Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

СИСТЕМНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАЛЬНЫХ ПОТОКОВ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В СРЕДЕ МИРОВОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА

Специальность 05.25.05 - Информационные системы и процессы, правовые аспекты информатики

Климов Юрий Николаевич

Москва - 2009

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Государственный оборонный заказ и деятельность организаций и предприятий оборонно-промышленного комплекса (ОПК) Российской Федерации предъявляют особые требования к федеральным органам исполнительной власти в отношении организации взаимодействия субъектов и объектов управления -- подготовки и реализации решений в области обороны и безопасности страны, развития и воспроизводства ее военно-экономического потенциала. Важным фактом является зависимость эффективности управления от качества информационных ресурсов у лиц, принимающих организационные, программные, технические, технологические и правовые решения.

Контроль и надзор в сфере государственного оборонного заказа можно рассматривать как информационный контур в деятельности военно-промышленной организации государства, который идентифицирует имеющиеся в ней достоинства и недостатки независимо от других субъектов и объектов управления.

Передача в ведение Агентства Рособоронзаказа Федерального государственного унитарного предприятия (ФГУП) "ВИМИ" направлено на усиление этого важного для страны оборонного направления. Использование информационно-аналитического потенциала ФГУП "ВИМИ" и дальнейшее его развитие с адаптацией к научной среде мирового информационного пространства, к новым задачам должно быть тесно связано с экономикой, правовыми аспектами информатики, наукой и современными технологиями.

Вместе с тем, использование новых возможностей технологий в этой среде требует обеспечения совместимости информационных ресурсов, созданных в стране и в мировом информационном пространстве.

Использование объектов интеллектуальной собственности на основе выбранных приоритетов предполагает инновационный путь развития экономики. В этом случае регистрация, учет и правовая охрана результатов интеллектуальной деятельности, в том числе получаемых при реализации государственного оборонного заказа, а также защита государственных интересов является главной задачей государственных заказчиков федерального и регионального уровней. Формы собственности, связанные с организацией введения в хозяйственный оборот результатов интеллектуальной деятельности, расширяют содержание информационных ресурсов федерального уровня.

В настоящее время произошли изменения в организации государственной регистрации и учете вновь начинаемых, ведущихся и законченных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ (НИОКР) по тематике военного, специального, двойного и гражданского назначения.

Поэтому предъявляются повышенные требования к специалистам, участвующим в решении задач экспертизы заявок и размещения заказов, а также к информационным ресурсам и системам, применяемым в обеспечении соответствующих процессов.

Однако имеются факторы, осложняющие устойчивое функционирование больших информационных систем:

· динамичные структурные преобразования органов государственного управления;

· государственная политика в области науки и техники;

· хозяйственная самостоятельность большинства научных организаций и предприятий; изменения в хозяйственной среде под влиянием законодательного регулирования;

· тарифное давление естественных монополий;

· политика неуклонного повышения уровня оплаты труда работников организаций и предприятий ОПК.

Как центральное межотраслевое звено системы научно-технической информации (НТИ) отраслей отечественной оборонной промышленности ФГУП "ВИМИ" было создано в 1968 году. На ФГУП "ВИМИ" по Положению о государственной системе научно-технической информации, утвержденному Постановлением Правительства Российской Федерации от 24 июля 1997 года № 950, возложены функции формирования, ведения и организации использования федеральных информационных фондов, баз и банков данных по научно-исследовательским, опытно-конструкторским работам и результатам научно-технической деятельности оборонного комплекса, в целях комплексного информационного обеспечения разработок и производства в оборонной промышленности, а также для передачи и внедрения научно-технических достижений оборонной промышленности в другие отрасли экономики страны.

В ФГУП "ВИМИ" для обеспечения выполнения указанных функций созданы: межотраслевая информационная автоматизированная система (МИАС) и федеральный фонд первоисточников уникальной неопубликованной информации по результатам научных исследований и опытно-конструкторских разработок, выполненных организациями ОПК.

МИАС предназначается для сбора отечественной НТИ и комплексного информационного обеспечения специалистов и руководителей ОПК от уровня предприятий до уровня органов государственного управления при решении задач разработки и производства средств вооружения и военной техники и другой продукции оборонно-промышленного комплекса.

Основными задачами системы МИАС являются:

· формирование федеральных фондов, баз и банков данных НТИ по результатам научно-технической деятельности оборонной промышленности;

· подготовка аналитических, сопоставительных и прогнозных сведений; комплексное информационное обеспечение предприятий и организаций оборонных отраслей промышленности; информационное обеспечение процессов формирования и выполнения федеральных целевых программ;

· экспертиза, оценка и отбор НИОКР, продукции и услуг для включения в государственный заказ;

· информационное сопровождение процессов создания сложной наукоемкой продукции;

· отбор научно-технических достижений, технологий двойного назначения и их передача в другие отрасли экономики.

Основным источниками формирования баз данных (БД) МИАС являются сведения о научно-исследовательских, опытно-конструкторских разработках, технологиях, изобретениях и других данных, полученных по результатам научно-технической деятельности НИИ, КБ и на серийных заводах ОПК.

Потребность в прогнозировании, как части системно-семантической методологии анализа сложных процессов различной природы, возникает во многих областях человеческой деятельности: в науке, технике, экономике и т.д. В ряде случаев процедура прогнозирования сводится к предсказанию вероятностного процесса, определенного для дискретных моментов времени, порождаемого некоторой динамической системой.

При этом система понимается как совокупность человеко-машинных комплексов, объединенных обработкой НТИ, семантика выражает связь научно-технических текстов с их содержанием, а методология - есть нормированная информационная технология сложного человеко-машинного комплекса Шемакин Ю.И. Системантика. - М.: Изд-во РАГС, 2006. - 354 с..

В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе имеется значительное число публикаций, в которых рассмотрены различные аспекты проблемы прогнозирования потоков НТИ в процессе создания перспективных технологий. Теоретические основы прогнозирования случайных процессов статистическими методами с учетом обработки потока НТИ были заложены в работах отечественных и зарубежных ученых (Е.М. Четыркин, С.А. Айвазян, B.C. Мхитарян, Н. Винер, Р. Калман, Р. Бьюси и Т. Андерсон). Проблеме системного анализа в промышленности уделено большое внимание в трудах Б.Н. Гаврилина, В.Д. Ивченко, Я.Л. Львовича, С.Н. Музыкина, Б.Н. Никульчева, Б.И. Рабиновича и М.Н. Сорокина. При этом методологические принципы анализа-синтеза потока НТИ были представлены в трудах отечественных ученых: Ю.М. Арского, Г.Т. Белоногова, Р.С. Гиляревского, В.И. Горьковой, И.В. Маршаковой, А.А. Полтева, И.И. Попова, В.А. Цветковой, А.И. Черного и Ю.И. Шемакина.

Большинство известных методов обработки информации применяется для прогнозирования динамических систем. В ряде публикаций последних лет предлагается использовать перспективные для решения задачи прогнозирования потоков НТИ кумулятивные методы анализа данных. Однако в этом случае предполагается, что поток НТИ - системно-семантическая категория, которая может быть описана нелинейной моделью.

В большинстве случаев генерируемые потоки НТИ представляют собой сложные системы, прогнозирование которых в условиях отсутствия или неполноты знания о структуре потока НТИ при помощи существующих методов обработки информации часто не позволяет получить приемлемые результаты. Известные методы обработки информации, используемые для прогнозирования, не в полной мере учитывают многоаспектность требуемых знаний в потоке НТИ. Это приводит к снижению качества прогнозирования.

Поэтому актуальной научной проблемой, имеющей важное теоретическое и практическое значение, является:

· разработка системной методологии удовлетворения информационных потребностей в знаниях специалистов при создании новой техники на базе мирового универсума и ее реализация;

· создание лингвистического обеспечения отраслевой, межотраслевой и государственной систем НТИ.

Повышение эффективности применения информации при анализе потока НТИ в процессе создания перспективных технологических решений основано на одновременной разработке приемов и методов комплексного учета количественных и качественных характеристик потоков НТИ.

Автором решена крупная научная проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение в области информационного обеспечения инновационной деятельности предприятий и организаций оборонно-промышленного комплекса.

Объект исследования: потоки научно-технической информации в среде мирового информационного пространства и информационное обеспечение создания новой техники.

Предмет исследования:

· Реальные потоки научно-технической информации в среде мирового информационного пространства.

· Лингвистическое обеспечение отраслевой, межотраслевой и государственной систем научно-технической информации.

· Информационное обеспечение разработчиков новой техники на основе отраслевой и межотраслевой систем научно-технической информации.

Цель и основные задачи исследования. Цель исследования - разработка качественного и количественного анализа числа публикаций в потоке НТИ для формирования входного и выходного потоков в БД МИАС, для создания перспективных технических решений и получения нового знания на основе системной методологии.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи:

1. Исследование современных подходов в системной методологии анализа входных и выходных потоков в БД МИАС по кумулятивному числу публикаций в потоке НТИ в среде мирового информационного пространства.

2. Анализ закономерностей кумулятивного числа публикаций в информа-ционных макро- и микропотоках, относящихся к ОПК.

3. Создание лингвистического обеспечения документальных информационно-поисковых и информационно-фактографических систем для проведения анализа мировых информационных потоков в процессе выявления и разработки перспективных научных направлений, в частности БД МИАС.

4. Практическая реализация системной методологии анализа кумулятивного числа публикаций в потоке НТИ в процессе создания перспективных технологий и новых знаний.

Методы исследования - методы системного анализа, математической статистики, математического моделирования, принятия решения и обработки информации.

Научную новизну определяет системная методология анализа входных и выходных потоков НТИ, инвариантная к тематическим областям.

Научные результаты, полученные лично соискателем и имеющие научное значение:

· Системный анализ и обработка публикаций в потоках НТИ по информатике, промышленной экологии, охране окружающей среды, автоматике, вычислительной технике, радиоэлектронике, атомной науке и технике, металлургии, нанонауке, наноматериалам и нанотехнологиям.

· Лингвистическое обеспечение для созданных автоматизированных информационно-поисковых систем отраслевого института, отраслевой и межотраслевой систем НТИ.

· Практическая реализация системной методологии анализа кумулятивного числа публикаций в потоках информации при выявлении и создании перспективных технологий и новых знаний.

· Разработка стандартов в области информационного обеспечения курируемых промышленных предприятий, системы информационного обеспечения предприятия и патентно-информационных исследований.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций, изложенных в работе, определена корректным применением семантических методов, методов математической статистики, моделирования, прогнози-рования, системного анализа, принятия решений, обработки информации и управления.

Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена 35-летними практическими работами по формированию реальных потоков НТИ и положительными результатами внедрения на предприятиях, организациях и в учебном процессе.

Теоретическая значимость исследования состоит в разработке автором методологической базы системного анализа и обработки входного и выходного потоков БД МИАС ФГУП "ВИМИ", их моделирования, прогнозирования и информационного обеспечения потребителей ОПК.

Практическая значимость исследования

Существенно расширены возможности количественных методов решения задач моделирования и прогнозирования. Разработанные на основе системного анализа-синтеза и обработки публикаций в виде реальных потоков НТИ в ОПК, научные результаты диссертационной работы доведены до практического применения, что существенно расширяют возможности компьютерных методов решения задач прогнозирования.

Это позволило разработать и внедрить методы моделирования и прогнозирования во Всероссийском научно-исследовательском институте неорганических материалов им. А.А. Бочвара, во Всероссийском институте межотраслевой информации и в Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова. Созданы нормативно-технические документы по информационному обеспечению металловедов и материаловедов в режиме избирательного распространения информации и проведению патентно-информационных исследований. Разработаны и внедрены автоматизированные информационные поисковые системы (АИПС) в отраслевом институте по отчетам НИОКР в области: автоматики, телемеханики, программного обеспечения, информатики, атомной энергетики (материаловедения, ядерного топлива, тепловыделяющих элементов, конструкционных материалов, сверхпроводимости, сверх-пластичности), промышленной экологии, металлургии. Создано лингвистическое обеспечение информационных систем (тезаурусы, классификаторы, рубрикаторы) для обработки и анализа НИОКР.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертации получены автором при выполнении ряда федеральных целевых программ и планов научно-исследовательского ГНЦ "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара", ФГУП "ВИМИ", ООО "Стройпроектсервис", ООО "Строй Тэк", ООО "Инжстрой - плюс", ООО "Ластком", ООО "БизнесСтройИндустрия", ООО "Стройиндустрия", ООО "Альянс Академ" и в Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова. Некоторые полученные способы, вещества и устройства по атомной науке и технике защищены авторскими свидетельствами в ГНЦ "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. А.А. Бочвара". Научные и практические результаты применены в учебном процессе в Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова.

Апробация работы. Основные научные результаты и положения докладывались и обсуждались на семинарах, совещаниях и научно-технических конференциях: 4-е отраслевое совещание по научно-технической информации и пропаганде (Обнинск, 1975); совещание по организации и исследованию валютных журналов (Москва, 1976); совещание по использованию отчетов НИОКР (Силламяэ, 1977); совещания по изготовлению ядерного топлива (Москва, 1977, 1979); международная конференция по реакторному материаловедению (Алушта, 1978); 4-е отраслевое совещание по созданию и развитию автоматизированной системы НТИ (Обнинск, 1979); выставкасмотр "НТИ-80" (Москва, 1980); 5-е и 6-е отраслевые совещания по НТИ (Обнинск, 1981, 1986); 14-й международный семинар стран-членов СЭВ по фактографической информации в области атомной науки и техники (Юрмала, 1988); всесоюзное совещание специалистов в области НТИ (Москва, 1989); международные конференции "НТИ-2000", "НТИ-2002" и "НТИ-2007" (Москва, 2000, 2002, 2007); международные научно-практические конференции "Производство - технология - экология" ПРОТЭК (Москва, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006); отраслевое совещание по вопросам использования ресурсов развития национального центра ИНИС "Перспективы использования предприятиями отрасли русскоязычных средств обработки информации применительно к задачам сохранения знаний и кодификации научных публикаций и фактографических данных" (Москва, 2003). На "НТИ80" автоматизированные информационные системы ГНЦ ВНИИНМ им. А.А. Бочвара удостоены одной серебряной и трех бронзовых медалей ВДНХ СССР. В 2007 году за доклады в области нанонауки, наноматериалов и нанотехнологии и динамики публикаций по химии диссертант стал дипломантом международной конференции "НТИ2007".

Публикации. По тематике диссертации опубликовано 109 работ (общий объем 217,0 п.л., из них авторских 118,0 п.л.). В их числе две монографии, 14 учебно-методических разработок, три стандарта, четыре тезиса докладов, два авторских свидетельства и 84 статьи. В изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации для публикации результатов исследований докторских диссертаций, представлена 51 статья (21 статья из перечня ведущих рецензируемых журналов по управлению, вычислительной технике и информатике).

2. Основное содержание работы

Во введении показана актуальность решаемой научной проблемы, сформулированы цели и задачи исследования и приводится краткое описание содержания глав диссертации.

В первой главе "Проблема системного описания и формирования потоков научно-технической информации", описывающей применение современных компьютерных технологий обработки информации для моделирования потоков НТИ при создании перспективных промышленных технологий, выполнено моделирование потоков НТИ при планировании основных направлений развития технологических процессов. Рассмотрены принципы прогнозирования развития технологических процессов для получения новых данных с учетом объективной неопределенности исходной информации. Разработана методология формирования информационного обеспечения для создания новых технологических процессов.

В работе систематизированы современные подходы анализа потоков НТИ при планировании основных направлений развития технологических процессов, для которых осуществляли моделирование потоков НТИ в условиях определенного объема данных с учетом прогнозирования развития хода технологических процессов и в условиях объективной неопределенности исходных данных. Целью анализа потоков НТИ, как целостной динамической системы, является поиск параметров, исследование взаимных зависимостей структуры и функций, что приводит к моделированию роста числа публикаций с последующим описанием их свойств. Наличие больших объемов научной информации, результатов многолетнего практического опыта, традиционных средств и методов исследования конкретных наук является недостаточным для создания перспективных технологий. Кроме того, большое число параметров при реализации технического новшества затрудняет принятие решения при прогнозировании, что связано с разнокачественной оценкой параметров новых технических объектов. Именно в этом случае необходимо разработать общие критерии, характеризующие перспективность научных направлений и конкурентоспособность создаваемых объектов. При этом прогнозирование применяется как «опережающее» отображение, связанное с временным соотношением отображаемого и отображенного состояния системы.

Прогнозирование составляющих непараметрических источников информации позволяет предвидеть возможные расхождения в ходе технического процесса, а динамическая задача считается решенной в том случае, если определены коэффициенты регрессионных зависимостей, аппроксимирующих динамические потоки НТИ. Аппроксимация числа публикаций в потоках НТИ во времени (t) осуществляется с помощью алгебраических уравнений следующего типа: y=a+bt; y=axⁿ; y=a+bt+ct²; y=a +logt; y=at^b; y=a+b/t; y=y_max - y_min/exp(a + +bt) + 1 + y_min. При этом считается, что методы моделирования и прогнозирования с учетом динамического представлении данных во времени, являясь методологической основой анализа потоков НТИ, могут способствовать выявлению перспективных технологических решений и получению новых знаний.

Для всестороннего исследования проблемы моделирования и прогнозирования роста числа публикаций в потоках НТИ, как части системно-семантической методологии отображения формы и содержания, необходимо оценить известные аналитические зависимости и построить такие, которые смогли бы описывать их свойства и способствовать выявлению новых закономерностей в науке и технике. При решении практических задач информационного обеспечения, сопровождения и создания объектов новой техники необходимо сформулировать научно-технические мероприятия, обеспечивающие получение новых знаний.

Сложность моделирования числа публикаций в динамических потоках НТИ определяется: наличием больших объемов и результатов многолетнего практического опыта; недостаточностью применения традиционных средств и методов исследования для обеспечения создаваемых перспективных технологий; слабой структурированностью задач исследования, моделирования и управления предметной областью; трудностью принятия решения из-за наличия большого числа параметров для реализации технического новшества; разнокачественностью оценки параметров новых технологических решений и потоков НТИ; отсутствием методологии формирования и развития информационного обеспечения новых технологических процессов и количественных показателей числа публикаций в потоках НТИ.

В работе проанализированы существующие подходы и методы формализации потоков НТИ в науке и технике, в частности, в автоматике, телемеханике, вычислительной технике, информатике, экологии промышленного производства, атомной энергетике, металлургии, нанонауке, наноматериалах и нанотехнологиях. При этом отмечены недостатки применительно к проблематике исследований, связанные с узостью хронологических диапазонов потоков НТИ, их качественными характеристиками, а также с отсутствием структурно-обусловленных, интегрально-модификационных свойств, что сужает область применения моделей.

Кроме того, исследованы модели и методы формализации разнородной нечеткой информации. Показаны недостатки известных динамических моделей представления экспертами данных, которые заключаются в отсутствии структурированных потоков НТИ в области информатики, автоматики, телемеханики, вычислительной техники, металлургии, атомной энергетики, промышленной экологии, охраны окружающей среды, нанонауки, наноматериалов, нанотехнологии и смежных с ними областей науки и техники.

Таким образом, наличие многоаспектных потоков НТИ требует соответствующего выбора адекватных математических моделей для их описания и поиска количественных показателей. В отличие от известных концепций процесс принятия решений предлагается рассматривать не в количественной динамической изменяющейся форме, а в кумулятивном виде, основанном на системном подходе к формированию информации. Это представляет возможным решать задачи системно-семантического анализа политематических потоков НТИ, принимать решение выбора определенного технического решения на основе обработки и анализа кумулятивной информации.

Во второй главе "Системный анализ и обработка числа публикаций в потоках научно-технической информации по тематическим областям" выбраны методы обработки потоков информации по информатике, промышленной экологии, охране окружающей среды, автоматике и вычислительной технике с использованием математических моделей для прогнозирования.

Эмпирическое распределение числа элементов в потоках НТИ аппроксимируется логистической функцией вида

S(n_i) = S(N) [1 -exp (--bn_i)],

где S(n_i) поток НТИ от n₁ до n_i компонента, S(N) - поток НТИ от n₁ до N компонента, b эмпирический коэффициент. При этом прогнозирование потоков НТИ (статьи, монографии, стандарты и т.п.) состоит в составлении целей и списка средств, направленных на достижение целей. Критерием является сила стратегий, которая определяется по формуле: W = _{i=1,n 0}(i)(i), где ₀(i) - относительный вес цели в убывающей ранжированной последовательности целей i; (i) - вероятность достижения цели; n -число целей.

Методологической основой анализа роста числа публикаций в потоках НТИ и некоторых БД по информатике является выявление их закономерностей, проведение моделирования на основе указателей научной литературы и библиографии, а также разработка методов прогнозирования объемов потоков НТИ с учетом определенных исходных БД.

Решение задачи моделирования и прогнозирования числа публикаций в потоках НТИ осуществляли по девяти зарубежным и отечественным БД по информатике на основе линейной, степенной и других зависимостей. Для изучения закономерностей роста потоков НТИ предложена соответственно линейная (M₁) и нелинейная (M₂) модели роста числа публикаций в потоках НТИ: M₁ a b(_{1 0}) и M₂ = a b(_{1 0}) c(_{1 0})², где a число публикаций в исходный год, b число публикаций в год, c показатель отклонения от линейности, ₀ и ₁ соответственно, начальный и конечный год исследования публикаций в потоке. Кроме того, для изучения закономерностей роста числа публикаций в потоках НТИ предложена уточненная степенная модель. Параметры моделей определены методами нелинейной регрессии. Их значимость проверена на основе критерия Стьюдента. Мерой отклонения расчетного и экспериментального числа публикаций в потоке считали средний квадрат остатков и величину коэффициентов корреляции.

Показано, что ежегодный прирост числа публикаций в зарубежных и отечественных БД по информатике различен и колеблется от 2073 до 244470 публикаций. Мерой оценки изученных потоков НТИ предложено считать относительную скорость роста числа публикаций показатель степени в степенной модели.

Аппроксимацией числа публикаций в потоках НТИ выявлено увеличение их числа к 2010 г. Анализ прогнозирования роста числа публикаций в источниках информации показал, что отклонение прогнозируемых данных от экспериментальных составило 1,78-4,70%.

Использование линейных и степенных моделей для исследования потоков НТИ в БД дает возможность не только анализировать изменение относительной скорости роста числа публикаций в потоках НТИ, но и прогнозировать их рост к 2010 г.

Применяемые модели достаточно хорошо описывают зависимость числа публикаций в потоках НТИ во времени, что позволяет формировать активную часть БД АИПС для информационного обеспечения потребителей по узко тематическим запросам, выделить необходимые средства для приобретения необходимых БД, формировать и вести для потребителя проблемно-ориентированные БД, проводить наукометрические, статистические и научные исследования потоков НТИ.

Перейдем к проблеме исследования числа публикаций в потоках НТИ по экологии и охране окружающей среды. Прогнозирование относительного роста числа публикаций по информатике и по экологии и охране окружающей среды к 2010 г. показало (рис. 1, где W_отн = W/W_min, W_min = 332; рис. 2, W_отн = W/W_min, W_min = 11036), что по отношению к 1990 г. произойдет увеличение относительного роста их числа.

При этом выявлены наиболее важные для исследователей следующие потоки НТИ: структурные модели, экосистемы и загрязнение воздуха. В 2010 г. по наибольшей величине относительного роста числа публикаций тематические направления можно расположить в следующем порядке: радиоэкология, радиоактивная опасность и защита от излучения.

Рис. 1. Прогнозирование относительного роста числа публикаций (W_отн) в публикациях по информатике к 2010 году: 1 - информатика; 2 - библиометрия; 3 - наукометрия

Рис. 2. Прогнозирование относительного роста числа публикаций (W_отн) по экологии и охране окружающей среды в ИНИС к 2010 году: 1 - загрязнения воздуха; 2 - экосистемы; 3 - структурные модели

Перейдем к исследованию потоков НТИ в области автоматики и вычислительной техники (АВТ). Выявлено, что по АВТ ведущими являются следующие рубрики ГРНТИ: программное обеспечение (ПО) вычислительных машин, комплексов и сетей, автоматизация проектирования, элементы, узлы и устройства автоматики, телемеханики и вычислительной техники, системы автоматического управления, регулирования и контроля, автоматизированные системы организационного управления. Другие рубрики рубрикатора ГРНТИ относятся к цифровым вычислительным машинам (ВМ), автоматизации научных исследований, автоматизированным системам управления технологическими процессами, вычислительным центрам и устройствам ввода-вывода.

За 12 лет число публикаций возросло для ПО - в 8,97 раза, для ВМ - в 9,34 раза и для АВТ - в 10,30 раза

Сроки старения публикаций в отечественных изданиях по АВТ и программированию колеблются от шести до 13 лет, а в зарубежных изданиях - шесть лет. При этом сроки хранения отечественных и зарубежных изданий в открытом доступе научно-технических библиотек и справочно-информационных фондах для отечественных журналов составили 10 лет, а для зарубежных журналов - шесть лет.

Проведено моделирование и прогнозирование числа публикаций по АВТ, ВМ и ПО. Результаты анализа числа публикаций по АВТ, ВМ и ПО за 12 лет показали, что наибольшим приростом числа публикаций обладает ПО - 8089,3 публикации, а наименьшим АВТ -262,9 публикаций. По исходному числу публикаций наибольшая величина относится к ВМ (8215,4 публикации), а наименьшая - АВТ (6043,3 публикации) при достаточно высоких показателях множественной корреляции (0,98-0,99). При этом относительная скорость роста числа публикаций для тематических потоков НТИ отличалась: наибольшее значение приходилась на АВТ, а наименьшее - на вычислительные машины и программирование с показателем множественной корреляции 0,970,99. Результаты позволяют сделать вывод о том, что интерес ученых за исследуемое время переместился на проблемы автоматики и телемеханики.

Результатами прогнозирования по линейной и степенной моделям числа публикаций в потоках НТИ по автоматике и телемеханике, вычислительным машинам, системам и ПО к 2015 г. показано, что число публикаций увеличивается: для АТ - до 150820, для ВМ - до 150249 и для ПО - до 160749 публикаций, т.е. в 1,42-1,56 раза по сравнению с 2005 г. Отклонение при прогнозировании числа публикаций по линейной модели составило 0,7-1,2%, а по степенной модели - 0,2-5,7%.

Выявлены перспективные направления по информатике и вычислительной технике. Постоянный интерес ученых в этой области (линейная модель) наблюдается к стандартам ИСО, информационным поисковым системам, руководствам, фондам ядерных данных, оценочным данным, системам онлайн, патентам, стандартизации, терминологии, кибернетике. Повышенный интерес ученых и перспективность научных направлений (степенная модель) отмечен к коммуникациям, языкам программирования, ПЭВМ, спецификации, программированию, обработке данных, компьютерным кодам, системам в реальном масштабе времени, сетям ПЭВМ, передаче и сбору данных, документации, информационным потребностям.

Системный анализ при обработке числа публикаций в потоках научно-технической информации в энергетике связан со сбором, анализом и обработкой публикаций на основе математических моделей, применяемых для прогнозирования.

Прогнозирование числа публикаций в потоках НТИ по ядерному топливу к 2010 г. осуществлялось по линейной модели; по полиному второй степени, логистической модели и по экспоненте. Расчет относительного роста числа публикаций в потоках НТИ по типам ядерного топлива показал, что число публикаций в потоках НТИ к 2010 г. снизится. По значимости типы ядерного топлива можно расположить в следующем порядке: диоксид плутония, нитриды плутония, диоксид урана, нитриды урана и оксиды плутония, сплавы на основе урана, диоксид урана, сплавы плутония и оксиды урана, плутоний, соединения урана, уран и силициды урана. Анализ полученных данных относительного роста числа публикаций к 2010 г. по типам ядерного топлива выявил перспективные разработки ядерного топлива на основе оксидов урана и плутония, нитридов урана и плутония, сплавов на основе урана и плутония, собственно плутонию и т.п. На эти перспективные научные направления следует ориентировать разработчиков ядерного топлива.

Проведенными численными экспериментами относительного роста числа публикаций по типам ядерных реакторов к 2010 г. показано, что по отношению к исходному году происходит их снижение. По этому показателю к 2010 г. основные усилия исследователей и конструкторов будут направлены на разработку и совершенствование ядерных реакторов (реакторы-размножители на быстрых нейтронах, высокотемпературные газовые реакторы, реакторы-размножители на жидкометаллическом теплоносителе, газовые реакторы, водо-водяные реакторы на тяжелой и легкой воде и т.п.).

Результаты относительного роста числа публикаций по стальным конструкционным материалам и маркам сталей показали, что в 2010 г. произойдет их снижение. Рост числа публикаций в потоках НТИ по фильтрам и процессам фильтрования к 2010 г. описывается линейной моделью и поли-номом второй степени. Изменение числа публикаций в потоках НТИ по сверхпроводимости к 2010 г. подчиняется линейной модели и полиному второй степени.

Прогнозирование числа публикаций в потоках НТИ по атомной энергетике к 2010 г. проводили по математическим моделям. Показан рост числа публикаций: по типам ядерных реакторов - до 59056 публикаций, по ядерному топливу - до 37560 публикаций, по конструкционным материалам - до 8653 публикаций, по сталям - до 15799 публикаций, по фильтрам и фильтрации - до 81045 публикаций и по сверхпроводимости - до 16390 публикаций. Проведение сравнения полученных результатов с независимой выборкой показало достаточно высокие результаты прогнозирования числа публикаций в потоках НТИ. Отклонения численных данных по моделям от действительных значений составили: по ядерным реакторам - 9,76%, по урановому топливу - 0,79-24,10%, по плутониевому топливу - 0,48-14,40%, по конструкционным материалам - 12,59%, по сталям - 23,30%, по фильтрам 0,49-9,00%, по проблеме сверхпроводимости - 19,86%. Следует подчеркнуть, что ошибка (разница между действительными и предсказанными значениями) 13,00% составляет 2-5 публикаций.

Рассмотрим закономерности концентрации и рассеяния числа публикаций в потоках НТИ. Концентрация элементов в потоках НТИ характеризуется уравнением

f(n_i) = C₀n_i,

где const; С₀ и n_i эмпирические коэффициенты; f(n_i) частота появления компонента n_i ранга. Коэффициент n_i определяется по параметрам центральной зоны при 1.

Количественную характеристику изменения рассеяния определяют множеством элементов потоков НТИ, которые обладают свойством уменьшения рассеяния в зоне низкочастотных компонентов. Исследование рассеяния научной информации проведено, в частности, по плутонию и его сплавам. Журналы, содержащие статьи по этой теме, распределены в трех зонах: I зона - 150 статей, II зона - 304 статьи и III зона - 469 статей, т.е. соотношение между зонами по закону Бредфорда равно 1:6:8, а для отчетов НИОКР - 1:3:9. Степенные модели аппроксимируют поток ссылок по сплавам и по диаграммам состояния сплавов урана, а также по сплавам плутония.

Поток ссылок для тематических направлений реализован степенными моделями, а экспоненциальной моделью - для описания числа ссылок по металлическим стеклам. Степенная модель соответствовала числу ссылок по сплавам урана, а логистическая модель - числу ссылок по диаграммам превращения сплавов урана, сплавам плутония (журналы) и сплавам плутония (отчеты).

Таким образом, выявлены закономерности и их параметры для описания не только потока ссылок, но и корректировки модели Ципфа - Бредфорда.

Для исследования закономерностей старения информации выбрано по аналогии с ростом числа публикаций в потоке НТИ число ссылок, начиная с наибольшего. Известна отрицательная экспонента для описания процесса старения научной информации:

R_x = R_texp(x),

где R_x число ссылок старше x лет на основе нарастающего их числа в потоке НТИ от самого старого возраста к нулевому году; R_t максимальное число ссылок; - эмпирический коэффициент.

Итогом аппроксимации эмпирического распределения убывающего потока ссылок является отрицательная экспонента вида P_T1(t) = exp ( t) при = 0,15, где P_T1(t) - убывающий поток ссылок от возраста t.

Моделирование старения информации проводились по экспо-ненциальной, степенной, линейной и модифицированной модели вида

R_n = A + Bexp[C( ₀)],

где R_n число ссылок; A число ссылок в изучаемом издании в исходный год; B коэффициент специфичности; C показатель вида кривой; ₀ начальный год ссылки; - конечный год ссылки. Так, экспоненциальная и линейная модели приемлемы для описания числа ссылок по металлическим стеклам. Степенная модель соответствовала потоку ссылок по сплавам урана, а логистическая потоку ссылок по диаграммам превращения сплавов урана, сплавам плутония (журналы), сплавам плутония (отчеты) и т.п. Показано, что сроки старения научной информации неодинаковы как от года их цитирования, так и от выбранного хронологического периода. Отечественные журналы имеют средний срок старения в интервале 7,15-8,53 года. Изменения сроков старения информации составляют; 5,7-10,0 лет. Зарубежные издания имеют средний срок старения за исследуемый период 3,6-9,8 лет. Выявлены закономерности роста ссылок, определенные с помощью математических моделей, которые уточняют модель Брукса, хорошо описывают поток ссылок и могут быть применимы для корректировки модели распределения Ципфа - Бредфорда.

Для количественного прогнозирования числа публикаций в потоке НТИ выбрана частотность тематических публикаций за определенный период. При этом моделью может служить определение года, предшествующего появлению публикаций во вторичном издании, на основе частотности дескрипторов в тезаурусе ИНИС (Международная система по ядерной информации). Эта модель имеет вид: M = a (bc)^1/d, где M - год, предшествующий появлению публикаций в издании по частотности дескрипторов в тезаурусе; - год появления публикаций в издании или дескриптора в тезаурусе; a - год изменения скорости роста; b - кумулятивное число публикаций в потоке в год a; c - кумулятивное число публикаций в год a; d - степень кривой. Моделирование числа публикаций в потоке НТИ по линейной модели и полиному второй степени предсказало, что к 2010 г. объем научной информации составит, соответственно, 2987000 и 2883440 публикаций. Линейные модели достаточно хорошо описывают следующие потоки НТИ: ядерные реакторы; ядерное топливо - уран и его соединения, плутоний и его соединения; конструкционные материалы - цирконий и его соединения; стали; фильтры и сверхпроводники. Отклонение данных прогноза числа публикаций по потокам НТИ для полинома второй степени не превысило 7,5%.

Таким образом, выявлены закономерности роста числа публикаций в потоках НТИ по атомной энергетике, которые подчиняются линейным, степенным, логистическим и экспоненциальным зависимостям. Уточнены закономерности рассеяния и концентрации информации в атомной науке и технике. Проведены системные исследования потоков НТИ, определяющие закономерности старения научной информации по степенной модели.

Системный анализ при обработке числа публикаций в потоках научно-технической информации в металлургии осуществлен прогнозированием числа публикаций на основе математических зависимостей, выявлением закономерностей рассеяния, концентрации и старения научной информации.

Прогнозированием числа публикаций в потоках НТИ по линейным и степенным моделям показано, что к 2010 г. их число по металлургии будет располагаться следующим образом: металловедение и термическая обработка - 96800, металлургия цветных и редких металлов - 75010, производство чугуна и стали 61830, порошковая металлургия 56220, прокатное и волочильное производство - 54390, металлургическая теплотехника, оборудование, контрольно-измерительные приборы и автоматизация металлургического производства - 34480, общие вопросы металлургии, теория металлургических процессов - 17870 и технический анализ в металлургии - 11600 публикаций.

Полученные результаты моделирования числа публикаций в потоках НТИ по степенной модели выявляют важные проблемные научные направления. Это дает возможность ученым и практикам ориентироваться в достаточно большом массиве публикаций по металлургии, а также формировать проблемно-ориентированные БД и фонды специализированных научно-технических библиотек.

Наибольший рост числа публикаций в потоках НТИ по материаловедению ожидается к 2010 г. в США, Японии, России, Германии и Великобритании (618900, 302170, 250250, 250250, 195980 и 135180 публикаций, соответственно).

Исследовано рассеяние и концентрация информации по металловедению и термической обработке металлов. Показано, что по равному числу ссылок отечественные журналы в журнале Металловедении и термической обработке металлов сконцентрированы в 1-й зоне - четыре журнала, во 2-й зоне - 23 журнала и в 3-й зоне - остальные 55 журналов. Зарубежные журналы по равному числу ссылок сконцентрированы в 1-й зоне - пять изданий, во 2-й зоне - 15 изданий и в 3-й зоне - остальные 73 издания.

Старение информации по металлургии (в годах) по степенной модели уточняет ее сроки. Вычисленная величина старения информации составляет 410 лет. Помимо этого показано, что низкая относительная скорость старения изданий по металлургии, вычисленная как показатель степени в степенной модели, относится к высоким срокам старения, а с низкими сроками старения более высокие ее значения, т.е. наблюдается обратная зависимость. Это связано с приоритетностью выбора учеными публикации результатов исследований в престижных изданиях. Эти результаты показывают наличие большого интеллектуального и научного потенциала в крупных промышленно развитых странах и большой базой накопленной научной информации, в частности, по материаловедению. По исходному числу публикаций в потоках НТИ по металлургии ведущими направлениями являются порошковая металлургия, металловедение и термическая обработка.

Таким образом, моделирование старения НТИ по степенной модели более точно определяет сроки их старения и позволяет её ранжировать. При этом результаты вычислительного эксперимента по моделированию и прогнозированию числа публикаций в потоках НТИ по материаловедению показали возможность и результативность применяемых методов обработки информации.

Системный анализ при обработке числа публикаций в потоках научно-технической информации в области нанонауки, наноматериалов и нанотехнологий проведен по математическим моделям, на основе которых реализованы прогнозирование и анализ свойств научных публикаций.

Исследование числа публикаций по динамике и кумулятивному их числу по нанотехнологии проводили на основе поиска информации по дескрипторам, содержащим слово нано- в заголовках статей в файле Science Citation Index (SCI).

Исследование динамики числа публикаций за 1991-1996 гг. по нанотехнологии включало 13 разделов: общее число публикаций; естественные науки; междисциплинарные науки; технология и материалы; науки о жизни; физика; химия; междисциплинарная технология и наука о материалах; наука о материалах; естественные междисциплинарные науки, технология и наука о материалах; медицина; инженерные науки; естественные междисциплинарные науки. Отмечен рост числа публикаций по динамике их числа в перечисленных тематических направлениях в области нанонауки, нанотехнологии и наноматериалов. Наибольшее число публикаций приходится на США - 2062, а наименьшее - на Канаду - 152.

По публикационной активности статьи в SCI за 1988-1996 гг. можно расположить в следующем порядке, начиная с наибольшего числа: США Япония Германия Франция КНР Великобритания Россия Испания Канада.

Моделирование динамики числа публикаций по тематическим направлениям (линейная и степенная модели) показало, что в исходный год наибольшему числу публикаций соответствует общее число публикаций по нанонауке, нанотехнологиям и наноматериалам (278,63) и наименьшему - по естественным междисциплинарным наукам.

В то же время кумулятивное число публикаций по нанонауке, нанотехнологии и наноматериалам по линейной модели изменяется: наибольшая величина - общее число публикаций - 1029,5 публикаций, а наименьшее - 16,9 публикаций по естественным междисциплинарным наукам.

Важным показателем роста числа публикаций за временной интервал является относительная скорость роста числа публикаций в потоках НТИ, рассчитанная как показатель степени в степенной модели для их кумулятивного числа.

Наиболее разрабатываемыми тематическими направлениями являются: междисциплинарная технология и наука о материалах, химия, физика, естественные науки, технология материалов, естественные междисциплинарные науки, технология и наука о материалах (относительная скорость роста кумулятивного числа публикаций от 1,91 до 1,50), а также междисциплинарные науки вплоть до естественных междисциплинарных наук (1,43-1,21).

Наибольшей величиной исходного числа публикаций обладает США (79,47), а наименьшей - Канада (5,65). Эта тенденция сохраняется и для кумулятивного числа публикаций за 1991-1996 гг. (для США - 251,4 публикации, а для Канады - 18,65 публикаций).

По относительной скорости роста числа публикаций на основе степенной модели динамики в исследованных странах выявлена следующая закономерность: Япония США Великобритания КНР Германия Россия Франция Испания Канада, т.е. ведущими странами в области нанонауки, нанотехнологии и наноматериалов являются Япония, США, Великобритания, КНР, Германия и Россия.

В 2010 г. наибольшее число публикаций, прогнозируемых по их динамике на основе линейной модели, будет приходиться на следующие тематические направления нанонауки, нанотехнологии и наноматериалов: естественные науки (физика, химия) и междисциплинарные науки.

По линейной модели наибольшее кумулятивное число публикаций будет относиться к следующим тематическим направлениям в области нанонауки, нанотехнологии и наноматериалов: естественные науки (физика, химия), технология и материалы.

Применение степенной модели для прогнозирования числа публикаций по тематическим направлениям динамики и кумулятивного их числа на 2000 и 2010 гг. позволило выявить следующую тенденцию роста числа публикаций, начиная с наибольшей величины (для динамики и кумулятивного числа публикаций): общее число публикаций, физика, естественные науки, химия и междисциплинарные науки, а для публикаций на основе кумулятивных данных - общее число публикаций, физика, естественные науки и химия, без публикаций по междисциплинарным наукам. Число публикаций к 2010 г. практически возрастет в два раза.

Исследование динамики и кумулятивного числа публикаций по наноструктурам и нанотехнологиям по видам отечественных изданий (статьи, труды научных мероприятий, авторефераты кандидатских диссертаций, сборники научных трудов, учебные пособия, препринты, сборники статей, лекции) за указанный период показало, что они, начиная с наибольшей величины (202-1 публикация), располагаются следующим образом: статьи труды съездов, конференций, семинаров и т.п. авторефераты кандидатских диссертаций книги учебные пособия авторефераты докторских диссертаций препринты сборники научных трудов сборники статей лекции.

Основными видами изданий по наноструктурам и нанотехнологии являются статьи, труды научных съездов, конференций и т.п., авторефераты кандидатских диссертаций и книги. На их долю приходится 93,5% общего числа публикаций (пример моделирования динамики и кумулятивного числа публикаций см. рис. 3-4).



Рис.3. Динамика числа отечественных публикаций по наноструктурам и нанотехнологиям за 1993 - 2006 гг.

Моделирование числа публикаций по степенной модели, как по динамике, так и по кумулятивному их числу выявляет относительную скорость их роста. По относительной скорости роста число публикаций за исследуемый период для динамики числа публикаций и кумулятивного их числа наибольшей величиной отличались статьи (2,96) и наименьшей - авторефераты кандидатских диссертаций (0,82).

Для кумулятивного числа публикаций относительная скорость роста была максимальной для книг (5,66) и минимальной - для авторефератов кандидатских диссертаций (1,43).

Количественные показатели экспоненциальной модели (показатель степени и коэффициент множественной корреляции R²) отличались от этих показателей для степенной модели. Показатель степени в экспоненциальной модели был ниже, чем в степенной модели, а R² - выше, как для динамики, так и для кумулятивного числа публикаций.

Прогнозирование числа публикаций по данной тематике на основе степенной модели выявило следующую закономерность их динамики: статьи публикации труды конференций, съездов и т.п. книги авторефераты канндидатских диссертаций (409,8; 288,4; 64,5; 52,9; 50,3; 18,7 публикаций, соответственно), т.е. по сравнению с 2004 г. число публикаций к 2015 г. возрастет от 2,1 раза (авторефераты кандидатских диссертаций) до 5,6 раз (книги).

Рис 4. Кумулятивное число отечественных публикаций по наноструктурам и нанотехнологиям за 1993 - 2006 гг.

Экспериментальные данные, полученные для динамики и кумулятивного числа публикаций по рассматриваемой тематике по экспоненциальной модели, в 2015 г. имеют очень большие значения и поэтому имеют высокие отношения по сравнению с 2004 г., которые в сотни раз выше, чем для степенной модели.

По научной продуктивности из 20 основных городов России по наибольшему числу публикаций выявлены следующие города: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург и Тамбов - 107 публикаций, что составляет 68,7% всех публикаций. По научной продуктивности научно-исследовательских и учебных заведений России из 26 лидируют шесть научно-исследовательских и учебных заведений: МИФИ, МИЭТ, Тамбовский Государственный университет, МГУ и Саратовский государственный университет, на их долю приходится 48% числа публикаций.