Методология кодификации продуктивных знаний и их использования при концептуальном проектировании оборудования нефтегазопереработки

Развитие мировой экономики движется в направлении увеличения интеллектуальной составляющей в реализуемых продуктах и оказываемых услугах. По оценкам специалистов [105] на долю наукоемкой продукции и услуг в развитых странах приходится 70 — 85% прироста валового внутреннего продукта, в России этот показатель составляет 0,3−0,5%. Одной из причин этого является недостаточная эффективность технологий накопления, систематизации и использования знаний при разработке технологий, техники, изделий, реализации наукоемких услуг во всей научно-технической сфере, в том числе в области нефтегазопереработки.

Следует отметить, что в настоящее время в системах автоматизированного проектирования оборудования нефтегазопереработки слабо реализованы механизмы, обеспечивающие синтез качественно новых проектных решений.

Одной из ключевых причин этого является недостаточная эффективность способов представления отраслевых научных знаний и методов оперирования этими знаниями.

В качестве одной из мер повышения эффективности использования знаний в «Основах политики Российской Федерации в области развития науки и технологий до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденных Президентом Российской Федерации 30 марта 2002 г. указана кодификация научных знаний и технологий (п. 13.8 «Основ политики.»).

Необходимость вовлечения знаний в активный хозяйственный оборот была осознана раньше, поэтому с 2000 г. в России началась разработка методологических основ кодификации научных знаний и технологий.

В результате за этот период проведен анализ потребностей различных отраслей в использовании знаний отдельных научных направлений, обосновано применение для кодификации репродуктивных знаний стандартов информационного сопровождения технологий, техники и изделий на протяжении их жизненного цикла, обоснована возможность повышения инновационного качества научно-технической информации за счет использования продуктивных знаний, обладающих повышенной способностью генерировать новые знания и др.

Однако научно-методологические подходы по кодификации продуктивных научных знаний и технологий и их использованию в системах проектирования оборудования нефтегазопереработки пока не определены. Это и определило актуальность данной работы.

Цель данной работы — создание научно-методологического обеспечения кодификации продуктивных знаний и его апробация в проектной деятельности в нефтегазопереработке.

Для достижения поставленной цели в данной работе необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Провести сравнительный анализ способов выявления продуктивных знаний.

2. Разработать методологию кодификации продуктивных знаний для предметной области нефтегазопереработки.

3. Апробировать разработанную методику кодификации продуктивных знаний при концептуальном проектировании технологий и оборудования нефтегазопереработки.

Работа состоит из четырех глав.

В первой главе представлены основные положения кодификации знаний, включающие этимологию термина «кодификация знаний», обзор видов знаний (в том числе продуктивных знаний), сформулированы факторы, обусловливающие необходимость повышения эффективности использования знаний, приведен обзор видов знаний, а также способов оперирования продуктивными знаниями. Кроме того, в первой главе приведен перечень направлений работ по формированию унифицированной системы кодификации знаний, а также сформулированы задачи исследования.

Во второй главе формируются методологических основ кодификации и использования продуктивных знаний. Приведены результаты сравнительного анализа способов выявления продуктивных знаний, обосновано показано, что методика проведения функционально-физического анализа (ФФА) научной школы проф. В. В. Попова может использоваться в качестве базовой для выявления и систематизации продуктивных знаний в предметной области нефтегазопереработки. Проведена адаптация методики ФФА для анализа технологий и оборудования нефтегазопереработки. Обобщение полученных в данной главе методических и инструктивных материалов позволило разработать основные положения методологии кодификации и использования продуктивных знаний о технологиях и оборудовании нефтегазопереработки, а также разработать примерную функциональную структуру отраслевой системы кодификации знаний и сформировать функциональные требования к компьютерному инструментарию, обеспечивающему кодификацию отраслевых продуктивных знаний.

В третьей главе представлены результаты апробации разработанной во второй главе методики выявления и кодификации продуктивных знаний при анализе технологий и оборудования нефтегазопереработки.

В процессе апробации методики была проведена кодификация продуктивных знаний наиболее распространенных технологий и оборудования нефтегазопереработки. В работе приведены результаты кодификации продуктивных знаний, реализованных в кожухотрубчатом теплообменнике, отстойнике, ректификационной колонне, циклоне.

В четвертой главе приведены примеры практического применения в концептуальном проектировании технических систем нефтегазопереработки.

По каждой из рассмотренных в третьей главе ТС на основе использования продуктивных знаний (эвристических стратегий, тактик, методов и приемов) было сформировано 2−3 новые концептуальные модели. Под концептуальной моделью понимается описание объекта проектирования, отражающее основную идею процесса его функционирования, которое (согласно системной методологии проектной деятельности) может быть представлено на различных уровнях абстракции: выполняемых функций, реализуемых потребительских свойств, функциональной структуры, принципа действия или конструктивно-технологического решения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Создаваемые в ходе выполнения НИОКР научно-технические знания, реализуемые в технологиях, технике и изделиях используются недостаточно эффективно по следующим причинам: затруднена возможность сохранения, поиска, получения информациинедостаточна эффективность информационного обеспечения на протяжении жизненного цикла научно-технических объектов и изделий, недостаточная эвристичность репродуктивных описаний научно-технических объектов для их использования в проектировании технических системувеличивающийся разрыв между поколениями специалистов.

2. Повышение эффективности использования знаний и активности их вовлечения в хозяйственный оборот может быть достигнуто за счет кодификации знаний.

3. Наибольший эффект от кодификации научно-технических знаний может быть получен при выявлении, формулировании и кодификации продуктивных знаний, в неявном виде реализованных в технологиях, технике и изделиях и их описаниях.

4. Наиболее эффективными методами выявления продуктивных знаний являются различные виды функционально-физического анализа (ФФА), лучший из которых может быть принят за основу методического инструментария кодификации продуктивных знаний в нефтегазопереработке.

5. Повышение эффективности использования базового ФФА может быть достигнуто за счет его адаптации к технологиям и оборудованию нефтегазопереработки, заключающейся в расширении и корректировке терминологии методики применительно к нефтегазопереработке, формировании базы примеров из нефтегазопереработки, иллюстрирующих процесс выявления и использования продуктивных знаний, а также формировании нового дидактического представление информации о продуктивных знаниях, способствующего более глубокому пониманию функционирования кодифицируемых технологий и оборудования нефтегазопереработки.

6. Выявленные в результате экспериментальной кодификации продуктивные знания, реализованные в наиболее распространенных технологиях и оборудовании нефтегазопереработки обеспечивают повышение эффективности проектной и учебной деятельности, заключающейся в логическом формировании новых концептуальных моделей технологий и оборудования нефтегазопереработки, включающих потенциально более эффективное (по сравнению с существующими аналогами) новые функции и свойства, а также в повышении мотиваций и результативности обучения проектной деятельности в нефтегазопереработке.

Научная новизна работы:

1. Разработан и апробирован новый подход в проектировании оборудования нефтегазопереработки, основанный на разработанной методологии кодификации отраслевых продуктивных знаний, а также их использовании в проектной и учебной деятельности.

2. Выявлены и сформулированы в едином информационном базисе более 20 видов продуктивных знаний, реализованных в наиболее распространенном оборудовании нефтегазопереработки: циклоне, теплообменнике кожухотрубчатом, ректификационной колонне, отстойнике.

3. Разработаны новые концептуальные модели оборудования нефтегазопереработки (контактного устройства, циклона, электродегидратора), отличающиеся от известных аналогов потенциально более эффективными новыми функциями и свойствами.

Работа выполнялась на кафедре оборудования нефтегазопереработки Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, в ЦИАН Минобразования России и в ЗАО «Корпорация «Университетские сети знаний».

Автор благодарит научного руководителя — к.т.н., доцента кафедры оборудования нефтегазопереработки РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, Лукьянова В. А., научного консультанта — директора ЦИАН Минобразования России д.т.н., проф. Попова В. В. за научно-методическую поддержку, оказанную в ходе выполнения работы, а также руководителя Департамента развития технологий Минпромнауки России, д.т.н., проф. Путилова А. В. за предоставленные данные о степени использования знаний отдельных научных направлений федеральными органами исполнительной власти.

10. Выводы из закона соответствия между функциями и структурой ТС, сформулированные применительно к рассматриваемой ТС (матрица соответствия функций и элементов ТС, диаграммы загруженности элементов ТС при выполнении ими различных функций на этапах рабочего цикла).

11. Следствия из закона прогрессивной эволюции, сформулированные применительно к рассматриваемой ТС.

12. Частные закономерности развития данной ТС, описывающие возможные и наиболее перспективные варианты реализации ее КГ1Р на шести уровнях (параметрическом, конструкторско-технологическом, уровне принципов действия, уровне функциональной структуры, уровне потребительских свойств и функциональном уровне).

13. Ресурсы (готовые и производные) ТС, подразделяемые на семь классов: функциональные, вещественные, энергетические, временные, пространственные, информационные и системные.

14. Аналогии ТС в технике, а также в живой и неживой природе (краткие описания, иллюстрации).

Формы представления перечисленных разделов приведены в методике проведения функционально-физического анализа (см. приложение 1).

Типовой сценарий взаимодействия с системой конечного пользователя состоит из 5 этапов: инициализация системырегистрация пользователяопределение информационных интересов пользователя, формирование поискового запроса и поиск релевантных ему ТСанализ результатов поиска (описаний отобранных ТС) — формирование отчета по результатам поиска и анализа описаний найденных ТСпротоколирование работы пользователя.

Рассмотрим выделенные этапы подробнее.

1. Инициализация системы. На данном этапе осуществляется загрузка АС Г1СТР, проверка наличия и работоспособности всех необходимых для ее функционирования компонент, формирование главного окна приложения, вывод «заставки» и панели с указанием названия автоматизированной системы, реквизитов ее разработчиков, отметок об авторских правах и т. п. информацией.

2. Регистрация пользователя. Вывод на экран диалоговой панели регистрации пользователя, содержащей поля «Фамилия, имя, отчество», «Организация, в которой работает пользователь и его должность», «Контактная информация (адрес, телефон, факс) пользователя», а также формируемый список предметных областей (ПО) интересов пользователя. Выдача запроса с предложением заполнить представленную «анкету» (зарегистрироваться).

Список предметных областей (ПО) интересов пользователя формируется путем выбора ПО из соответствующей базы. При желании пользователь может включить в этот список наименования ПО, не содержащиеся в системной базе. Пользователи, зарегистрированные АС ПСТР ранее, могут выбрать свою фамилию, имя и отчество в отсортированном по алфавиту списке, после чего поля «анкеты» заполняются автоматически. Если пользователь сформировал список ПО своих интересов до определения (выбора) фамилии, имени и отчества, то в предоставляемый для выбора список фамилий ранее зарегистрированных пользователей включаются пользователи, относящиеся только к заданным ПО.

Содержимое полей «анкеты» допускается корректировать (редактировать символьные поляпереформировывать, «очищать» список ПО). Необходимость сохранения модифицированных данных должна быть подтверждена пользователем при выходе из панели регистрации (переходе к 3-му этапу).

При желании пользователь может удалить запись о себе из регистрационной базы. Также допускается и отказ от регистрации. В этом случае, а также при неполном заполнении «анкеты» (отсутствии поля «Фамилия, имя, отчество») в базу зарегистрированных пользователей включается новая запись, в поле «Фамилия, имя, отчество» которой заносится строка «Анонимный пользователь — число, месяц, год, текущее время» (т.е. дата и время регистрации).

Помимо указанных выше полей запись в базе зарегистрированных пользователей включает пополняемый список характеристик сеанса работы пользователя с системой. Каждый элемент этого списка представляет собой набор параметров, характеризующих взаимодействие пользователя с АС ПСТР в данном сеансе работы (т.е. от момента запуска системы до завершения ее функционирования). Накопление и анализ подобных сведений позволяет выявить наиболее важные, «популярные», часто выбираемые (запрашиваемые) ПО, функции, описания ТС и составляющих их информационных разделов. К числу таких параметров, в частности, относятся дата и время начала работы с системой, дата и время окончания работы с системой.

В случае эксплуатации системы конкретным пользователем имеется возможность блокировки вызова панели регистрации. При этом в базе зарегистрированных пользователей фиксируется запись (возможно, единственная), соответствующая данному пользователю, новые записи в базу не добавляются, а сведения о взаимодействии этого пользователя с системой заносятся в пополняемый список характеристик зафиксированной записи.

На всех этапах взаимодействия пользователя и системы, начиная со 2-го, осуществляется функционирование справочной подсистемы. В частности, находясь в панели регистрации, пользователь может запросить и получить справочную информацию о назначении, основных возможностях и характеристиках АС ПСТР, методике работы с ней, назначении процедуры регистрации, визуальных элементах и средствах управления, расположенных на панели, и т. д. Кроме того, для недостаточно подготовленных пользователей система может выдавать рекомендации (советы), что делать (какие поля и как заполнять, каким образом перейти к следующему этапу) в данной ситуации на текущем этапе.

3. Определение информационных интересов пользователя, формирование поискового запроса и поиск релевантных ему ТС. Схема, иллюстрирующая размещение информации на экране на данном этапе, изображена на рисунке 2.3.3. Поисковый запрос включает в себя множество пар

Область вывода рекомендаций (справок).

Средства управления справочной подсистемой.

Информация для формирования поискового запроса (пространство выбора).

Формируемый поисковый запрос.

Средства управления формированием поискового запроса.

Признаки, регулирующие поисковые механизмы.

Результаты поиска по запросу: найдено. релевантных ТС.

Перечень наименований найденных ТС.

Рисунок 2.3.3. Схема расположения информации на экране дисплея при формировании поискового запроса цель, функция>, характеристику объекта воздействия этих функций и описание потребительских свойств. Функции и цели (целевые функции) выбираются из системной базы (тезауруса) функций, относящихся к ПО интересов пользователя. Если на этапе регистрации пользователем не был определен список ПО его интересов, такая возможность предоставляется ему на данном этапе. Список функций для выбора может формироваться с помощью правила «ИЛИ» (включаются функции, относящиеся как минимум к одной выделенной ПО) или «И» (включаются функции, относящиеся ко всем выделенным ПО). Необходимость применения одного из двух правил определяется пользователем.

Формирование поискового запроса — многоступенчатый, итерационный процесс. Выполнив поиск по первому варианту запроса, пользователь информируется о его результатах — количестве найденных релевантных ТС. На данной стадии возможно просмотреть наименования найденных ТС и вызвать их описания для детального анализа, т. е. перейти к 4-му этапу. Если же количество или состав найденных ТС не удовлетворяют пользователя, он корректирует поисковый запрос (соответствующие рекомендации выдаются справочной подсистемой).

Ниже приведена примерная последовательность шагов по формированию и уточнению поискового запроса.

1. Определение (уточнение) списка ПО интересов пользователя. Формирование множества функций, относящихся к этим Г10 (по правилам «ИЛИ» или «И»).

2. Выбор пользователем функций и целей в сформированном множестве функций.

3. Определение (уточнение) характеристик ОТ ТС.

4. Определение (уточнение) признаков, регулирующих поисковые механизмы.

4.1. Вид поиска: а) совпадение указанных функций с функциями ТСб) совпадение разновидностей указанных функций с функциями ТС (указанные функции и их разновидности должны быть разделены не более чем N уровнями иерархии родовидовых отношений) — в) совпадение функций, выступающих в качестве способов указанных целей, с функциями ТСг) совпадение функций, соподчиненных по отношению к указанным функциям, с функциями ТС при условии, что указанные цели играют такую же роль по отношению к соподчиненным функциям (указанные функции и их родовые функции должны быть разделены не более чем М уровнями иерархии родовидовых отношенийродовые функции и их разновидности, соподчиненные по отношению к указанным функциям, должны быть разделены не более чем N уровнями родовидовых отношений) — д) поиск с учетом или без учета указанных характеристик ОТ ТС.

4.2. Степень совпадения функций (если указано несколько пар <цель, функция>): все функции (правило «И») или хотя бы одна функция (правило «ИЛИ»).

5. Поиск по сформированному запросу. Выдача информации о количестве найденных ТС.

6. Просмотр наименований найденных ТС. Вызов описаний этих ТС для анализа (переход к 4-му этапу) или корректировка поискового запроса: переход к шагам 1−4. Выдача рекомендаций по уточнению поискового запроса: в случае большого числа найденных разнородных ТС — сужение поискового пространства (уменьшение параметров М и N, использование поиска по схеме 4.1а и поиска с учетом характеристик ОТ, уменьшение диапазонов характеристик ОТ, поиск на полное совпадение функций по правилу «И») — в случае недостаточного числа найденных ТС — расширение поискового пространства (увеличение параметров М и N, использование поиска по схемам 4.1 в, 4.1 г и поиска без учета характеристик ОТ, поиск на частичное совпадение по правилу «ИЛИ») — в случае большого числа найденных однородных ТС — уменьшение диапазонов характеристик ОТ и определение потребительских свойств (переход к шагу 7).

7. Вывод на экран перечня наименований, значений и размерностей основных характеристик (параметров) найденных ТС, соответствующих указанным функциям. Определение (уточнение) требуемых значений (или интервалов) значений этих параметров. Определение степени совпадения значений (интервалов значений) параметров.

8. Выбор во множестве найденных на предыдущих шагах ТС систем, удовлетворяющих определенным на шаге 7 условиям (фильтрация найденных ТС).

9. Просмотр наименований выделенных ТС. Вызов описаний этих ТС для анализа (переход к 4-му этапу), уточнение потребительских свойств (переход к шагу 7) или корректировка поискового запроса: переход к шагам 1−4.

4. Анализ результатов поиска (описаний отобранных ТС). Выход на данный этап может быть осуществлен как после выполнения поисковых процедур на предыдущем этапе, так и непосредственно после загрузки системы (т.е. минуя этап поиска). В последнем случае на экран выводится отсортированный по алфавиту список наименований ТС, относящихся к выделенным ПО. При использовании поисковых механизмов в подобный список включаются только найденные (отобранные) описания ТС, а их наименования упорядочиваются по специальным признакам.

Поскольку описания ТС имеют достаточно большие размеры, проведение их оперативного просмотра и сопоставления в полном объеме затруднительно. По этой причине АС ПСТР обеспечивает возможность выбора следующих трех вариантов представления описаний.

1. Представление (в форме списка) наименований описаний ТС, наименований ПО, к которым относятся данные ТС, а также функций, обусловивших выбор этих ТС в процессе поиска (последняя составляющая служит для объяснения результатов поиска).

2. Представление информации, указанной в п. 1, и кратких характеристических сведений о ТС (для текущей ТС списка):

— полного наименования ТС;

— краткого описания ТС, названия метода (способа) получения (преобразования) объекта (или получения объекта с заданными свойствами);

— принципиальной схемы (графической иллюстрации и спецификации);

— принципа действия ТС.

3. Представление описаний ТС в полном объеме.

Последний вариант представления применяется при выборе пользователем какой-либо ТС в списке по ее наименованию, что соответствует переходу от 1-го и 2-го видов представления к 3-му. В свою очередь, работая с «полномасштабным» описанием ТС, всегда можно перейти к «сокращенным» его вариантам или же вернуться в режим поиска (3-й этап), при этом сформированный ранее поисковый запрос сохраняется.

Просмотр и анализ описания ТС в полном объеме может осуществляться:

— последовательно (т.е. «страница за страницей», раздел за разделом);

— параллельно (из любого раздела можно перейти в любой другой раздел без «листания» описания с помощью системы пиктограмм или промежуточного меню);

— с использованием информационных связей разделов описания друг с другомэти связи могут также применяться и для предварительной селекции содержащейся в описании информации (например, можно выделять и выводить на экран части разделов описания, относящиеся только к интересующим пользователя функциям, характеристикам и т. п.).

5. Формирование отчета по результатам поиска и анализа описаний найденных ТС. Протоколирование работы пользователя.

Работа пользователя с АС ПСТР протоколируется. В текущий протокол заносится информация о выделенных пользователем ПО, сформированных поисковых запросах, значениях признаков, регулирующих поисковые механизмы, перечнях найденных (отобранных) ТС и т. п. Информация в текущем протоколе доступна пользователю: он может запросить «историю» формирования поискового запроса, проанализировать последовательность вносимых в него изменений, извлечь данные из протокола с целью вернуться к определенным ранее вариантам запросов и спискам найденных ТС и т. д.

Пользователь также может самостоятельно заносить в протокол различные сведения. Например, сделанные им выводы, замечания, вопросы, а также выделенные части (разделы) описаний ТС. Последняя функция называется документированием описаний и состоит в преобразовании информации, содержащейся в описаниях, в форму документа, включающего текст, таблицы, графики (диаграммы) и иллюстрации. Формируемые документы могут быть выведены на печатающее устройство.

В конце сеанса работы с системой на основании текущего протокола формируется итоговый протокол. Решение о включении в него тех или иных данных из текущего протокола принимает пользователь. Ссылка на итоговый протокол заносится в список характеристик сеанса работы пользователя с системой в базе зарегистрированных пользователей (см. описание 2-го этапа). Как текущий, так и итоговый протокол может быть выведен на печатающее устройство или экран (в текстовом виде для просмотра).

Разработка методики проведения функционально-физического анализа, а также подходов к формированию компьютерного инструментария, обеспечивающего функционирование Унифицированной системы кодификации научных знаний и технологий в части оперирования продуктивными знаниями позволило автору сформировать ориентировочную функциональную структуру системы кодификации научных знаний и технологий, описание которой приведено в следующем разделе.

2.4. Разработка ориентировочной функциональной структуры системы кодификации знаний.

Функциональную структуру формирования кодифицированных знаний на примере отраслевых технологий необходимо формировать исходя из следующих основных посылов:

1.В рамках государства система кодификации научных знаний и технологий не должна дублировать функции существующей государственной системы научно-технической информации (ГСНТИ), должна быть гармонично с ней связанной и привносить дополнительные полезные функции.

2. Среди функциональных элементов схемы не должно быть дублирующих функций.

Исходя из выше приведенных посылов, формирование кодифицированных знаний можно представить в виде схемы (рисунок 2.4.1.).

Особо на рисунке 2.4.1. следует отметить «ветвь», позволяющую в государственной системе кодификации знаний формировать продуктивные знания, обладающие повышенной способностью генерировать новые знания, которые с помощью специализированного инструментария могут активно вовлекаться в хозяйственный оборот. Формирование продуктивных знаний основано на использовании законов и закономерностях развития систем, эвристических стратегиях, тактиках, методах, приемах.

При этом формирование межотраслевых баз продуктивных знаний не должна являться прерогативой отдельных экспертов. Принципиальные решения по структуре и ключевым аспектам содержания этих баз вырабатываются и принимаются на заседаниях экспертного совета (рисунок 2.4.2.). Регламент работы экспертного совета относится к организационным аспектам функционирования унифицированной системы кодификации научных знаний и технологий и в данной работе не рассматривается.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

I I — существующая система формирования и накопления знаний — существующая система ГСНТИ;

— - функции сбора, обработки и передачи информации;

I I — государственная система кодификации знаний.

Рисунок 2.4.1. Формирование кодифицированных знаний.

Специфика дифференциации категорий пользователей государственного регистра кодифицированных знаний состоит в том, что класс так называемых конечных пользователей трудно отделить от класса экспертов только лишь на основании признака о возможности внесения ими изменений в базы знаний. Причина этого состоит в том, что информация, отражающая «свежий взгляд со стороны» на ту или иную проблему конечного пользователя, может подчас отказаться не менее ценной, чем сведения, заложенные в систему опытными экспертами. Сказанное обусловливает необходимость реализации в регистре доступа конечных пользователей к функции дополнения отраслевых баз продуктивных знаний (при этом доступ к функциям корректировки информационных баз и пополнения межотраслевых фондов остается заблокированным). Содержанием вводимой информации могут быть комментарии, оценки различных аспектов описаний ТС, новые трактовки продуктивных знаний, примеры их использования в других предметных областях и т. д. Все указываемые конечными пользователями сведения помечаются их идентификаторами, определяемыми при регистрации пользователей. Анализ подобной «дополнительной» информации, накапливаемой системой в процессе ее работы, осуществляется межотраслевыми экспертами (рисунок 2.4.2.).

Рисунок 2.4.2. Распределение категорий пользователей системы по отраслевому и межотраслевому уровням.

2.5. Основные положения методологии кодификации и использования продуктивных знаний о технологиях и оборудовании нефтегазопереработки.

Обобщение разработанных в данной главе методических и инструктивных материалов позволило разработать методику кодификации и использования продуктивных знаний о технологиях и оборудовании нефтегазопереработки, основные положения которой заключаются в следующем:

1.Для выявления и кодификации отраслевых продуктивных знаний должны отбираться наиболее важные технологии и оборудование нефтегазопереработки, которые являются последними и/или наиболее распространенными в данной предметной области.

2. Информационными источниками для проведения кодификации знаний являются:

— описания результатов фундаментальных и прикладных НИР и ОКР, представленные в литературных источниках;

— описания предварительно отобранных технологий и оборудования, составленные экспертами на основе анализа документов, отражающих процесс функционирования ранее не описанных технологий и оборудования (см. рисунок 2.4.1.);

— описания опыта проектировщиков, специалистов, ученых, составленные на основе интервьюирования и анкетирования специалистов (см. рисунок 2.4.1.).

3. Выявление различных видов продуктивных знаний в предметной области нефтегазопереработки должно проводиться согласно методике проведения функционально-физического анализа технологий, техники и изделий, адаптированной для технологий и оборудования нефтегазопереработки (см. приложение 1).

4. Систематизация и отдельных видов продуктивных знаний должна происходить в компьютерном инструментарии, построенном в соответствии со структурой, приведенной в разделе 2.3.

5. Использование баз продуктивных знаний в проектной деятельности должно проводиться в соответствии с системной методологией проектной деятельности [53, 54, 55, 56, 81, 82, 96, 116, 152, 153, 154, 155, 156, 158, 182]. Обобщенно направления использования баз продуктивных знаний в проектной деятельности приведены в таблице 2.5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Развитие рыночной экономики в России требует модернизации отечественной промышленности с использованием передовых научно-технических разработок и системного применения накопленных и создаваемых научно-технических знаний. При этом в настоящее время в России слабо реализованы механизмы, обеспечивающие непрерывную актуализацию научно-технических знаний и научно-технических разработок. В данной работе представлены результаты анализа проблем информационного обеспечения научно-технической сферы, причин их возникновения и возможных путей решения этих проблем.

Переход на качественно новый уровень научно-технологического обеспечения промышленности в России осуществляется за счет кодификации научных знаний и технологий.

Кодификация научно-технических знаний — наиболее эффективная, высшая форма систематизации результатов научно-технической деятельности, имеющих овеществленные качественные и (или) количественные характеристики, отражающие уровень их достаточности для решения практических задач по производству наукоемкой конкурентоспособной продукции (товаров, услуг).

Целью кодификации научно-технических знаний является активизация вовлечения знаний в хозяйственный оборот.

Анализ подходов по решению проблем информационного обеспечения научно-технической сферы показал, что научно-методологические подходы по кодификации и оперированию отраслевыми продуктивными знаниями пока не сформированы. Это и определило актуальность данной работы.

Так как объектами кодификации являются знания, то в данной работе приведены типология знаний, обзор видов продуктивных знаний, систематика языков и способов представления знаний, результаты анализа услуг информационных хранилищ, а также систематика способов приобретения знаний, в том числе обзор методик выявления продуктивных знаний.

Сравнительный анализ методик выявления продуктивных знаний показал, что наибольшей эффективностью обладает методика проведения функционально-физического анализа (ФФА) научной школы проф. В. В. Попова, которая изначально была ориентирована на ТС горной отрасли и машиностроения.

В работе выполнена адаптация методики проведения ФФА к ТС нефтегазопереработки. На основе сформированных механизмов оперирования продуктивными знаниями сформулированы основные требования к компьютерному инструментарию кодификации продуктивных знаний, разработана примерная функциональная структура унифицированной системы кодификации научных знаний и технологий. На основе полученных методических разработок автором сформирована методология кодификации продуктивных знаний, реализованных в технологиях и оборудовании нефтегазопереработки.

В ходе апробации разработанной методологии на первом этапе выявлялись и кодифицировались продуктивные знания, реализованные в технологиях и оборудовании нефтегазопереработки (в работе представлены результаты выявления и кодификации продуктивных знаний, реализованных в кожухотрубчатом теплообменнике, отстойнике, ректификационной колонне, циклоне). При этом выявлялись и кодифицировались следующие виды продуктивных знаний:

1. Функции ТС (главная, основные, вспомогательные, вредные и нейтральные).

2. Характеристики ТС (внешние, внутренние, экономические, эргономические, экологические).

3. Критерии прогрессивного развития ТС.

4. Технические противоречия в ТС.

5. Физические противоречия в ТС.

6. Физические, химические, биологические, геометрические и другие эффекты и явления, реализованные в ТС.

7. Следствия из закона стадийного развития ТС.

8. Следствия из закона прогрессивной эволюции ТС.

9. Следствия из закона соответствия между функциями и функциональной структурой ТС.

10. Частные закономерности развития ТС.

11. Ресурсы ТС и рекомендации по их использованию.

12. Эвристические приемы.

13. Аналогии ТС в природе и технике.

На втором этапе выявленные и кодифицированные продуктивные знания применялись при концептуальном проектировании технологий и оборудования нефтегазопереработки. При этом сформулированы направления совершенствования и разработаны новые концептуальные модели следующих технологий и оборудования нефтегазопереработки: ректификационная колонна, контактное устройство ректификационной колонны, электродегидратор, циклон. Автором планируется подача заявок на изобретение для защиты разработанных концептуальных моделей.

В целом, в данной работе достигнуты следующие основные результаты:

1. Разработаны методологические основы выявления, кодификации и использования продуктивных знаний в нефтегазопереработке, включающие следующее.

1.1. Методику проведения функционально-физического анализа, позволяющую комплексно выявлять, систематизировать и кодифицировать продуктивные знания, реализованные в технических системах нефтегазопереработки.

1.2. Начальные требования к компьютерному инструментарию кодификации продуктивных знаний, которые могут быть использованы для разработки технических заданий на создание программных средств, обеспечивающих повышение эффективности процесса кодификации знаний.

1.3. Функциональную структуру Унифицированной системы кодификации научных знаний и технологий, позволяющую определить место системы кодификации в структуре существующей системы научно-технической информации, направления работ по кодификации научных знаний и технологий, категории специалистов для организации и проведения этих работ.

2. В результате проведения функционально-физического анализа наиболее распространенных технических систем нефтегазопереработки сформированы в едином информационно-методологическом базисе начальные фонды отраслевых продуктивных знаний, позволяющие, при их использовании интенсифицировать проектную деятельность в нефтегазопереработке и повысить эффективность обучения отраслевых специалистов.

3. Разработан и апробирован новый подход в проектировании оборудования нефтегазопереработки, базирующийся на продуктивных знаниях и позволяющий повысить эффективность этапов концептуального проектирования. В результате апробации получены новые концептуальные модели оборудования нефтегазопереработки: циклона, контактного устройства, электродегидратора, отличающиеся от известных аналогов реализацией новых функций и свойств. Разработанные новые концептуальные модели могут быть использованы для аппаратурного оформления новых процессов и модернизации существующего оборудования.

Потенциальными пользователями полученных результатов могут быть специалисты следующих категорий:

— Ученые и проектировщики: задачи концептуального проектирования (определение перспективных направлений качественного совершенствования и создания новых поколений технологий, техники и изделий).

— Обучаемые и преподаватели университетов и других учебных заведений технического профиля: профессиональная подготовка и повышение квалификации.

— Руководители промышленных и проектных организаций нефтегазопереработки и их подразделений: определение концепций и основных направлений технической политики.

— Методисты, разработчики учебных пособий и автоматизированных средств обучения: определение структуры, содержания и форм подготовки и разработка учебных заданий, отвечающих принципам проективной педагогики.

— Патентоведы и эксперты: оценивание технических решений с точки зрения соответствия их уровню мировых образцов, а также определение степени их новизны, оригинальности и конкурентоспособности.

— Специалисты по технической информатике: формирование обобщенных аналитических обзоров современных перспективных направлений развития области нефтегазопереработки.

Основные положения диссертации и ее результаты были доложены и получили одобрение на 3 отраслевых и 7 межотраслевых конференциях, в том числе «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2001 г.), Четвертая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (Москва, 2001 г.), Девятая международная конференция «Математика. Компьютер. Образование.» (Дубна, 2002 г.), Вторая научно-практическая конференция «Московская наука — проблемы и перспективы» (Москва, 2002 г.), «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2002 г.), Третья всероссийская конференция «Электронные учебники и электронные библиотеки» (Москва, 2002 г.), Всероссийская конференция «Современная образовательная среда» (Москва, 2002 г.), Научно-практические конференции — выставки по результатам реализации в 2002 и 2003 г. г. Межотраслевой программы сотрудничества Минобразования РФ и Спецстроя РФ «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве» (Москва, 2002 и 2003 г. г.), Пятая научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2003 г.).

Основные положения диссертации и ее результаты работы изложены в 17 публикациях, в том числе в 2 монографиях и 1 изобретении.

Промежуточные результаты работы, использовались при выполнении следующих комплексных проектов:

1. Проект «Разработка проекта Концепции системы кодификации знаний и освоение методики кодификации результатов научно-технической деятельности», выполняемый на основании приказа Минпромнауки России от 06.12.2000 г. № 134, Ассоциация делового и научно-технического сотрудничества в области машиностроения, высоких технологий и конверсии.

2. Научно-техническая программа Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям пауки и техники». Подпрограмма 206 «Топливо и энергетика». Проект «Разработка новых технологий и техники транспорта газа и добычи нефти, обеспечивающих существенное повышение производительности, снижение энергозатрат и металлоемкости продукции», ГНИУ «Центр информационно-аналитического обеспечения системы дистанционного образования» Минобразования России.

3. Межотраслевая программа научно-инновационного сотрудничества Министерства образования Российской Федерации и Федеральной службы специального строительства Российской Федерации «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве». Направление «Научно — инновационное сотрудничество». Проект «Разработка информационно-аналитического комплекса, обеспечивающего систематизацию перспективных научно-технических разработок, технологий и техники строительной отрасли, извлечение скрытых продуктивных знаний и формирование на их основе концептуальных моделей технологий и техники новых поколений», Московский государственный строительный университет.

4. Научно-техническая Программа Минобразования России «Создание системы открытого образования». Подпрограмма: «Научное, научно-методическое и информационное обеспечение создания системы открытого образования». Проект «Разработка технологий и средств развития творческих способностей обучаемых в открытом образовании», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

5. Федеральная целевая программа Минобразования России «Интеграция науки и высшего образования России на 2002;2006 годы». Проект «Создание программно-информационной среды поддержки креативной педагогики и концептуального проектирования для предметной области топливно-энергетического комплекса», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

Планируется, что результаты данной работы будут служить методической основой для проведения крупномасштабных работ по выявлению и кодификации продуктивных знаний, реализованных в ТС различных отраслей экономики и промышленности при формировании Унифицированной системы кодификации научных знаний и технологий (координацию данных работ осуществляет Минпромнауки России).