Международная сертификация менеджмента качества ISO 9001

Международная Кафедра-сеть ЮНЕСКО/МЦОС «Техническое и профессиональное образование и подготовка кадров (TVET)

Международный Центр Обучающих Систем

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ РАЗВИТИЯ ТРЕНАЖЕРОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Системные парадоксы «высокоточного» моделирования

Монография «Теория и технология систем управления». Содержание и актуальность. 

В конце 2013 года в издательстве Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ) была выпущена в свет трехтомная монография «Теория и технология систем управления» под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ю. С. Тверского [1]. Цель издания, анонсированная авторами, — показать особенности и ключевые наукоемкие аспекты новой технологии создания территориально-распределенных многофункциональных АСУТП электростанций на базе ПТК сетевой иерархической структуры.

В первой книге «Проблемы и задачи» дан анализ ключевых проблем современного состояния электроэнергетики и АСУТП как системообразующего оборудования электростанции, рассмотрены задачи и методологические основы начальной стадии создания АСУТП на базе программнотехнических комплексов сетевой иерархической структуры.

Во второй книге «Проектирование» изложены методологические особенности функционального, конструкторского и технологического проектирования АСУТП на базе программно-технических комплексов сетевой иерархической системы.

В третьей книге «Моделирование» дан анализ ключевых проблем современного состояния тренажеростроения в электроэнергетике. Рассмотрены методологические проблемы математического моделирования и создания учебнотренажерных комплексов и полигонов.

В соответствии с тематикой статьи наибольший интерес вызывает книга третья, представленная в двух частях (шестая и седьмая части).

В шестой части книги (главы 18–21) изложены:

• методологические вопросы создания учебнотренажерных комплексов (многоцелевых полигонов) и компьютерных средств подготовки персонала в энергетике;
• предпринята попытка классификации учебно тренажерных средств подготовки специалистов, в том числе оперативного персонала;
• рассмотрены особенности современных подходов разработки высокоточных математических и имитационных моделей процессов энергоблоков тепловых электростанций.

Седьмая, завершающая часть книги (главы 22, 23), упомянутая в предисловии к монографии, представлена поэмой Владимира Демьяненко «РАО… БРАВО», которая опубликована в отдельном издании (В. Демьяненко «Кому нужен покой и уют…», Иваново: «Новая Ивановская газета», 2011. — 256 с.) и в настоящем издании по неизвестным причинам не приводится. Актуальность постановки задач рассматриваемой монографии трудно переоценить в связи с современной общей ситуацией в российской экономике и в электроэнергетике в частности. Западные санкции и требования импортозамещения диктуют необходи мость наличия отечественных разработок по основным позициям производства и внедрения новой техники. Тем не менее, и, особенно в электроэнергетике, поставки новой техники идут в подавляющем большинстве случаев с Запада, включая системы автоматизированного управления этим оборудованием и системы тренажерной подготовки персонала, которые, судя по экспертным оценкам Минэнерго РФ, в основном, не соответствуют принципам и техническим правилам, в рамках которых построена и функционирует Единая энергетическая система России. Вследствие этого, «статистические данные за несколько последних лет показывают, что в электроэнергетике в настоящее время сложилась устойчивая тенденция роста количества крупных аварий, имеющих системное значение»4. В связи с изложенным представляет значительный интерес рассмотрение вопроса — что же нового предлагают авторы монографии при разработке и внедрении современных отечественных систем управления и тренажерной техники?

Новые ключевые технологии создания АСУТП
Итак, слово авторам: «Современная технология создания АСУПТ на базе ПТК представляется в виде сквозной итерационной последовательности работ на стадиях функционального, конструкторского и технологического проектирования сложной системы (рис. 1). Выделенные наукоемкие элементы технологии показывают, что эффективность конечных результатов во многом связана с профессиональной подготовкой специалистов на всех стадиях выполнения работ, а также используемыми при их подготовке кибернетическими средствами обучения».

Технологическая цепочка новых наукоемких элементов создания АСУТП у авторов монографии выглядит следующим образом:
• Разработка математической модели технологического объекта управления (ТОУ):
– определение технологических границ и требований к модели ТОУ;
– разработка структуры модели и «настройка» ее компонентов;
– реализация «компьютерной» модели ТОУ.
• Отработка алгоритмов автоматического управления (на «компьютерной» модели ТОУ).

• Разработка модели ТОУ реального времени, информационно-совместимой с ПТК АСУТП.
Полигонные испытания АСУТП с «встроенной» моделью ТОУ реального времени, информационно совместимой с ПТК управляющей системы.
• Проверка адекватности модели ТОУ.
Таким образом, выделенные (курсив) полигонные испытания АСУТП с «встроенной» моделью ТОУ и есть тот ключевой фактор, составляющий, по мнению авторов, научную новизну и революционные изменения общей технологии создания АСУТП.

Тем не менее, сам факт разработки и дальнейшей корректировки алгоритмов АСУТП и прикладного ПО по модели объекта управления общеизвестен, логически определен и частично регламентирован. Новизна, по мнению авторов, заключается в полноценности разрабатываемых математических моделей моделируемого тепломеханического оборудования и процессов управления, реализуемых в информационно-технической среде реального ПТК.

Это, во-первых, требование к базовой теоретической основе, которая должна позволять создавать все режимные (нелинейные) динамические модели высокой точности, используя, прежде всего, данные заводов изготовителей.

Во-вторых, требование обеспечения адекватности математических моделей, поскольку только количественная мера (адекватность) и качественная оценка (верификация) в условиях постоянно имеющейся эксплуатационной неопределенности, а также разного рода принимаемых допущений позволяют гарантировать достоверность получаемых результатов. 

Возникает сразу несколько формально-логических и методологических вопросов к сформулированной «новой ключевой технологии создания АСУТП» и ее «базовой теоретической основе».

Во-первых, почему эффективность конечных результатов разработки АСУТП связана с профессиональной подготовкой специалистов на всех стадиях выполнения работ, а также используемыми при их подготовке кибернетическими средствами обучения?

Уважаемые авторы монографии, если ваши сотрудники в настоящее время не готовы (т. е. требуют подготовки) к профессиональной разработке АСУТП, то, очевидно, что они и не являются «специалистами» и, соответственно, не могут быть привлечены к указанной работе.

Далее, какие же это «кибернетические средства обучения» используете вы для повышения их квалификации? Кибернетика — наука об общих закономерностях  процессов управления и передачи информации, но «средства обучения» она, к сожалению, не рассматривает и никак их не регламентирует.

Во-вторых, что такое «полноценная» математическая модель? В философии, математике, теории подобия, теории имитационного моделирования существует ряд терминов, описывающих различные степени сходства между оригиналом и его моделью, а именно: тождество, эквивалентность, изоморфизм, гомоморфизм, подобие и адекватность… и все, — термина «полноценности» там нет. А если уж вы вводите новый термин, так потрудитесь, пожалуйста, его определить.

В-третьих, совершенно неясно, как можно получить в итоге всережимные (нелинейные) динамические модели высокой точности, используя, прежде всего, данные заводов- изготовителей?

Технология создания АСУТП на базе ПТК сетевой структуры

Рис. 1. Технология создания АСУТП на базе ПТК сетевой структуры (копия рис. В1.1. [1]).

Традиционный (нормативный) подход к имитационному моделированию определяет априорный анализ всей доступной информации по объекту управления5, и поэтому возникает вопрос: как может часть информации вместо суммы повысить точность модели до показателя «высокий», так как, очевидно, что часть всегда меньше суммы?

Следующий вопрос касается гарантированной достоверности получаемых результирующих данных на модели объекта управления в условиях постоянно имеющейся эксплуатационной неопределенности и разного рода принимаемых допущений.

Авторы монографии, как это ни странно, предлагают в качестве «научно-новых» и «революционных» широко известные и регламентированные требования к «адекватности» модели объекта и ее «верификации». Причем из монографии неясно, каким образом «определить количественно» адекватность модели объекту?

И далее, что такое «качественная верификация» при проведении на объекте и модели нормативной верификации для корректировки структуры модели (синтаксиса) и валидации для корректировки параметров (семантики)?

И, наконец, общеизвестное и, тем не менее, абсолютно верное, соответствующее критериям естественно научной методологии, высказывание, на самом деле являющееся парадигмой6 современного представления о математическом моделировании физических объектов. Слово авторам.

«Проблема оценки адекватности математических моделей определяется особенностью концептуальной схемы решения задачи (парадигма), которая заключается в том, что оценка меры адекватности математической модели может быть получена только путем привлечения результатов экспериментальных исследований, т. е. результатов идентификации технологического оборудования как объектов управления на стадии его эксплуатации».

На этом блестящем пассаже (если бы он соответствовал дальнейшему тексту) можно было бы благополучнои закончить творческие изыскания авторов, но, к сожалению, далее начинается часть шестая монографии под многообещающим названием «Математическое моделирование и тренажеростроение в энергетике», к паралогизмам которой мы и хотели бы далее привлечь внимание наших читателей.

Но, предварительно, все-таки интересно посмотреть, в чем же заключается базовая теоретическая основа разработки полноценных все режимных динамических моделей высокой точности, которая и определяет как «наукоемкость», так и «новизну и революционность» примененного подхода к разработке АСУТП? Смотрим текст §18.1.3 главы 18 «Концептуальные и методологические принципы создания учебно-тренажерных комплексов».

Авторская концепция: «В основе современной теории построения высокоточных всережимных математических моделей технологических ОУ (ТЭС) лежат фундаментальные законы неравновесной термодинамики (феноменологический подход), позволяющие получать обобщенные распределенные трехмерные нелинейные (всережимные) детерминированные динамические модели и посредством уравнений состояния строить высокоточные математические модели конкретного тепломеханического оборудования».

Такова авторская базовая теоретическая основа (БТО) построения полноценных всережимных динамических моделей высокой точности.

Однако базовая теоретическая основа — это лозунг, декларация, флаг, а в реальной жизни авторы честно признаются в нереальности изложенной методологии.
Так, например, (стр. 31 т. 3):

  •  БТО — получение «распределенных трехмерных нелинейных моделей»;
  •  Допущения — «…по ряду объективных трудностей все сегодняшние разработки ограничены на уровне моделей с сосредоточенными параметрами»;
  •  БТО — применяются «фундаментальные законы неравновесной термодинамики (феноменологический подход)»;
  •  Допущения — «…уравнения состояния формируются, как правило, на основе конструктивных и режимных сведений и проверенных практикой «Нормативных методов…».

Далее авторы признают, что…

«Проблемы создания имитационных моделей носят в основном вычислительный характер и связаны с особенностями решения системы жестких нелинейных многопараметрических дифференциальных уравнений высокого порядка в режиме реального времени.

Проблема жесткости снимается, как правило, путем перехода к статическим соотношениям (например, в уравнениях количества движения).

Поскольку математические модели многопараметрические, задача автоматической (автоматизированной) настройки на заданный режим достаточно сложна и представляется одной из актуальных задач, требующих методологической проработки».

Таким образом, базовая теоретическая основа построения полноценных моделей высокой точности ввиду принимаемых допущений и упрощений, очевидно, в настоящее время является достаточно декларативной и, по выражению авторов монографии, «требует дальнейшей методологической проработки».

Далее авторы делают сверхконструктивный и во второй части несколько меркантильный вывод, что «в целом работы по созданию общей теории, методологии и технологии построения всережимных высокоточных динамических моделей сложных технологических объектов и технических систем управления находятся в стадии незавершенных разработок, которые так или иначе развиваются коммерческими фирмами поставщиками тренажерной продукции, а также частично поддерживаются различными грантами».

Таким образом, в связи со сложившимся печальным положением дел по созданию «общей теории, методологии и технологии… и т. д.», т. е. наличием незавершенности разработок:

Во-первых, представляют значительный интерес итоги работы по «частично поддержанному гранту»7 авторов монографии.

Во-вторых, вызывает некоторое удивление тот факт, что представители высокой вузовской науки перекладывают решение методологических задач математического моделирования технологических объектов иv систем управления на «коммерческих» представителей бизнес-сообщества, очевидно ожидая, что в дремучих лесах Ивановской области чудом появятся новоявленные кулибины и ползуновы и без всяких грантов принесут на кафедру систем управления ИГЭУ полные лукошки высокоточных моделей, выращенных с помощью феноменологического подхода к неравновесной термодинамике.

Подводя итоги рассмотрения раздела «Новые ключевые технологии создания АСУТП» (фактически — «наукоемкие элементы» книг первая и вторая монографии) хотелось бы привести мнение по указанному вопросу весьма авторитетного специалиста по теории систем автоматического управления профессора В. Я. Ротача(МЭИ).

Заключение эксперта [2]: «С точки зрения теории автоматического управления возможность законченного синтеза практически жизнеспособных алгоритмов функционирования кон
троллеров и регуляторов непосредственно по априорной модели объекта сомнительна уже из-за противоречивости самой постановки задачи идентификации объекта (системного парадокса модели объекта). Кроме того, техническая реализация результатов синтеза обычно связана с появлением ряда неучтенных факторов, которые могут потребовать существенной корректировки получаемых результатов.

Системный парадокс модели объекта состоит в том, что принципиально невозможно сформулировать критерий приближения к реальному объекту его модели, по которой будет синтезироваться алгоритм управления или регулирования, если неизвестен этот алгоритм.

Выход из полученного порочного круга — в переходе к итерационной процедуре синтеза, в рамках которой синтез алгоритма по априорной модели объекта является только первым шагом. Остальные шаги движения к оптимуму выполняются непосредственно на реальном объекте при вводе и после ввода системы в действие.

Необходимость на этапе проектирования предварительного выдвижения гипотезы о структуре алгоритма управления определяется тем, что исходная модель объекта может быть достаточно хорошо аппроксимирована (с субъективной точки зрения проектировщика и произвольно принимаемого им критерия приближения) большим числом аналитических выражений. Соответственно может быть получено столько же оптимальных алгоритмов управления и регулирования, причем не исключено, что многие из них будут физически или технически нереализуемы».

Таким образом, неоднократно и в различных вариантах сформулированная авторами монографии концепция «теории построения высокоточных всережимных математических моделей технологических объектов», несмотря на грозные «фундаментальные законы неравновесной термодинамики» с «феноменологическим подходом» и проч., и проч., сомнительна уже из-за противоречивости самой постановки задачи идентификации объекта по априорной его модели, т. е. при «использовании, прежде всего, данных заводов изготовителей».

В связи с этим обстоятельством целесообразно ознакомиться с мнением по данному вопросу известного специалиста по математическому моделированию теплоэнергетических установок члена-корреспондента РАН Л. С. Попырина.

Заключение эксперта [3]: «Применительно к энергетике противоречие семантического содержания аналитической модели и эмпирическими фактами выглядит следующим образом.
Современные энергообъекты, рассматриваемые как объект моделирования, в большинстве своем нестационарны, нелинейны, многомерны, со многими внутренними обратными связями, невелика или отсутствует вовсе априорная информация о форме и степени взаимосвязи между переменными в динамике в реальных условиях эксплуатации. Это значительно усложняет получение их адекватного математического описания. Использование разработчиком модели для этой цели априорной информации, которая имеется, например, в распоряжении конструктора (физические, химические, механические закономерности, нормативные документы) в большинстве случаев вызывает затруднения. Это определяется следующим.

Закономерности (уравнения кинетики, тепломассообмена, материального баланса и пр.) при эксплуатации энергообъекта значительно искажаются, т. е. изменяется форма и степень связи между переменными из-за изменения масштабов процесса, влияния помех, шумов различного рода, отклонения от идеальных условий».

По указанным причинам вызывает большое сомнение справедливость «теории» построения высокоточных всережимных математических моделей технологических объектов при использовании, прежде всего, данных заводов-изготовителей, полученных конструкторами тех же заводов или проектных организаций при использовании ими закономерностей нормативных методик, значительно искажающихся в эксплуатационных условиях, что, кстати, подтверждается результатами исследований как российских, так и зарубежных ученых, нормативными документами и значительным опытом ведущих наладочных и научно-исследовательских организаций электроэнергетики РФ (ОРГРЭС, ЦКТИ, ВТИ, где, кстати, в разное время работали авторы настоящей статьи).

Поэтому не вызывает возражения тезис авторов монографии о том, что «в целом работы по созданию общей теории, методологии и технологии построения всережимных, высокоточных динамических моделей сложных технологических объектов и технических систем управления находятся в стадии незавершенных разработок» и надежда только на появление в будущем гениальных новаций коммерческих фирм-поставщиков тренажерной продукции.

Таким образом, анонсированные авторами монографии «новые ключевые технологии», «научная новизна» и «революционные изменения» общей технологии создания АСУТП, остаются, к сожалению, только лишь анонсом и благими намерениями, которыми, как известно, вымощена дорога …«к дальнейшей методологической проработке».

Далее рассмотрим часть шестую монографии, названную авторами…

«Математическое моделирование и тренажеростроение в энергетике».
Основные вопросы, которым посвящена часть шестая:

  • методология создания учебно-тренажерных комплексов (многоцелевых полигонов) и компьютерных средств подготовки персонала;
  • классификация учебно-тренажерных средств подготовки специалистов, в том числе оперативного персонала;
  • особенности современных подходов к разработке высокоточных математических и имитационных моделей процессов энергоблоков тепловых электростанций.

Основные методологические проблемы, которые возникают, по нашему мнению, при разработке математического и программного обеспечения современной тренажерной техники так или иначе связаны с [4–7]:

  • адекватным моделированием энергообъекта прототипа с учетом специфических свойств человека-оператора;\
  • моделированием или стимулированием8 соответствующих систем контроля и управления;
  • организацией системы обучения (программно-функциональное обеспечение инструктора, т. е. учебно-методическое обеспечение — УМО);
  • организацией программно-технической, масштабируемой и адаптируемой платформы моделирования основных и вспомогательных функций тренажера.

Перечисленные подсистемы определяют базовые составляющие структуры тренажера, рассматриваемого в качестве устройства, предназначенного для обучения человека-оператора, и требуют в постановочном смысле отдельного рассмотрения и анализа.

В данном случае, по нашему мнению, в качестве первоочередной целесообразно рассмотреть задачу адекватности моделирования энергообъекта-прототипа или в формулировке авторов монографии: «особенности современных подходов к разработке высокоточных математических и имитационных моделей процессов энергоблоков тепловых электростанций».

Вопросы разработки математических моделей технологических объектов управления в контуре создания АСУТП на базе ПТК сетевой структуры рассмотрены нами в первой части статьи.

Здесь же авторы монографии предлагают нам рассмотреть указанную тему применительно к разработке тренажеров под следующими друг за другом заголовками:

Глава 19. «Анализ состояния и опыт разработок компьютерных средств тренажерной подготовки в энергетике».9

Раздел 19.1. «О специфике и технологиях моделирования процессов энергоблоков тепловых электростанций».

Параграф 19.1.1. «Предварительные замечания (У какой фирмы заказать тренажер?)».

Вначале нас несколько смутил далеко не плавный переход от наукообразных формулировок: «Анализ состояния и опыт разработок…», «О специфике и технологиях моделирования…» к откровенно коммерческой, рекламной фразеологии: «У какой фирмы заказать тренажер?» Однако, как мы увидели далее, практически вся глава 19 является не чем иным, как неприкрытой рекламой собственной продукции с помощью софистических трюков и несуществующей в природе (т. е. в нормативных документах, а также в теории и практике тренажеростроения) классификации способов разработки моделей технологических объектов для тренажеров.

Первый абзац главы 19 звучит следующим образом: «Один из основных тезисов, которые, как правило, отстаивают разработчики тренажеров различных фирм, как в России, так и во всем мире состоит в том, что все хорошие тренажеры устроены более или менее одинаково. Поэтому для заказчика вопрос о том, у какой фирмы заказать тренажер, — это вопрос, главным образом, цены и личного предпочтения».

И далее авторы монографии «успешно» доказывают нам, что это не так, что тренажеры и в России, и во всем мире сильно различаются друг от друга. И, естественно, лучший тренажер в России и во всем мире у фирмы «ТДЭ».

Наблюдается известный со времен древней Греции прием софистики 10подмена тезиса. То есть оппоненту присваивается ложный посыл — «все хорошие тренажеры устроены более или менее одинаково», и вместо того, чтобы объективно доказывать путем сравнительного анализа преимущества своего продукта, успешно доказывается «ложность» посыла и формально оказывается, что тренажер лучше всего заказать у фирмы «ТДЭ». И хотя трюк это очень древний, но срабатывает безотказно и в наше время, хотя и подпадает под действие статьи 182 УК РФ — заведомо ложная реклама.

Следующий прием софистики с подменой тезиса приведен в параграфе 19.1.1:

«Существует несколько принципиальных подходов к тому, как строятся модели объекта для тренажера.

Наиболее распространенный в мире подход заключается в том, что разработчик по существу имитирует известные переходные процессы на оборудовании: разгрузку блока, нагружение, останов блока в горячий резерв, пуск блока из холодного состояния и т. д. И чем больше переходных процессов воспроизведено в тренажере, тем тренажер лучше и дороже.

Другой подход состоит в том, что процессы на оборудовании реализуются как результат структурных и конструктивных характеристик оборудования на основе фундаментальных физических законов неравновесной термодинамики (сохранения массы, количества движения, энергии, а также законов теплопередачи и др.). При таком подходе построения тренажера оператор может в любой момент выполнить любое действие, в том числе и неправильное, а тренажер ответит так же, как в подобной ситуации на такие же действия отреагировал бы реальный блок».

Тот же, не совсем честный (а точнее совсем нечестный) прием. Скажите, уважаемые коллеги, где и кто в мире разработал тренажер, который имитирует только переходные процессы? Кому нужен такой тренажер? И кто же это считает такой тренажер самым «лучшим» и самым «дорогим»? Нет такого разработчика и нет такого заказчика. Это и есть — «подмена тезиса». Но далее идет описание подхода, который якобы принадлежит ЗАО «ТДЭ» (конструктивные характеристики, плюс — фундаментальные физические законы неравновесной термодинамики)… и вот он — «лучший в мире тренажер».

Однако, уважаемые господа вузовские преподаватели, ведь точно по такой же методологии (физические законы неравновесной термодинамики плюс конструктивные характеристики) и рассчитываются все обычные курсовые и дипломные студенческие проекты, и, тем не менее, никто и не думает считать их «гениальными» и «лучшими в мире».

Примерно также, по приемам софистики, развивается трепетная мысль авторов монографии (а точнее фирмы «ТДЭ») при попытке провести «глобальную» классификацию тренажеров тепловых электростанций.11

Сначала нужно сформировать условия «подмены тезиса».

Для этого все тренажеры разбиваются на «три поколения». Естественно первые два — это «критикуемый негатив», а тренажер «третьего поколения» — «супер позитив» — и это есть тренажер фирмы «ТДЭ».

Итак, определения состава модели объекта управления, так называемая, «поколенная» классификация:

Тренажеры
I поколение (Т1П) II поколение (Т2П) III поколение (Т3П)
Ситуационная де-
терминированная
модель, прямо
воспроизводящая
экспериментальные
процессы объекта
Математическая мо-
дель, основанная на
уравнениях баланса
с коэффициентами,
полученными из
экспериментальных
данных
Математическая
модель, основанная
на уравнениях не-
равновесной термо-
динамики и кон-
структивных данных
объекта

Таким образом, «поколенная» классификация разделяет модели тренажеров на группы:

  1. Модель строится по «кибернетическому» принципу («черный ящик»), т. е. модель воспроизводит структуру каналов основных возмущений «вход–выход».
  2. Модель строится на основе физических законов, которыми определяется функционирование реального объекта, т. е. модель состоит из системы дифференциальных уравнений баланса по законам сохранения энергии, массы и количества движения с коэффициентами уравнений, полученных экспериментально.
  3. Процессы в модели реализуются как «результат структурных и конструктивных характеристик оборудования на основе фундаментальных физических законов неравновесной термодинамики».

Рассмотрение данной «классификации» наводит на мысль, что это скорее всего не «классы» в смысле признаков естественнонаучной классификации, а, в лучшем случае, этапы развития методологии у самого разработчика моделей, т. е. автора раздела монографии, а, в худшем, очередной прием софистики для проведения рекламной акции. Но, всего скорее, это и то, и другое.

Тем не менее, интересно было бы послушать, что авторы монографии ответят на вопрос: существует ли в мире хоть один тренажер с моделью, воспроизводящей только структуру каналов основных возмущений? Такой подход применим только при оценивании параметров объекта в задачах автоматического управления, но вовсе не в задачах тренажеростроения.

В этом смысле, перефразируя определение системного парадокса Ротача, можно сформулировать следующее: системный парадокс оперативной (тренажерной) модели объекта состоит в том, что принципиально невозможно сформировать критерий приближения к реальному объекту его модели, синтезируемой по реакциям объекта на управляемые и неуправляемые воздействия, если неизвестны эти реакции.

Таким образом, формирование критерия приближения модели тренажера к объекту можно реализовать только путем организации специальных рекурсивных экспериментальных процедур для определения реакций объекта на управляемые и неуправляемые воздействия, а именно, верификации — для корректировки структуры модели (синтаксис), и валидации для корректировки параметров модели (семантика).

Далее в тексте монографии авторы «успешно» критикуют «подмененный тезис», т. е. «кибернетическую» модель, за присущую ей «низкую точность, являющуюся следствием того, что существенно нелинейный объект (каким является энергоблок) воспроизводится как линейный»…, за «низкую достоверность процессов» из за интерполяции и экстраполяции экспериментальных данных и т. д. и т. п.

Однако, основным «дефектом» рассматриваемой методологии авторы считают несведение теплового и массового балансов: «Следствием низкой точности и достоверности модели в промежуточных режимах оказывается то, что в них весьма часто не сводится тепловой и массовый балансы, причем этот недостаток пользователи обнаруживают в первую очередь».

Если не обращать внимания на перепутанную причинно-следственную связь, то указанный «перл» с точки зрения обыкновенного теплотехника с головой
выдает авторов надуманной классификации. Скажите, уважаемые господа энергетики, как это можно рассчитать котел, турбину и т. п. не сводя балансов? Очевидно, этот недостаток в образовании ваш читатель и обнаружит в первую очередь!

Однако, упомянутый недостаток образования, к сожалению, касается не только и не столько авторов надуманной классификации.

Так, в 2006 году была предпринята беспрецедентная попытка принятия нового нормативного документа РАО «ЕЭС России» — «Регламента тренажерной подготовки персонала в электроэнергетике» [8] (далее «Регламент»), основными разработчиками которого были «Отдел развития персонала РАО «ЕЭС России» и один из авторов рассматриваемой монографии.

Представленный для обсуждения проект «Регламента» должен был определить, в том числе, и требования к программно-техническим средствам обучения.

В разделе «Требования к построению моделей объекта управления» проекта «Регламента» буквально сказано: «Модель должна обеспечивать, чтобы погрешность материального и энергетического балансов для элементов энергоблока и энергоблока в целом для любой точки процесса не превышала 0,1%».

Заключение эксперта [9]: «Погрешность балансов, выбранная Регламентом для определения нормы качества модели, принципиально не может быть принята по следующим причинам:

  • все действующие в настоящее время стандарты и нормативные документы определяют качество модели не по погрешности балансов, а по степени адекватности модели, то есть степени соответствия модели функционирующему объекту-прототипу;
  • процедура оценивания соответствия при контрольных натурных приемосдаточных испытаниях в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9000-2001 «производится путем наблюдения и суждений, сопровождаемых соответствующими измерениями и сравнением выходных параметров модели и объекта-прототипа непосредственно без использования аналитических зависимостей, отражающих физическую структуру объекта-прототипа или его частей»;
  • в общем случае, сведение балансов (массовых, тепловых и пр.) в модели энергообъекта является всего лишь одним из возможных численных методов имитационного моделирования, основанного на принципе совпадения параметров баланса (минимума разницы), причем сходимость балансов является математическим основанием для завершения циклов интегрирования уравнений (~1000 циклов с шагом квантования 1/10 сек.);
  • сведение балансов, таким образом, может производиться с любой заранее заданной точностью, причем указанная точность является свойством расчета модели и никак не может быть соотнесена с объектом прототипом.12

Таким образом, в связи с тем, что в проекте Регламента производится подмена понятий — адекватности модели и погрешности метода ее расчета (прием софистики), то, практически, любая модель вне зависимости от ее соответствия объекту-оригиналу будет считаться адекватной, то есть рассматриваемое требование ввиду его несоответствия критериям научности: объективности, опытной подтверждаемости и формальной непротиворечивости является типичной псевдопроблемой.

Кроме того, указанный пункт подлежит исключению по причине несоответствия действующему стандарту ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 (Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению) раздел 5.3.2.1 — «Выбор метрик — показателей качества»:

«Метрики могут по-разному зависеть от окружения и фаз процесса разработки, в которых они используются. Метрики, используемые в процессе разработки, должны быть соотнесены с соответствующими метриками пользователя, потому что метрики из представления пользователя являются решающими».

«Метриками пользователя» во всем мире (кстати, российский стандарт является аутентичным текстом международного стандарта ИСО/МЭК 9126-91) являются измеряемые параметры энергообъекта: температура, давление, расход, сила тока, напряжение, мощность.

Причем метрики пользователя, измеренные непосредственно на функционирующем энергообъекте, нельзя заменять метриками, полученными в результате заводского (конструкторского) расчета.

О точности модели объекта и связи ее с точностью сведения балансов говорит и известный российский ученый, профессор В. Е. Шукшунов — генеральный директор «Центра тренажеростроения и подготовки персонала» («Роскосмос»).

Заключение эксперта [10]: «Для моделирования сложных физико-химических процессов, каковыми являются процессы в электроэнергетике, как в генерирующих, так и в распредели
тельных комплексах очень важным является проблема создания адекватных моделей объекта управления, системы управления и среды деятельности оператора (рабочее место оператора). Нельзя говорить об адекватности модели, выдвигая в качестве критерия требование погрешности материального и энергетического баланса 0,1%. Исходя из теории погрешностей, в цепи моделей погрешность моделирования определяется самой неточной моделью. В технологических процессах датчики материалов и энергии имеют погрешность, превышающую несколько процентов и добиваться повышенной точности при моделировании и индикации параметров нет никакого смысла».

В итоге проект «Регламента» так и остался проектом, «стрелочники» были наказаны, но основные «идеологи», как мы видим «успешно» продолжают свою «миссионерскую» деятельность, рассказывая нам увлекательные истории о «поколениях» тренажеров, о необходимости «точного» сведения балансов и т. д., и т. п.

Разница моделей так называемых тренажеров II и III поколения заключается только лишь в происхождении коэффициентов дифференциальных уравнений, то есть они берутся или из опытных (экспериментальных) данных конкретного объекта моделирования или из «Нормативного метода»… И если учесть то обстоятельство, что собственно «Нормативный метод» является итогом огромного количества мировых и отечественных экспериментальных исследований, то разговор об аналитическом моделировании является не совсем обоснованным. Однако в постановочном смысле проблемы разработки действительно адекватных моделей для тренажеров заключаются совершенно не в этом [11].

Современные положения теории математического моделирования физических объектов связаны с трудами известных зарубежных ученых Н. Винера, У. Р. Эшби, К. Э. Шеннона, У. Холла и др., а также с трудами ученых российской школы Вавилова А. А., Веникова В. А., Пухова Г. Е., Растригина Л. А., Попырина Л. С., Шукшунова В. Е., Ротача В. Я., Дозорцева В. М. и др.

Отмечается пять основных мотивов применения моделей в качестве средства: осмысления действительности, общения, обучения, реализации эксперимента, инструмента прогнозирования.
Моделирование позволяет осуществлять косвенные (непрямые) эксперименты с системами как в процессе их проектирования, так и в ходе исследования свойств существующих систем. Вместо того, чтобы проводить дорогостоящие и сложные эксперименты или обучение на натуре, исследования или тренаж осуществляю на модели системы.

Модель как бы перебрасывает мост между натурным экспериментом и имитационным моделированием:13

  • пассивный натурный эксперимент — реальная система используется как объект для изучения и сбора статистики;
  • полунатурный эксперимент — система изучается в условиях искусственного воспроизведения определенных режимов ее функционирования и воздействиявнешней среды;
  • физическое моделирование — модель воспроизводит изучаемый процесс (оригинал) с сохранением его физической природы;
  • аналитическое моделирование — модель описывает математические зависимости выходных величин (выходных параметров) подсистем от входных величин и параметров.
  • имитационное моделирование (системный подход) — для каждого элемента сложной системы составляется математическая модель, имитирующая его поведение; совокупность таких подсистем образует математическую модель системы, таким образом, модель становится полностью математической (аналитической), но сохраняет структурное сходство с оригиналом, причем только определение интегральных свойств модели системы при ее адаптации (верификации и валидации) и позволяет создать на их основе адекватную во всех смыслах имитационную модель объекта.

Заключение эксперта [9, 11]: Для преодоления противоречий и проблем в практике моделирования и создаются так называемые имитационные модели, которые с позиций классификации представляют некоторый симбиоз материальной и идеальной модели. То есть имитационную модель формально можно представить себе как идеальную (знаковую) модель, соединенную с материальным объектом (компьютером) и выраженную в виде программного обеспечения. Причем существенным признаком имитационной модели является способность ее к адаптации, то есть способность к преодолению противоречий между теоретическими познаниями и эмпирическими данными путем верификации и валидации. Естественно, что в таких условиях использование всей априорной информации практического изучения реальных процессов значительно ускоряет процесс получения модели. Результаты промышленных экспериментов, проводимых при испытаниях энергетического оборудования исследовательскими, наладочными и другими организациями, а кстати, и разработчиком модели (если он сможет это сделать), оказываются существенными при определении синтаксиса и семантики модели, то есть при решении задач выбора структуры модели, оценки параметров, стационарности, линейности, выбора информативных переменных, оценки степени адекватности модели реальному объекту и т. д.

Принципиальные (номинальные) требования к идентификации имитационной модели и ее адекватности объекту моделирования следующие.

Идентификация модели должна базироваться на физико-статистическом подходе к имитационному моделированию объектов управления.

Структура модели формируется на основе физикотехнологического анализа причинно-следственных связей переменных объекта и возмущений внешней среды, а оценка параметров модели проводится статистическими методами по конкретным данным функционирования технологического объекта.

Адекватность модели тренажера должна обеспечить в имитируемом объекте результирующие функции, а также внешние и внутренние связи, соответствующие исходному объекту с такой точностью, которая достаточна для решения поставленных задач в необходимом объеме, при этом отличие результата от требуемого допуска должно лежать в поле назначенного допуска.
Адекватность модели тренажера должна определяться следующими ее свойствами, а именно: всережимностью, полномасштабностью и сопряженностью.
Всережимность математической модели означает адекватность целей, адекватность состояний и адекватность условий.
Адекватность целей означает возможность работы тренажера в соответствии с требованиями эксплуатационных инструкций, предназначенных для организации экономичной и безаварийной работы энергообъекта.

Адекватность состояний требует воспроизведения как нормальных (штатных) режимов работы — пусковых (из всех тепловых состояний), регулировочных и остановочных, так и других (например, аварийных) состояний энергообъекта. При этом должна обеспечиваться не только имитация в тренажере тех же конфигураций отказов, что и на реальном энергообъекте, но и адекватное изменение характеристик оборудования и процессов (расходных, механических, термодинамических, электрических и др.), происходящих при аварии на энергообъекте.

Адекватность условий требует воспроизведения не только тех же внутренних, но и внешних возмущений со стороны среды по отношению к энергообъекту (например, температуры окружающего воздуха, количественных и качественных характеристик топлива, температуры охлаждающей воды и т. д.) и адекватной реакции на них оборудования и процессов.

Полномасштабность модели определяет необходимость учета практически всех взаимосвязей между всеми моделируемыми подсистемам и элементами энергообъекта.

К полномасштабности модели относится также требование работы модели в ускоренном, реальном и замедленном масштабах времени.
Сопряженность модели касается ее связей со щитом управления или интерфейсом многопроцессорной АСУТП. Каждому органу управления сопоставляется отдельный вход модели, каждой точке контроля, сигнализации и защиты — ее выход.

Однако, у авторов монографии на эту тему своя «третьепоколенная» точка зрения: «Для объекта моделирования строится единая система нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений, описывающая его поведение во всех режимах работы. Все коэффициенты этой системы прямо или косвенно определяются на основе конструктивных данных моделируемого объекта. Значение основного множества коэффициентов в этих уравнениях (по нашей оценке не менее 95%), которые зависят от поддающихся точной оценке конструктивных параметров, могут быть точно вычислены. Эти значения определяются на начальной стадии разработки тренажера и являются окончательными. Это означает, что в процессе наладки и тестирования разработчик не меняет значения этих коэффициентов».

Что-то не ладится у авторов с формальной логикой и русским языком. Например, каким образом «поддаются точной оценке конструктивные параметры»? И зачем это нужно делать, когда они и так определены проектантами в тепловом (гидравлическом, аэродинамическом и др.) расчете? И в чем состоит работа собственно разработчика модели, если он берет готовые данные из трудов проектной организации? И даже не удосуживается изменять эти коэффициенты при верификации и валидации. И, в конце концов, каким образом определяется адекватность модели объекту?

Ответов на эти вопросы в монографии нет. Более того, авторы достаточно высокомерно утверждают, явно отрицая основные критерии естественно-научной методологии, что «если параметры какого-либо статического режима на тренажере и на реальном объекте не совпадают, то именно параметры тренажера являются правильными, а на реальном объекте есть проблемы с источниками информации».

Зачем же тогда авторы проводят эти самые злосчастные манипуляции с «верификацией» и «валидацией»? И где же это, так называемое, «объективное» моделирование, которое, по определению, должно фиксировать совпадение знаний со своим объектом? И такими паралогизмами и псевдопроблемами заполнена вся глава 19 монографии.

Так, например, один из параграфов имеет заголовок: «Суть метода аналитического моделирования».

Читаем: «Суть метода аналитического моделирования тепловых электростанций заключается в том, что в процессе создания модели объекта (котла или турбины) разработчики используют объективные конструктивные и проектные данные моделируемого объекта».

Отсюда «объективное моделирование» по имени одного из авторов монографии.

Далее авторы уточняют суть метода: «Метод объективного аналитического моделирования базируется на законах неравновесной термодинамики и развивает теорию феноменологического подхода:

  •  законы баланса тепла, массы и количества движения;
  • уравнения термодинамики воды, пара и газовых смесей;
  • критериальные уравнения теплообмена».

То есть авторы гордо называют метод моделирования «объективным» вовсе не по признаку критерия научной методологии, а просто потому, что они используют в своих расчетах «объективные» проектные данные. Как будто они могут быть субъективными.

Очередной нонсенс и очередная псевдопроблема.

Далее авторы «украшают» обычную, нормативную методику тепловых расчетов модными терминами: «неравновесная термодинамика» и «феноменологический подход», что, по их мнению, придает вес этому артефакту.

Мнение известного американского ученого У. Холла
(W. Hall).

Заключение эксперта [12]: Происходит широкое злоупотребление математикой и физикой при построении моделей, которое превратилось в автокаталитический процесс, благодаря чему одни части системы моделируются преувеличенно точно, а другие, вследствие математической и экспериментальной некомпетентности или недопустимо упрощаются, или вообще не учитываются. Достижение поставленной цели моделирования для указанных «строителей моделей» теряет всякий логический смысл, а создание миражей, становится образом жизни.

Завершается раздел совершенно сокрушительной рекламной акцией: «Фактически тренажер третьего поколения — это больше, чем средство для обучения начинающих операторов. Это средство аттестации и повышения квалификации для наиболее опытных и квалифицированных операторов. Они могут попробовать на нем крайне редко встречающиеся ситуации. Результатом будет адекватная и объяснимая реакция». 

Из всей этой рекламной эскапады наиболее верной является только последняя фраза. Реакция опытных операторов на указанный тренажер была на самом деле адекватной и объяснимой, т. е. резко негативной. Со всеми вытекающими отсюда выводами и административными последствиями.14

Таким образом, итоговая, суммирующая формулировка авторов монографии: разработка «полноценной высокоточной обобщенной распределенной трехмерной нелинейной (всережимной) детерминированной динамической модели объекта третьего поколения», полученной путем применения методологии «объективного аналитического моделирования», базирующегося на законах неравновесной термодинамики и развивающей теорию феноменологического подхода и построенной при использовании объективных конструкторских данных завода-изготовителя.

Если из этого нагромождения определений модели убрать всю чисто рекламную риторику, т. е. несоответствующие действительности признаки (см. выше), то получим «нелинейную динамическую модель объекта, рассчитанную по законам неравновесной термодинамики (нормативные методы) при использовании конструктивных данных завода-изготовителя», то есть ту самую «грубую аналитическую модель», которая и является первым этапом обычного (нормативного) моделирования, и которая при условии соблюдения в дальнейшем системного подхода может превратиться в адекватную имитационную модель.

И сколько бы авторы монографии не применяли рекламных определений модели: «полноценная», «объективная», «сверхточная», «пятого поколения»» и т. д., и т. п., несоблюдение ими критериев научной методологии, неучет опыта современных разработок несомненно приведут их к созданию «миражей» с известным финалом.

Мнение по этому вопросу известного российского ученого в области математического моделирования и тренажеростроения проф. В. М. Дозорцева (РАН).

Заключение эксперта [13]: «Действительно, исследования динамического поведения нелинейной системы дифференциальных и конечных уравнений размерностью несколько тысяч переменных (включая огромное число «внутренних» (фазовых) переменных тренажерной модели) при произвольно изменяющихся входных воздействиях, на первый взгляд, представляются нереальными… Отсюда специфика постановки и решения задачи обеспечения адекватности тренажерной модели: во-первых, адекватность должна быть гарантирована на достаточно полном множестве статических и динамических режимов технологических объектов; во-вторых, огромная размерность и многосвязность модели делают неизбежной рекурсивность процедуры настройки тренажерной модели с возвратами на стадию собственно моделирования для уточнения структуры модели; в-третьих, основным источником информации о поведении моделируемого технологического процесса являются оценки экспертов-технологов, опытных производственников и др.; на конец, сами цели компьютерного тренинга определяют акцент на обеспечение адекватности при «произвольном» манипулировании моделью».

Выводы

1. Цель изданной монографии «Теория и технология систем управления» — показать особенности и ключевые наукоемкие аспекты новой технологии создания территориально-распределенных многофункциональных АСУТП электростанций на базе ПТК сетевой и иерархической структуры, по нашему мнению, достигнута лишь частично, причем только в плане постановки задач разработки новой методологии функционального, конструкторского и технологического проектирования АСУТП.
2. Принципиальные авторские особенности новой наукоемкой технологии создания АСУТП электростанций включают в себя следующее:

  • полигонные испытания АСУТП с «встроенной» полноценной и высокоточной моделью технологического объекта реального времени, информационно совместимой с ПТК управляющей системы;
  • базовую теоретическую концепцию разработки полноценных моделей оборудования и процессов, заключающуюся в том, что в основе современной теории построения высокоточных всережимных математических моделей лежат фундаментальные законы неравновесной термодинамики (феноменологический подход), позволяющие получать обобщенные распределенные трехмерные нелинейные (всережимные) детерминированные динамические модели высокой точности, используя, прежде всего, данные заводов-изготовителей;

3. Однако базовая теоретическая концепция, позволяющая строить «полноценные высокоточные математические модели» на основе «фундаментальных законов неравновесной термодинамики (феноменологический подход)», используя, прежде всего, «данные заводов-изготовителей» вызывает большие сомнения. Это связано с тем, что закономерности нормативных методов (уравнения кинетики, тепломассообмена, материального баланса и пр.), по которым проектанты завода-изготовителя рассчитывают энергообъект (котел, турбину, вспомогательное оборудование) в условиях эксплуатации значительно искажаются, т. е. изменяется форма и степень связи между переменными из-за изменения масштабов процесса, влияния помех, шумов различного рода, отклонения от идеальных условий.

Указанные обстоятельства определяют возможность использования физических, химических, термодинамических, механических закономерностей, нормативных документов только на первой стадии моделирования (так называемая аналитическая модель), в связи с тем, что техническая реализация результатов синтеза такой модели приводит к значительному несоответствию модели объекту и требует существенной корректировки полученных результатов.

Отсюда специфика постановки и решения задачи обеспечения адекватности имитационной модели: преодоление противоречий между теоретическими познаниями и эмпирическими данными делает неизбежной рекурсивность процедуры настройки имитационной модели с возвратами на стадию собственно моделирования для корректировки структуры имитационной модели (верификация) и параметров (валидация).

Данный вывод подтверждается результатами исследований как российских, так и зарубежных ученых [2–13], нормативными документами как отечественными, так и иностранными [14–18], а также обширным опытом ведущих наладочных и научно-исследовательских организаций электроэнергетики РФ (ОРГРЭС, ЦКТИ, ВТИ и др.).

4. И, как следствие, «ключевой фактор» новой технологии создания АСУТП — полигонные испытания АСУТП с «встроенной» аналитической моделью объекта управления, синтезированной с использованием нормативных документов и по конструктивным данным завода-изготовителя, не приведет к желаемым результатам из-за несоответствия модели объекту и необходимости существенной корректировки полученных результатов.

Поэтому не вызывает возражения тезис авторов монографии о том, что «в целом работы по созданию общей теории, методологии и технологии построения всережимных, высокоточных динамических моделей сложных технологических объектов и технических систем управления находятся в стадии незавершенных разработок».

Таким образом, анонсированные авторами монографии «новые ключевые технологии», «научная новизна» и «революционные изменения» общей технологии создания АСУТП, остаются, к сожалению, только лишь анонсом и благими намерениями к дальнейшей методологической проработке.

5. И, наконец, о разработке авторами монографии «объективных тренажеров» или тренажеров «третьего поколения».

Метод «объективного» моделирования заключается в том, что для модели объекта строится единая система нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений, коэффициенты которых определяются на основе «объективных»15 конструктивных данных объекта моделирования, полученных, в свою очередь, из расчета по «Нормативному методу». Указанные коэффициенты принимаются постоянными и «в процессе наладки и тестирования модели не меняются».

Полученная таким образом «аналитическая объективная» модель объявляется «сверхточной», и, по мнению авторов монографии «если параметры какого либо режима на тренажере и реальном объекте не совпадают, то именно параметры тренажера являются правильными, а на реальном объекте есть проблемы с источниками информации».

Указанная позиция авторов монографии прямо противоречит основным критериям научной методологии, а именно объективности, которая фиксирует совпадение знаний со своим объектом и устраняет все, что связано с субъективизмом в познавательной деятельности (псевдопроблемы) и опытной подтверждаемости, которая фиксирует чистые данные опыта и направлена на установление реальных свойств и характеристик объекта на основе эмпирической проверки.

Кроме того, мы согласны с действительно объективным мнением большинства членов экспертного сообщества (см. выше) что позиция авторов монографии в части разработки «объективных» и «сверхточных» моделей для тренажеров сомнительна ввиду отсутствия в предлагаемой методологии моделирования энергетических объектов требований обязательной (нормативной) топологической полноты, необходимой и достаточной точности моделирования в соответствии с теорией погрешностей, противоречивости самой постановки задачи идентификации объекта по априорной модели и, самое главное, отсутствия естественно-научного подхода к определению понятия адекватности модели энергетическому объекту.

Что же касается окончательной идентификации модели, то в этом смысле системный парадокс оперативной (тренажерной) модели объекта состоит в том, что принципиально невозможно сформировать критерий приближения к реальному объекту его модели, синтезируемой по реакциям объекта на управляемые и неуправляемые воздействия, если неизвестны эти реакции.

Таким образом, формирование критерия приближения модели тренажера к объекту можно реализовать только путем организации специальных рекурсивных экспериментальных процедур для определения реакций объекта на управляемые и неуправляемые воздействия, а именно, верификации — для корректировки структуры модели (синтаксис), и валидации для корректировки параметров модели (семантика).

И сколько бы авторы монографии не применяли рекламных определений тренажера «полноценный», «сверхточный», «объективный», «пятого (десятого) поколения» и т. д., и т. п. несоблюдение ими критериев научной методологии, неучет опыта современных разработок, требований нормативных документов несомненно приведет их к созданию «миражей» и известному финалу.

6. Конечного пользователя тренажерной продукции не интересует исходная система уравнений, описывающая энергообъект, и, тем более метод ее решения. Пользователь принимает сертифицированное техническое устройство и проверяет его по заранее оговоренному регламенту. Цель пользователя тренажерной продукции состоит в обеспечении гарантированной успешной работы человеко-машинной системы, связанной с качественной и количественной адекватностью модели объекту-прототипу.

В связи с изложенным, по-нашему мнению, необходимо учесть требования действующих «Норм годности ПСП» — СО 34.12.305-99, где сказано, что «должна обеспечиваться достаточная точность модели — когда отклонение в поведении моделируемых параметров от поведения реальных параметров настолько мало, что практически не различается обучаемыми и допускается экспертами при приемке тренажера».

Практически все подходы к оценке качества модели базируются на известном положении теории моделирования, заключающемся в том, что «оценка адекватности модели как степени сходства с оригиналом может опираться только на оценку отличия от оригинала».

О критериях научности. Вместо послесловия

Заключение эксперта [9]: Научная методология в современном образовательном процессе персонала электроэнергетики должна распространяться на все его компоненты: цели, средства, результаты, принципы, формы и методы. Основными единицами образовательной матрицы являются технологические знания, а также современные информационные технологии (IT-тренажеры), способствующие формированию навыков и умений, которые включают обучаемого в реальный процесс управления энергетическими объектами.

В общем случае в соответствии с традиционной классической гносеологией (теорией познания) научно-познавательный процесс разработки современного IT-тренажера заключается в переходе от вопроса к проблеме, затем к гипотезе (аналитическая модель), которая после достаточного экспериментального обоснования превращается в имитационную модель. Таким образом, гносеологическая цепочка: вопрос — проблема — гипотеза — аналитическая модель — эксперимент — имитационная модель — определяет и структуру, и сущность современной методологии имитационного моделирования энергетических объектов.

Проблема, в философском смысле, понимается как «знание о незнании». В переводе с древнегреческого слово «проблема» означает: преграда, трудность, задача.

Проблема — это совокупность суждений, норм, законов, включающая в себя как ранее установленные факты, так и суждения о еще непознанном содержании объекта моделирования. Проблема выглядит как выраженное в понятии объективное противоречие между языком наблюдения (эксперимента) и теоретическим описанием (исходной моделью). Постановка и решение проблемы и служит средством получения нового знания об объекте моделирования.

Но и сама проблема определяется неоднозначно, с одной стороны — как содержание, которое не имеется в накопленном знании, с другой стороны — как реконструкция имеющейся исходной модели, то есть наличествующего массива знания.

Проблемы следует отличать от псевдопроблем, которые фиксируют мнимое противоречие. Псевдопроблема — это зависимое от субъекта представление (высказывание, суждение, заключение) о противоречиях между языком наблюдения и теоретическим описанием. Решение псевдопроблемы вследствие ее субъективности принципиально не может привести к получению истинного знания об объекте исследования (моделирования). Чаще всего псевдопроблема приводит к тупиковому решению или отсутствию решения.

Именно псевдопроблемы рассматривает известный принцип английского философа Уильяма Оккама (1285–1349) («бритва Оккама»): «Не следует множить сущности без надобности», означающий, что каждый термин обозначает лишь определенный предмет, а каждая проблема объективна своей реальной потребностью. Причины появления псевдопроблем различны — от профессиональной некомпетентности до конкурентной прагматичной тенденциозности.

Однако познающий субъект (разработчик) находится не только в проблемной ситуации «знания о незнании». Чаще всего он пребывает в допроблемной ситуации — «незнания о незнании». Указанная стадия в настоящее время покрывает собой все реалии обыденной жизнедеятельности многих российских и зарубежных фирм — разработчиков тренажеров.

Прагматический смысл наших публикаций [4–7, 9, 11], а также разрабатываемых нормативных документов [19] и состоит в том, чтобы донести до познающего субъекта номинальные (требуемые) характеристики объекта моделирования и перевести разработчика, таким образом, из допроблемной ситуации в проблемную.

Для качественной дифференциации принципов построения моделей энергообъектов необходимо рассмотреть общепризнанные «критерии научности», которые отделяют науку от не науки.

Критерии научности, включенные в структуру научной методологии, призваны отсеять проблемы от псевдопроблем, а также оценить продукты и методы познания на основании их соответствия или несоответствия стандартам науки. Критерии научности задаются набором предписаний, императивов, запретов и представляют собой совокупность экспертных установок.

В настоящее время, как правило, определяются следующие основные критерии научной методологии: объективность, опытная подтверждаемость, рациональность, воспроизводимость, интерсубъективность, общезначимость, формальная непротиворечивость, когерентность.

Основным критерием научной методологии является объективность, которая фиксирует совпадение знания со своим объектом и устраняет все, что связанно с субъективизмом в познавательной деятельности (псевдопроблемы). Объективность способствует изучению сущности самой вещи. Независимость от познающего субъекта считается основополагающей чертой объективности.

Научная методология, претендующая на объективность, отбрасывает все псевдопроблемы, т. е. высказывания, суждения и заключения, в которых просматривается явная причастность к характеристикам индивидуального мышления.

В связи с этим, весьма современной выглядит классификация псевдопроблем английского философа Френсиса Бэкона (1561–1626), т. е. искаженных представлений людей о действительности, которые он назвал «идолами познания»: идолы рода, идолы пещеры, идолы рынка, идолы театра.

Идолы рода свидетельствуют о том, что человеческому роду изначально присущи многочисленные заблуждения, ограниченные и ложные представления. Идолы пещеры обусловлены сложностью внутреннего мира человека, а зачастую и неадекватностью его психики, в силу которых восприятие окружающего мира искажается и деформируется. Идолы рынка порождаются неверной и несогласованной терминологией, благодаря чему возникают пустые и бесплодные «рыночные» споры и дискуссии. Идолы театра являются следствием некритического заимствования положений различных, зачастую противоречащих друг другу методологий и доктрин, благодаря чему познающий субъект оказывается на «сцене» вымышленного, нереального мира.

Можно отметить, что, несмотря на прошествие четырехсот лет со времен Френсиса Бэкона, многочисленные революции, трансформации, реформации и реформы, человечество в смысле гносеологии мало изменилось, и упомянутые идолы, или псевдопроблемы вольготно чувствуют себя как в нашем обществе в целом, так и в среде разработчиков тренажеров и программного обеспечения.

Подход к причинам появления псевдопроблем, предложенный русским ученым Л. Н. Гумилевым16 связан с объяснением процессов этногенеза выбросами космической энергии. Возникающее на основании этих выбросов явление пассионарного скачка (от латинского passio — страсть) приводит к «уклонению от видовой нормы», рождению мутантов — пассионариев — индивидов с повышенной энергетичностью. Импульс пассионарности может быть так силен, что носители данного признака не могут рассчитать последствия своих поступков. Поэтому пассионарность следует понимать не как атрибут сознания, а как важный признак конституции нервной системы. По определению Л. Н. Гумилева пассионарность обитает в сфере эмоций, в отличие от активности, связанной с деятельностью сознания. Причем пассионариев могут характеризовать весьма далекие от идеальных качества: амбициозность, гордость, тщеславие, алчность и пр.

Пассионарность — это характерологическая доминанта, необходимое внутреннее стремление (осознанное или чаще неосознанное) к деятельности, направленное на осуществление какой либо цели (чаще иллюзорной, т. е. псевдопроблемы). Эта цель представляется пассионарной особи ценнее даже собственной жизни и счастья современников и соплеменников.

Наложение друг на друга несовместимых мироощущений этносов, ассимиляция разнохарактерных поведенческих стереотипов, негармоничное сочетание двух — трех элементарных психотипов рождает такое явление, как «химера» (в биологии это особая форма клеток, возникающая в результате прививок). По выражению Гумилева, «идеологические концепции, порождаемые химерами, наподобие вампиров, «сосут кровь» из здоровых этносов». Дальнейшее взаимодействие «химер» с этносом приводит в итоге к аннигиляции, т. е. к взрыву и превращению псевдопроблемы в ничто(«вспышка и пепел»).

Тем не менее, пассионарность, в целом, не может повлиять на научное и социальное развитие общества. Да и как может эмоция изменить что-либо в стихии сознания-разума?

Следующий критерий научности — опытная подтверждаемость (верификация, валидация) — фиксирует чистые данные опыта и направлена на установление реальных свойств и характеристик объекта на основе эмпирической проверки.

Принцип опытной подтверждаемости стремится оградить научную методологию от не имеющих позитивного смысла субъективных утверждений и доктрин. По этой причине носители псевдопроблем (см. выше), как правило, игнорируют указанный критерий научности.

Рациональность в познании предполагает построение схем деятельности, связанных с целесообразностью и общезначимостью. Родоначальник рационализма математик Рене Декарт
(1596 – 1650), рассматривая принципы очевидности и достоверности, выдвигает четыре правила: принимать за истинное только то, что не дает никакого повода к сомнению; разлагать сложные проблемы на простые компоненты; располагать простые элементы в строгой последовательности; составлять полные перечни и обзоры имеющихся элементов, чтобы была уверенность в отсутствии допущений.

Принцип воспроизводимости определяет идентичность результатов экспериментальных наблюдений разными субъектами при одинаковых воздействиях как на одном и том же объекте, так и на других объектах того же класса.

Объективность методологии тесно связана с интерсубъективностью и общезначимостью. Интерсубъективность — это особая общность между познающими субъектами, условие передачи знания, значимость опыта одного субъекта для другого.

Общезначимость фиксирует гносеологический смысл едино душного восприятия научной информации, а также претендует, чтобы знания были общими для всех, и активно использует конвенции-соглашения.

Согласно сформулированному Аристотелем (384–322 до н. э.) закону формальной непротиворечивости невозможно, чтобы одно и то же свойство, в одно и то же время, и было присуще, и не было присуще одному и тому же объекту в одном и том же отношении. Логическая версия этого закона гласит, что противоположные высказывания не могут быть истинными.

Критерий научности — когерентность обеспечивает согласованность, взаимосвязанность полученных исследовательских результатов с теми знаниями, которые уже были оценены как фундаментальные. Тем самым когерентность обеспечивает сохранность науки от проникновения в нее претенциозных, не имеющих достаточных оснований суждений и положений.

В общий реестр критериев научного познания входят такие понятия, как строгость, полнота, простота, достоверность, обоснованность, доказательность и др.

Понятие научной строгости входит в состав критерия объективности и является условием, предполагающим, что все положения научной дисциплины должны быть обоснованными и логически соотнесенными.

Требования полноты включают в себя семантическую и синтаксическую полноту, как норму всестороннего описания действительности.

Принцип простоты имеет как онтологическое (гармония и завершенность, объективно присущие природе), так и синтаксическое и прагматическое обоснование.

Понятие синтаксической простоты задается представлением оптимальности и удобства применяемой символики, способов кодирования, трансляции знания, что особенно важно в программном обеспечении технических средств обучения. Из всех теорий (моделей), трактующих одни и те же факты, выбирается наиболее простая. Понятие прагматической простоты касается представления о простоте экспериментальных, технических, алгоритмических аспектов научной деятельности. «Темные понятия» и неоправданно усложненные построения свидетельствуют о неудовлетворительности теории (модели объекта).

В настоящее время считается, что невозможно ограничить реестр критериев научности. Развитие науки и методологии познания приводит к дополнениям современных критериев науки, к которым, например, относят прогрессизм, нетривиальность, полифундаментализм, информативность, эвристичность и т. д.

И, тем не менее, применение всех ранее перечисленных, известных критериев науки при разработке современной методологии создания адекватных моделей энергообъектов и при определении номинальных требований нормативных документов позволит выработать объективный и правомерный подход как к собственно системе обучения, так и к разработке
тренажеров для качественной подготовки оперативного персонала, что авторы и попытались сделать в данной статье.

Литература

  1. Теория и технология систем управления. Многофункциональные АСУТП тепловых электростанций. В 3-х кн. / Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ю. С. Тверского; ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина». — Иваново, 2013.
  2. Ротач В. Я. Об уточнении основных положений теории автоматического управления недетерминированными объектами. / Теория и практика построения и функционирования АСУ. // Сб. науч.тр. М.: МЭИ, 1998.
  3.  Попырин Л. С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. 416 с.
  4. Магид С. И. Теория и практика тренажеростроения для тепловых электрических станций. — М.: Издательство МЭИ, 1998. 156 с.
  5. Магид С. И., Архипова Е. Н., Музыка Л. П. Надежность персонала — одна из основных гарантий безопасности. // Надежность и безопасность энергетики. 2008. №1. С. 22 – 33.
  6. Магид С. И., Архипова Е. Н., Музыка Л. П., Машков A. B. Проблемы и приоритеты проектирования тренажеров для подготовки персонала энергообъектов, оснащенных современными автоматизированными системами управления. // Надежность и безопасность энергетики. 2008. №2. С. 27–35.
  7. Магид С. И., Архипова Е. Н., Музыка Л. П. Проблемы и научнотехнические принципы современного компьютерного моделирования технологических объектов для тренажеров оперативного персонала. // Надежность и безопасность энергетики. 2009. №1. С. 27–35.
  8. Проект регламента тренажерной подготовки и обучения персонала в электроэнергетике.- М., РАО «ЕЭС России», 2006.
  9. Магид С. И., Архипова Е. Н., Беляев В. И. Научная методология в тренажерной подготовке персонала электроэнергетики РФ // Энергобезопасность и тренажерная подготовка — Москва: Изд-во «ТЭСТ», 2007. — 222 с.
  10.  Шукшунов В. Е., Душенко А. Г. Заключение по проекту Регламента тренажерной подготовки и обучения персонала в электроэнергетике // Энергобезопасность и тренажерная подготовка — Москва: Изд-во «ТЭСТ», 2007. — 222 с.
  11. Магид С. И., Архипова Е. Н. Антропогенные и техногенные факторы риска энергоэффективности опасных производственных объектов топливно-энергетического комплекса. // Международная конференция «IX семинар ВУЗов по теплофизике и энергетике»: сборник докладов / в 4 т. Т. 1. — Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2015.
  12. Hall W. Enviromental Impact of Control, International Federation of Automatic Control, 6th Triennial World Congress, Boston, Сambridge, Massachusets, USA, Plenary papers IFAC, USA. 2005.
  13. Дозорцев В. М., Агафонов Д. В. Новый подход к обеспечению адекватности тренажерных моделей сложных технологических процессов. // IV Всероссийская научно-практическая конференция ИММОД-2009 г. Санкт-Петербург.
  14. СТУ 115.015-2003. Прикладные программные средства тренажеров тепловых электрических станций и сетей. — М.: Министерство РФ по связи и информатизации, 2003.
  15. Нормы годности программных средств подготовки персонала энергетики. — РАО «ЕЭС России», 1999.
  16. СТО 1.1.1.01.004.0680–2006 «Технические средства обучения». Росэнергоатом.
  17. American National Standard Nuclear Power Plant Simulators for use in Operator Training, ANSI/ANS-3.5 — 1985.
  18. American National Standard Fossil Power Plant Simulators. Functional Requirements (Draft). ISA SP77/20, 1993.
  19. Магид С. И., Рогалев Н. Д. Нормативно-правовое обеспечение средств тренажерной подготовки персонала предприятий электроэнергетики. // Надежность и безопасность энергетики. 2011. №2(13). С. 27 – 32.
Поделиться:

Метки: , ,