом, жизненный цикл нооинженерного объекта рассматривается как нормативно управляемая история его разработки и использования, тогда как управление конфигурацией обеспечивает сохранение определённости соответствующих состояний и отношений между ними.
Это создаёт основу для перехода к более специальным технологиям ноотехнических НИОКР, моделирования, испытаний и оценки качества нооинженерных объектов.
Именно эти направления получают дальнейшее развитие в последующих главах настоящей части.
*******
Глава 4. Ноотехнические научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы
4.1. От ноотехнического проектирования к исследовательской и конструкторской деятельности
В предшествующих главах настоящей части были рассмотрены ноотехническое задание, нооспецификация, архитектурное проектирование, жизненный цикл нооинженерного объекта и управление его конфигурацией.
Предложенные понятия позволяют определить основные условия перехода от исследовательского замысла к нормативно организованной конструкции.
Однако полноценное становление нооинженерии как технической науки предполагает создание специализированной системы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
В традиционной инженерии подобные работы занимают центральное место в процессах формирования новых технических решений.
Научно-исследовательская деятельность предназначена для получения знаний, необходимых для разработки соответствующих объектов и технологий.
Опытно-конструкторская деятельность направлена на создание конкретных конструкций, документации, опытных образцов и средств проверки.
Применительно к нооинженерии возникает необходимость самостоятельного определения соответствующих процессов.
Их предметом могут выступать новые понятия, математические объекты, операции, формальные системы, методы рассуждения, алгоритмы, интеллектуальные технологии и сложные нооинженерные экосистемы.
При этом не всякое научное исследование ментальных объектов следует автоматически считать ноотехнической НИОКР.
Для отнесения работы к соответствующей категории необходимо установить её инженерную направленность, предполагаемые конструктивные результаты и способы их проверки.
Таким образом, возникает задача разработки специальной теории ноотехнических научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
4.2. Предмет и определение ноотехнических НИОКР
Предлагается следующее рабочее определение.
Определение 4.1. Ноотехнические НИОКР — нормативно организованная совокупность научно-исследовательских и опытно-конструкторских процессов, направленных на изучение, разработку, проверку и подготовку к применению новых или существенно изменённых нооинженерных объектов, систем, методов и технологий.
В данном определении необходимо выделить несколько характеристик.
Во-первых, ноотехнические НИОКР обладают определённой предметной областью.
Во-вторых, они предусматривают постановку конкретной исследовательской или конструктивной задачи.
В-третьих, соответствующая деятельность должна приводить к результатам, допускающим определённое документирование.
В-четвёртых, необходимо устанавливать критерии оценки полученных результатов.
В-пятых, сама разработка должна обладать определённым нормативным и конфигурационным статусом.
Однако не следует заранее предполагать, что каждая ноотехническая НИОКР обязательно завершается успешным созданием нового объекта.
Научное исследование может привести к отрицательному результату.
Например, может быть установлена невозможность реализации определённой конструкции при заданных требованиях.
В другом случае исследование может выявить внутреннюю несовместимость исходных нормативных условий.
Такие результаты могут обладать самостоятельным научным значением.
Следовательно, успешность НИОКР не должна отождествляться исключительно с получением заранее ожидаемого положительного результата.
Необходимо различать успешность проведения исследования и подтверждение первоначальной научно-технической гипотезы.
4.3. Теоретическая преемственность с концепцией математики как технической науки
Постановка задачи разработки ноотехнических НИОКР имеет определённую историческую преемственность с авторской теорией ментальных объектов.
В работах автора 1990-х годов и в монографии «Пролегомены к инновационной войне по основаниям гармонической математики» 2002 года сознательная целенаправленная интеллектуальная деятельность рассматривается как производство искусственных ментальных объектов.
При этом такие объекты могут оцениваться по осмысленности, определённости, эффективности и другим существенным характеристикам.
Данная концепция создаёт философско-методологические предпосылки для рассмотрения математики как особого вида технической деятельности.
Однако переход к современной нооинженерии предполагает дальнейшую конкретизацию соответствующих положений.
Недостаточно утверждать, что математические теории могут рассматриваться как ментальные артефакты.
Необходимо определить способы их инженерного проектирования, конструирования, проверки и воспроизводства.
Особенно важно установить, какие результаты соответствующей деятельности обладают статусом завершённой конструкции.
Например, новая математическая гипотеза ещё не является доказанной теоремой.
Определение новой операции не гарантирует существования всех предполагаемых свойств соответствующей системы.
А разработка алгоритма не означает фактического завершения всех вычислений, которые он потенциально допускает.
Следовательно, ноотехнические НИОКР должны обеспечивать строгое разграничение исследовательских предположений, конструктивных решений и подтверждённых результатов.
Именно эта задача приобретает центральное значение при переходе от теории ментальных объектов к специализированным ноотехническим технологиям.
4.4. Разграничение ноотехнических НИР и ОКР
Для построения общей системы необходимо различать научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
Ноотехническая научно-исследовательская работа (ноотехническая НИР) — организованная деятельность, направленная на получение и проверку знаний о закономерностях, свойствах и возможностях построения определённых нооинженерных объектов или систем.
Ноотехническая опытно-конструкторская работа (ноотехническая ОКР) — организованная деятельность, направленная на создание и испытание конкретной нооинженерной конструкции или технологии на основании установленных требований и доступных результатов исследования.
В данном разграничении необходимо учитывать, что соответствующие процессы могут пересекаться.
Например, разработка новой математической системы может требовать как исследования её фундаментальных свойств, так и создания конкретных вычислительных процедур.
При этом возникновение новых теоретических вопросов способно потребовать возвращения от конструкторской стадии к научному исследованию.
Следовательно, разделение НИР и ОКР не обязательно означает строгую временную последовательность.
Оно характеризует прежде всего различие основных целей и ожидаемых результатов.
Для НИР центральное значение имеют исследовательские вопросы, гипотезы, модели, доказательства и выводы.
Для ОКР — конструктивные спецификации, опытные реализации, процедуры испытаний и документы, необходимые для воспроизводимого использования разработанного объекта.
Однако конкретный состав результатов должен определяться соответствующим ноотехническим заданием.
4.5. Основные виды ноотехнических НИОКР
Для первоначальной классификации предлагается выделить несколько направлений.
Семантические НИОКР предназначены для разработки определённых понятийных систем и методов контроля их смысловой определённости.
Логические НИОКР направлены на исследование и конструирование формальных правил рассуждения и вывода.
Математические НИОКР связаны с разработкой математических объектов, операций, систем шкал и конструктивных технологий.
Ноогенетические НИОКР исследуют правила формирования, наследования и преобразования нооинженерных конструкций.
Нооморфологические НИОКР предназначены для проектирования структур и архитектур ноообъектов.
Интерфейсные НИОКР связаны с разработкой механизмов сопряжения различных систем.
Ноометрологические НИОКР направлены на создание характеристик, шкал и процедур оценки.
Ноостандартизационные НИОКР предназначены для разработки нормативных правил, спецификаций и проектов стандартов.
Экосистемные НИОКР охватывают проектирование целых ноотопоценозов и систем управления их состояниями.
Однако перечисленные направления могут пересекаться.
Например, проектирование математической системы классов точности предполагает решение логико-математических, конструктивных, метрологических и нормативных задач.
Следовательно, конкретная работа может включать несколько исследовательских направлений.
При этом необходимо выделить её основную цель и установить отношения между составляющими проектными задачами.
4.6. Объекты ноотехнической разработки
Для практической организации НИОКР необходимо различать несколько типов объектов разработки.
Первую группу образуют исходные ментальные конструкции: понятия, определения, классы объектов и отношения.
Вторую — конструктивные системы, включающие правила формирования объектов и способы их организации.
Третью — функциональные технологии, предназначенные для выполнения определённых операций.
Четвёртую — нормативные системы, устанавливающие требования к использованию соответствующих конструкций.
Пятую — инструментальные системы, обеспечивающие автоматизированное создание, проверку или воспроизводство ноообъектов.
Шестую — нооинженерные экосистемы, объединяющие различные объекты, популяции, среды и механизмы взаимодействия.
При этом необходимо различать предмет исследования и конкретный технический результат.
Например, предметом НИР может быть математическая проблема построения определённой системы числовых объектов.
Результатом ОКР может стать программная система, реализующая конкретную процедуру их формирования.
Следовательно, в техническом задании необходимо устанавливать, какой объект исследуется и какой результат предполагается получить.
Такое разграничение предотвращает неявную подмену математической проблемы задачей создания программного средства.
4.7. Ноотехническая проблема и исследовательская гипотеза
Исходным элементом научно-исследовательской работы является постановка проблемы.
Однако необходимо различать проблему, гипотезу и требование.
Проблема устанавливает вопрос или затруднение, требующее исследования.
Гипотеза представляет собой предполагаемое объяснение или конструктивное решение.
Требование определяет условие, которому должен соответствовать определённый объект или результат.
Например, проблема может заключаться в разработке воспроизводимой технологии формирования конечных десятичных представлений произвольно заданных рациональных чисел.
Гипотеза может состоять в том, что соответствующая технология допускает определённую модульную архитектуру.
Требование может предписывать точное количество десятичных позиций и обязательное сохранение сведений об исходном рациональном числе.
Эти положения должны документироваться раздельно.
Особенно важно, что гипотеза не приобретает статус установленного результата только вследствие включения в ноотехническое задание.
Для её подтверждения необходимы соответствующие математические, экспериментальные или иные доказательственные основания.
Следовательно, научная дисциплина ноотехнических НИОКР должна обеспечивать прослеживаемость перехода от исходных предположений к проверенным результатам.
4.8. Научно-техническая новизна
Одним из важнейших вопросов является определение характера новизны предлагаемой разработки.
Однако новизну необходимо отличать от математической корректности и функциональной полезности.
Некоторая конструкция может быть математически корректной, но уже известной.
Другая может обладать определёнными новыми свойствами, но требовать дальнейшей проверки.
Третья может представлять собой новую техническую реализацию ранее известной математической операции.
Поэтому предлагается различать несколько видов новизны.
Терминологическая новизна связана с введением нового обозначения или названия.
Представленческая новизна характеризует новый способ задания существующего объекта.
Конструктивная новизна относится к новым правилам или архитектурам.
Функциональная новизна связана с появлением новых возможностей использования.
Методологическая новизна характеризует новые способы постановки и решения исследовательских задач.
Нормативная новизна предполагает разработку новых правил и стандартов.
Фундаментальная математическая новизна связана с новыми объектами, теоремами, аксиоматическими системами или доказанными свойствами.
При этом перечисленные категории не обязательно образуют шкалу ценности.
Практически значимая техническая инновация может сохранять ранее известные математические основания.
А фундаментальное теоретическое предложение может длительное время не иметь непосредственной технической реализации.
Следовательно, оценка новизны должна сопровождаться указанием предмета сравнения и использованных источников.
4.9. Ноотехническое задание на НИОКР
Для организации конкретной работы необходимо разработать специальное ноотехническое задание.
Оно должно включать следующие основные разделы.
Основание разработки. Указывается исследовательская проблема или практическая потребность.
Цель. Определяется предполагаемый научный или конструкторский результат.
Объект исследования. Фиксируются рассматриваемая предметная область и система координат.
Исходные положения. Перечисляются определения, гипотезы и нормативные ограничения.
Задачи. Устанавливается совокупность исследовательских и конструкторских действий.
Методы. Определяются предполагаемые математические, логические, вычислительные и инженерные процедуры.
Результаты. Указывается состав ожидаемых научных материалов и конструкторской документации.
Критерии оценки. Устанавливаются требования к подтверждению полученных результатов.
Условия воспроизводства. Определяются необходимые исходные данные и характеристики среды.
Управление изменениями. Фиксируются правила пересмотра задания и нормативных редакций.
При этом необходимо учитывать, что в ходе НИР могут быть обнаружены обстоятельства, требующие изменения первоначальной программы.
Такое изменение не должно автоматически рассматриваться как нарушение исследовательской дисциплины.
Однако оно должно сопровождаться соответствующим документированием.
Следовательно, ноотехническое задание должно сочетать определённость цели с возможностью нормативно контролируемой исследовательской реконструкции.
4.10. Этапы ноотехнических НИОКР
Для первоначальной организации предлагается использовать следующую последовательность.
Этап 1. Постановка проблемы.
Устанавливаются предмет исследования, исходные противоречия или недостаточность существующих решений.
Этап 2. Исследование предшествующих разработок.
Выявляются известные подходы, результаты и ограничения.
Этап 3. Формирование концепции.
Предлагаются исходные определения и варианты конструктивного решения.
Этап 4. Теоретическое исследование.
Изучаются математические и логические свойства предлагаемых конструкций.
Этап 5. Разработка спецификации.
Фиксируются нормативные требования и правила.
Этап 6. Архитектурное проектирование.
Определяются структура, функции и интерфейсы.
Этап 7. Создание опытной реализации.
Разрабатывается соответствующая конструкция или техническое средство.
Этап 8. Испытания.
Проводятся предусмотренные виды проверки.
Этап 9. Анализ результатов.
Устанавливаются подтверждённые положения, ограничения и выявленные нарушения.
Этап 10. Оформление результатов.
Подготавливаются научные отчёты, спецификации, паспорта и проекты нормативных документов.
Однако данная последовательность представляет собой ориентировочную модель.
Отдельные этапы могут выполняться параллельно, а результаты испытаний способны потребовать возвращения к проектированию.
Особое значение имеет фиксация контрольных состояний проекта.
4.11. Система результатов ноотехнической НИР
Для обеспечения воспроизводимости необходимо определить состав результатов научно-исследовательской работы.
В зависимости от предметной области они могут включать:
уточнённую постановку исследовательской проблемы;
систему исходных определений;
формальные модели;
сформулированные и доказанные математические положения;
исследовательские гипотезы, статус которых ещё не установлен;
контрпримеры;
результаты вычислительных экспериментов;
классификации объектов и отношений;
обоснование ограничений применённых методов;
рекомендации по дальнейшей разработке.
Однако необходимо различать доказанные положения и предварительные выводы.
Например, обнаружение закономерности в конечном наборе вычислений может стать основанием для гипотезы.
Но оно не является универсальным доказательством соответствующего утверждения о произвольных математических объектах.
Следовательно, научный отчёт должен включать сведения о доказательственном статусе каждого существенного результата.
Особое значение приобретают отрицательные результаты.
Установленная невозможность построения объекта при определённых предпосылках может способствовать уточнению самого ноотехнического задания.
Однако такая невозможность должна быть обоснована относительно конкретной системы требований.
4.12. Система результатов ноотехнической ОКР
Опытно-конструкторская работа имеет несколько иной основной предмет.
Её результатом должна стать конструкция, позволяющая выполнить определённые функции.
В первоначальном варианте предлагается выделить следующие результаты:
Нооспецификация — нормативное описание объекта.
Архитектурный проект — система конструктивных решений.
Опытная реализация — конкретная конструкция, программное средство или другая форма технического воплощения.
Методика испытаний — правила и условия проверки.
Протоколы испытаний — документированные результаты соответствующих процедур.
Конфигурационный паспорт — сведения о составе и редакциях компонентов.
Репродуктивный пакет — материалы, необходимые для повторного получения результата.
Отчёт об ограничениях — описание известных недостатков и границ применения.
Проект нормативного документа — предлагаемые правила использования разработки.
Однако не все перечисленные документы обязательно необходимы для каждой небольшой опытной работы.
Конкретный состав должен определяться сложностью проекта и его назначением.
При этом наличие документа не заменяет фактического выполнения предусмотренной проверки.
Следовательно, результаты ОКР должны сопровождаться соответствующими доказательственными материалами.
4.13. Исследовательская неопределённость и инженерный риск
Ноотехнические НИОКР могут сопровождаться несколькими различными видами неопределённости.
Теоретическая неопределённость возникает, когда ещё не установлены необходимые математические свойства.
Семантическая неопределённость связана с недостаточной определённостью исходных понятий.
Конструктивная неопределённость характеризует отсутствие завершённого способа построения объекта.
Вычислительная неопределённость относится к неизвестным характеристикам алгоритмической осуществимости.
Ресурсная неопределённость связана с доступными техническими средствами.
Нормативная неопределённость возникает при отсутствии установленных требований или процедур принятия решения.
Эти случаи требуют различных способов исследования.
Например, недостаточную определённость понятия необходимо устранять посредством уточнения спецификации.
Неизвестное математическое свойство может требовать доказательства.
А ресурсное ограничение — инженерного анализа технической реализации.
Следовательно, нельзя заменять все перечисленные проблемы общим понятием «ошибка».
Особое значение приобретает разработка реестра ноотехнических рисков.
Он должен фиксировать возможные неблагоприятные события, их причины, последствия и предполагаемые меры реагирования.
Однако риск не должен отождествляться с доказанной невозможностью соответствующего проекта.
4.14. Пример НИОКР: система нормативной десятичной экспликации
Рассмотрим условный проект НОО-ДПР-01 — «Система нормативной десятичной экспликации рациональных чисел», первоначально введённый в предыдущих главах.
Предметом проекта является разработка технологии формирования конечных десятичных представлений точных рациональных чисел.
Исходное число задаётся отношением:
x = p/q,
где p и q — целые числа, а q ; 0.
Для соответствующего класса точности устанавливается количество десятичных позиций:
d = 10^n,
где n — номер класса.
В первоначальной редакции используется операция усечения по направлению к нулю.
Тогда математическое значение результата определяется формулой:
T_d(x) = sgn(x) · floor(|x| · 10^d) / 10^d.
При этом завершённое представление должно содержать ровно d десятичных позиций.
Необходимо подчеркнуть, что данная система предназначена для построения конечных приближений и нормативных записей.
Она не изменяет определения исходных рациональных чисел.
Следовательно, ноотехнический проект должен обеспечивать раздельную идентификацию точного объекта, алгоритма его представления и полученного результата.
4.15. Научно-исследовательская программа проекта
В рамках НИР по проекту НОО-ДПР-01 необходимо решить несколько задач.
Первая — формально определить предметную область и операцию усечения.
Вторая — исследовать свойства математического результата.
Третья — установить условия формирования записи с ровно заданным количеством позиций.
Четвёртая — исследовать согласованность представлений различных классов.
Пятая — установить ограничения межклассовых преобразований.
Шестая — исследовать вычислительную сложность возможных алгоритмов.
Седьмая — сформировать требования к проверке результатов.
Особое значение имеет доказательство математических характеристик процедуры усечения.
Например, для любого рационального числа x и положительного целого d должно быть установлено:
|x ; T_d(x)| < 10^(;d).
Кроме того, при D ; d необходимо исследовать соотношение:
T_d(T_D(x)) = T_d(x).
Однако такие положения должны сопровождаться математическим обоснованием.
Они не могут считаться установленными исключительно вследствие включения в программу исследования.
Таким образом, научно-исследовательская часть проекта должна привести к системе формально обоснованных свойств и ограничений соответствующей технологии.
4.16. Опытно-конструкторская программа проекта
На основании результатов НИР может быть сформирована программа ОКР.
Её целью является создание опытной реализации, обеспечивающей получение конечных десятичных представлений рациональных чисел.
Первоначально необходимо разработать модуль задания исходного объекта.
Затем — модуль определения класса точности.
Следующий компонент должен реализовывать соответствующую арифметическую процедуру.
Отдельно разрабатывается модуль формирования нормативной записи.
Затем создаётся система проверки результата.
Наконец, необходим модуль паспортизации.
Однако конкретная техническая архитектура может отличаться от указанной функциональной декомпозиции.
Например, операции усечения и форматирования могут быть реализованы в одном программном компоненте.
При этом необходимо сохранять возможность самостоятельной проверки соответствующих требований.
Особое значение имеет выбор алгоритма.
В качестве одного из вариантов может использоваться точная целочисленная арифметика.
Другой вариант предполагает последовательное порождение десятичных цифр.
Однако оба варианта должны обеспечивать математическое соответствие одной и той же нормативной спецификации.
Следовательно, ОКР должна включать сопоставление альтернативных технических решений и обоснование принятой архитектуры.
4.17. Ограничения физической экспликации
Одной из фундаментальных особенностей рассматриваемого проекта является быстрое возрастание объёма представлений при увеличении номера класса.
В авторской шкале:
класс 1 предусматривает 10 десятичных позиций;
класс 2 — 100;
класс 3 — 1000;
класс 6 — 1 000 000;
класс 12 — 10^12 десятичных позиций.
При этом формальная определённость правила d = 10^n не означает, что любая техническая реализация способна фактически сформировать представления всех классов.
Необходимо различать нормативную определимость класса, алгоритмическую возможность вычисления, техническую осуществимость и фактически завершённый результат.
Например, создание алгоритма, способного получать дополнительные десятичные позиции числа, не означает, что им уже получена полная последовательность предусмотренного класса.
Следовательно, в техническом задании необходимо отдельно устанавливать поддерживаемые классы и ресурсные условия их обработки.
Особое значение имеет разграничение математической и технической неосуществимости.
Если определённая вычислительная система не обладает достаточными ресурсами, это не доказывает математической невозможности соответствующей операции.
Однако проект не должен объявляться технически реализованным для соответствующего класса без необходимых подтверждений.
Таким образом, анализ ресурсных ограничений является обязательной частью ноотехнических НИОКР, связанных с большими математическими объектами.
4.18. Независимая научно-техническая экспертиза
Для обеспечения качества ноотехнических НИОКР необходимо предусматривать возможность независимой проверки существенных результатов.
При этом могут использоваться различные виды экспертизы.
Логическая экспертиза исследует корректность формальных выводов.
Семантическая экспертиза устанавливает определённость используемых понятий и интерпретаций.
Математическая экспертиза предназначена для проверки доказательств и свойств операций.
Конструктивная экспертиза оценивает соответствие архитектуры требованиям.
Репродуктивная экспертиза исследует возможность повторного получения результатов.
Нормативная экспертиза устанавливает соответствие документации выбранной системе требований.
Такая организация имеет определённую преемственность с ранее разработанными автором представлениями о специализированном логическом, семантическом и онтологическом контроле интеллектуальных разработок.
Однако в настоящем исследовании предполагается переход к конкретным инженерным процедурам.
Особенно важно, что независимая экспертиза должна опираться на установленные критерии.
Она не может считаться доказательной только вследствие авторитетности участвующих специалистов.
Для проверяемых математических положений необходимы соответствующие логические и математические основания.
Следовательно, система экспертизы должна обеспечивать регистрацию не только заключений, но и методов их получения.
4.19. Паспорт ноотехнической НИОКР
Для практической организации предлагается разработать паспорт ноотехнической НИОКР.
Он должен включать:
идентификатор и наименование проекта;
нормативную редакцию технического задания;
исследовательскую проблему;
предметную область;
исходные определения и гипотезы;
цели и задачи;
предполагаемые конструктивные результаты;
применяемые методы;
этапы работ;
состав научной и технической документации;
критерии оценки результатов;
сведения о проведённых проверках;
ограничения и риски;
историю изменений;
итоговый научно-технический статус.
Особое значение имеет связь паспорта с другими ноотехническими документами.
Например, результаты математического исследования должны быть связаны с соответствующими архитектурными решениями.
А результаты испытаний — с конкретными требованиями и редакциями реализованных объектов.
Следовательно, паспорт должен обеспечивать прослеживаемость всего процесса НИОКР.
В дальнейшем соответствующая структура может стать основой проекта специализированного ноотехнического стандарта.
4.20. Основные результаты главы
В настоящей главе предложено определение ноотехнических НИОКР как организованной системы научных и опытно-конструкторских процессов, направленных на создание и проверку ментальных конструкций.
Разграничены ноотехнические НИР и ОКР.
Предложена первоначальная классификация видов ноотехнических исследований и разработок.
Рассмотрены различия между проблемой, гипотезой, требованием и проверенным результатом.
Разработаны исходные требования к ноотехническому заданию на НИОКР.
Предложена система основных этапов исследовательской и конструкторской деятельности.
Особое внимание уделено доказательственному статусу математических результатов и ограничениям технической реализации.
На примере проекта НОО-ДПР-01 рассмотрены взаимосвязанные программы НИР и ОКР.
Предложены первоначальные требования к независимой экспертизе и паспорту ноотехнической НИОКР.
Таким образом, ноотехнические НИОКР рассматриваются как система целенаправленного получения, конструирования, проверки и документирования новых ментальных объектов и технологий, обеспечивающая переход от теоретических предположений к воспроизводимым инженерным результатам.
Однако для полноценной реализации данной системы необходимо разработать специальные методы моделирования, испытаний, верификации и валидации.
Именно эти вопросы составляют предмет следующей главы.
Глава 5. Ноотехническое моделирование, испытания, верификация и валидация
5.1. Проблема доказательственного обеспечения ноотехнического проектирования
Создание нооинженерного объекта предполагает необходимость установления его соответствия определённым требованиям.
Однако различные виды требований предполагают различные способы проверки.
Например, математическое утверждение может требовать строгого доказательства.
Алгоритм может проверяться посредством формального анализа и вычислительных испытаний.
Нормативная спецификация требует проверки смысловой определённости, полноты и внутренней согласованности.
Техническая реализация может исследоваться посредством испытаний в определённой вычислительной среде.
Следовательно, необходимо разграничить моделирование, испытание, верификацию, валидацию и математическое доказательство.
Эти понятия связаны между собой, но не являются взаимозаменяемыми.
В частности, успешное испытание нескольких вычислительных примеров не доказывает универсальное математическое утверждение.
А формально корректное доказательство определённого свойства математической операции не гарантирует отсутствия ошибок в её конкретной программной реализации.
Следовательно, ноотехническая система проверки должна учитывать различные уровни предметности.
Для решения соответствующей задачи предлагается использовать специализированную теорию ноотехнического моделирования и оценки соответствия.
Её назначение состоит в разработке воспроизводимых методов исследования нооинженерных объектов, моделей, конструкций и реализуемых функций.
5.2. Ноотехническая модель
Предлагается следующее рабочее определение.
Определение 5.1. Ноотехническая модель — нормативно определённая конструкция, предназначенная для представления и исследования установленных характеристик, отношений или процессов определённого нооинженерного объекта либо системы.
При этом необходимо разграничивать моделируемый объект и саму модель.
Например, модель математической системы может описывать её исходные понятия, операции и отношения.
Однако такое описание не обязательно содержит все свойства соответствующей системы.
В другом случае модель может специально выделять только характеристики, необходимые для определённого вида проверки.
Следовательно, модель всегда должна рассматриваться относительно цели её использования.
Особое значение имеет система координат.
Одна математическая конструкция может иметь несколько различных моделей.
При этом они могут выделять разные характеристики одного объекта.
В частности, числовое значение, десятичное представление и алгоритм формирования представления не должны автоматически отождествляться.
Поэтому ноотехническая модель должна включать описание собственного предмета, существенных предпосылок и ограничений.
Таким образом, моделирование рассматривается как специальный инструмент инженерного исследования, а не как полная замена моделируемого объекта.
5.3. Основные виды ноотехнических моделей
Для первоначальной классификации предлагается выделить несколько групп моделей.
Семантические модели предназначены для исследования понятий, определений и отношений интерпретации.
Логические модели характеризуют правила рассуждения и вывода.
Математические модели описывают объекты, операции и формальные отношения.
Конструктивные модели устанавливают способы построения соответствующих объектов.
Ноогенетические модели характеризуют правила порождения и наследования конструкций.
Нооморфологические модели описывают структуру и архитектуру.
Функциональные модели определяют назначение компонентов и ожидаемые результаты.
Операционные модели характеризуют процедуры выполнения действий.
Нормативные модели описывают требования и условия допустимости.
Экосистемные модели предназначены для исследования взаимодействия объектов, популяций и ноосред.
Однако данные виды могут пересекаться.
Например, математическая модель определённого алгоритма может одновременно характеризовать его конструктивные и функциональные свойства.
Поэтому при классификации необходимо учитывать основное назначение модели и используемые методы исследования.
Особенно важно различать модель, предназначенную для объяснения уже известного объекта, и модель, используемую для конструирования нового.
Во втором случае она выступает непосредственным элементом проектной деятельности.
5.4. Полнота и адекватность ноотехнической модели
Одной из фундаментальных проблем является оценка достаточности модели для решения поставленной задачи.
Необходимо различать полноту описания и его адекватность определённому назначению.
Например, модель десятичного представления числа может содержать его количество позиций и способ записи.
Однако этих сведений недостаточно для проверки правильности математического значения результата.
Для такой проверки необходимы данные об исходном числе и применённой операции.
Следовательно, модель может быть достаточной для одного вида исследования и недостаточной для другого.
Поэтому при её разработке необходимо устанавливать:
цель моделирования;
моделируемую предметную область;
существенные характеристики;
принятые упрощения;
используемые правила;
ограничения интерпретации;
способы проверки адекватности.
Особенно важно не отождествлять сложность модели с её качеством.
Избыточно сложная конструкция может затруднять проверку без увеличения её доказательственной силы.
Следовательно, адекватность модели должна оцениваться относительно конкретной исследовательской задачи.
5.5. Ноотехническое испытание
Для исследования фактически реализованных свойств нооинженерного объекта предлагается использовать понятие ноотехнического испытания.
Определение 5.2. Ноотехническое испытание — нормативно организованная процедура получения и оценки определённых характеристик нооинженерного объекта, модели или реализации при установленных условиях.
В данном определении существенны четыре элемента.
Первый — наличие проверяемого объекта.
Второй — наличие определённых условий испытания.
Третий — выполнение предусмотренной процедуры.
Четвёртый — регистрация результата относительно установленных критериев.
Однако необходимо учитывать, что испытание не обязательно связано с физическим экспериментом.
Например, определённая формальная система может исследоваться посредством вычислительного исполнения заранее установленных тестовых конструкций.
В другом случае проверяются результаты выполнения математического алгоритма.
При этом необходимо разграничить испытание и доказательство.
Испытание определённого набора случаев устанавливает свойства именно этих случаев в предусмотренных условиях.
Для вывода об универсальной математической закономерности необходимы дополнительные основания.
Следовательно, результаты ноотехнических испытаний должны сопровождаться указанием их доказательственных границ.
5.6. Верификация и валидация
Для организации ноотехнических проверок необходимо различать два фундаментальных процесса.
Ноотехническая верификация устанавливает соответствие объекта, модели или реализации заданной спецификации.
Ноотехническая валидация исследует пригодность соответствующего объекта для выполнения установленного назначения в предполагаемых условиях использования.
Например, математическая система может корректно формировать десятизначные представления рациональных чисел.
В этом случае она удовлетворяет определённым требованиям своей спецификации.
Однако для научной задачи, требующей ста десятичных позиций, соответствующая реализация может оказаться недостаточной.
Следовательно, положительный результат верификации не обязательно означает успешную валидацию относительно произвольной задачи.
Возможна и обратная ситуация.
Определённый результат может быть достаточно близок к требуемому для практического применения, но получен с нарушением обязательного нормативного правила.
В таком случае положительная оценка прикладной пригодности не заменяет проверки соответствия спецификации.
Таким образом, верификация и валидация представляют собой самостоятельные, но взаимосвязанные направления оценки нооинженерных объектов.
При этом необходимо учитывать, что сами требования могут нуждаться в дополнительной проверке определённости.
Следовательно, разработка требований также должна быть предметом соответствующих контрольных процедур.
5.7. Математическое доказательство и вычислительный эксперимент
В области математической инженерии особое значение имеет различие между доказательством и экспериментом.
Математическое доказательство устанавливает определённое положение на основании принятых правил соответствующей формальной системы.
Вычислительный эксперимент позволяет исследовать конкретные случаи и выявлять возможные закономерности.
Однако конечный набор вычислений не заменяет доказательства универсального утверждения.
Например, алгоритм может правильно вычислить миллион конкретных рациональных представлений.
Но этот факт не означает автоматического доказательства его корректности для всех допустимых рациональных чисел.
Для соответствующего вывода необходимо исследовать математическую структуру алгоритма.
Вместе с тем формально доказанная корректность математической процедуры не освобождает от проверки её программной реализации.
Программа может содержать ошибки обработки данных, ограничения на размеры чисел или иные технические недостатки.
Следовательно, ноотехническое исследование должно использовать раздельные доказательственные процедуры.
Одна устанавливает математические свойства.
Другая проверяет соответствие реализации этим свойствам.
Третья исследует пригодность разработанного средства для конкретной задачи.
Такое разграничение представляет собой одно из фундаментальных условий инженерной строгости.
5.8. Формальная спецификация проверяемой операции
Продолжим исследование проекта НОО-ДПР-01.
Его предметом является формирование конечных десятичных представлений рациональных чисел.
Пусть исходный объект задан как:
x = p/q,
где p и q — целые числа, q > 0.
Для номера класса n устанавливается:
d = 10^n.
Математическое значение результата усечения определяется формулой:
T_d(x) = sgn(x) · floor(|x| · 10^d) / 10^d.
При этом необходимо различать значение полученного рационального числа и его нормативное десятичное представление.
Например:
T_10(1/8) = 1/8.
Однако нормативная запись первого класса имеет вид:
0,1250000000.
Следовательно, корректность процедуры должна исследоваться на двух уровнях.
Первый — правильность математического значения результата.
Второй — соответствие нормативной форме записи.
При этом наличие правильной записи не обязательно доказывает, что она была получена предусмотренным алгоритмом.
Для установления конструктивной воспроизводимости необходима дополнительная проверка процедуры.
5.9. Доказательство границы погрешности усечения
Рассмотрим положительное рациональное число:
x = p/q,
где p ; 0, q > 0.
Пусть d — положительное целое число.
Согласно алгоритму деления с остатком:
p · 10^d = q · k + r,
где:
0 ; r < q.
Тогда:
k = floor(p · 10^d / q).
Следовательно:
T_d(x) = k / 10^d.
Из определения остатка получаем:
p/q = k/10^d + r/(q · 10^d).
Отсюда:
x ; T_d(x) = r/(q · 10^d).
Поскольку:
0 ; r < q,
имеем:
0 ; x ; T_d(x) < 10^(;d).
Для отрицательных рациональных чисел аналогичный результат следует из определения усечения по направлению к нулю.
Таким образом, для любого рационального числа выполняется:
|x ; T_d(x)| < 10^(;d).
Данное доказательство устанавливает математическое свойство операции усечения.
Однако оно не подтверждает автоматически правильность конкретной программной реализации.
Для последней необходимы самостоятельные испытания.
Особенно важно, что величина 10^(;d) представляет собой математическую границу абсолютной погрешности рассматриваемой операции, а не автоматически неопределённость физического измерения.
5.10. Согласованность усечения различных классов
Одним из важных свойств рассматриваемой математической процедуры является возможность последовательного усечения.
Пусть:
D ; d.
Тогда необходимо исследовать соотношение:
T_d(T_D(x)) = T_d(x).
Для неотрицательного рационального числа это следует из свойств целой части.
Если более длинное десятичное представление было получено посредством усечения, последующее удаление позиций до установленной меньшей длины приводит к тому же результату, что и непосредственное усечение исходного числа.
Для отрицательных чисел аналогичное соотношение сохраняется при использовании одного и того же правила усечения по направлению к нулю.
Следовательно, при согласованной нормативной спецификации соответствующее преобразование обладает определённым свойством межклассовой согласованности.
Однако обратное отношение не выполняется в общем случае.
Из более короткого представления невозможно однозначно восстановить отсутствующие цифры более длинного представления исходного числа.
Следовательно, переход к более высокому классу требует дополнительной информации об исходном объекте.
Таким образом, межклассовая согласованность не означает взаимной обратимости соответствующих преобразований.
Это обстоятельство должно учитываться при проектировании интерфейсов.
5.11. Ограничения сохранения арифметических операций
Особое значение имеет исследование того, сохраняет ли преобразование числовых представлений арифметические операции.
Рассмотрим усечение до десяти десятичных позиций.
Пусть:
a = 1/6
и
b = 1/6.
Тогда:
T_10(a) = 0,1666666666;
T_10(b) = 0,1666666666.
Сумма полученных представлений равна:
0,3333333332.
Однако точная сумма исходных чисел составляет:
a + b = 1/3.
Её усечённое десятизначное представление имеет вид:
T_10(a + b) = 0,3333333333.
Следовательно:
T_10(a) + T_10(b) ; T_10(a + b).
Таким образом, операция усечения не сохраняет сложение в указанном универсальном отношении.
Однако это не означает некорректности самой процедуры.
Соответствующий результат устанавливает ограничение её использования.
Следовательно, математическая спецификация должна определять, какие операции допускается выполнять над исходными точными числами и какие — над их конечными представлениями.
В отдельных случаях могут потребоваться дополнительные правила округления и оценки накопленной погрешности.
Однако они должны разрабатываться самостоятельно.
5.12. Система контрольных примеров
Для испытания опытной реализации необходимо разработать набор контрольных объектов.
В первоначальном варианте для первого класса точности могут использоваться следующие примеры.
Исходный объект Условие Ожидаемая запись
1/3 Усечение, 10 позиций 0,3333333333
1/6 Усечение, 10 позиций 0,1666666666
;1/6 Усечение к нулю, 10 позиций ;0,1666666666
1/8 Точное конечное значение 0,1250000000
0 Нулевой результат 0,0000000000
1/2 Точное конечное значение 0,5000000000
Отдельно необходимо предусмотреть проверку недопустимых входных данных.
Например, выражение 1/0 не соответствует условию задания рационального числа.
Следовательно, система должна отклонять такой вход или возвращать специальный статус ошибки.
При этом необходимо различать математическую недопустимость исходных данных и техническую невозможность выполнения допустимого вычисления вследствие нехватки ресурсов.
Для этих ситуаций требуются разные диагностические сообщения.
Особое значение имеет проверка отрицательных чисел.
Операция усечения по направлению к нулю должна отличаться от округления вниз.
Таким образом, контрольный набор должен включать примеры, позволяющие выявлять наиболее существенные виды возможных ошибок.
5.13. Граничные и различающие испытания
Для повышения доказательственной ценности испытаний необходимо использовать не только обычные, но и специально подобранные контрольные объекты.
Граничные испытания исследуют поведение системы на пределах допустимых областей.
Например, могут проверяться минимальный разрешённый номер класса, нулевое значение исходного числа и предельные значения параметров конкретной технической реализации.
Различающие испытания предназначены для выявления отличий между альтернативными конструктивными правилами.
Например, для числа 1/3 усечение и округление до десяти позиций дают одинаковую запись.
Но для числа 1/6 результаты различаются.
Следовательно, второй объект является более информативным при проверке выбранного правила формирования представления.
Негативные испытания проверяют реакцию системы на недопустимые входные данные.
Репродуктивные испытания исследуют возможность повторного получения результатов.
Межклассовые испытания проверяют согласованность преобразований между различными классами.
Однако необходимо учитывать, что набор испытаний сам может содержать ошибки.
Поэтому его проектирование и проверка должны рассматриваться как самостоятельные инженерные задачи.
5.14. Независимость проверочной процедуры
Одной из наиболее существенных проблем является возможность использования одного и того же ошибочного алгоритма как для получения результата, так и для его проверки.
В таком случае тестирование может не выявить определённые дефекты.
Например, если вычислительная процедура неправильно интерпретирует отрицательные числа, а контрольная процедура использует тот же ошибочный код, их результаты могут совпадать.
Однако совпадение не означает математической корректности.
Поэтому для существенных требований необходимо предусматривать независимые контрольные основания.
В частности, проверка может осуществляться посредством точной целочисленной арифметики, отличающейся от алгоритма основной реализации.
Для некоторых свойств возможно использование формальных доказательств.
В других случаях применяются дополнительные контрольные примеры.
Однако необходимо учитывать, что независимость технических реализаций не гарантирует отсутствия общей ошибки в исходной математической спецификации.
Следовательно, проверка математической модели и проверка программной реализации должны осуществляться раздельно.
При этом степень независимости определяется характером проекта и критичностью соответствующих требований.
5.15. Метаморфные проверки и отношения между результатами
Для некоторых математических технологий возможно использование проверок, основанных не на заранее известном конкретном результате, а на определённых отношениях между несколькими результатами.
В программной инженерии подобные методы могут рассматриваться как разновидность метаморфного тестирования.
Применительно к ноотехнической системе усечения можно использовать, например, следующие свойства.
Согласованность классов:
T_d(T_D(x)) = T_d(x) при D ; d.
Сохранение знака в математическом значении:
T_d(;x) = ;T_d(x).
Ограничение погрешности:
|x ; T_d(x)| < 10^(;d).
Идемпотентность:
T_d(T_d(x)) = T_d(x).
Такие свойства позволяют формировать дополнительные программы испытаний.
Однако необходимо учитывать, что их использование требует предварительного математического обоснования.
Не следует объявлять соответствующее отношение обязательным только вследствие его внешней правдоподобности.
Например, некоторые преобразования округления не сохраняют арифметические операции, что было показано ранее.
Следовательно, метаморфные проверки должны опираться на конкретные доказанные свойства используемой математической модели.
5.16. Испытания различных классов точности
Особую задачу представляет проверка перехода между различными классами точности.
В авторской шкале номер класса n определяет количество позиций:
d = 10^n.
Следовательно, первый класс содержит десять десятичных позиций, второй — сто, третий — тысячу.
Однако увеличение количества позиций не обязательно сопровождается пропорциональным увеличением всех ресурсных затрат.
Сложность конкретной реализации зависит от используемого алгоритма, способов хранения данных и характеристик исходного числа.
Поэтому технические испытания должны включать измерение фактических ресурсов.
При этом необходимо разграничивать заявленную математическую возможность построения результата и подтверждённую техническую осуществимость.
Например, спецификация может допускать произвольный положительный номер класса.
Однако конкретная программа может обеспечивать завершённую экспликацию лишь до некоторого технически установленного предела.
В таком случае соответствующее ограничение должно быть отражено в технической документации.
Особенно важно различать отказ вследствие недостатка памяти и математическую неопределённость исходного объекта.
Первое относится к технической среде реализации.
Второе требует самостоятельного математического анализа.
5.17. Валидация относительно инженерного назначения
После установления соответствия системы её спецификации необходимо исследовать пригодность разработанного объекта для предусмотренных задач.
Например, система первого класса точности корректно формирует десятизначные представления.
Однако определённая научная задача может требовать большего количества позиций.
В таком случае система может быть верифицирована, но не удовлетворять конкретному назначению.
В другом случае использование слишком высокого класса точности может приводить к неоправданным вычислительным затратам.
Следовательно, необходимо определить разумное соответствие характеристик системы поставленной задаче.
Однако нельзя считать, что более короткое представление математически правильнее только вследствие меньших ресурсных затрат.
Аналогичным образом увеличение количества позиций не гарантирует улучшения качества решения всякой прикладной задачи.
Следовательно, валидация должна осуществляться относительно конкретных функциональных требований.
Особое значение имеет возможность документирования области подтверждённой пригодности.
Например, система может быть валидирована для формирования представлений определённых классов рациональных чисел в конкретных вычислительных условиях.
Однако это заключение не следует автоматически распространять на все возможные математические объекты.
5.18. Протокол ноотехнических испытаний
Для обеспечения воспроизводимости предлагается разработать специальный протокол ноотехнического испытания.
В первоначальном варианте он должен включать:
идентификатор испытываемого объекта;
нормативную редакцию;
предмет испытания;
проверяемые требования;
используемую модель;
описание технической среды;
исходные данные;
процедуру выполнения;
ожидаемые результаты;
фактические результаты;
методы сравнения;
выявленные отклонения;
ограничения применённого метода;
итоговое заключение;
сведения, необходимые для повторного испытания.
Особенно важно различать ожидаемый результат и фактически зарегистрированный.
Если испытание ещё не выполнялось, соответствующий результат не должен обозначаться как подтверждённый.
Аналогичным образом математическое доказательство определённого свойства не должно автоматически заменять отчёт об испытании программной реализации.
Следовательно, протокол должен включать сведения о происхождении доказательственных материалов.
В перспективе соответствующие документы могут стать частью машинно-обрабатываемой системы ноотехнических паспортов.
5.19. Статусы результатов проверки
Для практической организации предлагается использовать систему статусов, характеризующих результаты ноотехнических процедур.
Соответствие подтверждено — требование проверено указанным методом и признано выполненным.
Несоответствие обнаружено — выявлено определённое нарушение.
Проверка не выполнена — предусмотренная процедура не проводилась.
Проверка не завершена — выполнение процедуры было прекращено до получения необходимого результата.
Недостаточно данных — отсутствуют сведения, необходимые для заключения.
Требование неприменимо — рассматриваемый критерий не относится к данному объекту.
Результат не установлен применённым методом — процедура не позволила определить соответствующее свойство.
При этом данные статусы не являются истинностными значениями математических утверждений.
Они относятся к инженерной процедуре контроля.
Например, статус «Проверка не выполнена» не означает ложности математического положения.
А статус «Соответствие подтверждено» должен сопровождаться указанием конкретного проверенного требования.
Следовательно, система статусов должна обеспечивать разграничение математического содержания и доказательственного состояния инженерного проекта.
5.20. Основные результаты главы
В настоящей главе предложено определение ноотехнической модели и рассмотрены основные виды моделирования.
Разграничены испытание, верификация, валидация и математическое доказательство.
Установлена необходимость различать моделируемый объект, его нормативную спецификацию и конкретную техническую реализацию.
На примере системы конечных десятичных представлений рациональных чисел рассмотрены математические свойства операции усечения.
Приведено доказательство границы абсолютной погрешности.
Рассмотрены согласованность межклассовых усечений и ограничения сохранения арифметических операций.
Предложены первоначальные наборы контрольных примеров.
Разработаны принципы граничного, различающего, репродуктивного и метаморфного тестирования.
Особое внимание уделено независимости проверочных процедур и необходимости регистрации доказательственных ограничений.
Предложена структура протокола ноотехнических испытаний.
Разработана первоначальная система статусов результатов проверки.
Таким образом, ноотехническое моделирование, испытания, верификация и валидация рассматриваются как взаимосвязанные, но самостоятельные средства установления математических, конструктивных, функциональных и нормативных характеристик нооинженерных объектов.
Однако результаты отдельных проверок необходимо объединять в систему документированной оценки соответствующего объекта.
Такая задача непосредственно связана с разработкой карты его ноотехнического уровня и качества.
Глава 6. Карта ноотехнического уровня и качества ноообъекта
6.1. Проблема комплексной оценки нооинженерных объектов
Разработка нооинженерного объекта предполагает необходимость оценки его соответствия определённым требованиям.
Однако отдельные протоколы испытаний не всегда позволяют составить целостное представление о характеристиках созданной конструкции.
Например, математическая система может иметь достаточно строго определённую аксиоматику, но не обладать завершённой технической реализацией.
Другая система может быть успешно реализована программно, но использовать недостаточно определённые исходные понятия.
Третья может обладать подтверждёнными математическими свойствами, однако её взаимодействие с другими системами ещё не исследовано.
Следовательно, возникает необходимость создания специального документа, объединяющего сведения о существенных характеристиках и результатах проверки нооинженерного объекта.
Для решения соответствующей задачи предлагается разработать карту ноотехнического уровня и качества ноообъекта.
Её назначение состоит не в замене математических доказательств или инженерных испытаний, а в организации результатов соответствующих исследований.
Особое значение имеет возможность сопоставления альтернативных конструкций.
Однако такое сопоставление должно осуществляться относительно установленного предмета и заранее определённых критериев.
Следовательно, необходимо разработать специализированную систему показателей ноотехнического уровня и качества.
6.2. Исторический нормативный прототип
Одним из исторических технических прототипов предлагаемой разработки выступает ГОСТ 2.116-84 «Единая система конструкторской документации. Карта технического уровня и качества продукции».
Указанный стандарт устанавливает определённые формы карты технического уровня и качества продукции и порядок её составления и ведения.
В нём карта рассматривается как элемент технической документации, предназначенный для оценки характеристик продукции на различных стадиях её разработки и применения.
Особое значение для настоящего исследования имеет сама идея документированной системы показателей, позволяющей сопоставлять разрабатываемый объект с установленными требованиями и другими образцами.
Однако необходимо учитывать различие предметных областей.
Карта технического уровня продукции предназначена для технических изделий и соответствующих инженерных процессов.
Ноотехническая карта предполагает исследование ментальных объектов, математических систем, понятийных конструкций и интеллектуальных технологий.
Следовательно, непосредственное копирование существующих форм не может считаться достаточным.
Необходимо определить собственные характеристики смысловой, логической, математической и нормативной организации ноообъектов.
При этом предлагаемый документ не является уже утверждённым нормативным стандартом.
Он рассматривается как проект новой формы ноотехнической документации, разрабатываемый с использованием определённых методологических принципов традиционной инженерии.
6.3. Определение карты ноотехнического уровня и качества
Предлагается следующее рабочее определение.
Определение 6.1. Карта ноотехнического уровня и качества ноообъекта — нормативно организованный документ, содержащий систему характеристик, показателей, критериев и результатов проверки, предназначенную для определения и сопоставления существенных инженерных свойств нооинженерного объекта в установленной предметной области.
В данном определении необходимо выделить несколько функций.
Идентификационная функция обеспечивает определение объекта и его нормативной редакции.
Характеризующая функция фиксирует существенные свойства объекта.
Оценочная функция связывает характеристики с установленными критериями.
Сравнительная функция обеспечивает сопоставление нескольких конструкций.
Контрольная функция связывает показатели с результатами проверки.
Конфигурационная функция позволяет исследовать изменения характеристик различных редакций.
Документационная функция обеспечивает сохранение сведений об использованных методах и выводах.
Однако необходимо разграничивать карту и нооспецификацию.
Нооспецификация устанавливает требования к объекту.
Карта ноотехнического уровня и качества содержит сведения о характеристиках и степени подтверждения их соответствия требованиям.
Следовательно, указанные документы могут быть связаны, но не являются взаимозаменяемыми.
6.4. Ноотехнический уровень и качество: различие понятий
Для научной определённости необходимо разграничить ноотехнический уровень и качество нооинженерного объекта.
В первоначальном приближении предлагается следующее определение.
Определение 6.2. Ноотехнический уровень — совокупная характеристика степени конструктивной, нормативной, функциональной и технологической разработанности нооинженерного объекта относительно установленной системы критериев.
При этом уровень не должен автоматически сводиться к одному числовому показателю.
Он может определяться набором характеристик, отражающих различные стороны инженерной разработанности.
Определение 6.3. Качество нооинженерного объекта — совокупность его характеристик, определяющих способность соответствовать установленным требованиям и выполнять предусмотренное назначение в заданных условиях.
Следовательно, ноотехнический уровень и качество связаны между собой, но не являются тождественными.
Например, математическая теория может обладать высокой степенью формальной определённости, но ещё не иметь разработанных прикладных технологий.
Другая конструкция может быть технически реализована, но не удовлетворять определённым математическим требованиям.
Поэтому необходимо рассматривать соответствующие характеристики раздельно.
Особенно важно не отождествлять инженерное качество и математическую истинность.
Истинность формального утверждения определяется относительно соответствующей математической системы.
Она не должна вычисляться посредством произвольного суммирования технических показателей.
6.5. Объект и границы оценки
Перед составлением карты необходимо определить, какой именно объект подлежит оценке.
Например, можно исследовать точное рациональное число, математическую процедуру усечения, систему классов точности или конкретную программу формирования десятичных представлений.
Каждый из названных объектов обладает различным набором существенных характеристик.
Следовательно, нельзя использовать единую систему показателей без учёта их предметной специфики.
Особое значение имеет различие между исходной математической предметностью и её технической реализацией.
Например, точное рациональное число 1/3 не становится математически более качественным вследствие увеличения количества десятичных позиций его приближения.
Однако качество конкретной технологии представления может оцениваться по соблюдению установленного класса и математической погрешности результата.
Следовательно, карта должна содержать раздел, устанавливающий предмет, масштаб и границы оценки.
В частности, необходимо указать:
оцениваемый объект;
нормативную редакцию;
предметную область;
используемую систему координат;
заявленное назначение;
существенные ограничения.
Без таких сведений сравнительная оценка может оказаться недостаточно определённой.
6.6. Основные группы показателей
Для первоначального проекта карты предлагается выделить несколько групп характеристик.
Семантические показатели отражают определённость исходных понятий и условий интерпретации.
Логические показатели характеризуют формальную организацию рассуждений и правил вывода.
Математические показатели относятся к объектам, операциям, доказанным свойствам и ограничениям.
Конструктивные показатели характеризуют способы построения и внутреннюю организацию.
Функциональные показатели определяют выполнение установленного назначения.
Нормативные показатели отражают соответствие действующим требованиям.
Репродуктивные показатели характеризуют возможность повторного получения объекта или результата.
Интерфейсные показатели относятся к допустимости межсистемного взаимодействия.
Конфигурационные показатели отражают определённость редакций и управление изменениями.
Ресурсные показатели характеризуют условия технической реализации.
Показатели проверенности фиксируют наличие и характер доказательственных материалов.
Однако перечисленные группы должны рассматриваться как исходная классификация.
Для конкретного вида нооинженерных объектов необходимо устанавливать собственную номенклатуру показателей.
При этом не все характеристики обязательно должны обладать количественной природой.
Некоторые могут выражаться категориально.
Другие требуют математических величин и специально определённых шкал.
Следовательно, система показателей должна соответствовать предметной природе исследуемого объекта.
6.7. Ноометрологические требования к показателям
Одной из важнейших задач разработки карты является обеспечение ноометрологической определённости используемых показателей.
Для каждого показателя необходимо установить:
наименование;
смысловое определение;
предмет измерения или оценки;
тип шкалы;
единицу измерения, если она применима;
метод получения значения;
условия проверки;
нормативный критерий;
допустимые результаты;
источник доказательственных данных.
Например, количество десятичных позиций представляет собой целочисленную характеристику представления.
Для её проверки можно использовать формальный контроль записи.
Однако математическая погрешность результата является другой характеристикой.
Она требует определения точного исходного значения и вычисленного представления.
Следовательно, нельзя считать эти показатели взаимозаменяемыми.
Особое значение имеет различие между классом точности авторской шкалы и характеристиками метрологической точности физических измерений.
Класс n в рассматриваемой системе определяет 10^n десятичных позиций.
Но сам номер класса не является универсальной числовой мерой качества всех математических объектов.
Поэтому ноометрологическая спецификация должна устанавливать область допустимого использования каждого показателя.
6.8. Качественные и количественные показатели
Для оценки нооинженерных объектов могут использоваться различные типы шкал.
Номинальные шкалы предназначены для классификации характеристик без установления количественного порядка.
Например, можно различать математические системы по типам используемых операций.
Порядковые шкалы позволяют устанавливать определённое отношение упорядоченности.
Например, возможно введение уровней готовности документации при условии явного определения каждого уровня.
Количественные шкалы предназначены для оценки математически определённых величин.
Например, количество десятичных позиций может выражаться целым числом.
Бинарные критерии устанавливают выполнение или невыполнение определённого требования.
Однако необходимо учитывать, что статус «не проверено» не должен смешиваться с отрицательным результатом.
Для полноценной карты требуется специальная система регистрации доказательственного состояния.
Особенно важно избегать произвольного присвоения числовых баллов смысловой определённости или математической истинности без обоснованной шкалы.
Такие показатели могут создавать видимость точности при отсутствии соответствующей методологии.
Следовательно, количественная оценка должна использоваться только в случаях, когда определены измеряемая величина и правила её получения.
6.9. Уровни инженерной разработанности
Для предварительной оценки зрелости ноотехнической документации можно предложить специальную порядковую шкалу.
Уровень 0. Исследовательский замысел.
Существует концепция будущего объекта, но его нормативная спецификация ещё не разработана.
Уровень 1. Определённая концепция.
Установлены назначение, предметная область и основные исходные понятия.
Уровень 2. Специфицированная конструкция.
Разработаны существенные требования, правила и архитектурные модели.
Уровень 3. Проверенная конструкция.
Получены предусмотренные доказательства и результаты проверок в объявленной области применения.
Уровень 4. Воспроизводимо реализованная конструкция.
Подтверждена возможность повторного получения заявленных результатов в установленных условиях.
Уровень 5. Нормативно сопровождаемая конструкция.
Организованы управление конфигурацией, регистрация изменений и необходимые процедуры сопровождения.
Однако данная шкала представляет собой только первоначальное проектное предложение.
Она не является универсальной мерой научного качества или математической истинности.
Например, математическая теорема может обладать строгим доказательством и не требовать отдельной программной реализации.
Следовательно, для неё некоторые уровни технологической готовности могут быть неприменимы.
Кроме того, достижение более высокого уровня не обязательно означает превосходство по всем функциональным характеристикам.
Поэтому шкала должна использоваться с указанием собственного назначения и ограничений.
6.10. Статусы подтверждения показателей
Для практического применения карты необходимо отличать значение показателя от степени его доказательственного подтверждения.
Предлагается использовать несколько статусов.
Подтверждено — имеется результат предусмотренной проверки, устанавливающий выполнение требования.
Не подтверждено — применённая проверка не установила выполнение требования, но при этом отсутствие подтверждения само по себе не трактуется как доказанное нарушение.
Несоответствие установлено — выявлено конкретное нарушение требования.
Не проверено — необходимая процедура ещё не выполнена.
Неприменимо — показатель не относится к объекту в данной системе координат.
Недостаточно данных — невозможно сформировать заключение на основании имеющихся сведений.
При этом необходимо различать статус математического доказательства и статус технического испытания.
Например, математическое свойство операции может быть доказано, тогда как корректность конкретной программы ещё не проверена.
Следовательно, в карте должны существовать раздельные поля для разных видов доказательственных материалов.
Особое значение имеет возможность регистрации ограниченной области подтверждения.
Например, проверка на рациональных числах не должна автоматически распространяться на произвольные объекты другой математической системы.
Таким образом, карта должна обеспечивать документирование не только характеристик ноообъекта, но и оснований знания об этих характеристиках.
6.11. Сопоставление с базовыми и альтернативными конструкциями
Одним из основных назначений карты является возможность сравнения различных нооинженерных решений.
Однако для корректного сопоставления необходимо установить общий предмет оценки.
Например, две системы десятичных представлений могут использовать одинаковые классы точности, но различные правила округления.
Их сравнение требует разграничения характеристик формата, математического результата и технической реализации.
Особое значение имеет выбор базовой конструкции.
Она может представлять собой ранее принятую редакцию, известную альтернативную систему или специально установленный сравнительный образец.
Однако выбор базового объекта не должен быть произвольным.
Необходимо указать основания его использования.
В частности, нельзя сравнивать вычислительную эффективность алгоритмов без учёта различий в исходных требованиях и технических условиях.
Следовательно, карта должна содержать сведения о сопоставимости исследуемых конструкций.
В отдельных случаях возможно количественное сравнение.
В других — только установление определённых качественных различий.
Если общая шкала отсутствует, это должно быть отражено в документации.
Таким образом, сопоставление должно осуществляться без искусственного сведения несоизмеримых характеристик к одному числовому показателю.
6.12. Многокритериальная оценка
Ноотехнические объекты могут обладать множеством независимых характеристик.
Следовательно, общая оценка не всегда допускает единственный показатель.
Например, одна вычислительная система может обеспечивать меньшую ресурсную стоимость.
Другая — более простую процедуру формальной проверки.
Третья — более широкую предметную область.
При этом все три конструкции могут удовлетворять исходным математическим требованиям.
Следовательно, возникает задача многокритериальной оценки.
В первоначальном варианте предлагается использовать матрицу критериев.
Она должна содержать значения существенных характеристик и сведения о способах их подтверждения.
Если необходимо принять инженерное решение, следует дополнительно определить приоритеты.
Однако такие приоритеты зависят от назначения проекта.
Например, для системы архивного воспроизводства математических результатов может иметь особое значение конфигурационная определённость.
Для вычислительного инструмента — ресурсная эффективность.
Для формальной теории — строгость определений и доказательств.
Следовательно, нельзя считать один универсальный набор весовых коэффициентов пригодным для всех нооинженерных объектов.
Особое значение имеет возможность сохранения нескольких альтернативных решений.
Это соответствует принципу полисистемности.
6.13. Структура проекта карты ноотехнического уровня и качества
Для первоначальной стандартизации предлагается следующая структура документа.
Раздел 1. Идентификационные сведения.
Наименование объекта, идентификатор, нормативная редакция.
Раздел 2. Назначение и предметная область.
Описание предполагаемого использования и границ применения.
Раздел 3. Нормативные основания.
Перечень используемых определений, требований и спецификаций.
Раздел 4. Конструктивная организация.
Описание ноокариона, ноогенома, архитектуры и функциональных компонентов в применимой части.
Раздел 5. Основные показатели.
Номенклатура существенных характеристик.
Раздел 6. Методы оценки.
Способы измерения, сравнения или проверки.
Раздел 7. Фактические и проектные значения.
Отдельная регистрация установленных результатов и ожидаемых характеристик.
Раздел 8. Сравнительные сведения.
Данные о базовых и альтернативных конструкциях.
Раздел 9. Доказательственные материалы.
Ссылки на математические доказательства, протоколы испытаний и экспертные заключения.
Раздел 10. Ограничения и риски.
Описание известных границ применимости.
Раздел 11. Итоговое заключение.
Оценка соответствия объявленным требованиям.
Раздел 12. Управление конфигурацией.
История редакций и порядок внесения изменений.
Данная структура представляет собой проект документа.
В дальнейшем она должна уточняться с учётом особенностей различных классов нооинженерных объектов.
6.14. Пример карты для системы НОО-ДПР-01
Рассмотрим условное заполнение карты для ранее разработанного проекта НОО-ДПР-01 — «Система нормативной десятичной экспликации рациональных чисел».
Объект оценки: математическая спецификация и предполагаемая техническая реализация системы конечных десятичных представлений рациональных чисел.
Нормативная редакция: проект 1.0.
Предметная область: рациональные числа p/q, где q ; 0.
Класс точности: положительное целое число n.
Количество десятичных позиций: d = 10^n.
Правило формирования представления: усечение по направлению к нулю.
Правило записи: ровно d цифр после десятичного разделителя.
Математический статус исходного объекта: точное рациональное число.
Математический статус результата: конечное десятичное число, полученное по нормативной процедуре.
Известная граница абсолютной погрешности:
|x ; T_d(x)| < 10^(;d).
Межклассовое свойство:
T_d(T_D(x)) = T_d(x) при D ; d.
При этом необходимо различать нормативно установленные проектные характеристики и фактические результаты испытаний.
Например, формальная спецификация операции может быть математически обоснована.
Однако для признания конкретной программы испытанной необходимо фактически выполнить предусмотренные испытания и зарегистрировать их результаты.
Следовательно, карта не должна содержать неподтверждённых сведений о завершённости технической реализации.
6.15. Первоначальный реестр показателей
Для рассматриваемого проекта можно предложить следующую таблицу.
Показатель Проектное значение или требование Основание оценки
НОО-К01. Определённость исходного объекта Рациональное число p/q, q ; 0 Математическое определение
НОО-К02. Определённость класса d = 10^n Нормативная спецификация
НОО-К03. Правило представления Усечение по направлению к нулю Формальное определение операции
НОО-К04. Длина записи Ровно d десятичных позиций Проверка формата
НОО-К05. Граница погрешности Меньше 10^(;d) Математическое доказательство
НОО-К06. Межклассовая согласованность T_d(T_D(x)) = T_d(x) при D ; d Формальный анализ
НОО-К07. Обработка отрицательных чисел Сохранение правила усечения к нулю Контрольные вычисления
НОО-К08. Воспроизводимость Повторное получение результата по зафиксированным исходным данным Репродуктивное испытание
НОО-К09. Конфигурационная определённость Идентификация нормативной редакции Проверка паспорта
НОО-К10. Ресурсная осуществимость Устанавливается для конкретной реализации и класса Технические испытания
НОО-К11. Интерфейсная совместимость Определяется для конкретных внешних систем Проверка интерфейсов
НОО-К12. Документационная полнота Соответствие утверждённому для проекта составу документов Документальная проверка
Однако данная таблица пока содержит преимущественно проектные характеристики и способы их проверки.
Она не должна рассматриваться как отчёт о фактически проведённых испытаниях.
Для полноценного заполнения карты необходимо добавить отдельные графы:
«Фактическое значение», «Метод проверки», «Доказательственный материал», «Статус подтверждения» и «Нормативное заключение».
Такое разграничение предотвращает смешение ожидаемых результатов и реально полученных данных.
6.16. Расчётный пример для первого класса точности
Рассмотрим точное рациональное число:
x = 1/3.
Для первого класса:
n = 1.
Следовательно:
d = 10.
Применение операции усечения даёт:
T_10(1/3) = 0,3333333333.
При этом точная разность между исходным числом и полученным конечным представлением составляет:
1/3 ; 0,3333333333 = 1/30000000000.
Следовательно, абсолютная погрешность равна:
1/30000000000.
Это значение положительно и меньше 10^(;10).
Таким образом, рассматриваемый пример соответствует установленному математическому ограничению.
Однако полученное конечное число не является тождественным исходному рациональному числу 1/3.
Следовательно, карта должна содержать самостоятельную характеристику точности представления относительно исходного объекта.
При этом нельзя подменять её характеристикой количества десятичных позиций.
Наличие десяти позиций является нормативным требованием к записи.
А величина погрешности устанавливает отношение между точным числом и полученным значением.
Таким образом, один объект обладает несколькими независимыми характеристиками, которые должны фиксироваться раздельно.
6.17. Пример сравнения двух нормативных редакций
Предположим, что рассматриваются две редакции системы.
Редакция A использует усечение по направлению к нулю.
Редакция B использует округление до ближайшего значения.
Обе предусматривают первый класс точности, содержащий десять десятичных позиций.
Для числа:
x = 1/6
получаем следующие результаты.
Редакция A:
0,1666666666.
Редакция B:
0,1666666667.
Следовательно, редакции различаются по математическому значению конечного представления.
Однако они совпадают по требованию к количеству десятичных позиций.
При этом нельзя считать, что одно правило универсально лучше другого по всем возможным критериям.
Например, округление до ближайшего значения обычно обеспечивает меньшую или равную абсолютную погрешность по сравнению с усечением до того же числа позиций.
Но оно использует иной нормативный алгоритм.
Поэтому если задача требует воспроизведения результатов именно по правилу усечения, округление не соответствует исходной спецификации независимо от его возможного преимущества по погрешности.
Следовательно, карта должна различать математические свойства альтернативных методов и соответствие конкретной инженерной задаче.
В дальнейшем подобные сравнения могут стать основанием для нооселекции.
6.18. Оценка математической корректности
Особое значение имеет вопрос о возможности включения математической корректности в систему показателей качества.
Необходимо подчеркнуть, что математическое доказательство не должно заменяться произвольной числовой оценкой.
Например, нельзя научно обоснованно утверждать, что одна теорема истинна на 80 процентов, а другая — на 95 процентов, если соответствующие величины не получили самостоятельного математического определения.
Следовательно, для проверки математических утверждений необходимо использовать специальные доказательственные статусы.
Например:
«Свойство доказано относительно установленной формальной системы»;
«Сформулирована гипотеза»;
«Получены экспериментальные подтверждения в определённой области»;
«Обнаружен контрпример»;
«Проверка не завершена».
Такие заключения не образуют автоматически количественную шкалу истинности.
Они характеризуют доказательственное состояние исследования.
При этом необходимо различать формальную теорему и её философскую интерпретацию.
Разработка альтернативной математической системы сама по себе не является опровержением результатов другой системы.
Следовательно, карта должна фиксировать точную область применимости соответствующих математических заключений.
6.19. Оценка инновационного и ноотехнического уровня
При исследовании новых нооинженерных конструкций возникает задача оценки характера их инновационного содержания.
Однако необходимо различать несколько критериев.
Научная новизна относится к отличию результата от известных исследовательских положений.
Конструктивная новизна характеризует новые способы построения объекта.
Функциональная новизна связана с возникновением новых возможностей применения.
Нормативная новизна предполагает создание новых правил или классификаций.
Технологическая реализованность характеризует наличие проверенных средств выполнения соответствующих функций.
Эти показатели не должны отождествляться.
Например, новая математическая концепция может ещё не иметь завершённой технической реализации.
В то же время новая программная система может обладать значительной практической ценностью при использовании ранее известных математических операций.
Следовательно, инновационный уровень должен оцениваться относительно конкретного предмета.
Особое значение имеет необходимость исследования предшествующих работ.
Наличие нового термина не означает автоматического отсутствия известных содержательных аналогов.
Поэтому карта должна содержать сведения о проведённом сравнительном анализе.
Однако окончательная оценка новизны может требовать самостоятельной научной экспертизы.
6.20. Карта и нооселекция
В предыдущей части монографии нооселекция была определена как нормативно организованный выбор между альтернативными нооинженерными конструкциями.
Карта ноотехнического уровня и качества может выступать одним из основных инструментов соответствующей процедуры.
Она позволяет сопоставлять характеристики объектов по заранее установленной системе критериев.
Однако решение о выборе не должно автоматически следовать из наличия большего количества положительных показателей.
Некоторые требования могут быть обязательными.
Другие — сравнительными.
Третьи — дополнительными.
Например, система, не удовлетворяющая обязательному математическому требованию, не может считаться допустимой для конкретной задачи только вследствие высоких показателей вычислительной скорости.
Следовательно, необходимо различать критерии допуска и критерии предпочтения.
Первые определяют возможность использования конструкции.
Вторые предназначены для выбора среди допустимых решений.
Особое значение имеет возможность существования нескольких альтернативных вариантов, не превосходящих друг друга по всем критериям.
В таком случае нооселекция может приводить к сохранению нескольких специализированных решений.
Это соответствует принципу полисистемности.
6.21. Управление изменениями карты
Карта ноотехнического уровня и качества должна иметь собственную нормативную редакцию.
Она не должна рассматриваться как неизменный документ, составляемый один раз на весь жизненный цикл объекта.
При изменении конструкции необходимо исследовать, какие показатели затрагиваются.
Например, изменение правила формирования десятичного представления влияет на математические характеристики соответствующей системы.
Однако оно может не затрагивать количество предусмотренных десятичных позиций.
Следовательно, необходимо обновить только те сведения, которые действительно изменились, сохранив документированную историю прежних редакций.
Особое значение имеет возможность повторного использования результатов проверки.
Некоторые доказательства могут сохранять применимость после определённых изменений.
Другие требуют пересмотра.
Поэтому система управления картами должна включать механизм анализа зависимостей между требованиями, конструктивными решениями и доказательственными материалами.
При этом нельзя автоматически переносить положительное заключение о прежней редакции на новую.
Для этого необходимо установить сохранение соответствующих условий.
Таким образом, карта становится элементом конфигурационного управления нооинженерным объектом.
6.22. Машинно-обрабатываемая карта
В перспективе предлагается разработать машинно-обрабатываемую форму карты ноотехнического уровня и качества.
Она должна обеспечивать возможность структурированного представления показателей, требований и результатов проверки.
Для этого необходимо определить формальную систему идентификаторов.
Каждый показатель должен иметь установленное обозначение.
Необходимо также определить его тип, допустимые значения и нормативную область применения.
Отдельно фиксируются доказательственные материалы.
Особое значение имеет возможность автоматизированной проверки простых формальных требований.
Например, система может автоматически определять количество десятичных позиций в нормативном представлении.
Однако проверка сложных математических доказательств требует специальных формальных средств и не всегда допускает универсальную автоматизацию.
Следовательно, машинно-обрабатываемая карта должна разграничивать автоматизированно проверяемые показатели и характеристики, требующие дополнительных методов.
В дальнейшем подобная система может использоваться для создания ноотехнических реестров, кадастров и картографических представлений.
Тем самым карта ноотехнического уровня приобретает значение не только отдельного документа, но и элемента общей информационно-нормативной инфраструктуры нооинженерии.
6.23. Проект стандарта карты ноотехнического уровня и качества
Для дальнейшего развития предлагается подготовить специализированный проект стандарта:
«Карта ноотехнического уровня и качества нооинженерного объекта. Общие положения, структура, показатели и порядок ведения».
В первоначальном варианте такой документ должен устанавливать:
область применения;
основные термины и определения;
виды объектов оценки;
принципы формирования номенклатуры показателей;
требования к системам шкал;
правила указания нормативных редакций;
требования к доказательственным материалам;
порядок сравнительной оценки;
правила регистрации ограничений;
структуру карты;
порядок её составления;
порядок управления изменениями;
условия архивного хранения;
требования к машинно-обрабатываемым представлениям.
Однако соответствующий проект не должен рассматриваться как действующий стандарт до проведения необходимых процедур его разработки и принятия.
Особое значение имеет проверка применимости предлагаемой структуры к различным классам нооинженерных объектов.
Например, карта математической теории может требовать иных показателей, чем карта программной реализации конкретного алгоритма.
Следовательно, общий стандарт должен предусматривать возможность формирования специализированных приложений и профилей.
Таким образом, ноостандартизация должна сочетать единство основных принципов с предметной конкретизацией характеристик.
6.24. Основные результаты главы
В настоящей главе предложено определение карты ноотехнического уровня и качества ноообъекта.
Рассмотрена историческая и методологическая связь данного проекта с традиционной картой технического уровня и качества продукции.
Разграничены ноотехнический уровень и качество нооинженерного объекта.
Предложена первоначальная классификация групп показателей.
Установлены требования к ноометрологической определённости характеристик.
Рассмотрены качественные, количественные и категориальные формы оценки.
Предложена предварительная порядковая шкала инженерной разработанности.
Особое внимание уделено необходимости разграничения значений показателей и статусов их доказательственного подтверждения.
Разработана первоначальная структура карты.
На примере системы НОО-ДПР-01 предложен реестр показателей, включающий математические, конструктивные, репродуктивные, конфигурационные и технические характеристики.
Рассмотрены возможности сопоставления альтернативных нормативных редакций.
Показана недопустимость подмены математической корректности произвольной балльной оценкой.
Исследованы отношения карты с нооселекцией и управлением конфигурацией.
Предложены основные положения будущего стандарта карты ноотехнического уровня и качества.
Таким образом, карта ноотехнического уровня и качества рассматривается как проект специального документа, предназначенного для систематизации, подтверждения и сопоставления существенных характеристик нооинженерных объектов относительно определённых инженерных требований.
Её дальнейшее развитие предполагает создание самостоятельной системы ноометрологии, ноолокации и ноостандартизации.
Итоги
В шести главах пятой части настоящей монографии предложены первоначальные основания ноотехнического проектирования, конструирования и научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Разработаны определения ноотехнического задания, нооспецификации и системы инженерных требований к смысловым объектам.
Рассмотрены принципы семантической определённости, проверяемости и прослеживаемости соответствующих требований.
Предложены основные положения архитектурного и функционального проектирования нооинженерных объектов.
Особое внимание уделено разграничению семантической, логико-математической, конструктивной и технической организации.
Разработана первоначальная теория жизненного цикла нооинженерного объекта.
Предложены определения конфигурации, конфигурационной единицы и базовой нормативной конфигурации.
Рассмотрены процессы версионирования, ветвления, регистрации изменений, сопровождения и восстановления нормативных состояний.
Следующим результатом является постановка задачи создания специализированной системы ноотехнических НИОКР.
Разграничены исследовательские гипотезы, математические доказательства, конструктивные решения и проверенные технические реализации.
Предложены основные требования к научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам.
Особое место занимает разработка методов моделирования и испытаний.
Показано, что математическое доказательство, вычислительный эксперимент, верификация и валидация имеют различные предметы и доказательственные возможности.
Поэтому они не должны автоматически заменять друг друга.
На конкретном проекте НОО-ДПР-01 рассмотрены способы перехода от исходного математического определения к конструктивной спецификации, архитектуре, контрольным примерам и предполагаемой технической реализации.
Особенно важно, что данный пример сохраняет различие между точным рациональным числом и его конечным десятичным представлением.
В авторской системе шкал класс с номером n предусматривает 10^n десятичных позиций.
Однако соответствующее правило не означает, что каждое точно определённое математическое число обладает фактически завершённой записью произвольно высокого класса.
Следовательно, необходимо различать формальную определённость, алгоритмическую осуществимость, техническую реализуемость и завершённую экспликацию.
Наконец, предложена концепция карты ноотехнического уровня и качества нооинженерного объекта.
Её разработка направлена на создание системы документированной оценки математических, конструктивных, функциональных и нормативных характеристик.
При этом необходимо подчеркнуть, что предлагаемые паспорта, протоколы и карты пока представляют собой проекты ноотехнических документов.
Для превращения их в полноценные стандарты требуется дополнительная разработка терминологии, номенклатуры показателей, методов проверки и нормативных процедур.
Особенно важно обеспечить возможность применения соответствующих средств к различным видам ментальных объектов.
Следовательно, дальнейшее развитие нооинженерии должно сопровождаться созданием общей системы измерения, классификации, координатизации и стандартизации её объектов.
*******
Ноотехническое проектирование и конструирование
© Copyright: Вадимир Петросян, 2026
Свидетельство о публикации №226101500303
Свидетельство о публикации №226101500303
Рецензии