Доклад на расширенной сессии по программе повышения эффективности отраслевой системы проектирования, Н.Новгород, 20 июля 2017.

1. Будущее проектирования
Анатолий Левенчук
20 июля 2017

3. Практика проектирования
• Проектирование это практика (деятельность) создания проекта
(design) из каких-то модулей
– 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
• Практика = дисциплина + технология (образованные
организованные люди и их материалы и инструменты)
• Люди: проектанты (было: проектировщики) и конструкторы
• Инструменты: САПР, PLM
• Материалы: знания
• Конструирование: органические формы, 3D-печать
3

4. Малая связность: платформы как
ключ к развитию и совершенствованию
• Модульность: каждая связь имеет цену. Не
было бы цены, не было бы модулей.
http://arxiv.org/abs/1207.2743
• Меньше связность – круче улучшения.
http://www.pnas.org/content/108/22/9008.full
• Падение стоимости при улучшении отдельных
модулей (n), при разном числе связей каждого
из них (d) 4
• Связность системы намеренно минимизируется,
вводятся интерфейсы.
• Мир модульный: строится на технологических
платформах.
Хорошая система устроена
как подводная лодка, из
отсеков. Только тогда её
можно улучшать!

5. Уровни стандартизации в крупных проектах
5
https://www.spe.org/en/jpt/jpt-article-detail/?art=2230

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)
6

7. • Метафора Geoffrey Hinton: туман полностью прозрачен
на пять лет, и резко непрозрачен дальше.
• Все изменения приходят сбоку, их не отследить.
• Системность: всё со всем связано, единственного
ведущего изменения нет.
7
Будущее уже здесь, только оно
неравномерно распределено.
У.Гибсон
http://www.johnsonsdrivingacademy.co.uk/driving-advice/driving-in-the-fog/

8. Начальное упражнение
• Кто у вас ответственен за будущее, а не за текучку?
Что он говорит? Вы ему верите?
• Сколько процентов времени (и денег) вы сами
занимаетесь будущим, а сколько текучкой?
• Как вы оцениваете, в каком году ваша жизнь
существенно изменится?
• Чем займётесь? Помним, что не всех извозчиков
взяли в таксисты.
8

9. 1. Автоматическое
проектирование
Если автоматизация хороша, то исключить
человека вовсе!
[Мизантропия проектирования]
9

10. Инженерия ещё не вся цифровая
10
CB Insights
https://twitter.com/CBinsights/status/705403757916528640
Замедление в том
числе из-за
сертификации
обучаемых систем
для регулируемых
отраслей

11. Всё будет быстро
http://blogs.nvidia.com/blog/2016/01/12/accelerating-ai-artificial-intelligence-gpus/
2011 –
догадались
использовать
GPU для
компьютерного
зрения
2012 – первая
победа на
соревновании
ImageNet (1000
классов
изображений)
2015 –стали
распознавать
лучше людей
2017 –
последнее
соревнование
ImageNet
2017 –
коммерческий
облачный
сервис Гугля по
распознаванию
10000 классов
объектов

12. Глубокое обучение: глубокие абстракции
12
• Снятие человеческих ограничений на число уровней
абстракции позволяет нейронной сети быть «умней»
в науке и инженерии: работать с более сложными,
более абстрактными теориями и эвристиками – в том
числе и недоступными для понимания человеком
(superhuman performance).

13. Экспоненциальный рост: вдвое за три года
(закон Мура продолжается для GPU, а не CPU)
ИИ будет commodity -- биржевой товар!
13http://www.nvidia.com/object/embedded-systems-dev-kits-modules.html
NVIDIA Jetson TX-2 – 7.5Watt, 1ТFLOPS суперкомпьютер, 50*87мм
свободно продаётся

14. Платформенный интеллект-стек
14
Платформа приложений
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТУТ
Когнитивная архитектура
Библиотеки обучающихся алгоритмов
Вычислительные библиотеки
Компьютерные
языки
(Julia, C++, Python)
CPU
Драйверы
GPU/
TPU/DPU/FPGA/Физических
вычислений
Устройства
GPU/
TPU/DPU/FPGA/Физических
вычислений
Нейрокомпиляторы
Драйвер
нейрокомпьютера
Нейрокомпьютерные
микросхемы
Подрывноеобепечение
Подрывнойспрос
Спасибо играющим в компьютерные игры за их подрывной
спрос, который дал нам такое подрывное обеспечение как GPU

15. САПР сегодня = Система Автоматизации ПРоверок
Редактор
(пишет человек)
Автоматизация проверок
Редактор
(3D-чертит человек)
Автоматизация проверок
MS Word
Autodesk Fusion 360
15
Intergraph
SmartPlant

16. САПР завтра = Система Автоматизации
Проектирования
Generative design for additive manufacturing
• Минимум материала
• Максимум прочности
16

17. Обучение компьютера проектированию
(не вручную задаваемые правила!!!)
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
17

18. 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 ???????????
18

19. ИскИн, который построил Джек
19
4. Персональные и
коллективные
ассистенты
3. Организация
диалога
2. Управление
конфигурацией и
изменениями
1. Интеллектуальный
поиск
• Универсальность: сильный
искусственный интеллекта
• Достижение целей диалога
• Ответы на основе баз
данных
• Только актуальное!
• Поиск коллизий
• Внутри и снаружи компании
• Ответы на вопросы

20. Подрывные технологии
Подрывные (disruptive)
технологии – когда становятся
ненужными целые отрасли.
20
• Телефон заменил телеграф
• Цифровой телефон заменил телефон
• Цифровой фотоаппарат заменил плёночный
• Смартфон заменил:
• и цифровой телефон,
• и цифровой фотоаппарат
• а заодно: телевизор, записную книжку, карту и компас,
диспетчерскую такси, и … … …
• … и такого меняется много

21. Слияние и подрыв инженерий
21
Программная
инженерия
Инженерия
машинного
обучения+
• Проектируют кремниевые
мозги
• Проектировать нужно тоже
кремниевые мозги (software-
intensive systems, cyberphysical
systems)/

22. Метафоры жизненного цикла
22
часовщик лесниксадовник
планирование, инженерия
Восток: смириться и растить.
Запад: добиваться модульности, затем собирать.
выращивание, обучение

23. 2. Мультиагентское
проектирование
Если проектировать хорошо коллективно,
давайте максимизируем число вовлечённых
людей и компьютеров.
[Промискуитет проектирования]
23

24. 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
24

25. Коллаборативное проектирование
• 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). 25
• 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).
• Стык PLM с ERP, EAM и другим интегрирующим
софтом.

26. Коллаборация: «круче, чем в GoogleDocs» - уже!
NVIDIA Project Holodeck
https://blogs.nvidia.com/blog/2017/05/10/holodeck/
• «Облачные» САПР и PLM: уже
• 4К экраны: уже.
• Виртуальная реальность (+звук, плюс тактильность): уже.26

27. Распределённое управление конфигурацией в
расширенном предприятии (блокчейн)
27
https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/492972/gs-16-1-distributed-ledger-technology.pdf

28. 3. Экстремальное
проектирование
Если проектирование хорошо, то отдайте
проектированию всё!
[Шовинизм проектирования]
28

29. Экстремальная сложность
INCOSE 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)
29

30. Экстремальная междисциплинарность
(на одном уровне, даже без метасистемных переходов)
На основе
рис.3
в 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
30

31. 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
31

32. Многомасштабность проектирования
• Холархичность
(системные уровни)
• Множественность:
• длин,
• времён,
• парадигм
32

33. Организация работ проектирования
(жизненный цикл)
• Командная работа, множество подспециальностей кроме
проектантов/конструкторов (модельеры, технологи)
• Конфигурация удерживается компьютером (PLM/PDM)
• Модель работ удерживается компьютером (PLM/issue tracker)
33

34. Вид жизненного цикла
• Параллельная инженерия (concurrent engineering):
проектирование до, во время и после изготовления
и эксплуатации. Уход от гейтов: agile для
«железных» проектов, case management в
проектировании.
• Экстремальное начало жизненного цикла: акцент
на исследования, а не только разработку в R&D,
концептуальное проектирование, системную
инженерию.
• Экстремальное окончание жизненного цикла:
resilient системы («САПР внутри», апгрейды, смена
firmware)
• Выход за пределы жизненного цикла целевой
системы: активное влияние на перепроектирование
операционного окружения.
34

35. Model-based conceptual design
Выход за пределы:
• Явное упоминание стратегии (ISO 15288:2015 – 6.4.1 Business or mission
analysis process)
• Пересечение с системной инженерией (требования и архитектура)
• Пересечение с классическим предметным проектированием
35
Steven J.Saunders, INCOSE INSIGHT volume 17 issue 4

36. Cистемная инженерия в проектировании:
требования, архитектура, испытания в CAD/CAM/CAE
• Перенос внимания с рабочего на системное
проектирование
• Объединение инструментария рабочего и системного
проектирования:
• В САПР будут редактироваться потребности
стейкхолдеров, требования (и текстовые, и модели)
• В САПР будет редактироваться архитектура (и эссе, и
модели на архитектурных языках)
• В САПР будут редактироваться программы испытаний и
инженерные обоснования по их итогам.
• Уменьшение роли прототипирования: «первый самолёт
уже летает» 36

37. Resilience (проектирование внутри эксплуатации)
перестройка здания по ходу его эксплуатации
• 3D- модель
• Электрика
• Электроника
• Софт
• …
САПР внутри
целевой системы:
Project Dasher
У проектантов
«Обычный BIM»
http://www.autodeskresearch.com/projects/dasher
Эволюция, IoT
37

38. 4. Что делать?
• Развиваться! Дилемма инноватора
• Не быть меднолобым фанатиком: вовремя менять цели.
38

39. Что делать, если выпало жить в эпоху перемен?
• Генри Минцберг: «Пункт назначения
успевает измениться за время
путешествия!» (The Rise and Fall of Strategic
Planning, 1994)
Strategy is not the consequence of
planning but the opposite: its starting
point.
39
• В конкуренции побеждает не самый дешёвый, самый
лучший и т.д.. Побеждает самый быстроменяющийся.
• Вираж (коренное изменение стратегии) – часть
стратегирования!
• «Целеустремлённость» это меднолобость, путь к
провалу!

40. Бойтесь худших продуктов на рынке!
Дилемма инноватора.
(Clayton Christensen из Гарварда)
Х
а
р
а
к
т
е
р
и
с
т
и
к
и Время
Характеристики
лучших
продуктов
На рынке
Характеристики
худших
продуктов на
рынке
http://web.mit.edu/6.933/www/Fall2000/teradyne/clay.html
40

41. Конечное упражнение
• У вас есть ответственные за исследования и
разработки?
• Какая самая крутая их инновация последнего
года? [не купленная! Собственной разработки!]
• Когда они начали работать с технологиями
машинного обучения?
• Сколько человек в вашей компании разбирается
в технологиях машинного обучения и
искусственного интеллекта?
41

42. 42
Спасибо за внимание
Анатолий Левенчук,
http://ailev.ru
ailev@asmp.msk.su
Июль
2017

43. Будущее проектирования
1. Автоматическое (в пределе – безлюдное) проектирование
– Порождение
– Обучение
– Аватаризация
2. Мультиагентское проектирование
– Киборги-2 (агенты: люди и машины)
– Дисинтермедиация проектантов
– Открытое проектирование
– Продвинутая модульность (накопление знаний)
3. Экстремальное проектирование
– Мультимасштабность
– Междисциплинарность
– Перед традиционным ЖЦ
– После традиционного ЖЦ
– И на всех стадиях
– Новые типы целевых систем
– Обратное проектирование (в том числе для проверок и проверок
соответствия)
– Перепроектирование использующих систем, не только целевых
43