12 Июл, 2018

ГРАФОВАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ НАУЧНО-ПРОЕКТНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И АПРОБАЦИИ ОПТИКО- И ЛАЗЕРНО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

ГРАФОВАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ НАУЧНО-ПРОЕКТНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И АПРОБАЦИИ ОПТИКО- И ЛАЗЕРНО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ Немтинов В.Б.*, Сериков В.Ю.** *МГТУ им. Н.Э.Баумана **ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла» ВВЕДЕНИЕ В работе [1] в рамках системно-модельного подхода дано определение системы с помощью модели, не обязательно математической, и введены отправные положения структурно-графовой методологии для анализа и синтеза оптико- и лазерно-электронной системы (ОиЛзЭлнС). В данной статье решается задача расширения этих положений на основе задания основных элементов структурной теории (СТ) ОиЛзЭлнС в рамках факторно-модельного синтеза (ФМС) системы [2]. При этом изучается глубинная графовая конструкторско-технологическая связность науки и техники в оптическом приборостроении, которая оттеняет инженерно-практическую значимость структурной теории. Кроме того, в [1] рассмотрен частный случай F-МС – этапно-модельный синтез (Эт-МС) ОиЛзЭлнС, в рамках которого исследованы шесть каскадно-этапных дуодецимарных орциклических фазисных концепт факторных CnF маршрутов и проведена рубрикация графовых каскадов на разделы. Идентификация фазисов начинается с построения канонического каскадно-этапного дуодецимарного графового орциклического фазис-прообраза ОФЦК 12 ЭтМС. Он строится на основе глобальной орграфовой целевой функции арности 12 и задаёт концептуально-орграфовый модельный синтез-прообраз процессов построения и применения приборов. Известный американский астроном и популяризатор науки Карл Эдвард Саган писал: "Мы живём в обществе, полностью зависящим от науки и техники, но в этом обществе почти никто почти ничего не знает ни о науке, ни о технике". Так как построение и применение оптико- и лазерно-электронных приборов (ОиЛзЭлнП) – главная научно-техническая задача оптического приборостроения, то для её решения в статье вводятся струк¬турно-графовые связи между наукой и техникой с целью перехода от фундаментальных исследований к прикладной технической науке. При этом прямая трансформация фундаментальной науки в прикладные техни¬ческие разработки и обратно осуществляется с помощью прямых и обратных графовых структурных связей в результате идентификации научной проектно-технической инженерии для разработки и апробации приборов. Накопленный опыт показывает, что развитие ОиЛзЭлнП с существенным временным отрывом следует за развитием радиоэлектронных приборов и вычислительной техники. Например, понятие временной частоты, измеряемой в [Гц], появилась в радиоэлектронике в конце XIX века. Пространственная частота в [мм-1] введена в Швейцарии в 40-х годах ХХ века. В настоящее время наблюдается интенсивная разработка и внедрение в практику ОиЛзЭлнП различного назначения, перечислить которые практически невозможно. Лазерная локация, возникшая в результате перехода в радиолокации к оптическому диапазону спектра, широко используется во всех областях оптико- и лазерно-электронного приборостроения, связанных с задачами обнаружения и распознавания различных объектов в результате дистанционного зондирования [3]. Для лазерного излучения изготавливаются волоконные световоды (аналоги радиоволноводов), с помо¬щью которых создают волоконнооптические линии связи. Поэтому статья дополнительно направлена на то, чтобы такое же отставание для всего оптического приборостроения не произошло в будущем с графовой методологией разработки и апробации ОиЛзЭлнП, которая создана на основе СТ ОиЛзЭлнС [2-4]. В настоящее время она хорошо коррелирует с графовой методологией, широко используемой в радиоэлектронике и вычислительной технике [5,6]. В работе основное внимание уделяется установлению графовых связей между наукой и техникой с целью научно-инженерной идентификации прикладной технической науки. С 2002 года федеральным законом разде¬лены понятия «технический регламент» и «стандарт», так что стандарты в сфере технического регулирования утрачивают обязательный характер и применяются добровольно. Теперь такие стандарты – это реперные точки рабочего инженерно-технического проектирования, а не творческого подхода. В пищевой промышленности стандарты не позволяют травить потребителей. Они нужны для того, чтобы средний инженер создал средний прибор, а для хорошего инженера – это просто грамотное подспорье. Поэтому в структурной теории, с необходимостью, учитывается функционально-инженерное назначение стандартов. Создание научной проектно-технической инженерии для разработки и апробации приборов должно начинаться с идентификации строгих определений понятий науки и техники, которые в настоящее время приве¬дены в большом количестве справочной литературы. С одной стороны, наука (17-ый том 3-го издания БСЭ) суть сфера человеческой деятельности, функция которой – выработка, накопление и теоретическая систематизация объективных знаний об окружающей действительности. Непосредственные цели науки – описание, объяснение и предсказание процессов и явле¬ний действительности, составляющих предмет её изучения, на основе от¬крываемых законов. Так как наука неоднородна, то в зависимости от при¬роды результатов научной деятельности исследования разделяют на фунда¬ментальные (фундаментальная наука) и прикладные (прикладная наука). Фундаментальная наука – основа развития всего человечества. Фундаментальные структурно-поведенческие исследования открывают новые закономерности, привносят новое знание, новую теорию, так или иначе пополняют общемировой запас знаний. Поэтому основная задача настоящего учёного всегда находить что-то новое. Прикладные исследования продуцируют технические, технологические, организационные и другие решения. Результатом таких изысканий должно быть внедрение, практическое использование. В рамках фундаментальных исследований при построении и использовании приборов выявляются новые практические ответвления. Прикладные приборные разработки, также могут привести к формулировке фундаментальной проблемы. Важна правильная постановка задачи. В рамках такого подхода в статье акцент делается на прикладную техническую науку, хотя проводятся дополнительные физико-математические исследования. С другой стороны, техника (25-ый том 3-го издания БСЭ) представляет собой сумму средств, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводительных потребностей общества. Назначение техники – частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности. Другими показателями техники, кроме производительности, являются её надёжность, и экономичность. Развитие (модернизация) технических достижений в результате улучшения показателей всех видов приборов на основе использования научных знаний – главное условие научно-технического прогресса как в целом, так и в оптико- и лазерно-электронном приборостроении в частности. Поэтому одной из особенностей современной техники является проникновение но¬вых технических достижений в производство, в том числе в такие области, где её использование трудно было предвидеть. Яркий пример этого – лазер¬ные технологии и квантовая электроника. Дополнительно, следует отме¬тить, что использование пятикоординатных обрабатывающих центров с ЧПУ при изготовлении деталей сложной конфигурации привело к увеличе¬нию производительности труда и резкому сокращению станочного парка. Универсальная классификация технических средств ещё не создана, да и вряд ли её удастся построить. Поэтому в работе с целью проведения идентификации научной проектно-технической инженерии для разработки и апробации приборов с необходимостью рассматриваются основные положения структурной теории ОиЛзЭлнС. ЭЛЕМЕНТЫ СТРУКТУРНОЙ ТЕОРИИ ОПТИКО- И ЛАЗЕРНО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ Взаимосвязь науки и техники проявляется во всё большей материализации научного знания, ибо научные исследования уже невозможны без современной техники высочайшего уровня. Таким образом, синхронное развитие техники и науки является непременным условием движения человеческой цивилизации по выбранному ей технологическому пути. Создание новых оптико- и лазерно-электронных приборов и комплексов и анализ их свойств являются весьма трудоёмкими задачами. Для их решения анализ и синтез процессов построения и применения приборов в работе проводится на основе научных положений структурной теории оптико- и лазерно-электронных систем (СТ ОиЛзЭлнС), созданной В.Б.Немтиновым и опубликованной более чем в 50-ти работах, основные из них приведены в [2,4]. Конфуций (V век до н. э.) говорил: «правильно назвать – значит и правильно понять». Поэтому с целью разработки строгой терминологии науч¬ной проектно-технической инженерии в СТ ОиЛзЭлнС всё время «протираются» такие термины как система, модель, прибор, анализ, синтез, фак¬тор и т.п. для связной, холистичной и эмерджентной системы [1]. Любая теория – это совокупность научных положений, объясняющих с помощью общего принципа какие-нибудь накопленные факты и дающих возможность открывать и объяснять новые факты. Известно, что нет ничего практичней хорошей теории, так как она представляет собой систему основных идей в той или иной отрасли знания. Одной из таких инженерных теорий является СТ ОиЛзЭлнС, которая возникла на стыке классической поведенческой теории оптико-электронных систем (ТОЭС) и структуралистского направления общей математической теории систем [7]. Классическая ТОЭС [8] является научной теорией, описывающей процесс преобразования оптических, электрических, акустических и других физических сигналов в ОЭС, как отображение множества сигналов в себя с помощью соответствующих модельных представлений. Она постулирует научные основы создания приборов. В свою очередь, структурная теория ОиЛзЭлнС – это модельно-гра-фовая теория, представляющая собой объединение графового языка и фак¬торного средства для идентификации маршрутов (путей) разработки, апробации и последующей прогностической ликвидации в процессе созда¬ния и использования приборов на основе открываемых принципиально новых графовых инженерно-технических законов. Именно связная структурно графовая бинарная физико-техническая парадигма "графовый язык – факторное средство" лежит в основе задания маршрутов структур¬ной теории. В структурной теории любой связный граф рассматривается как графовая целевая функция, которая играет роль маршрута, задающего пути построения и использования приборов. Маршрут, реализующий вершинно графовую целевую функцию, приобретает факторно целевое содержание и называется вершинным фактор-маршрутом [10]. В общем случае, фактор – это широкое понятие, используемое в разных областях научного знания [4]. Он трактуется, как движущая сила, причина произвольного процесса, определяющая его характер или отдель¬ные черты. На практике фактором может быть: 1) модель (в частности графовая); 2) основополагающий принцип, или научное положение; 3) явление, определяющее какие-либо изменения в изучаемой системе; 4) пример, подтверждающий обоснованность выбранного подхода; 5) связь; 6) условие; 7) существенное обстоятельство; 8) коэффициент или сомножитель в разложении и т.п. Вводимые факторно-графовые модельные представления выражают сложные процессы разработки и апробации приборов в сжатой форме на наглядном графовом языке. В результате графовый языковый аспект теории, как первый элемент бинарной физико-технической парадигмы, представляет собой ансамбль графов в виде вершинных фактор-маршрутов из связных совокупностей графовых факторов в виде моделей-вершин: этапов, каскадов, орциклов, разделов, шагов и пунктов. Кроме того, язык содержит специфические графы: цепи, циклы, маршруты (пути), маршрутизаторы (путеуказатели), мосты, деревья, матроиды, фазисы, регулярные и ориентированные графы, гипер¬графы, ультраграфы и т.п. Особый научный интерес представляют остов¬ные подграфы FG, содержащие все вершины графа, но, вообще говоря, не совпадающие с ним и не являющиеся вполне несвязными (пустыми) [9]. Для идентификации структурных графовых F-маршрутов модельного синтеза в рамках научной проектно-технической инженерии выделяют десять последовательно переходящих друг в друга вершинно-рёберных факторных форматов внутри маршрута: 1) Фазис, 2) Каскад (ПодФазис), 3) Замкнутый каскад (ОрЦикл), 4) Концепт-факторный (CnF) блок (ПодКаскад), 5) Раздел (ПодCnF), 6) Этап или ГиперЭтап (ПодРаздел), 7) Шаг (ПодЭтап), 8) Пункт (ПодШаг), 9) Стадию (ПодПункт), 10) Позицию (ПодСтадию). ?????????????????????????? В структурной теории вершинный фактор-маршрут трактуется как движущая сила, задающая пути идентификации процессов построения и применения приборов. Он выступает в виде модельно-графовой реализа¬ции специфического графового путеуказателя и определяется начальной и конечной целевыми вершинными компонентами графа – графовыми фак¬торами. В результате вершинный фактор-маршрут визуализирует графовые пути (маршруты) разработки, апробации и последующей прогностической ликвидации создаваемых и используемых приборов. В свою очередь, введение факторного средства, как второго элемента бинарной физико-технической парадигмы в структурной теории, обусловлено наличием глубоких прорывов в ряде областей оптико- и лазерно-электронного приборостроения, сопровождающихся трансформацией гра¬фовых вершинно-модельных факторов в научно-технические концепт факторы CnF. К последним относятся используемые на практике теоретические, конструкторско-технологические и технические объекты в виде сигналов (прежде всего функций рассеяния), характеристик, параметров, стадий разработки, макетных образцов, преобразующих приборных элементов и т.п. [8]. Простейшим унарно графовым научно-техническим концепт-фактором CnF служит любая вершина, задающая конкретный физико-технический этап в каскадных орциклах построения и применения приборов [1]. В итоге возникает проблема научного наполнения физико-техническим смыслом графовых факторов в виде моделей-вершин в результате их идентификации как научно-технических концепт-факторов CnF. Иначе говоря, в рамках системно-модельного подхода, опираясь на фундаментальный принцип структурной теории – принцип единства структурно-поведенчес¬кой связности предметных и теоретических модельных представлений [2-4], речь идёт о единстве физико-технических объектов и графовых вершинно-модельных факторов. В результате концепт-факторы CnF задают физико-техническое поведенческое содержание создаваемых графовых факторов в виде моделей-вершин разного структурного вида. Поэтому на основе выделения характерных физико-технических черт процессов построения и применения приборов графовые вершины приобретают концепт-факторное наполнение, тем самым идентифицируя переход от вершинного фактор-маршрута к научно-техническому объект-факторному маршруту. Таким образом, факторное средство структурной теории представляет собой ансамбль научно-технических объект-факторных маршрутизаторов из связных совокупностей физико-технических концепт-факторов CnF, которые получаются из графовых факторов в виде моделей-вершин в результате их наполнения физико-техническим смыслом. В структурной теории научно-технический концепт-факторный маршрут представляет собой физико-техническую причину, определяющую необходимость переходов от одной объект-факторной графовой вершины процесса пос¬троения и применения прибора к другой. Он представляет собой разновидность графовой целевой функции, которая детализирует отдельные аспекты разработки, апробации и прогностической ликвидации создаваемых и используемых приборов, как физических предметных моделей системы. Иначе говоря, когда какая-то совокупность вершин (маршрут) наполняется физико-техническим смыслом, она трансформируется в научно-технический концепт-факторный маршрут, который теперь несёт как вершинно-графовую, так и вершинную физико-техническую нагрузку. Более того, в структурной теории в рамках системно-модельного подхода конкретный научно-технический концепт-факторный маршрут из связных совокупностей физико-технических концепт-факторов CnF рас¬крывает определённые функционально-тематические аспекты графовой методологии синтеза системы и называется графовым фазисом. Термин "графовый фазис", или отдельный момент (положение, научная стадия) в состоянии синтеза, применяется для отделения понятий научной стадии (фазиса), как реализации процесса синтеза технической системы, от шести стандартных рубрикаций проектных стадий разработки прибора: НИР, техническое предложение (аванпроект), эскизный и технический проект, рабочая КД и ОКР. При этом идентифицируется модельная связность процессов построения и применения приборов в рамках факторно-модельного синтеза системных фазисов. Факторно-модельный синтез (ФМС) системы и его частный случай этапно-модельный синтез (ЭтС), служат ядром структурной теории, зада¬вая концептуально-графовую математическую связность физико-техничес¬ких объектов и моделей. Такой подход к синтезу системы знаменует собой начало нового стиля модельного мышления в процессе создания приборов. В результате формирования научно-технического системного фазиса устанавливаются факторно-модельные конструкторско-технологические, проектные и технические связи между системой и её моделями, и прежде всего физической предметной модельной реализацией – прибором. На современном уровне развития науки и техники наглядная эффективная идентификация таких связей осуществляется только на языке теории графов. Таким образом, инженерно-графовая методика синтеза системы сводится к построению рабочих графовых научно-технических объект-факторных маршрутов в результате задания прямых и обратных графовых переходов от физико-технических концепт-факторов CnF к моделям (идентификация прямых и обратных факторно-модельных связей) [2-4,10]. В работе [1] рассмотрен частный случай F-МС в виде этапно-модельной реализации синтеза сис-темы. В рамках Эт-МС с помощью графовых орциклических научно-техни¬ческих объект-факторных маршрутизаторов исследованы инженерно-тех¬нические законы структурно-поведенческой связности этапов и моделей. Таким образом, с помощью бинарной графовой физико-технической парадигмы "графовый язык – факторное средство", лежащей в основе структурной теории ОиЛзЭлнС, в рамках F-МС появляется возможность открывать принципиально новые графовые инженерно-технические зако¬ны, задаваемые научно-техническими концепт факторными CnF маршрутами. Формируемые факторно-графовые модельные представления вы¬ражают сложные процессы построения и применения приборов в процессе их разработки, апробации и прогностической ликвидации. В результате эти модельные представления в сжатой форме на наглядном графовом языке образуют основу инженерно-технических законов создания приборов. До построения структурной теории в технике своих законов не было, а применялись и применяются естественно научные законы физики, мате-матики, химии, биологии и других наук. Открываемые в теории инженерно-технические законы, описывающие, объясняющие и прогнозирующие факторно-модельные связи (пути) построения и применения приборов задаются с помощью ансамбля научно-технических объект-факторных маршрутизаторов с физико-техническим наполнением на основе факторно-модельного синтеза системы. В результате в оптическом приборостроении на основе СТ ОиЛзЭлнС устанавливается связность науки и техники. В частности, в работе [1] на основе принципа единства структурно-поведенческой связности предметных и теоретических модельных пред-ставлений идентифицирован ряд инженерно-технических законов пос-троения и использования приборов. Законы вводятся с помощью различных разделов созданного канонического научно-технического фазис-прообраза ОФЦК12ЭМС, как тематически направленного объект-факторного маршрутизатора для построения и применения приборов. ГРАФОВЫЕ, ГИПЕРГРАФОВЫЕ И СТРУКТУРНО-ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОСТРОЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ОПТИКО- И ЛАЗЕРНО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ Накопленный опыт создания оптико- и лазерно-электронных приборов показывает, что в основе их построения и использования лежит этапно-модельный синтез (Эт-МС) ОиЛзЭлнС из 12 этапов разработки, апробации и прогностической ликвидации [1]. Эт-МС, как частный случай факторно-мо¬дельного синтеза, определяет концептуально-графовую связность этапов и моделей, устанавливая факторно-модельные научные, конструкторско-технологические и технические связи между физико-техническими этапными концепт-факторами CnF системы и её физической предметной модельной реализацией – прибором. В основе синтеза лежит канонический каскадно-этапный дуодецимарный графовый орциклический объект-факторный маршрут (канонический научно-технический фазис-прообраз ОФЦК12ЭМС построения и применения приборов), введённый в [1], этапные факторные графовые вершины которого имеют вид: 112 – документно-постановочный (ДтПост); 212 – документно-схемный (ДтСх); 312 – структурно-поведенческий математический (СтрПоведнчМатем); 412 – компьютерно-предметный (КмптрПредм); 512 – компьютерно-математический (КмптрМатем); 612 – до¬кументно-конструкторский (ДтКонстр); 712 – документно-технологический (ДтТехнлг); 812 – подготовительно-производственный (ПодгтвПроизвд); 912 – изготовительный (Изготвл); 1012 – экспериментальный (Экспер); 1112 эксплуатационный (Эксплтц); 1212 – ликвидационно-прогности-ческий (ЛиквдцПрогнст). В рамках СТ ОиЛзЭлнС отправной концептуально-знаковой моделью для построения канонического научно-технического фазиса ОФЦК12ЭМС является неупорядоченная парадигма арности 12 в виде конечной совокупности вершин с общим этапным основанием. Парадигма может быть визуализирована только на гиперграфовом языке. При этом перечисление графовых и гиперграфовых концепт-факторов CnF в теории сводится к построению неизоморфных графов, обладающих физико-техническим концепт-факторным преобразующим свойством. Граф – непустое множество вершин V = {v – vertex (вершина)} и множество рёбер E = {e – edge (ребро)}, связывающих две вершины. Число подходящих к вершине (инцидентных) рёбер называется степенью (валент¬ностью) вершины. Если все вершины графа связаны между собой и имеют одинаковую степень, то граф называется полным регулярным графом. Гиперграф – это такое обобщение графа, когда рёбрами могут быть не только двухэлементные, но и любые другие подмножества вершин. Иначе говоря, гиперграф – пара (V, E), где V – непустое множество объектов некоторой природы, называемых вершинами гиперграфа, а E — семейство непустых (необязательно различных) подмножеств множества V, называемых рёбрами гиперграфа. На рисунке 1а приведён пример гиперграфа произвольной мультирёберной конфигурации, содержащей семь вершин и четыре гиперребра, так что V = {v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7}, E = {e1,e2,e3,e4} = {{v1,v2,v3},{v2,v3}, {v3,v4,v5,v6},{v4}}. (1) Тогда идентификация неупорядоченной парадигмы этапно-модельного синтеза ОиЛзЭлнС из двенадцати графовых этапных вершин осуществляется в результате задания гиперграфа в виде дуодецимарного гиперребра HE12ЭМС (Hyper Edge) из 12 вершин, как показано на рис. 1б. Дуодецимарное гиперрёберное обобщение унарновершинного объект-фактора ObF представляет собой 12-ти вершинный объект-фактор ObF. Задание вершин в виде окружностей, квадратов и треугольников отражает физико-техни¬ческий смысл этапов. На основе дуодецимарного гиперрёберного объект-фактора HE12ЭМС (рис. 1б) строится первая графовая модель ЭМС (рис. 2), задающая этапную связность синтеза с помощью канонической дуодецимарной простой этапной орцепи GK12ЭМС. Орцепь является исходной глобальной орграфовой целевой функцией в виде научно-технического объект-факторного маршрутизатора, иденти¬фицирующего двенадцать графовых вершин синтеза системы. В рамках структурной теории графовая модель произвольной оптико- и лазерно-электронной системы строится с помощью точного и строгого определения математической модели (ММ), которая представляет собой тернарную математическую структуру MSt Бурбакú-Колмогорова [8] MSt = <<s0,s1,…,sк; r="" 1,r="" 2,...,r="" l="" ;="" p1,p2,...,pn="">> . (2) MSt имеет вид набора объектов, который обозначается двойными угловы¬ми скобками, и содержит: 1) основные множества математических элементов S0,S1,…,Sк разной природы, различающиеся условно приписываемыми им наименованиями; 2) заданные на этих множествах унарные (одноместные), бинарные (двуместные), тернарные (трехместные) отношения связности R 1, R 2,...,R l. В общем случае m-арное (m-местное) отношение ( , ,..., )    ...  Sim представляет собой подмножество декартова произведения множеств m-ой степени. Оно связывает упорядоченные совокупности ( , , ..., ) из m элементов (упорядоченные m-ки), вообще говоря, различных множеств; 3) конечный запас отображений из декартовых произведений множеств Si в Sr , т.е. отображений (операторов) вида P :   ...  Sim Sr . С помощью триадной MSt, содержащей «основные множества Sк ; отношения R l ; отображения (операторы) Pn» [3], строятся все известные и новые как структурно-поведенческие ММ, так и компьютерные ММ оптико- и лазерно-электронных систем и идентифицируется их структурная связность. Идея математической структуры даёт возможность перейти от расплывчатого описания физико-технической системы (процесса), выраженного с помощью математической символики, к строгой формулировке понятия ММ, которая отражает моделируемые свойства физико-технического объекта. Иначе говоря, она показывает, что значит взять реальный физико-технический объект (процесс) в "абстрактные математические руки". Обобщающие свойства тернарной математической структуры MSt проявляются в том, что операторы и формулы, (формулы трактуются как простейшие операторы), фактически задают частные случаи MSt, в которых множества Sк и отношения Rl оказываются очевидными. 1. Простейшая расчётно-формульная MM поведения (РсчтФормулнМП), в которой формула f (х, у) идентифицируется оператором РсчтФормулнМП = <<s ;="" r="" ;="">> . (3) В качестве простого оптического примера РсчтФормулнМП можно рассмотреть идентификацию амплитудного коэффициента пропускания транспаранта, так что . (4) 2. Операторно-вычислительное обобщение расчётно-формульной ММ поведения (ОператВычислтМП), в которой осуществляется замена формулы на оператор поведения Pпвд , устанавливающий связь между входными sвх и выходными σвых оптическими сигналами, так что ОператВычислтМП = <<s ;="" r="" ;="" pПВД="" :="" sвх(p)="" →="" σвых(q),="" или="" σвых(q)="PПВД" {sвх(p)}="">> . (5) Все оптические операторы поведения моделируют процесс формирования изображения, при котором входной сигнал преобразуется в выходной. Именно формулы и операторы, задающие поведенческие свойства ММ технической системы, и стали исходными модельными представлениями, на основе которых создана современная трактовка ММ как математической структуры MSt Бурбакú-Колмогорова. Поэтому для получения простых ММ, имеющих вид РсчтФормулнМП и ОператВычислтМП, прежде всего, идентифицируют рабочие формулы и операторы, описывающие поведение технической системы, с учётом основных используемых множеств и отношений связности (большей частью очевидных по умолчанию). На основе MSt Бурбакú-Колмогорова графовая ММ содержит только множества и отношения и имеет бинарный вид MStгрф = << S0,S1,…,Sк; R 1,R 2,...,R l >>. (6) Граф служит геометрическим образом ГрфМ. Предтечей ГрфМ является структурная схема (СтрСх), определяющая основные части изделия или процесса, их назначение и взаимосвязи. В структурной теории ГрфМ стро¬ят, задавая отношения на частях СтрСх в виде научно-технических объект-факторных маршрутов различной арности, связывающих части схемы, идентифицируя их как этапно-модельные вершины, эквивалентные в смысле функционально-технической значимости. ГрфМ – это непредельная ММ, ибо в неё можно добавлять любое число вершин при увеличении арности фактормаршрута. В частности, для орцепи GK12ЭМС основное множество Sк – это 12-ти этапный ансамбль S12 = {112 , 212 , ..., 1212 }. В свою очередь, унарные отношения Rl – это различные подмножества 12-ти этапного множества S12. Бинарные отношения R 2 – это различные упорядоченные двойки, так что R 2 = {(112 , 212 ); (212 , 312 );...; (1112 , 1212 )}. Тернарные отношения R 3 – различные упорядоченные тройки, т.е. R 3 = {(112 , 212 , 312); (212 , 312 , 412);...; (1012 , 1112 , 1212)} и т.д. Наконец, дуодецимарное отношение (арности 12), задаваемое графом на рис. 2, имеет вид R 12 = {(112 , 212 , 312 , 412 , 512 , 612 , 712 , 812 , 912 , 1012 , 1112 , 1212)}. Формальное перечисление отношений подчёркивает визуальную наглядность их задания с помощью графа (рис. 2) по сравнению с математическим модельным прообразом (6). В структурной теории в основе построения концепции научных основ современного технического приборостроения лежит их факторизация (декомпозиция, разделение) на ряд определяющих (остовных) областей нового знания и фазисов (научно-технических стадий) оптико- и лазерно-электронного приборостроения [2-4]. Функционально-тематически фазисы идентифицируют задачи построения и применения приборов, которые решаются с помощью графовых целевых функций в виде введённых ранее вершинных фактор-маршрутов и научно-технических объект-факторных маршрутов. Фундаментом задания этих маршрутов служит связная структурно графовая бинарная физико-техническая парадигма теории "графовый язык – факторное средство". Язык и средство идентифицируют маршруты (пути) разработки, апробации и последующей прогностической ликвидации в процессе создания и использования приборов на основе открываемых принципиально новых графовых инженерно-технических законов. В результате маршруты задают модельную факторизацию научных основ и выделение этапных разделов внутри фазисов GKmnЭМС, которые формируют инженерно-технические законы в результате идентификации специфических графовых целевых маршрутов (m «» n) [1]. На основе этапно-модельного синтеза, представляющего собой последовательно-параллельный перебор этапов и моделей, реализуются не только прямые, но и обратные переходы между этапами синтеза системы. В результате в рамках языкового аспекта структурной теории за счёт замыкания орцепи на рис. 2 с помощью моста обратной связи М 12-1 формируется вершинный фактор-маршрут, имеющий вид циклического графа С12ЭМС. Одновременно с учётом физико-технического поведенческого содержания этот маршрут, как факторное средство, представляет собой канонический каскадно-этапный дуодецимарный графовый орциклический объект-факторный маршрут ОФЦК12ЭМС, приведённый на рис. 3 и построенный в [1]. Далее, принимая во внимание функционально-тематическую целевую направленность объект-факторного маршрута, в поведенческом плане его следует рассматривать как канонический научно-технический фазис-прообраз расширенного объектно-технического проектирования [1,10], обозначая его по-прежнему как ОФЦК12ЭМС. Иначе говоря, графовый орцикл (см. рис. 3) представляет собой концептуально-орграфовый фазис¬ный синтез-прообраз построения и применения приборов. Он задаёт внутренние этапные связи, описывающие процессы проектирования, производства и апробации приборов с целью их использования и последующей прогностической ликвидации. Дополнительно в структурной теории графовый орцикл используется для идентификации внешних прямых и обратных этапно-модельных рёберных связей с графовыми вершинами модельного фазиса [2-4]. Для углублённой детализации графовой связности объект-факторов ObF в научно-технических маршрутизаторах проводится их факторизация, или факторинг [9]. Под понятием «комплекс факторинговых услуг» подразумевается анализ факторинговой сделки с выявлением сильных и слабых сторон для оптимизации денежных потоков, а также управление дебиторской задолженностью. Целью факторизации является идентификация в графе основных строительных "маршрутных блоков" – остовных подграфов, упомянутых выше. Она сводится к декомпозиции графового маршрутизатора в виде суммы остовных подграфов, которые при объединении формируют исходный граф. В результате факторизации получается сумма более простых объектов, чем исходный. В общем случае фактором графа G (факторграфом FG) называется непустой остовный подграф. В частности, регулярный остовный подграф степени "m" называется m-факторграфом, или m-фактором (m-FG). Граф в виде объединения всех остовных подграфов ∪(FG), которые не имеют попарно общих рёбер, называется факторизацией исходного графа. Если граф представляет собой сумму m-факторов, то их объединение ∪(m-FG) называется m-факторизацией, а сам граф считается m-факторизуемым. В качестве примера на рис. 4 приведён 1-факторизуемый циклический граф С12ЭМС, который разделяется на два более простых маршрутных блока (1 FС12ЭМС)1 и (1-FС12ЭМС)2 . Первый блок раскрывает переход от постановочно-схемного раздела к эксплуатационно-прогностическому. Второй блок идентифицирует схемно-математический, компьютерный, конструкторско-технологический, изготовительный, экспериментально-эксплуата¬ционный и ликвидационно-постановочный разделы. ИДЕНТИФИКАЦИЯ НАУЧНОЙ ПРОЕКТНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ НА ОСНОВЕ КАНОНИЧЕСКОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФАЗИС-ПРООБРАЗА ПОСТРОЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБОРОВ Структурная теория (да и никакая другая теория) не скажет, как сделать новый прибор. Создание прибора было, есть и будет искусством, доступным только истинным творцам. Принято считать: тот, кто изобрёл первое колесо, был идиотом, но изобретатель трёх остальных был гением. Используемые в теории графовые маршруты определяют пути, которые необходимо (полезно), но не достаточно, пройти, чтобы изготовить хороший прибор на основе канонического каскадно-этапного орцик¬лического фазис-прообраза ОФЦК12ЭМС в рамках Эт-МС связной, холистичной (целой, неразрывной) и эмерджентной (обладающей новыми свойствами, отсутствующими в исходных элементах) ОиЛзЭлнС [1]. Достаточность определяется талантом разработчика. Накопленный опыт показывает, что при построении и применении приборов в рамках СТ ОиЛзЭлнС на основе принципа единства структурно-поведенческих модельных представлений устанавливается связность науки и техники с помощью конструкторско-технологической документации. В то же время из рис. 3 следует, что именно канонический каскадный дуодецимарный орциклический объект-факторный маршрут может быть положен в основу идентификации связности процессов проектирования, производства и апробации прибора с целью его использования и последующей прогностической ликвидации. Этапы дуодецимарной орцепи концептуально-графового этапно-модельного синтез-прообраза показывают, как переходит фундаментальная физико-математическая направленность исследования в производственно-эксплуатационную конкретику изготовления и использования прибора, идентифицируя в итоге построение научной проектно-технической инженерии. В структурной теории в рамках системно-модельного подхода каскадный объект-факторный маршрут, в котором можно выделить связные совокупности физико-технических объект-факторов ObF, раскрывает функционально-тематические аспекты графовой методологии синтеза системы и называется графовым фазисом (научно-технической стадией). Фактически он является поведенческим следствием объект-факторного маршрута (рис. 3) и строится из канонической простой орцепи (см. рис. 2) в виде глобальной орграфовой целевой функции (12 «» 1) арности 12, в которой вершины приобретают тематическое объект-факторное этапное содержание. Развивая целевую в поведенческом плане тематическую направленность приведённого на рис. 3 фазис-прообраза ОФЦК12ЭМС, задают его вариацию в виде пятираздельной (2 3 « 2 » 2 3) триадной орцепи ОФЦК23(2)23ЭМС ЭМС ОиЛзЭлнС из объект-факторов ObF (см. рис. 5). Детализация вариативного фазис-прообраза сводится к выделению трёх объект-факторов ObF с целью идентификации научной проектно-технической инженерии. Последующее пошаговое наполнение раздельных этапов на рис. 6-8 показывает, что искусство построения и применения приборов – это зеркальный образ расширенного проектирования на основе науки и техники. Во-первых, в триаде выделяют квинтарный двураздельный научный объект-фактор ObF1 (см. рис. 6). В первом разделе объект-фактора ObF формулируется концептуально-схемная постановка задачи. Во втором разделе с помощью основополагающих теоретических принципов процесса преобразования сигналов идентифицируют математические и компьютерные модели. Во-вторых, в триаде описывают бинарный однораздельный конструкторско-технологический документный объект-фактор ObF2 (см. рис. 7). Он устанавливает связность научно-постановочных разделов триады с технико-изготовительными разделами и носит название фактор-связки. В-третьих, в триаде задают квинтарный двураздельный технический объект-фактор ObF3 (см. рис. 8), который определяет процессы изготовления и апробации, как принципиально новых, так и модернизируемых приборов с целью их последующей прогностической ликвидации. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, идентификация научной проектно-технической инженерии сводится к заданию связности научного исследования (квинтарный научный объект-фактор ObF1) и технической приборной реализации (квинтарный технический объект-фактор ObF3) системы. Связность этих двух объект-факторов описывается на графовом языке с помощью бинарной конструкторско-технологической фактор-связки ObF2. Особая инже¬нерно-практическая значимость СТ ОиЛзЭлнС состоит в том, что с помощью дуодецимарного графа, который лежит в основе 12-ти этапного модельного синтеза системы, в оптическом приборостроении с помощью фактор-связки устанавливается глубинная связность и взаимопроникновение науки и техники друг в друга. Триадная орцепь ОФЦК23(2)23ЭМС ЭМС ОиЛзЭлнС задаёт графовую методологию решения любой технической задачи (рис. 5). При этом актуальность, цель, научная новизна, практическая ценность работы естественным образом следуют из содержания шагов 12-ти этапов триадной орцепи, идентифицирующей разработку и апробацию приборов, как физических предметных моделей системы (рис. 6 8). В результате физико-технический смысл фазисного анализа и синтеза ОиЛзЭлнС сводится к открытию факторно-графовых инженерно-технических законов структурно-поведенческой связности на основе детализации трёх базовых концепт факторов CnF. В работе детально изучен канонический научно-технический фазис-прообраз, задающий дуодецимарный этапно-модельный синтез. Графовые маршруты визуализируют идентифицируемую связность и поведение системы. В то же время в структурной теории ОиЛзЭлнС построен ряд других функционально-тематических фазисов [3,4,10-12]: 1) системно-модельный подход к построению, применению и анализу приборов; 2) модельные представления системы; 3) комплекс модельных научных основ современного приборостроения; 4) множество прямых и обратных связей между моделями и этапами построения и применения приборов; 5) расширенное научно-техническое и спектрально-рёберное проектирование; 6) структурно-групповая классификация сигналов. Идентификация этих фазисов будет проведена в дальнейшем. Список литературы: 1. Немтинов В.Б. Сериков В.Ю. Структурно-графовая методология в задачах анализа и синтеза оптико-электронных систем // Контенант, 2014, т 13, №4. С. 12-26. 2. Немтинов В.Б. Докторская диссертация на тему "Структурная теория и математическое моделирование ОиЛзЭлнС" 2004 // http://www.disser... 3. Белозёров А.Ф. Оптика России. Очерки истории и развития. – Казань: Центр инновационных технологий, 2013. – Т. 2 – 612с. // Раздел 11.3.6. Структурная теория оптико- и лазерно-электронных систем, созданная В.Б.Немтиновым: научные основы современного оптико-электронного приборостроения. С. 515-522. 4. Немтинов В.Б. Факторно-графовые модельные представления терагерцовых и инфракрасных оптико-электронных систем // Вестник МГТУ. Приборостроение. Спец. выпуск "Современные проблемы оптотехники". 2011. С. 78–99. 5. Овчинников В.А. Графы в задачах анализа и синтеза структур сложных систем / – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2014. – 415с. 6. Абросимов М.Б. Графовые модели отказоустойчивости / – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2012. – 192с. 7. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1978. – 400с. 8. Мосягин Г.М., Немтинов В.Б. Преобразование сигналов в оптико-электронных приборах систем управления летательными аппаратами. – М.: Машиностроение, 1980. – 176с. 9. Оре O. Теория графов: Пер. с англ. / Под ред. Н.Н.Воробьева. – М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1980. – 336с. 10. Немтинов В.Б. Графовые маршруты каскадного объектно-технического проектирования. Межд. конф. «Прикладная оптика 2014»: Сб. Трудов ОптичОбщества на Элн Диске. Секция "Оптическое приборостроение. Компьютерное моделирование". С-Пб., 2014. С. 171–175. 11. Немтинов В.Б. Фундаментальные научные фазисы для построения и применения новых приборов // Лазеры в науке, технике, медицине: Сб. научных трудов XXIV Межд. НТК. Том 24. М.: 2013. С. 126-131. 12. Немтинов В.Б. Спектрально-рёберное объектно-техническое проектирование оптико- и лазерно-электронных приборов // Лазеры в науке, технике, медицине: Сб. научных трудов XXV Межд. НТК. Том 25. М.: 2014. С. 122-127.
  • 12 Июл, 2018