Модельная парадигма: почему рамки BIM тесны для разговора о моделях

Дорогие друзья, вы могли подумать, что круглый стол «BIM: пределы роста», статья о модель-ориентированном подходе на isicad.ru и публикация «Почему вам надо понимать модель-ориентированную инженерию» случились просто так, сами по себе. На самом деле, конечно, нет. В этих материалах мы попробовали порассуждать об AEC и BIM в контексте модель-ориентированного подхода. Теперь настало время двигаться дальше.

Сегодня я попробую продолжить первый в русскоязычном пространстве разговор о так называемой модельной парадигме. Это понятие ещё совсем не формализовано, неточно определено в западных источниках и пока сводится к аббревиатуре MBE, означающей «инженерию на базе модели». MBE относится к подходу в машиностроительно-производственной инженерии, который утверждает, что:

• в качестве источника данных следует использовать не документы, а модели на протяжении всего жизненного цикла продукта,
• модели должны управлять всеми аспектами жизненного цикла,
• данные вводятся в процесс единожды и затем используются участниками-потребителями данных из одного места (одно из толкований принципа SSoT (Single Source of Truth), единого источника актуальности данных).

Как ясно и точно написал Чад Джексон, модель-ориентированные инициативы (модель-ориентированная инженерия, производство и т.д.) относятся к так называемой «бесчертёжной» инициативе. Ничего не напоминает из нашего AEC-мира? Конечно же, это так любимое всеми нами информационное моделирование зданий, BIM, и его антагонизм к «плоскому» (в смысле непраметрическому, не содержащему дополнительные смыслы) чертежу.

Почему разговор о моделях нельзя вести в рамках BIM?

Информационное моделирование зданий в мире используется прежде всего как мощный бизнес- и политический инструмент, инструмент формирования политики предприятия в области организации работы (известно, что BIM требует полной реорганизации рабочих процессов и даже методов мышления персонала), а также как инструмент конкурентной борьбы среди вендоров.

Из-за такой специфической повестки дня более узкие, специальные вопросы, такие как управление данными, модели, инженерные расчеты, не получают достаточной освещённости в мире BIM за рубежом. Кроме этого, мировой BIM очень проприетарен. В нем прогресс теории и подходов, а также публичная дискуссия очень зависят от интересов вендоров, органов стандартизации и формирования государственной политики и так далее. А поскольку русский BIM (извините) насквозь вторичен и отстаёт от мирового, эти проблемы в нём только усугубляются.

В связи с этим вопросы моделей и специализированные проблемы либо считают решёнными (что не всегда правда), либо обсуждают мало просто за недостатком из наличия в, так сказать «повестке дня». Иными словами, в BIM очень много места для организации строительства, менеджмента. BIM-сообщество и BIM-пандиты ведут разговор об организации и управлении проектами, о достижениях вендоров в интеграции между собой собственных инструментов, об удобствах конкретных программ и реализаций.

Моя позиция такая: приоритеты дискуссии о BIM как у нас, так и за рубежом сейчас лежат не в области моделей, автоматизации и инженерных данных. Кроме этого, подходы к моделям, автоматизации и обработке инженерных данных основаны на более общих принципах и распространяются далеко за пределы AEC и BIM. Представления о моделях в BIM часто основано на неправильных толкованиях и прямых недоразумениях (подробнее о недоразумениях — в следующем номере). Это хорошо иллюстрируется тем фактом, что обсуждение моделей и данных в контексте BIM очень часто заканчивается непониманием, бесплодной полемикой и в конечном счёте руганью.

Я понимаю этот конфликт не как борьбу за правду — давно уже очевидно, что она, к сожалению, у каждого своя. Я понимаю его как столкновение мировоззрений. Я думаю, что для его разрешения нужно новое пространство и новая дисциплина. Таким пространством должна стать модельная парадигма для AEC.

С чего начать

Итак, модель-ориентированная инженерия (MBE) стала получать довольно много внимания в секторе MCAD. Попробуем использовать MBE в качестве отправной точки нашего исследования. Мы не будем ограничиваться дисциплиной AEC, поскольку наша область исследований — автоматизация, организация данных и доступа к ним, обеспечение эффективной работы с инженерной информацией — важна для многих проблем из области техники и технологии.

Модель — это понятие математическое, и именно математика модели — вычислимость, алгоритмы, графы данных и связанные с данными проблемы семантики — объединяет архитектуру, конструкции, машиностроение и многие другие дисциплины. Использование моделей присутствует во всех прикладных областях, которыми занимается индустрия инженерного программного обеспечения.

Модели данных и процессов — это тот слой абстракции, который объединяет специалистов из разных дисциплин, Именно через него мы так любим проводить параллели между PLM и BIM. Модельная парадигма выводит этот факт на первый план.

Следует отличать модельную парадигму от MBE, модель-ориентированной инженерии. MBE по мере созревания станет более или менее успешным брэндом вроде PLM с программными продуктами, официально его поддерживающими. При этом определятся конкретные функции и концепции MBE и сопутствующие дисциплины вроде MBM (Model-Based Manufacturing), что сделает MBE одной из возможных реализаций модельной парадигмы. Я предлагаю называть это высокоуровневой реализацией модельной парадигмы, так как связанные с ней инструменты будут интегрироваться с другими продуктами своих вендоров и будут включать в себя проприетарные, профессионально разработанные инструменты со сложной логикой и простыми интерфейсами — всё как и положено делать корпоративным коммерческим продуктам.

Мы, как сообщество и как индивидуальные специалисты, не можем всерьёз влиять на развитие MBE у крупных вендоров. Нас интересует такая реализация модельной парадигмы, которая позволяет пользоваться преимуществами модельной парадигмы на самых простых стадиях, при использовании произвольных инструментов и форматов данных, которые не поддерживают модельного подхода в обычных условиях.

Конечная цель исследования модельной парадигмы — это создание условий для преобразования методов работы в дисциплинах, использующих моделирование и вычисления, таких как инженерное дело, архитектура, геометрическое моделирование, дизайн, анализ, инженерные вычисления и симуляция. Для этого нужно понять, что в качестве моделей следует рассматривать не только упрощенные идеализации объектов реального мира (с чем работают инженеры), но и сами рабочие процессы, методы проектирования и моделирования, численные и описательные алгоритмы, и даже онтологии и базы знаний. С этого дня информация для нас есть модель.

Небольшая перезагрузка понимания модели

Чем хороша относительно новая и незрелая область знаний? Тем, что в утренних сумерках с ней можно сделать много чего интересного, пока никто не видит. Как писал Эван Ярес, MBE может означать разные вещи для разных людей. Вот почему важно попробовать переопределить некоторые из терминов, определенные в MBE, чтобы можно было спокойно работать с этими понятиями, не рискуя вызвать противоречия с уже существующим пониманием MBE (а создание полноценной терминологии отложим на потом).

Единственное широко цитируемое определение MBE, о котором мне известно, кочует по разным работам института NIST. Логично начать с них. Вот некоторые переопределения в той форме, в какой я их пока вижу:

NIST: модель есть представление или идеализация <...> характеристик системы из реального мира.

Комментарий: помимо сказанного NIST, нужно понимать вот что: сущность понятия «модель» состоит в том, что математики называют отображением, особым отношением между оригиналом (отображаемым) и моделью (отображенным). Важно знать также, что мы не хотим ограничиваться моделированием объектов реального мира (т.е. продуктов: шестерёнки, здания, искусственного сустава и т.д.), а хотим также моделировать феномены, которые обычно объектами реального мира не считаются: процессы проектирования (моделирования), потоки рабочей информации, вплоть до операций с хранилищами данных, файлами и каталогами. Если действие или артефакт определимы, то для них существует модель.

NIST: модели могут быть вычислительными или описательными.

Комментарий: этого мало. Нам придётся разбираться с более сложной, многоуровневой классификацией. Так, модели могут быть дескриптивными (о существующих оригиналах) и прескриптивными (о проектируемых оригиналах), могут быть декларативными (отвечающими на вопрос «что мы хотим иметь?») и императивными («как получить то, что мы хотим?»); они могут быть вычислительными (численными и аналитическими), графическими, или семантическими (смысловыми).

NIST: целью MBE является интеграция описательных и вычислительных моделей.

Комментарий: вот о чем я говорил, когда упоминал о «высокоуровневости» MBE. Это очень амбициозная задача и, вероятно, она требует гигантского количества ресурсов для реализации. Это не значит, что мы не можем пробовать реализовать интеграцию моделей разных классов в рамках модельной парадигмы; такую интеграцию мы обсудим позже. А пока вместо этого давайте очертим задачу несколько по-другому:

поскольку модель есть практически у всего, задачей модельной инженерии является:

• построение формальных репрезентаций модели, которую вы, как исполнитель задачи, уже имеете у себя в голове, и
• принятие решений о том, какие модели целесообразно формализовать и реализовывать при помощи программных продуктов, а какие останутся у инженера в голове.

Вот пока и всё. Для представления о том, что будет дальше, давайте наметим обещанную в самом начале «дорожную карту» следующих исследований.

Куда двигаться дальше

Цель модельной парадигмы — это обеспечить выгоды модельных принципов в работе инженера с простыми и сложными данными при использовании инженерного ПО самого разного уровня. Многие темы, которые мы здесь затронули, заслуживают рассмотрения в отдельных заметках; вот некоторые из них.

Социальные и образовательные аспекты понимания моделей среди инженеров. Правильно разработанная модельная парадигма может радикально изменить понимание своего дела у молодых инженеров, архитекторов, дизайнеров, знакомящихся с профессией.

Терминология, понятия и концепции. Используя богатый арсенал имеющихся знаний из областей теории систем и теории моделей, мы попробуем описать концептуальный каркас понятий для упрощенной, «низкотехнологичной» модельной парадигмы. Мы поставим более конкретные цели и задумаемся о методах и технологиях для достижения этих целей.

Анализ имеющихся инструментов. Великая битва принципов интегральности и гранулярности, принципов «всё должно работать интегрированно и из коробки» и «нужно использовать лучший инструмент под конкретную задачу» ещё только начинается. Там, где ресурсов на внедрение MBE не хватает, важно использовать существующие инструменты и искать способы разрабатывать новые инструменты и процессы с минимальными усилиями. Мы займёмся анализом облачных решений и веб-систем, развертываемых на собственной инфраструктуре, пользовательского опыта и сложностей в освоении ПО — всё это с целью вывести лучшие практики реализации модельной инженерии. Мы рассмотрим отношения между модельной парадигмой, автоматизацией и управлением инженерной информацией.

Модели данных и Грааль SSoT. Мы поговорим о хранении данных и принципе единственного источника актуальности (SSoT). Если вы ещё не слышали о так называемой смерти файловой системы, то здесь вы и это тоже услышите. Мы увидим, как можно применять существующие технологии хранения данных для того, чтобы приблизиться к идеалу модельной парадигмы.

Многие заметят, что эти вопросы актуальны во многих дисциплинах, явно или неявно возникают в дискуссии на isicad.ru и в блогах экспертов. Поэтому я приглашаю всех, кому это интересно, участвовать в работе. На моем твиттере @abausk и по хэштегу #ModelBased всегда можно ждать ответа. В рамках подготовки к брифингу об MBE в контексте AEC на форуме COFES-Россия мы продолжим разговор о модельной парадигме на isicad.ru.

Ссылки с дополнительным чтением:

Clarifying the Confusing Terminology of Drawingless Initiatives, Чад Джексон