ТЕОРИЯ НАБЛЮДЕНИЯ В предметной области ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА
Содержание:
- Введение
- Обзор теории наблюдения
- Измерение и вычисления
- Оценка и оценивание
- Величины и шкалы
- Квантиметрия и квалиметрия предметной области ВТ
- Классификация величин предметной области ВТ
- Псевдофизическая логика оценок величин в описании предметной области
- Неформальная постановка задачи моделирования деятельности
- Литература
Излагаются анализ теории наблюдения для адекватного описания предметной области исследования на примере воздушного транспорта.
Ключевые слова: воздушный транспорт; безопасность; наблюдение
Современная теория качества и составленные на ее основе стандарты деятельности не представляют полного аксиоматического содержания и структурной ясности терминологии. В определениях квалиметрии содержатся термины, значения которых необходимо раскрыть, поскольку они являются важными для понимания оценки качества. Состав характеристик качества сформирован в стандартах ГОСТ 22851-77 и РД 50-149-79, в стандартах ISO и множестве других международных стандартах.
Характеристики качества формируются в группах: назначения, надежности, безопасности, ресурсосбережения. Эти характеристики наиболее необходимы для предмета нашего исследования. Другие характеристики не рассматриваются с ними в косвенной связи. Так в свойства надежности непосредственно не входят характеристики эргономические, эстетические, технологические, экологические, экономические, патентно-правовые, а также характеристики транспортабельности, стандартизации и унификации.
Характеристики назначения включают свойства: принадлежности, функциональные, конструктивные, структурные. Характеристики надежности раскрываются в терминах основных свойств технических объектов: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Характеристики безопасности в самом общем виде понимаются как отсутствие вреда или ущерба деятельности. Характеристики ресурсосбережения возможно рассматривать как эффективность деятельности.
Содержание проблемы. Исследование и проектирование транспортного комплекса (ТК) и воздушного транспорта (ВТ) представляется как совокупность сложных обобщенных характеристик надежности назначения технических объектов; б) безопасности деятельности (императив выживания); в) эффективности деятельности (экономической целесообразности). В исследовательской среде выявляется нечеткость базовых понятий, неполнота описаний характеристик деятельности. Например, содержательная нечеткость определения безопасности ведет к синонимии и отождествлению с понятиями риска и надежности. С другой стороны, представляется неопределенность, какие методы современной теории наблюдений использовать для измерения (оценки, оценивания, вычисления) величин свойств объектов предметной области воздушного транспорта. Такие абстрактные категории деятельности, как риск, следует оценивать, вычислять или измерять?
Постановка задачи. Возникает задача измерения (квантиметрии) и квалиметрии предметной области в проектировании транспортных комплексов и воздушного транспорта. Возникает задача этимологического анализа терминов, иерархического структурирования характеристик категории качества, раскрытия их свойств, показателей и признаков. Современная теория измерения и оценивания имеет сложность и многозначность. В настоящей работе осуществляется краткий аналитический обзор теории измерения и оценивания величин и возможное применение в предметной области ВТ.
Целесообразная деятельность имеет пространственно-временной или мерно-темпоральный характер. Целесообразность означает со-образность, соответствие с образом желаемого состояния (ЖС), называемого целью деятельности. Целесообразность требует наличия у субъекта деятельности средства референции для отсчета реальности - физического фиксирования мерности объектов или мыслительной проекции целевых состояний. Это приводит к условному делению картины мира и деятельности на материальную физическую и нематериальную психическую определяет объекты количественного отсчета и качественной референции.
В основе количественного отсчета лежит понятие меры и (раз)мерности реальности. Это делает действительность метрической путем и через измерение. Качественная референция основана на ключевом понятии знака (символа). Знак соотносит действительность с понятием - цена и понимания ценности, постигаемые через оценку и оценивание [1]. Реализация количественного и качественного отсчета реальности осуществляется через понятие величины. Для измеряемых объектов применимы величины метрические, физические, количественные, безусловные, математические. Оцениваемые объекты выражаются через средства естественного языка и величины неметрические, метафизические, качественные, условные.
Средства естественного языка различаются в понятиях описания количественных и качественных свойств объектов. К. Берка выделяет три типа понятий:
1) классификационные (неколичественные);
2) топологические (сравнительные);
3) метрические (количественные) [2].
«Первый тип понятий служит для классификации объектов по одному или нескольким свойствам. Топологические понятия позволяют не только установить тождество или различие между свойствами двух объектов, но и расположить данные объекты в некотором порядке. Метрические понятия задают точную характеристику свойств объекта в рамках выбранной системы единиц измерения» [цитируется по 3].
Жесткие измерения определяют значения физических величин в установленных единицах измерения. Жесткая оценка определяет значение переменной. Мягкая оценка определяет распределение вероятности переменной, степенью соответствия переменной некоторому понятию или функцией принадлежности. Суть мягких вычислений (МВ) - в их применении в работе с исходными неполными, неточными, нечеткими и неопределенными знаниями и данными. Понятие «мягкие вычисления» (Л. Заде, 1994) объединяет направления нечеткой логики, нечеткой арифметики, субъективную вероятность, эволюционные алгоритмы, сети доверия и другие. МВ можно условно разделить на мягкие измерения (МИ) и мягкие оценивания (МО) величин. МВ предполагает использование как числовых, так и лингвистических шкал оценок. Оценка величины - это утверждение о степени выраженности некоторого измеряемого свойства [3].
Понятие измерения используется в материальной деятельности и в технических дисциплинах. Измерение в метрологии:
а) формализованная процедура, позволяющая соотнести величины некоторого свойства объекта с числовой системой и приписать им числа, соотношения между которыми равны соотношению между величинами свойств у реальных объектов;
б) сравнение физической величины с ее единицей или шкалой с помощью специальных технических средств; нахождение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. (К. П. Широков, ГОСТ 16263-70). В определении содержатся следующие особенности: а) измеряются только физические величины; б) измерения осуществляются опытным путем, расчеты по формулам, статистика находятся за пределами измерений и вообще - метрологии; в) измерения осуществляются с помощью специальных технических средств; г) осуществляется определение значения величины [4]. Средства измерений (СИ) - специальные технические средство, хранящее размер единицы, с помощью которой определяется значение величины. Физические объекты или их свойства, после их открытия, сначала оцениваются, затем по мере изучения свойств объектов и разработки средств измерений - измеряются. Пример, свойство цветности вначале оценивалось наименованиями цветов и расцветок, затем разработали калориметр для количественного измерения.
В понятия неколичественных измерений вкладывается экспертиза человека, выполняющего роль идеального измерительного устройства и устанавливающего сравнение свойств объектов по однородным параметрам на основе доктринальных (необсуждаемых) знаний. В контексте количественного измерения различаются несколько типов определений измерения: метрические, метрологические, физические, статистические. Понятийную границу между измерениями и оценкой можно пояснить следующим образом. Множества и совокупности оценок абстракций становятся реальностями количественного оценивания. Например, наименование снега можно обобщить генерализованными свойствами - холод и белизна. Однако свойства многочисленных других состояний снега на языке эскимосов измеряется количеством десятков наименований снега, которые идентифицируются как разные предметы. Вышеизложенные классификации содержания и структуры деятельности имеют нечеткий характер. Наибольшую сложность представляет определимость границ применения понятий величины, измерения и оценки.
Существуют различия в применении понятий оценка и оценивание. Между терминами существуют синонимические отношения. С лингвистической позиции, оба термина являются отглагольными образованиями - существительными, мотивированными глаголами и означают опредмеченное действие, состояние, процесс в отвлеченном смысле, образованные суффиксальным, точнее - префиксально-постфиксальным способом: (о, -ка; о, -ние). Термин «оценка» относится к существительным со значением «носитель процессуального признака». Это значение конкретизируется как «субъект действия» (обычно лицо), «орудие, средство осуществления действия», «объект действия», «результат действия». Термин «оценивание» относится к существительным со значением отвлеченного процессуального признака (состояния). Это значение конкретизируется как вторичные и означают действие, состояние или процесс. [5, с. 142.].
Словарное определение термина «оценка» означает: философ., отношение к человеческой деятельности и поведению, установление значимости, соответствия нормам; статист., функция от результатов наблюдения, применяемая для оценки неизвестных параметров распределения вероятностей изучаемых случайных явлений. Словарное определение термина «оценивание» отсутствует. Существительные с суффиксом (-ние) в словообразовательных гнездах, как правило, отсутствуют. Это позволяет сделать вывод, что термины опредмеченного действия, в данном случае термин оценка, является более предпочтительным и употребительным [6]. Для практического применения можно ограничиться терминологическим смыслом понятий: оценка означает действие, мнение, суждение, отметка; оценивание указывает на состояние, процесс, выполнение, осуществление. Лексическая и синтаксическая многозначность применения терминов оставляется на интуитивное использование.
Качественная оценка деятельности является предметом дисциплины квалиметрии. Теория качества формируется в области, получившей название квалиметрии (qualitas, лат. свойство; quails, лат. какой; метрео, греч. мерить). Категория качества известна с древности. По Аристотелю, качество - это «видовое отличие, признак, который отличает данную сущность в ее видовом содержании от другой сущности, принадлежащей к тому же роду». Из эволюции понятия и многочисленных определений качества выделим два определения. Формула качества в международном стандарте имеет следующее содержание: «Качество - совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворить установленные и предполагаемые потребности». В ГОСТ 18467-79 качество формулируется как «совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворить определенные потребности в соответствии с назначением» [7].
Оценивание - приписывание выбранным свойствам объекта по заданным правилам определенных значений величин в шкалах порядка и наименований. В соответствии с целями нашего исследования рассмотрим когнитивно-лингвистический, естественно-языковый и статистический подходы оценивания. Когнитивную процедуру можно описать следующим образом:
(1) выбор свойства объекта оценки;
(2) выбор признака оценки;
(3) сопоставление свойства с признаком, что является основанием оценки;
(4) приписывание значения признаку.
В когнитивно-лингвистическом подходе различают четыре типа оценок:
а) количественные оценки, выраженные через описание размерности оцениваемых объектов в сильных шкалах;
б) прототипические оценки - сравнение со свойствами, большинства предметов оценивания в нормативных шкалах типа минимум-максимум с предикатами типа много-мало;
в) гомеостатические или целевые оценки характеризуют имеющиеся у оценивающего субъекта ресурсы, требующиеся для достижения некоторой цели.
Шкала данного типа оценок упорядочивает затраты ресурсов от минимального до максимального; здесь характерные оценочные предикаты, такие же как в прототипических оценках, но с указанием цели много-мало для достижения цели [3].
Естественно-языковый параметрический подход заключается в отождествлении структурных единиц естественного языка в числовую параметрическую конструкцию: объект, параметр, мера, оценка. Объект имеет свойство - параметр, который оценивается единицей оценки - мерой: стандартной (литр, метр) или избранной (ведро воды). Меры формируют шкалу отношений для оценок:
а) числовая: сопоставление значения параметра (рост человека) со шкалой в сантиметрах;
б) сравнительная: сопоставление двух значений параметров - рост и вес человека для утверждения оценки: нормостеник, астеник, гиперстеник;
в) нормативная: сопоставление параметра с известной субъекту нормой, напр., человек «высокого», среднего», малого» роста.
Статистическое оценивание основано на теории вероятностей и осуществляется путем опыта, наблюдений, анализов, оценок - в результатах выборок случайных характеристик объектов, подчиняющихся закону больших чисел. Общая задача статистического оценивания величины формулируется следующим образом: пусть a - величина, принимающая значения из некоторого интервала и подлежащая оценке, å - оценка величины a. Ошибка оценивания определяется следующим образом: ã = |a - å|. Задача статистического оценивания состоит в минимизации ошибки оценивания. Используются методы: байесовский, максимального правдоподобия, метод моментов, метод оценки наименьших квадратов.
Величина - изменяющаяся сущность, в которой проявляются измеряемые, вычисляемые и оцениваемые свойства объекта; метролог., физическая величина, «одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, а в количественном отношении - индивидуальное для каждого из них», РМГ 29-99. Наличие единицы измерения и возможность ее физической реализации - это основание считать величину измеряемой; отсутствие - оцениваемой. Свойство, характеризующее материальный объект (процесс, явление) будет отнесено к физическим величинам. Свойство, не относящиеся к материальным объектам, которые являются обобщением конкретных реальных понятий, относятся к идеализированным или математическим величинам. Величины, подчиняющиеся принципу аддитивности, называются экстенсивными; величины, не подчиняющиеся этому принципу, называются интенсивными. C каждой величиной связано множество допустимых преобразований F={f|x→f(x)}. Тип шкалы определяется допустимым преобразованием f. Величины, допускающие операции в абсолютных шкалах, шкалах отношений и интервалов, относятся к количественным величинам. Величины, допускающие операции только в шкалах порядка и наименований, относятся к категории качественных величин. Единица величины - величина, условно равная единице, применяемая для количественного выражения однородных с ней величин.
Шкала величины - упорядоченная совокупность размеров величины, которым условно присвоены определенные значения, применяемая для количественного выражения однородных с ней величин. Шкалы: классификаций наименований; рангов (порядка); интервалов (разностей); отношений; абсолютные шкалы. Измеряют величины - конкретных размеров предметов. Размер величины - количественная определенность величины объекта. Значение величины - выражение размера величины числом принятых единиц измерения:
X = χ[X],
где X - значение величины;
[X] - единица величины;
χ - отвлеченное число, входящее в значение величины, называемое числовым значением величины.
В теории измерений [8, 9] присутствуют два важных понятия:
- «эмпирическая структура с отношениями» E=<Θ, S1, …, Sn>,
где Θ - непустое множество эмпирических объектов (область исследования);
Si - отношения, определенные на Θ;
- «числовая структура с отношениями» N=<R, Q1, …, Qn>,
где R - множество действительных чисел.
Шкалой называется упорядоченная тройка <E, N, f>, где f - гомоморфное отображение E на N в репрезентационной концепции измерений, но f - представление E на N в утилитарной концепции измерений. Иногда шкалой называют саму функцию f [10].
Пусть имеются две шкалы <E, N, f> и <E, N, g> и преобразование h такое, g=h • f или f=h-1•g, где «•» обозначает суперпозицию функций, т.е. (h • f)(θ)=h(f(θ)); тогда шкалы <E, N, f> и <E, N, g> считаются принадлежащими к одному типу, а преобразование h - допустимым преобразованием для данного типа шкалы [3].
Абсолютная шкала. Шкала, допустимое преобразование которой тождественно преобразованию h(x)=x. Пример: числовая ось (0-1) для счета.
Шкала отношений. Допустимым преобразованием значений является масштабирование h(x)=а*x, где а > 0; единица измерения. Фиксируется начало отсчета, а масштаб измерения является произвольным. К значениям величин, полученным в этих шкалах, применимы все арифметические операции. Пример: шкала измерения роста, веса, объема.
Шкала интервалов. Допускает положительные линейные преобразования h(x)=а*x+b, где а, b - действительные числа, причем а > 0;. На шкалах данного типа можно менять начало отсчета и единицу измерения. Пример: календарь, термометр.
Шкала порядка. Упорядочивание по свойству объекта с приписыванием числа: эмпирическая структура с отношениями следующего вида: E=<Θ, ћ,≈ >, где знак «ћ» означает отношение предпочтения, а знак «≈» - отношение эквивалентности. Отношение пропорциональности не устанавливается, нет единицы измерения. Можно находить вероятность, моду, медиану, квантили, но нельзя выполнять операции арифметики. Пример: определение твердости минералов, силы ветра.
Шкала наименований. Свойства объектов обозначаются числами для сравнения на совпадение. Допустимое преобразование должно обладать свойством однозначности. Эмпирическая структура с отношениями для шкалы наименований имеет вид: E=<Θ, ≈ >. Пример: атлас цветов.
Абсолютная шкала, шкалы интервалов и отношений называют метрическими шкалами. Шкалы порядка и наименований называют неметрическими шкалами. Абсолютная шкала является наиболее «сильной», шкала наименований является самой «слабой». Подбор шкал для отображения предметной области исследования является принципиально важным.
Квантиметрия и квалиметрия предметной области ВТ
Редуцируя содержательное многообразие теории измерения и квалиметрии, сформулируем сжатое положение, соответствующее целям нашей исследовательской работы. Для мерного отсчета объектов физического мира осуществляются метрические операции - описание свойств объектов в установленных единицах, называемое - измерением. Свойства нематериальных сущностей воспринимаются субъектом целостно - выявлением связей, сравнениями, соотношениями, классифицированием. Эти действия называются оценкой, а процедуру - оцениванием. Количественные измерения и качественные оценки реализуются в сущностях мерного и мыслительного сопоставления свойств объектов с абстрактной единицей отсчета, называемой величиной. Необходимость структурного упорядочивания требует средства выражения однородности меры величин. Это средство называется шкалой. В совокупности современная теория измерения и квалиметрии для референции реальности определяется четырьмя базовыми понятиями: а) двумя понятиями действий измерения и оценки; двумя понятиями средств осуществления действий величины и шкалы.
Классификация величин предметной области ВТ
Классификация наблюдения величин свойств объектов представлена на схеме, рис. Величины условно разделяются на мерные количественные и качественные оцениваемые. Представлено концептуальное соотношение понятий жесткого и мягкого измерения, мягкого вычисления и оценивания. Экспертные величины практикуются в количественных и качественных сферах. Расчетные величины занимают, в основном среднюю часть нашей схемы. Измеряемая количественная реальная физическая действительность является областью метрологии, которая устанавливает материальные факты. Качественная идеальная нефизическая - расчетная и статистическая действительность является областью планов, прогнозов. Предполагается, что данная классификация величин может служить ориентиром выбором концепции величин, шкал, подходов - тождественных или наиболее соответствующих заданному описанию предметной области.
Увеличить plotnikov072009-001.gif (18кб)
Рис.
Псевдофизическая логика оценок величин в описании предметной области
Описание предметной области осуществляется в процедурах: выявление объекта; выявление свойств объекта, измерение (вычисление, оценивание) величин свойств; установление формальных связей и соотношений между величинами. Результатами процедур описания могут быть таблицы, формулы, эмпирические модели, графики. Задача состоит в том, чтобы многообразие этих форм в разных величинах и шкалах редуцировать в знание предметной области. Подобный подход имеет наименование псевдофизической логики оценок величин.
Следуя [10], формируем набор компонент оценки: предмет, субъект, шкала, тип. Под предметом оценки понимается свойство или совокупность свойств, которые необходимо формально описать. Субъект оценки понимается как индивидуальный или коллегиальный эксперт. Шкала является основанием для приведения в единство разнотипных данных. Тип оценки - наименование состояния оцениваемого свойства объекта. В соответствии с методикой [3], представляем выбор из четырех пар, - восьми типов оценок величин: абсолютных и сравнительных - четких и нечетких, статических и динамических. Наименования оценок, шкал и примеры с незначительными изменениями заимствованы из [3] (табл.). Кроме этого вводим колонку «ЛП» - лингвистическая переменная.
Абсолютная оценка - отношение оцениваемой величины к стандарту, образцу, эталону. Сравнительная оценка - сопоставления, сравнение, степень различия, бинарное отношение (двух) величин. Четкая оценка является результатом количественного оценивания и измерения в действительных числах. Нечеткая оценка формализуется средствами естественного языка. Статическая оценка - описание моментного состояния величины свойства объекта. Динамическая оценка - описание поведения, изменения величины. Сводимость результатов оценки разных свойств объектов осуществляется подбором и сочетанием оценок соответствующего типа, назначением шкалы и интервала, указанием расчетной величины и лингвистической переменной (ЛП).
Неформальная постановка задачи моделирования деятельности
Проблемное поле аэрокосмической индустрии, в частности ее составляющей - воздушного транспорта (ВТ) может быть изложено в ключевых терминах общего управления ресурсами. Ключевыми компонентами ресурсов ВТ являются человеческая и техническая компонента, деятельность которых оценивается посредством наблюдение качества, выражаемого в терминах безопасности и экономики. Таким образом, мы можем выделить всего четыре исходных термина - имена лингвистических переменных: персонал, флот, безопасность, экономика.
Увеличить plotnikov072009-002.gif (44кб)
Содержание лингвистических переменных представляется в терминах естественного или формального языка. Содержание излагается в приоритетной последовательности, поскольку используемые для описания термины могут выбираться при квантификации базовых ЛП как терм-множества.
Персонал. Терм-множества ЛП имеет следующую приоритетную последовательность: капитан, экипаж, персонал летного комплекса (ЛК), персонал авиакомпании, персонал транспортной инфраструктуры.
Флот. Терм-множества ЛП имеет следующую приоритетную последовательность: старение, эксплуатационные характеристики, топливная эффективность, структура флота.
Безопасность. Терм-множества ЛП имеет следующую приоритетную последовательность: нижний предел стоимости (приемлемость и императив выживания), верхний предел стоимости (целесообразность деятельности).
Экономика. Терм-множества ЛП имеет следующую приоритетную последовательность: эффективность ресурсов, конкурентоспособность по сравнению с альтернативными видами коммуникаций: транспорта и связи.
Каждой из четырех ЛП назначается тип оценки экспертным путем. В действительности почти все восемь типов оценки могут использоваться в методах нечеткого оценивания. Можно ограничить количество видов оценки или оставить избранные вначале. Далее представляется целесообразным расположить ЛП в полярных координатах: по вертикальной оси - персонал и флот, в горизонтальной оси - безопасность и экономика. Подобный прием используется для графического представления изменения величин оцениваемых свойств предметной области. Между неформальной и формальной постановками задачи нет четкой границы. Формальная постановка задачи может содержать: количество выбранных оценок, количество термов, определение функции принадлежности для каждого терма, построение лингвистических шкал оценки, определение правил вывода, дефазификацию.
1. Ролз Джон. Теория справедливости. Новосибирск. 1995. 536 с.
2. Берка К. Измерения: понятия, теория, проблемы. М.: Прогресс, 1987. 320 с.
3. Ходашинский И. А. Методы мягкого оценивания величин: монография. Томск: ТГСУиР. 2007. 152 с.
4. Фридман А. Э. Основы метрологии. Современный курс. СПб. 2008. 284 с.
5. Русская грамматика. М.: Наука. 1980. Т. 1. 784 с., Т. 2. 710 с.
6. Розенталь Д. Э., Теленкова М. А. Словарь-справочник лингвистических терминов. Пособие для учителей. М.: 1976. 543 с.
7. Минько Э. В., Кричевский М. Л. Качество и конкурентоспособность. СПб.: Питер, 2004. 268 с.
8. Пфанцагль И. Теория измерений. М.: Мир, 1976. 248 с.
9. Суппес П., Зинес Дж. Основы теории измерений / Психологические измерения. М.: Мир, 1967. С. 9 - 110.
10. Ивин А. А. Основания логики оценок. М.: МГУ, 1970. 229 с.
Observation theory IN A subject field OF Air transport
N. I. Plotnikov,
(JSC Research Project Center aviamanager®)
Observation theory for a subject field research study adequate description analysis is being described. Air transport is an example.
Keywords: air transport; safety; observation