А.Левенчук -- Будущее проектирования
TRANSCRIPT
Будущее проектирования
Москва14 октября 2015г.
2
Будущее проектированияСегодня октябрь 2015г.В октябре 2000г. доклад был бы совсем другойВ октябре 2020г. доклад будет совсем другой
Будущее даётся через метафору тумана (Geoffrey Hinton): полностью прозрачен на 5 лет, полностью непрозрачен дальше.
Содержание:1. Экстремальное проектирование 2. Автоматическое проектирование3. Мультиагентское проектирование
Уровни обобщения и формализации: методология мышления/дисциплин/предметов
(обеспечение мультидисциплинарности/мультипарадигмальности)
3
• Философские логики – знаковые системы и их связь с окружающим миром, предельные онтологи
• Рефлексирующие модельеры данных – MOF, ISO 15926 Part 2 (Upper ontology, foundational ontology). Компьютерщики: преобразования одних выражений мысли в другие (теоркатегорное представление, не теория множеств – операции главные, вычисление). Поддержка системного подхода
• Модельеры данных/intermediate ontology – одна логика, помогают выразить мысль непротиворечиво (теоретико-множественное представление – объекты главные).
• Ситуационные инженеры методов, кейс менеджмент, BPM, проектные управленцы, оргдизайнеры – мысли о деятельности (практиках).
• Рефлексирующие инженеры/микротеоретики=онтики – мысли о своей дисциплине (объекты-предметы: системная инженерия, программная инженерия, инженерия предприятия, инженерия психика)
• Профессионалы-инженеры – мысли о своих конкретных Мирах: целевых объектах (софтинках, самолётиках) и обеспечивающих объектах (то бишь субъектах), их жизненных циклах.
4
Практика проектирования
• Проектирование это практика (деятельность) создания проекта
• Практика = дисциплина + технология (образованные организованные люди и их материалы и инструменты)
• Люди: проектанты (было: проектировщики) и конструкторы
• Инструменты: САПР, PLM• Материалы: знания
5
Онтика проектирования – «что это?»• Проект = design + project• Проектирование = дизайнирование + планирование проекта
• Design = architecture + non-architectural part of design («рабочка») • Project = кто что с чем когда делает: организация работ и связанные с ней
планы• Серая зона: целеполагание проектирования (концептуальное проектирование,
инженерия требований), исследования (research, feasibility studies), обратное проектирование (reverse engineering), brownfield проектирование (при модернизациях)
• Альтернативная практика: SoS -- curated evolution (управляемая эволюция, СМД-программирование)
• Смежные практики: изготовление/сооружение/производство, испытания, эксплуатация
Итого:• Проектирование системы в полноте её ЖЦ (product в 4d)• Проектирование системы деятельности (project в 4d – организация и планы)• Тренд: обратный закон Конвея (продукт сначала, организация потом!)
6
Проектирование проектирования проектирования
• Проектирование – разработка систем-индивидов (и их обеспечивающих систем)
• Проектирование проектирования = создание методологии проектирования (включая разработку САПР)
• Проектирование методологии проектирования (изменение методологической парадигмы: переход с онтологической инженерии методологии на онтологическое обучение, в том числе обучение без учителя)
7
Организация работ проектирования
• Командная работа, множество подспециальностей кроме проектантов/конструкторов (модельеры, технологи)
• Параллельная инженерия (concurrent engineering)• Но: уменьшение роли прототипирования («с
первого раза воплощение правильно» – первый самолёт уже летает)
8
1. Экстремальное проектированиеЕсли проектирование хорошо, то отдайте проектированию всё! [Шовинизм проектирования]
9
Экстремальная сложностьINCOSE VISION 2025 (июнь 2014)
http://www.incose.org/AboutSE/sevision
Выход за пределы сложности для классического проектирования/конструирования:
• Эволюция в системах систем• Общественные дисциплины
(сдвиг на оргсистемы)• Мегаломания (появилась Земля
как объект контроля-проектирования)
10
Экстремальная междисциплинарность(на одном уровне, даже без метасистемных переходов)
На основе рис.3в ISO 81346-1
-Модули
=Компоненты
+Места
Все специальности• Механика• Кинематика• Электрика• Электроника• Управляющий софт• Гидравлика• Прочность• Динамика• Температура• Вибрация• …
Все стадии ЖЦ• Замысел• Проектирование,
конструирование• Сооружение,
изготовление• Эксплуатация• Модернизация
PLM/ALM, ERP, EAM• Модель продукта• Модель проекта
Пример: различные САПР и PLM от Autodesk
12
Экстремальные проекты:Раньше не проектировали: биомы, молекулы, пламя…
Project Cyborg
BiomeView
http://autodeskresearch.com/projects/biomeview
http://autodeskresearch.com/projects/cyborg
4D Printing
https://beta.autodesk.com/callout/?callid=918F56ECC9684EC284991E1E1EBDA49F
http://autodeskresearch.com/projects/4dprinting
https://beta.autodesk.com/callout/?callid={F7CDE1B9-0552-4659-AFCE-5C128F0A2AA9}
https://beta.autodesk.com/callout/?callid={2B4850B9-1044-4B41-8B15-920D8FA3A2DC}
Многомасштабность, метасистемные переходы
13
Многомасштабность проектирования• Холархичность (системные
уровни)• Множественность:
• длин, • времён,• парадигм
14
Языки проектирования• Моделериентированное проектирование
• Формальный машиннообрабатываемый язык• Основной рабочий продукт – модель• Основное действие – порождение (generate)
• Естественные против формальных языков• Общие против предметно-ориентированных языков (DSL)• Встроенные (в один язык) и автономные DSL• Проектирование, моделирование, программирование,
онтологизирование, имитационное моделирование – это одно.• Противопоставляем обучению (там фичи, тут семиотика – синтаксис,
семантика, прагматика). Обучение тоже доступно из языка!• Языки для проектирования-в-малом и проектирования-в-большом
• Попытки создания специализированных языков проектирования:• Языки требований (логические)• Архитектурные языки• Встроенные в САПР языки• Modelica• Julia
15
Эстетика и художественность (модели стилей)Learning Visual Clothing Style with Heterogeneous Dyadic Co-occurrences (http://arxiv.org/abs/1509.07473)
A Neural Algorithm of Artistic Style (http://arxiv.org/abs/1508.06576)
16
Многомасштабность*за пределами жизненного цикла
<<< Замысел Архитектура «Рабочка» Изготовление Эксплуатация>>>
Usingsystem
IT-1 IT-2 IT-3 IT-4 IT-5
Макро IT1 IT2 IT3 IT4 IT5
Мезо IT6 IT7 IT8 IT9 IT10
Микро IT11 IT12 IT13 IT14 IT15
Нано IT16 IT17 IT18 IT19 IT20
Специализация/профессионализация: фирма в каждой клетке, плюс экспансия на соседейИнтеграция в продукте: вся таблица (эко-система!)
CAD/CAM/codes/PLM/CAE/ERP/EAM/… будут интегрированы!
уровни структуры вещества * уровни воплощения
17
Перепроектирование использующей системы.Учёт стратегирования.
• Раньше: проектирование только целевой системы, сегодня обязательно учитывать изменение использующей системы и даже изменение стейкхолдеров (тренд инженерии требований, тренд автоматизации деятельности)
• Поддержка не только проектирования (инженерии), но обратного проектирования (reverse engineering) – учёт в инженерии требований
• Активная позиция команды проектантов по отношению к стейкхолдерам (не просто «принимают заказ»)
• Две целезадающих системы для проекта:• Использующая система и её стейкхолдеры (заказчик)• Обеспечивающая система и её стейкхолдеры (владельцы
фирмы проектантов) – учёт стратегирования.
18
Экстремальное начало ЖЦ проекта:исследования как часть проектирования
• Отрицательный результат в исследованиях – это не результат, если есть проектирование. Исследования и изобретательство различны.
• Наука-техника Латура: исследования и изобретательство едины.• Лаборатории условного Эйнштейна, условного Эдисона.• R&D management – относительно новая дисциплина, но мы-то не про менеджмент! Дисциплины R&D инженерии пока нет.
• Крупные корпорации, государство (институты развития), стартап-движение, предпринимательские университеты.
• Пример: акселераторы и лаборатории при акселераторах (Y Combinator, http://ailev.livejournal.com/1220274.html), фонды для инфраструктурных проектов «низко по стеку» (NumFocus и Julia)
Basic Research Applied Research Concept Design Engineering
http://www.3ds.com/products-services/biovia/
global, collaborative product lifecycle experiences to transform scientific innovation
19
Model-based conceptual design
Выход за пределы:• Явное упоминание стратегии (ISO 15288:2015 – 6.4.1 Business of mission analysis
process)• Пересечение с системной инженерией (требования и архитектура)• Пересечение с классическим предметным проектированием
Steven J.Saunders, INCOSE INSIGHT volume 17 issue 4
20
Cистемная инженерия в проектировании:требования, архитектура, испытания в CAD/CAM/CAE
Объединение инструментария:• В САПР будут редактироваться:
• Требования к системе (текстовые, модель)• Требования стейкхолдера• Потребности стейкхолдера (GORE – целеполагание)
• В САПР будет редактироваться архитектура:• Архитектурные модели на архитектурных языках
• В САПР будут редактироваться испытания:• Программы и результаты испытаний (и генерация тестов)• Инженерные обоснования
Перенос внимания в проектировании с рабочего на системное (логически начальные и конечные стадии жизненного цикла проекта)
21
Когда проекта ещё нет, но вот-вот будет: Моделеориентированное концептуальное проектирование
Автоматизация захвата куска реальности в модельПоддержка скетча (постепенная детализация, уход от точности в самом начале)
Autodesk InfraWorks 360
22
Экстремальный конец жизненного цикла:не заканчивающееся проектирование
• Переход от проектирования к изготовлению – «важное пиарное событие в авиастроеннии», но уже не гейт.
• В программном обеспечении проектирование вечно, уже (Windows 10 это последняя версия, дальше будут только обновления)
• Resilience: выживающие системы, которые функционируют в непредусмотренных при их проектировании условиях после самоперестройки (цикл «проектирование-изготовление» входит в их состав)
23
Resilience (выживающие) киберфизические системы
• 3D- модель• Электрика• Электроника• Софт• …
САПР внутри целевой системы:Project DasherУ проектантов
«Обычный BIM»
http://www.autodeskresearch.com/projects/dasher
Эволюция, IoT
Перестройка здания по ходу его эксплуатации
24
2. Автоматическое проектированиеЕсли автоматизация хороша, то исключить человека вовсе![Мизантропия проектирования]
25
САПР сегодня = Система Автоматизации ПРоверок
Редактор(пишет человек)
Автоматизация проверок
Редактор (3D-чертит человек)
Автоматизация проверок
MS Word Autodesk Fusion 360
26
САПР завтра = Система Автоматизации ПроектированияGenerative design for additive manufacturing
Autodesk Within
http://www.autodesk.com/products/within/overview
• Минимум материала• Максимум прочности
27
Искусственный интеллект: «то, что компьютеры пока не умеют делать»
Граница быстро движется: шахматы, вождение автомобиля, распознавание речи и т.д.
Смена парадигмы:Обучение (learning) проектированию, конструированию, моделированию вместо/вместе программирования (GOFAI)Эпистемология (неявное знание и методы обучения) вместо/вместе онтологии (явного сконструированного знания)
Машинное обучение бывает (с выходом на master algorithm):• Символьное (правила)
• Коннекционистское (нейронные сети) – сегодня в моде («глубокое обучение»)!
• Байесовское (вероятности)• Эволюционное (генетические алгоритмы)• Поиском аналогий
Почему только сейчас?!Оборудование: enabling technology
Интернет (1990 – первый браузер WWW)• Линии связи позволили
передавать картинки на дом (т.е. стало можно использовать WWW)
• Дисплеи смогли картинки показать• Процессоры смогли картинки
обработать
250Kb веб-страница• 56Kbps – 36 секунд• 1Mbps – 2 секунды• 100Mbps – 0.2 секунды
Нейронные сетки (2012 – первая победа на соревнованиях)• Процессоры сумели выдать
терафлопс, нужный для научения сетки за обозримое время
• Связь и память смогли дать терабайты данных для научения
• 1TFLOP -- 200млн. человек по 14 вычислений на калькуляторе в день каждый, за год
• GTX Titan X – 7TFLOPS (single preсision)• Intel Knights Landing Xeon Phi – 6TFLOPS (
http://www.zdnet.com/article/intels-next-big-thing-knights-landing/, http://arxiv.org/abs/1506.09067)
• FPGA: эксперименты до 10TFLOPS и до 6x меньше TFLOPS/Watt
28http://www.theguardian.com/technology/2011/jul/06/broadband-speeds-uk
Модульные платформы интеллект-стекаИнтеллект-стек1. Прикладной уровень2. Когнитивная архитектура
3. Обучающиеся алгоритмы4. Вычислительные библиотеки5. Вычислительные языки программирования6. Аппаратное ускорение вычислений
29
http://www.life-prog.ru/1_41934_protokoli-TCPIP-i-model-OSI.html
http://www.w3.org/2001/12/semweb-fin/w3csw
http://ailev.livejournal.com/1210678.html
Интернет-стек
Стек семантического веба
30
Дилемма инноватора: мужики-то не знают!(Clayton Christensen из Гарварда)
Характеристики
Время
Лучшие технологии
Прорывные технологии
Характеристики лучших продуктовНа рынке
Характеристики худших продуктов на рынке
http://web.mit.edu/6.933/www/Fall2000/teradyne/clay.html
• Инновации обеспечиваются на неприкладных уровнях технологического стека (проектирование – алгоритмы обучения
• Обучение компьютеров сегодня даёт любительские результаты во всём, кроме задач распознавания изображений, звука, сигналов, вторжений и т.д..
• Через 5 лет эти любительские результаты окажутся профессиональными, если не сверхчеловеческими. Всё происходит быстро.
31
Порождающее проектирование и производствоGenerative design, generative manufacturing
Project Dreamcatcher
• Знания по проектированию (онтология проектирования): результат обучения софта
• Задание намерения и ограничений: на естественном языке• Диалог (цикл)• Порождает форму (generate) самостоятельно, но это не самое интересное
• Корпусная инженерия (как «корпусная лингвистика») – где брать огромные данные?
http://autodeskresearch.com/projects/dreamcatcher
32
Аватаризация инженерного софта• Обучение САПР вместо/вместе программирования/настройки• Естественный язык вместо/вместе компьютерного• Диалог компьютера с человеком по уточнению намерений и ограничений• Совместное порождение идей вместо/вместе оформления идей человека• Комфортный диалог: имя и образ (аватар), распознавание и учёт эмоций
Фирма Имя умного помощника Google Google Apple Siri Microsoft Cortana Facebook M Amazon Alexa Autodesk ???????????
33
3. Мультиагентское проектированиеЕсли проектировать хорошо коллективно, давайте максимизируем число вовлечённых людей и компьютеров.[Промискуитет проектирования]
34
Коллаборация: «как в GoogleDocs» - уже!(в Autodesk 360 с сентября 2015)
«Облачные» САПР и PLM: уже
4К экраны: уже.
Виртуальная реальность: уже.
http://forums.autodesk.com/t5/design-differently/september-update-preview/ba-p/5811642
35
Киборги-2, мультиагентные системы• Агент – сущность, способная к действию (https://en.wikipedia.org/wiki/Agency_(
philosophy))
• Пока разделение «человек или компьютер» важно: • Мультиагентские системы• Экономика, социология, правоведение психология, и т.д.
• Завтра эти дисциплины начнут смешиваться• Киборг-1 = кибернетический организм • Киборг-2 = кибернетическая организация• Киборгизируются и
• отдельные люди (экзокортекс и персональные агенты), и• Команды, коллективы (корпоративные информационные системы как
агенты), и • общество в целом (агенты социальных сетей).
• Команда, коллектив, общество = мультиагентная система из людей и достаточно умных компьютеров
36
Коллаборативное проектирование• Дисинтермедиация проектирования, создание команд «вне фирм»:
• не требуется фирма для гладкого включения в команду людей (Uber для поиска коллаборантов, включая по-разному обученных компьютерных интеллектуальных агентов от разных поставщиков)
• Низкий барьер входа (облачные ресурсы и подписки, доступны даже индивидам, а не только фирме)
• Совместная работа с аваторизованными инженерными компьютерными помощниками (на естественном языке, с распознаванием жестов, они всех будут различать по голосу и помнить по именам!)
• Импорт знаний по потребности, «как в Гугле» (комплектующие, каталоги, нормы, идеи, архитектурные библиотеки) – всемирный поиск, в том числе в структурированных данных.
• «Интеллектуальную собственность» на знания проектирования речка истории будет потихоньку смывать (open source, open science, open design движения).
37
Конструирование и проектирование
Конструирование:• Органические формы, 3D-печать
Проектирование:• Продвинутая модульность – накопление знаний
(тотальная стандартизация – open architecture, акаузальные языки, контракты модулей, решения expression problem в программировании)
• Автоматическая сборка (изготовление из модулей) • Сначала виртуальная (моделирование)• Потом реальная
38
Итого: будущее проектирования1. Экстремальное проектирование
• Мультимасштабность• Междисциплинарность• Перед традиционным ЖЦ• После традиционного ЖЦ• Новые типы целевых систем• Обратное проектирование• Перепроектирование using system
2. Автоматическое проектирование• Порождение• Обучение• Аватаризация
3. Мультиагентское проектирование• Киборги-2 (агенты: люди и машины)• Дисинтермедиация проектантов• Открытое проектирование• Продвинутая модульность (накопление знаний)
