23. Парадигма Самоорганизующейся инновационной Smart-MES

Под самоорганизацией понимается необратимый процесс, приводящий в результате кооперативного взаимодействия подсистем к образованию более эффективных структур с позиции компьютерной системы. Использование феномена самоорганизации является необходимым условием поддержания конкурентоспособности системы и создания новых конкурентных преимуществ. Сам же феномен самоорганизации нашей системы является необычным явлением и очень редким фактом, т.е. это то, что трудно постичь.

Таким образом, способность IT-систем усложнять свою собственную структуру называется самоорганизацией. Фирма ИнформСистем разработала революционную технологию создания таких самоорганизующихся IT-систем, которая может быть использована для разработки систем любого уровня: ERP, MES, SCADA.

Самоорганизация привносит в систему новое качество. Например, Smart-MES в результате самоорганизации легко может рассчитать 1000 задач с 500000 показателей всего за 10 сек. То же самое количество задач без самоорганизации будет рассчитываться около двух часов, т.е. где-то в 500 раз дольше.

Самоорганизующаяся система Smart-MES представляет самоорганизацию второй степени. Но можно создать самоорганизацию и третьей степени, это когда мультиагентная система состоит из самоорганизующихся систем второй степени. Здесь первая степень производит самонастройку и легчайшую адаптивность, вторая степень обеспечивает величайшую скорость расчётов, третья – позволяет самостоятельное функционирование системы без участия человека.

Однако, наука «Синергетика» утверждает, что самоорганизующихся IT-систем в природе быть не может, т.к. парадигма самоорганизации к IT не имеет отношения. Но IT-учёные давно заявляют, что будущее именно за самоорганизующимися системами. Вот только не понятно, почему именно будущее? Что там будет иная элементная IT-база или мозги у IT-разработчиков будут значительно лучше?

Складывается такое впечатление, что IT-учёные насмотрелись на западный софт, который всегда был в огромном авторитете, и делают этот странный вывод о недосягаемости самоорганизации в IT. А уже созданную самоорганизующуюся систему Smart-MES не допускают к практическому использованию, дабы не разрушить миф о невозможности этой самоорганизации. Кому это выгодно? Понятно, что IT-монополистам. Ведь если данной системе дать жизнь, то она быстро залатает множество дыр, и монополистам будет очень тоскливо из-за отсутствия бездонной кормушки.

А сейчас о парадигме самоорганизации. Справедливости ради следует заметить, что в самоорганизации этой «самости» нет и быть не может – это просто игра слов. Самоорганизация заключается лишь в том, что развитие происходит в точке бифуркации – и субъективно кажется, что оно «само». Хотя в ней постоянно присутствуют объективные процессы. Таким образом, в природе никакой самоорганизации нет, как и нет любых иных «само», а есть процесс связи с исчезновением одного и рождением другого явления. Но условно это называется – самоорганизация.

По определению Г. Хакена [6], самоорганизация – спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже хаоса, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем. Самоорганизация выступает как источник эволюции систем, так как она служит началом процесса возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы.

А сейчас те же слова применительно к Smart-MES. Самоорганизация системы – «спонтанное» образование высокоупорядоченных структур машинного кода из текстового неупорядоченного описания задач за счёт совместного действия многих подсистем EXE-модуля. Самоорганизация Smart-MES выступает как источник эволюции системы, так как она служит началом процесса возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы, что обеспечивает легчайшую адаптивность и высочайшую скорость расчётов.

Как видим, практически тоже самое. Таким образом, я легко применил общие принципы самоорганизации к нашей IT-системе. Ведь если и в природе нет самоорганизации, а есть условность, означающая определённый процесс развития, то я вполне волен применить данный термин к IT-системе, тем более что единого суждения в среде учёных об этой самоорганизации вообще нет.

С другой стороны, есть разработанная система Smart-MES. Но как коротко охарактеризовать её возможности? Для этого должен быть соответствующий тезаурус, а его то как раз и нет, т.к. наша система в данном классе – единственная. Все понятия: самонастраиваемая, самоадаптируемая, самоконфигурируемая, самоконтролируемая, самовосстанавливаемая, самомасштабируемая - являются неполным отражением возможности системы. По этой причине и вводится термин «Самоорганизующаяся система», тем более что при поверхностном сравнении с парадигмой самоорганизации, есть много общего.

Достижения России всецело зависят от новых технологий, от их моделирования и прогнозирования как в масштабе отдельного предприятия, так и в масштабе всей России. И всё это доступно самоорганизующейся системе Smart-MES.

Но это проверить быстро невозможно, а поверить очень трудно из-за устоявшегося менталитета пренебрежения к отечественным IT-разработкам. Но эта ситуация всё равно когда-либо изменится.

Smart-MES - это система управления производством, которая связывает воедино все бизнес-процессы с производственными процессами предприятия, оперативно предоставляя объективную и подробную информацию руководству компании. Методология построения Smart-MES ориентирована на лёгкую реализацию любых алгоритмов в любом количестве без программистов. Она содержит полную совокупность современных возможностей. Это и текстовые проекты технологических задач, и самонастройка всей системы, и самоорганизация в соответствии с текущим контекстом, и аналитика, и графика, и оптимизация. И все это возможно в любой конфигурации клиент-сервер.

Система Smart-MES изначально не ориентирована на решение каких-либо конкретных задач, но в ней заложены в виде EXE-модуля все предпосылки для будущей конкретной реализации. EXE-модуль приобретает способность решать конкретные задачи, обучаясь за несколько секунд. EXE-модуль включает средства настройки и средства функционирования по результатам этой настройки [1].

Настройка осуществляется в процессе преобразования текстовых проектов задач, структура которых очень простая и состоит из описания колонок и строк таблицы. Одна таблица соответствует одной задаче с набором алгоритмов расчета с экранной формой и отчетом.

При компиляции проектов автоматически создаются все базы данных, экранные формы, расчётные DLL программы, отчёты. Для того, чтобы система была адаптирована и могла функционировать на конкретной электростанции, кроме EXE-модуля и текстовых проектов ничего больше не надо. Если в процессе функционирования системы необходимо внести изменение или дополнение, то корректируется текстовый проект и запускается компиляция на функционирующей системе. В этом случае все изменения встанут на свои места без потери текущей технологической информации. Особое достоинство данной технологии еще и в том, что она предоставляет абсолютную программную надежность при любом количестве реализуемых технологических алгоритмов расчёта для любого производства.

Система условно состоит из базиса и надстройки. Базис – это исполнительный EXE-модуль, который не имеет технологической начинки. Надстройка – это текстовые проекты технологических задач. Базис всегда неизменен, т. к. является прерогативой разработчика. Надстройка подвержена постоянным изменениям и является прерогативой технологов для развития производственных задач. Текстовые проекты технологических задач определяют область их использования и обеспечивают реальное функционирование EXE-модуля.

Концепция самоорганизации разработанной системы Smart-MES на много лет опережает современное мировоззрение построения других MES-систем.

Технология создания самоорганизующихся IT-систем обязательно должна включать пять этапов:

1) перевод постановки задачи на метаязык технолога;

2) преобразование метаязыка на макроязык (самонастройка);

3) преобразование всех задач на макроязыке в одну задачу (самоорганизация);

4) преобразование единой задачи на язык программирования;

5) преобразование языка программирования в результирующий машинный код.

Первый этап происходит при участии человека, а все остальные выполняются автоматически. Далее подробнее о каждом этапе.

1) Перевод постановки задачи на метаязык технолога.

В данном случае используется инструментальное средство (Конструктор текстовых проектов) для оперирования шаблонами с целью максимального облегчения набора алгоритмов технологических задач, которые представляются в табличном виде. Например: колонки обозначают типы оборудования и итог, а строки – показатели.

2) Преобразование метаязыка на макроязык.

Данный этап производит полную самонастройку системы. В результате автоматически формируются все элементы: базы данных, справочники, меню задач, экранные формы, расчёты на макроязыке и отчёты. Данный этап необходим для отладки алгоритмов в режиме интерпретации, т.к. на последующих этапах она не возможна. Здесь каждой клетке экранной формы ставится в соответствие алгоритм расчёта данного показателя.

3) Преобразование всех задач на макроязыке в одну задачу.

Этот этап производит самоорганизацию системы. Все таблицы отдельных задач особым образом соединяются в одну большую таблицу с переформатированием адресации во всех алгоритмах расчёта показателей, создавая одну общую задачу со сложнейшей структурой.

4) Преобразование единой задачи на язык программирования.

Во время этого преобразования ликвидируются все множественные рекурсии, в результате чего процесс полного расчёта происходит за один проход сверху вниз. На данном этапе в качестве языка программирования может быть любой язык: Паскаль, Си и др. В системе Smart-MES используется Паскаль.

5) Преобразование языка программирования в результирующий машинный код.

Здесь используется соответствующий транслятор с используемого языка программирования. В результате получается программа DLL, которая используется в качестве сервера приложений.

Игнорирование любого из перечисленных этапов не даст желаемый результат истинной самоорганизации системы с возможностью адаптации для конкретного производства и высокой скорости расчетов.

Для реализации самоорганизующейся системы необходимы два уникальных языка верхнего и нижнего уровней системы. Язык верхнего уровня, или инженерный метаязык, необходим технологам для формулирования алгоритма задачи. Он максимально приближен к естественному языку. Язык нижнего уровня, или макроязык, необходим для интерпретационной отладки алгоритмов.

Дополнительно к самоорганизующейся системе может быть использован диспетчер контекста, который постоянно будет анализировать текущий производственный контекст и в случае необходимости автоматически внесёт изменения в текстовые проекты технологических задач, т.е. выполнит первый этап и запустит самоорганизацию всей системы. Так система начнёт адаптироваться ко всем изменениям без участия человека.

Но если эти отдельные самоорганизующиеся системы представить в качестве агентов с взаимными связями по особым протоколам, то получится самоорганизующаяся мультиагентная система.

Основная цель любой самоорганизации является достижение конструктивных экстремумов каких-либо аспектов. В противном случае эта самая самоорганизация природе была бы и не нужна. Ведь именно в результате самоорганизации происходит развитие всего. Поэтому, когда учёные в области IT присваивают различные отличительные характеристики самоорганизующимся системам, то это можно лишь воспринять, как их гипотетическое мироощущение. Ведь они вживую не видели ни одной самоорганизующейся программной системы, т.к. очень далеки от них в практическом плане.

Когда я связался с одним из учёных патриархов по самоорганизующимся системам и заявил ему, что мы уже давно разработали эту самую самоорганизующуюся систему, то реакция была очень далека от ожидаемой. Я по наивности думал, что учёный, который написал массу статей на эту тему, порадуется за простых российских инженеров, которые в этом плане обогнали саму США, и пожелает узнать, как мы сумели дойти до жизни такой. Но этот учёный лишь встал в позу недосягаемости и засыпал придуманными критериями.

Я, естественно, не счёл нужным чего-либо доказывать. Ведь, казалось бы, когда на весах с одной стороны находится голая придуманная теория, а с другой – готовая работающая система, то, безусловно, система должна бы перетягивать. Но оказывается это не так. Везде действуют свои корпоративные интересы, а не интересы России. Иначе наша перспективнейшая система более 3-х лет не пылилась бы на полке, а была бы давно нарасхват в электроэнергетике.

А сейчас непосредственно о самоорганизующейся Smart-MES. Вот ответьте на такой вопрос. Когда система в исходном состоянии ничего не умеет делать и вдруг после обучения всё умеет. Когда система не имеет в составе ни одной реально действующей задачи, не имеет базу данных, не имеет экранные формы, не имеет отчёты, не имеет ни одного реализованного алгоритма технологической задачи, а после компиляции текста на инженерном языке, всё появляется. То это самоорганизация или нет?

Мне говорят, что это элементарная работа алгоритма преобразования текста в составляющие системы. Не спорю. А кто сказал, что у биологических систем самоорганизация происходит без алгоритмов? Ведь если нет алгоритма, то нет и экстремума самой цели самоорганизации, следовательно, нет и самоорганизации. Другое дело, что эти алгоритмы составлены самой природой.

Таким образом, экстремумами цели самоорганизации Smart-MES являются: минимизация действий технолога при адаптации системы к конкретным производственным условиям и максимизация скорости расчёта технологических алгоритмов. И эти экстремумы в системе не просто легко достигаются, а имеют такие значения, которые превзойти просто не возможно.

Минимизация действий технолога обеспечивается встроенным инструментальным средством «Конструктор проектов» технологических задач в текстовом виде. Каждая задача на инженерном языке формулируется в табличном виде, с которым и взаимодействует человек. Отдельно описывается содержание колонок таблицы и её строки. Все алгоритмы конструируются из шаблонов. Обозначение показателей имеют привычное для технологов написание с верхними и нижними индексами.

Максимизация скорости расчёта обеспечивается четырёх кратным преобразованием постановки задачи в исполнительный машинный код. Здесь следует особо остановиться на оптимизации машинного кода по принципу одного прохода сверху вниз. Например, когда решается задача в MS Excel, то всегда бывает, что аргументы в верхних клетках рассчитываются ниже. Таким образом, существует необходимость многократного прохода таблицы. В нашем же случае это не происходит, т.к. в момент преобразования в машинный код порядок вычисления меняется для будущего однократного прохода.

Основным конкурентным преимуществом феномена самоорганизации Smart-MES является практически мгновенный переход математической модели электростанции или иного предприятия от ситуации «как есть» к ситуации «как должно быть». Это изменение происходит в темпе функционирования самой системы и фактически при минимальном участии человека. Феномен самоорганизации обеспечивает безграничное развитие системы в части технологического функционала, который может быть использован как на уровне электростанций во всех цехах, так и на уровне Генерирующих и Сетевых компаний.

А теперь представьте ситуацию, когда система сама реагирует на изменение текущего контекста и мгновенно запускает самоорганизацию. В данном случае эффект контекста может иметь обширное влияние на маркетинговые и потребительские решения особенно в рыночных условиях неопределённости.

Вообще-то, данный феномен самоорганизации, когда вся огромная система в любой конфигурации разворачивается из обычного текста нажатием одной кнопки или, если хотите, голосовым сигналом, на самом деле трудно постичь. Может именно по этой причине менеджмент Генерирующих компаний не решается привлечь данную систему для оперативного учёта перерасхода топлива на электростанциях. IT-менеджменту, видимо, пока проще оперировать существующими западными технологиями, которые уже давно не в лидерах.

Подобный феномен самоорганизации системы позволяет вообще отказаться от разработки различных программ. И в данном случае тысячи программистов будут вынуждены перейти в иные сферы, например, в большем масштабе плодить игрушки и учебные пособия. Всю же производственную сферу легко перекроет самоорганизующаяся система. Ведь для того, чтобы обеспечить любые оперативные расчёты в любом количестве и любой сложности на любом предприятии, достаточно это отразить в тексте. И больше ничего не надо. Всё остальное сделает самоорганизация этой системы.

И самое главное, самоорганизация не вносит новые ошибки в новую сформированную систему, т.к. она оперирует с новой мета информацией, а основной хребетный скелет системы остаётся неизменным. Этим гарантируется абсолютная надёжность производственной системы.