Наличие противоречия между тем, чего необходимо достичь и невозможностью достижения этого из-за недостаточного уровня развития науки и техники – вот основная движущая сила исследования и квинтэссенция актуальности диссертации.
Как отмечают в работе [1] И.А. Бугаков и А.Н. Царьков, наличие в диссертации противоречия и предлагаемой соискателем идеи по его разрешению (центральной идеи диссертации) – важнейшие признаки качественной диссертации, признаки ее диссертабельности. Противоречие раскрывает проблемную ситуацию, выявляет суть проблематики исследования, а, как известно, «правильно поставленная проблема – это уже половина решения».
Диссертабельность – соответствие диссертации определенным критериям как научно-квалификационной работы: наличие научной новизны полученных результатов, их теоретическая и практическая значимость; наличие личного авторского вклада в получение основных результатов; самостоятельность написания диссертации; широкая опубликованность результатов в научной печати и др. [2].
Сущность и особенности противоречия в искусственно созданной технической системе, как и в естественной природной системе, связано с внутренними или внешними препятствиями (барьерами) ее дальнейшего качественного развития, исчерпанию существующих возможностей экстенсивного роста и необходимости интенсивного скачка за счет появления у системы новых возможностей, обусловленных использованием передовых достижений науки и практики. Причем, если в природной живой системе разрешение противоречия и, как следствие, ее интенсивное развитие, способствует ее лучшему выживанию и дальнейшему существованию, то в искусственных системах разрешение противоречия способствует революционному улучшению их эффективности или качества [1].
Наличие противоречия всегда сопряжено с отсутствием простого, очевидного пути его разрешения и характеризуется истинной или кажущейся невозможностью желаемого улучшения тех или иных свойств системы, когда эта невозможность обусловлена следующими практическими и научными факторами [1, 3, 4].
1) Практические факторы.
а) Непомерность (слишком высокий уровень) затрат ресурсов на достижение желаемого улучшения свойств целевой системы. Это довольно универсальная причина, ибо «платить» приходится всегда, меняется только тип ресурса, который «оплачивает» предлагаемое улучшение. Такую невозможность можно отнести к типу «ограниченности ресурсов».
б) Наличие взаимоисключающих требований к одной и той же системе, когда за достижение желаемого улучшения одних свойств системы, приходится «платить» вынужденным одновременным ухудшением других, часто не менее важных, свойств. То есть необходимые действия по улучшению одних свойств неизбежно ведут к ухудшению других.
в) Наличие или появление новых условий, факторов, изменение среды, проявляющихся таким образом, что система не может в новых условиях демонстрировать прежний уровень эффективности и качества.
2) Научные факторы.
г) Наличие известных объективных законов природы, запрещающих реализацию противоречащих им желаний ученых и изобретателей. Противоречия такого типа принципиально неразрешимы независимо от затрачиваемых для их разрешения ресурсов. Этот фактор определяет рамки «объективной физической невозможности».
д) Ограниченность научно-методического аппаратов (НМА) научных теорий, в рамках действующей в данный момент научной парадигмы, но которые могут быть развиты, обобщены, изменены и даже отменены при появлении новой теории или научной парадигмы. Эволюционное развитие науки, порождает формирование новых моделей, методов, методик, их обобщение в форме соответствующих новых теорий, и в результате приводит к качественному скачку – революционной смене парадигмы. В технических науках, тем более на уровне кандидатской диссертации, не целесообразно «подрывать устои» действующей парадигмы, однако вполне уместным является указать на несовершенство текущего НМА и предложить его развитие путем разработки новых моделей, методов и методик.
Парадигма (от греч. paradeigma – пример, образец) – совокупность теоретических и методологических положений, принятых научным сообществом на определенном этапе развития науки и используемых в качестве образца, модели, стандарта для научного исследования, интерпретации, оценки и систематизации научных данных, для осмысления гипотез и решения задач, возникающих в процессе научного познания [2].
Описание желаемого улучшения тех или иных свойств системы, повышения ее эффективности и качества, в условиях препятствующих этому практических факторов формирует противоречие в практике. То же самое, относительно препятствующих научных факторов – противоречие в науке.
Противоречие в практике – противоречие, сутью которого является невозможность достижения каких-либо требуемых результатов в практической деятельности на основе известных прикладных решений и требующее для его разрешения научных знаний.
Противоречие в науке – противоречие, сутью которого является невозможность достижения требуемых результатов в научной деятельности на основе существующего уровня развития научных знаний – известных методов, методик, алгоритмов существующих теорий, и требующее для его разрешения проведения исследований направленных на формирование новых научных результатов.
Противоречие в практике, должно завершать и обобщать практическую актуальность диссертации, а противоречие в науке – подводить итог анализу известных публикаций и уровню развития существующего НМА в исследуемой области. Более подробно об этом написано в предыдущей публикации автора.
Пример 1 формулирования противоречий в науке и практике:
Анализ существующих принципов управления летательными аппаратами аварийно-спасательной авиации, организации связи с ними, технических возможностей средств связи … и технологических решений в области связных протоколов … показал, что существующей скорости передачи данных в сети воздушной радиосвязи управления летательными аппаратами недостаточно для решения наиболее актуальных задач… При этом повышение скорости передачи данных невозможно на основе существующих технических и технологических решений. Это связанно с недостатками … , отсутствием возможностей … , невозможностью реализации дополнительной функциональности … . Таким образом возможно сформировать противоречие в практике – между необходимостью повышения скорости передачи данных в сети воздушной радиосвязи управления летательными аппаратами и невозможностью реализации такого повышения на основе существующих технических и технологических решений, без дополнительной адаптации распределения частотно-временного ресурса сети с учетом интенсивности трафика, передаваемого по каналам управления летальными аппаратами, и его варьирования на различных этапах полета.
В интересах преодоления вышеуказанного противоречия в практике сформулирована цель исследования – повышение скорости передачи данных в сетях воздушной радиосвязи управления летательными аппаратами.
Выполненный анализ существующих методов адаптивного управления … , методов распределения сетевых ресурсов ... , состояния научно-методического аппарата теории управления, теории радиосвязи и теории телетрафика, а также известных работ […] в области радиоуправления летательными аппаратами и повышения эффективности сетей воздушной радиосвязи позволил выявить следующее противоречие.
Противоречие в науке – между необходимостью адаптации распределения частотно-временного ресурса сети воздушной радиосвязи с учетом интенсивности трафика, передаваемого по каналам управления летальными аппаратами, и его варьирования на различных этапах полета и невозможностью разработки такого научно обоснованного решения, ввиду недостатков существующего научно-методического аппарата теории радиосвязи, теории управления и теории телетрафика, проявляющихся в отсутствии соответующей методики, одновременно и взаимоувязано учитывающей при вышеуказанной адаптации такие факторы как специфику процесса управления летательными аппаратами аварийно-спасательной авиации, особенности информационного обмена с ними, структуру и варьирования интенсивности трафика на различных этапах полета.
Центральной идеей диссертации является положение о том, что повышение скорости передачи данных в сети воздушной радиосвязи может быть достигнуто путем адаптивного распределения частотно-временного ресурса сети с учетом интенсивности трафика, передаваемого по каналам управления летальными аппаратами, и его варьирования на различных этапах полета.
Для разрешения указанных противоречий в работе была поставлена научная задача – разработка методики повышения скорости передачи данных в сети воздушной радиосвязи путем адаптивного распределения частотно-временного ресурса сети с учетом интенсивности трафика, передаваемого по каналам управления летальными аппаратами, и его варьирования на различных этапах полета.
Некоторые эксперты ВАК, рекомендуют при формулировании противоречия в науке конкретизировать недостатки существующего НМА, так этот аспект является важной квалификационной частью диссертации и демонстрирует глубину и ширину исследования.
Пример 2 формулирования противоречия в науке с конкретизацией недостатков существующего НМА:
… анализ известных работ в исследуемой предметной области позволил сформулировать научную актуальность исследования (противоречие в науке), которая обусловлена невозможностью достижения поставленной цели на базе известного научно-методического аппарата (НМА) в силу следующих его недостатков:
1) В настоящее время глубоко проработанными является методы НМА теории связи, ориентированные на повышение скорости передачи данных путем улучшений сигнально-кодовых, частотных и энергетических параметров отдельных каналов связи на физическом уровне. Имеются решения по оптимизации распределения временного ресурса (тайм-слотов передачи) сетей связи на канальном уровне. Однако, вопросы повышения скорости передачи в сетях воздушной радиосвязи за счет адаптации распределения сетевых ресурсов к интенсивности трафика, передаваемого по каналам связи, именно с учетом особенностей управления отдельными летательными аппаратами в различных режимах и на различных этапах полета, исследованы в недостаточной степени. Существующие работы не учитывают фактор существенного варьирования интенсивности трафика в каналах управления летательными аппаратами, а также возможности по прогнозированию объема данного трафика на следующие циклы управления, с последующим упреждающим распределением ресурсов сети по каналам управления летательными аппаратами с учетом сделанного прогноза.
2) Известно большое количество обобщённых методов распределения ресурсов: метод формирования расписания, метод укладки рюкзака, методы линейного и динамического программирования. Однако эти методы являются весьма обобщенными и их невозможно применить для решения задачи распределения ресурсов в сетях воздушной радиосвязи без существенной доработки и адаптации к технологии организации связи в сетях управления летательными аппаратами.
3) Трафик в каналах управления летательными аппаратами имеет нестационарную природу и варьируется в широких пределах в зависимости режима управления летательного аппарата и этапа его полета. При этом подавляющее число исследований в области теории телетрафика (исследования научных школ П.А. Будко, Г.Н. Линца, А.В. Лемешко, С.М. Одоевского, В.Г. Карташевского, О.В. Шелухина) проведены для стационарного трафика с учетом факторов его структурной сложности, самоподобия, непуассоновского распределения, наличия аномальных выбросов и т.д. Сложность формализации и исследования нестационарного трафика объясняется трудностями в получении аналитических решений для моделей массового обслуживания, формализующих сеть с таким типом трафика. В результате, в последнее время получили распространение подходы моделирования таких сетей численными методами, либо представление нестационарного трафика в виде последовательности этапов, внутри которых интенсивность трафика считается стационарной и скачкообразно меняется при переходе от этапа к этапу. При этом в известных публикациях отсутствуют подобные модели нестационарного трафика, передаваемого по каналам управления летательными аппаратами, чья интенсивность изменяется в зависимости от этапа полета.
4) Известны работы научной школы Е.А. Новикова (идеологически наиболее близкие к тому подходу, который рассматривается в данной диссертации) посвященные прогнозированию интенсивности трафика, поступающего от абонентов, на отдельных тайм-слотах передачи и последующего упреждающему распределению частотно-временного ресурса в спутниковых системах связи с учетом сделанного прогноза. Вместе с тем данные работы ориентированы на стандарт спутниковой связи DVB-RSC и не учитывают специфику организации связи в сетях управления летательными аппаратами.
Пример 2 формулирования цели, центральной идеи, противоречий в науке и практике с конкретизацией недостатков существующего НМА:
… обосновано наличие противоречия в практике, которое состоит в том, что при мелкомасштабных возмущениях ионосферы обеспечить требуемые значения вероятности ошибки в системах спутниковой связи при реализуемых отношениях сигнал/шум на входе приемника и использовании традиционных методов борьбы с эффектами многолучевого распространения радиоволн не представляется возможным.
Поэтому в качестве объекта исследования выбрана радиолиния «космический аппарат – земная станция» системы спутниковой связи, функционирующая в условиях мелкомасштабных возмущений ионосферы.
Цель исследования состоит в обеспечении требуемой помехоустойчивости системы спутниковой связи при мелкомасштабных возмущениях ионосферы.
Противоречие в науке состоит в том, что достичь поставленной цели исследования с использованием известных методов параметрического синтеза системы спутниковой связи для условий мелкомасштабных возмущениях ионосферы и методов оценки ее параметров на основе результатов ее GPS-зондирования не представляется возможным в силу следующих недостатков:
1) известная методика оценки помехоустойчивости системы спутниковой связи при возмущениях ионосферы не учитывает возможность проявления поглощения в ионосфере одновременно с многолучевым распространением радиоволн и не позволяет оценить влияние параметров ионосферы на характеристики поглощения, частотно-селективных замираний и межсимвольной интерференции принимаемых сигналов при одиночном или разнесенном приеме сигналов;
2) характеристики поглощения, замираний и межсимвольной интерференции принимаемых сигналов системы спутниковой связи зависят от статистических характеристик флуктуаций полного электронного содержания ионосферы и среднеквадратического отклонения (СКО) мелкомасштабных флуктуаций в радиолинии «космический аппарат – земная станция». Результаты измерения полного электронного содержания ионосферы можно получить методом GPS-зондирования с использованием двухчастотного приемника спутниковых радионавигационных систем GPS/ГЛОНАСС. Однако этот метод в настоящее время применяется для исследованиях средне- и крупномасштабных ионосферных неоднородностей и не используется для оценки статистических характеристик флуктуаций электронного содержания ионосферы, обусловленных наличием в ней мелкомасштабных неоднородностей;
3) без определения зависимости вероятности ошибки приема сигналов в радиолинии «космический аппарат – земная станция» от статистических характеристик мелкомасштабных флуктуаций полного электронного содержания, а также параметров системы спутниковой связи (ширины спектра сигналов, скорости передачи, кратности разнесенного приема), нельзя выбрать указанные параметры для обеспечения требуемой помехоустойчивости.
Предметом исследования является помехоустойчивость системы спутниковой связи.
Центральная идея диссертации – обеспечить требуемую помехоустойчивость системы спутниковой связи в условиях мелкомасштабных возмущений ионосферы возможно за счет выбора параметров сигналов (ширины спектра, скорости передачи), позволяющих полностью устранить или компенсировать влияние негативных факторов трансионосферного распространения радиоволн, на основе результатов оценки параметров ионосферы.
Научная задача диссертационного исследования состоит в разработке методики параметрического синтеза системы спутниковой связи, позволяющей обеспечить требуемую помехоустойчивость при мелкомасштабных возмущениях ионосферы, на основе результатов ее GPS-зондирования.
В некоторых случаях противоречие в науке и практике можно объединить и сформулировать проблемную ситуацию.
Проблемная ситуация – противоречие, сутью которого является невозможность его разрешения на основе имеющихся знаний и необходимость его разрешения путем проведения исследований, направленных на поиск новых знаний; осознание, возникающее при выполнении практического или теоретического задания, того, что ранее усвоенных знаний оказывается недостаточно, и возникновение субъективной потребности в новых знаниях, реализующейся в целенаправленной познавательной активности [2].
Пример 3 формулирования проблемной ситуации:
Проблемная ситуация обусловлена невозможностью достижения цели исследования, состоящей в повышении скорости передачи данных в сети воздушной радиосвязи управления летательными аппаратами на основе существующего научно-методического аппарата теории радиосвязи, теории управления и теории телетрафика, ввиду отсутствия в составе аппарата этих теорий советующей методики, одновременно и взаимоувязано учитывающей при вышеуказанной адаптации такие факторы, как специфику процесса управления летательными аппаратами аварийно-спасательной авиации, особенности информационного обмена с ними, структуру и варьирования интенсивности трафика на различных этапах полета.
Очень часто соискатели пытаются формулировать противоречие в практике по схеме: «наличие потребности в чем-то – отсутствие этого чего-то». А противоречие в науке при постановке научной задачи, например разработки методики (научно-методического аппарата, моделей, алгоритмов и проч.), как «нужна такая-то методика – нет такой методики». Очевидно, что констатация факта надобности в чем-то и отсутствия этого в данный момент может иметь место в диссертации, но также очевидно, что такая формулировка описывает не противоречие, а всего лишь наличие потребности, состояние нужды. Это только начало движения к реальному противоречию (если оно действительно существует). Необходимо выявив состояние нужды, далее показать, почему эта потребность не может быть удовлетворена с применением имеющегося задела в науке и практики. И вот в этом случае соискатель сформулирует настоящее противоречие, которое можно указать в диссертации, и которое будет действительно обобщать актуальность исследования в науке и практике [1].
Хорошим подспорьем для обобщения противоречий и приемам по их разрешению может служить знакомство с идеями Г.С. Альтшуллера и его теорией решения изобретательских задач – ТРИЗом [5].
Данная статья является выдержкой из книги автора «Макаренко С.И. Оформление и защита кандидатской диссертации по техническим наукам. Часть 1». Скачать электронную версию этой книги можно на сайте издательства «Наукоемкие технологии» или в РИНЦ. Заказ бумажной версии книги доступен в интернет-магазине вышеуказанного издательства.
Литература:
- Бугаков И. А., Царьков А. Н. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: система формальных признаков // Известия Института инженерной физики. 2016. № 3 (41). С. 84-95.
- Макаренко С. И. Справочник научных терминов и обозначений. – СПб.: Наукоемкие технологии, 2019. – 254 с.
- Долгов А. И. Подготовка диссертаций в области военной науки и техники (методическое пособие). – Ростов-н/Д., 1990.
- Долгов А. И. Подготовка и написание диссертации. Методические указания. – Ростов-н/Д., 2002.
- Хлыновский А. М. Основы ТРИЗ (Теория Решения Изобретательских Задач): учебное пособие. ‒ СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2021. ‒ 130 с.
Вся информация действительна на дату опубликования: 2 июля 2024 г.
Об авторе: Макаренко Сергей Иванович, доктор технических наук, доцент, эксперт ВАК. Подробности здесь.