В широком смысле модульность — это степень, в которой компоненты системы могут быть разделены и повторно объединены, часто с преимуществом гибкости и разнообразия в использовании. [1] Концепция модульности используется в первую очередь для уменьшения сложности путем разделения системы на различные степени взаимозависимости и независимости и «скрытия сложности каждой части за абстракцией и интерфейсом». [2] Однако концепцию модульности можно распространить на несколько дисциплин, каждая из которых имеет свои нюансы. Несмотря на эти нюансы, можно выделить общие темы, касающиеся модульных систем. [3]
Значение слова «модульность» может несколько различаться в зависимости от контекста. Ниже приведены контекстуальные примеры модульности в нескольких областях науки, техники, промышленности и культуры:
Термин модульность широко используется в исследованиях технологических и организационных систем. Системы продуктов считаются «модульными», например, когда их можно разложить на ряд компонентов, которые можно смешивать и сочетать в различных конфигурациях. [6] [7] Компоненты способны каким-либо образом соединяться, взаимодействовать или обмениваться ресурсами (такими как энергия или данные), придерживаясь стандартизированного интерфейса. В отличие от тесно интегрированного продукта, в котором каждый компонент предназначен для работы конкретно (а часто и исключительно) с другими конкретными компонентами в тесно связанной системе, модульные продукты представляют собой системы компонентов, которые « слабо связаны ». [8]
В книге «Язык новых медиа» Лев Манович предлагает пять «принципов новых медиа», которые следует понимать «не как абсолютные законы, а скорее как общие тенденции культуры, подвергающейся компьютеризации». [9] Пять принципов: числовое представление, модульность, автоматизация, вариативность и транскодирование. Модульность в новых медиа представляет новые медиа как состоящие из нескольких отдельных самодостаточных модулей, которые могут действовать независимо или вместе синхронно, чтобы завершить новый медиа-объект. В Photoshop модульность наиболее очевидна в слоях; одно изображение может состоять из множества слоев, каждый из которых можно рассматривать как совершенно независимый и отдельный объект. Веб-сайты можно определить как модульные, их структура формируется в формате, который позволяет изменять, удалять или редактировать их содержимое, сохраняя при этом структуру веб-сайта. Это связано с тем, что содержимое веб-сайта работает отдельно от веб-сайта и не определяет структуру сайта. Вся Сеть , отмечает Манович, имеет модульную структуру, состоящую из независимых сайтов и страниц, а каждая веб-страница сама по себе состоит из элементов и кода, которые можно независимо модифицировать. [10]
Говорят, что организационные системы становятся все более модульными, когда они начинают заменять слабосвязанные формы тесно интегрированными иерархическими структурами. [11] Например, когда фирма использует контрактное производство, а не собственное производство, она использует организационный компонент, который более независимый, чем создание таких возможностей собственными силами: фирма может переключаться между контрактными производителями, выполняющими разные функции, и контрактный производитель может аналогичным образом работать на разные фирмы. [11] По мере того, как фирмы в данной отрасли начинают заменять деятельность, которая когда-то осуществлялась внутри компании, слабой связью с организационными компонентами, лежащими за пределами фирмы, вся производственная система (которая может охватывать множество фирм) становится все более модульной. Сами фирмы становятся более специализированными компонентами. Использование слабосвязанных структур позволяет фирмам достичь большей гибкости как по объему, так и по масштабу. [11] Это соответствует модульности производственных процессов, которая связана со способом производства технологических артефактов. Это включает в себя всю цепочку создания стоимости артефакта, от проектирования артефакта до этапов производства и распространения. В производстве модульность часто обусловлена повышенной модульностью конструкции. [12] Фирма может легко переключаться между разными поставщиками этих видов деятельности (например, между разными производителями по контракту или партнерами по альянсу) по сравнению с созданием возможностей для всех видов деятельности собственными силами, тем самым быстрее реагируя на различные потребности рынка. Однако за этот выигрыш в гибкости приходится платить. Следовательно, организация должна оценить достижимый выигрыш в гибкости и любые сопутствующие потери производительности при использовании каждой из этих форм.
Модульность внутри фирм приводит к дезагрегированию традиционной формы иерархического управления. [13] [14] [15] Фирма разбивается на относительно небольшие автономные организационные единицы (модули) для уменьшения сложности. Модульность приводит к структуре, в которой модули объединяют сильно взаимозависимые задачи, в то время как взаимозависимости между модулями слабы. В этой связи распространению модульных организационных форм способствовали широкомасштабные усилия большинства крупных фирм по реинжинирингу, переориентации и реструктуризации. Эти усилия обычно предполагают сильную ориентацию на процесс: полный процесс предоставления услуг в бизнесе разбивается на частичные процессы, которые затем могут обрабатываться автономно межфункциональными группами внутри организационных подразделений (модулей). Координация модулей часто осуществляется с помощью внутренних рыночных механизмов, в частности путем внедрения центров прибыли . В целом, модульность обеспечивает более гибкую и быструю реакцию на изменение общих или рыночных условий. Основываясь на вышеизложенных принципах, возможны многие альтернативные формы модульности организаций (коммерческих или некоммерческих). [12] [16] Однако важно отметить, что модульность не является независимой и самодостаточной организационной концепцией, а скорее состоит из нескольких основных идей, которые являются неотъемлемой частью других организационных концепций. Эти центральные идеи можно найти в каждой фирме. Соответственно, неразумно характеризовать фирму как «модульную» или «немодульную», поскольку фирмы всегда в некоторой степени являются модульными.
Системы ввода, или «вычислительные механизмы, специфичные для предметной области» (например, способность воспринимать разговорную речь), называются вертикальными способностями, и, по мнению Джерри Фодора, они являются модульными, поскольку обладают рядом характеристик, которые, как утверждает Фодор, составляют модульность. Список особенностей модулей Fodor включает в себя следующее:
Фодор не утверждает, что это формальное определение или всеобъемлющий список функций, необходимых для модульности. Он утверждает только, что когнитивные системы, характеризующиеся некоторыми из вышеперечисленных особенностей, вероятно, будут характеризоваться ими всеми и что такие системы можно считать модульными. Он также отмечает, что характеристики не являются суждением «все или ничего», а, скорее, каждая из характеристик может проявляться в некоторой степени, и что сама модульность также не является дихотомической конструкцией - что-то может быть более или менее модульным: «Один таким образом, можно было бы ожидать – что в любом случае кажется желательным – что понятие модульности должно допускать степени» (Fodor, 1996 [1983]:37).
Примечательно, что признак «несобранности» Фодора резко контрастирует с использованием модульности в других областях, в которых модульные системы рассматриваются как иерархически вложенные (то есть модули сами состоят из модулей, которые, в свою очередь, состоят из модулей и т. д.). Однако Макс Колтхарт отмечает, что приверженность Фодора к несобранной функции кажется слабой, [17] и другие ученые (например, Блок [18] ) предположили, что модули Фодора можно разложить на более мелкие модули. Например, в то время как Фодор различает отдельные модули для устной и письменной речи, Блок мог бы дополнительно разложить модуль устной речи на модули для фонетического анализа и лексических форм: [17] «Декомпозиция прекращается, когда все компоненты являются примитивными процессорами — потому что операция примитивный процессор не может быть далее разложен на подоперации» [18]
Хотя работа Фодора по модульности является одной из самых обширных, в психологии есть и другие работы по модульности, заслуживающие внимания своей симметрией с модульностью в других дисциплинах. Например, в то время как Фодор сосредоточил внимание на системах когнитивного ввода как на модулях, Колтхарт предполагает, что может быть много разных типов когнитивных модулей, и различает, например, модули знаний и модули обработки. Первая представляет собой совокупность знаний, независимую от других совокупностей знаний, а вторая представляет собой систему ментальной обработки информации, независимую от других таких систем.
Однако данные, накопленные нейробиологами, не указывают на существование такой четкой и точной организационной системы, как теория модульности, первоначально предложенная Джерри Фодором. Было показано, что это гораздо сложнее и отличается от человека к человеку, хотя существуют общие закономерности; Благодаря сочетанию нейровизуализации и исследований повреждений было показано, что существуют определенные области, которые выполняют определенные функции, и другие области, которые эти функции не выполняют. [19]
Как и в некоторых других дисциплинах, термин модульность в биологии может использоваться по-разному. Например, оно может относиться к организмам, имеющим неопределенную структуру, где модули различной сложности (например, листья, ветки) могут быть собраны без строгих ограничений на их количество или размещение. Многие растения и сидячие (неподвижные) беспозвоночные донных зон демонстрируют этот тип модульности (напротив, многие другие организмы имеют детерминированное строение, предопределенное в эмбриогенезе ). [20] Этот термин также использовался в более широком смысле в биологии для обозначения повторного использования гомологичных структур у отдельных людей и видов. Даже внутри этой последней категории могут быть различия в восприятии модуля. Например, биологи-эволюционисты могут сосредоточиться на модуле как на морфологическом компоненте (субъединице) целого организма, в то время как биологи развития могут использовать термин «модуль» для обозначения некоторой комбинации компонентов более низкого уровня (например, генов ), которые способны действовать унифицированным образом для выполнения функции. [21] В первом случае модуль воспринимается как базовый компонент, а во втором акцент делается на модуле как на коллективе.
Ученые-биологи предоставили список характеристик, которые должны характеризовать модуль (во многом так же, как это сделал Фодор в «Модулярности разума» [22] ). Например, Руди Рафф [23] приводит следующий список характеристик, которыми должны обладать развивающие модули:
По мнению Раффа, модули развития — это «динамические сущности, представляющие локализованные процессы (как в морфогенетических полях), а не просто зарождающиеся структуры… (… такие как зачатки органов)». [23] : 326 Болкер, однако, пытается построить дефиниционный список характеристик, который был бы более абстрактным и, следовательно, более подходящим для нескольких уровней изучения биологии. Она утверждает, что:
Еще одно направление исследований модульности в биологии, которое должно представлять особый интерес для ученых других дисциплин, — это исследования Гюнтера Вагнера и Ли Альтенберга . Работа Альтенберга, [26] работа Вагнера, [27] и их совместная работа [28] исследуют, как естественный отбор мог привести к появлению модульных организмов, а также роли, которые модульность играет в эволюции. Работы Альтенберга и Вагнера предполагают, что модульность является одновременно результатом эволюции и способствует эволюции - идея, которая имеет заметное сходство с работами над модульностью в технологических и организационных областях.
Использование модулей в изобразительном искусстве имеет давнюю историю в различных культурах. В классической архитектуре греко-римской древности модуль использовался как стандартизированная единица измерения для определения пропорций элементов здания. Обычно модуль устанавливался равным половине диаметра нижнего вала классической колонны; все остальные компоненты синтаксиса классической системы выражались как дроби или кратные этому модулю. В традиционном японском строительстве размеры комнат часто определялись комбинацией стандартных рисовых циновок, называемых татами ; стандартный размер коврика составлял около 3 на 6 футов, что соответствует общим пропорциям лежащей человеческой фигуры. Таким образом, модуль становится не только пропорциональным устройством для использования с трехмерными вертикальными элементами, но и инструментом двухмерного планирования.
Модульность как средство измерения присуща определенным типам зданий; например, кирпичное строительство по своей природе является модульным, поскольку фиксированные размеры кирпича обязательно дают размеры, кратные исходному блоку. Соединение кирпичей друг с другом для формирования стен и поверхностей также отражает второе определение модульности: а именно, использование стандартизированных блоков, которые физически соединяются друг с другом для формирования более крупных композиций.
С появлением модернизма и передовых строительных технологий в 20 веке это последнее определение превращает модульность из композиционного атрибута в самостоятельную тематическую проблему. Школа модульного конструктивизма развивается в 1950-х годах среди кружка скульпторов, создающих скульптуры и архитектурные элементы из повторяющихся элементов, отлитых из бетона. Десять лет спустя модульность становится самостоятельной художественной проблемой, поскольку несколько важных художников -минималистов принимают ее в качестве своей центральной темы. С этого же периода развивается модульное здание как модель промышленного производства и объект передовых архитектурных исследований.
Модульность вызвала новый интерес среди сторонников ModulArt , формы модульного искусства, в которой составные части можно физически реконфигурировать, удалять и/или добавлять. После нескольких отдельных экспериментов с ModulArt, начавшихся в 1950-х годах, [29] несколько художников, начиная с 1990-х годов, исследовали эту гибкую, настраиваемую и совместно творческую форму искусства. [30]
Модульность в моде — это возможность персонализировать одежду, добавляя и удаляя элементы или изменяя силуэт, обычно с помощью застежек-молний, крючков и петель или других застежек. На протяжении всей истории его использовали для пошива одежды, существовавшей ещё в 17 веке . В последние годы все больше модельеров, особенно тех, кто ориентирован на медленную или устойчивую моду , экспериментируют с этой концепцией. Яркими примерами в сфере высокой моды являются Йоджи Ямамото и Хусейн Чалаян , последний особенно за использование технологий для создания модульной одежды.
Исследования, проведенные в Финляндии и США, показывают благосклонное отношение потребителей к модульной моде, [31] несмотря на это концепция еще не вошла в мейнстрим моды. В настоящее время в модульной моде основное внимание уделяется факторам совместного проектирования и настройки для потребителей с целью борьбы с быстрыми изменениями в потребностях и желаниях клиентов, а также для обеспечения устойчивости за счет увеличения жизненного цикла одежды. [32]
Модульность — это концепция, которая широко используется в архитектуре и промышленности. В дизайне интерьера модульность используется для создания экономически выгодных индивидуализированных продуктов. Примеры включают в себя некоторые персонализированные творения IKEA и, в основном, дорогие концепции высокого класса. Модульность в дизайне интерьера, или «модульность в использовании» [12] относится к возможностям комбинаций и реконфигураций модулей с целью создания артефакта, который соответствует конкретным потребностям пользователя и одновременно растет вместе с ними. Эволюция технологии 3D-печати сделала возможным создание персонализируемой мебели. Объекты можно прототипировать, изменять в зависимости от пространства и настраивать в зависимости от потребностей пользователей. Дизайнеры могут демонстрировать прототипы своих модулей через Интернет, просто используя технологию 3D-печати. Диваны — это обычный предмет, в котором есть модульные приспособления, от пуфика до кровати, а также ткани и текстиль, которые можно заменять. [33] Он возник в 1940-х годах после того, как был изобретен Харви Проббером , был усовершенствован в 1970-х годах и достиг массового потребления в 2010-х и 2020-х годах. [34]
В книге Джона Блэра «Модульная Америка» [35] он утверждает , что, когда американцы начали заменять социальные структуры, унаследованные от Европы (преимущественно Англии и Франции), у них развилась уникальная американская тенденция к модульности в таких разнообразных областях, как образование, музыка и архитектура.
Блэр отмечает, что когда слово « модуль» впервые появилось в шестнадцатом и семнадцатом веках, оно означало нечто очень близкое к модели . Это подразумевало мелкомасштабное представление или пример. К восемнадцатому и девятнадцатому векам это слово стало обозначать стандартную меру фиксированных соотношений и пропорций. Например, в архитектуре пропорции колонны можно выразить в модулях (т.е. «высота четырнадцати модулей равняется семикратному диаметру, измеренному в основании» [ 35] :2 ) и, таким образом, умножить до любого размера, сохраняя при этом желаемые пропорции.
Однако в Америке значение и использование этого слова значительно изменились: «Начиная с архитектурной терминологии 1930-х годов, новый акцент был сделан на любом объекте или системе, спроектированной с точки зрения модулей как подкомпонентов. , Hi-Fi-оборудование, компьютерные программы и многое другое, модульная конструкция стала относиться к любому целому, состоящему из автономных блоков, спроектированных как эквивалентные части системы, следовательно, мы могли бы сказать, «системно эквивалентные». взаимозаменяемы и/или рекомбинируемы в том или ином из нескольких смыслов». [35] : 3
Блэр определяет модульную систему как «систему, которая придает большее значение частям, чем целому. Части рассматриваются как эквивалентные и, следовательно, в одном или нескольких смыслах взаимозаменяемые, и/или кумулятивные, и/или рекомбинируемые» (стр. 125). Блэр описывает появление модульных структур в образовании (учебная программа колледжа), промышленности (сборка модульных изделий), архитектуре (небоскребы), музыке (блюз и джаз) и т. д. В своей заключительной главе Блэр не придерживается четкого взгляда на то, что заставляет американцев использовать более модульные структуры в различных областях, в которых они возникли; но он предполагает, что это может быть каким-то образом связано с американской идеологией либерального индивидуализма и предпочтением антииерархической организации.
Сравнение использования модульности в разных дисциплинах позволяет выявить несколько тем:
Одна тема, которая проявляется в исследованиях психологии и биологии, изначально конкретизирована. «Врожденно заданный» (как он используется здесь) подразумевает, что цель или структура модуля предопределена неким биологическим мандатом.
Специфика предметной области , заключающаяся в том, что модули реагируют только на входные данные определенного класса (или выполняют функции только определенного класса), является темой, которая явно охватывает психологию и биологию, и можно утверждать, что она также охватывает технологические и организационные системы. В последних дисциплинах специфичность предметной области будет рассматриваться как специализация функций.
Иерархическая вложенность — это тема, которая повторяется в большинстве дисциплин. Хотя изначально Джерри Фодор отверг эту идею, другие психологи ее приняли, и это легко становится очевидным в использовании модульности в биологии (например, каждый модуль организма можно разложить на более мелкие модули), социальных процессах и артефактах (например, мы можем подумайте о небоскребе в терминах блоков этажей, отдельного этажа, элементов этажа и т. д.), математики (например, модуль 6 можно разделить на модули 1, 2 и 3), а также технологических и организационных систем. (например, организация может состоять из подразделений, состоящих из команд, состоящих из отдельных лиц). [36]
Большая внутренняя, чем внешняя интеграция — это тема, которая проявляется во всех дисциплинах, кроме математики. Эта тема, которую часто называют автономией, признает, что между модулями может быть взаимодействие или интеграция, но большее взаимодействие и интеграция происходит внутри модуля. Эта тема очень тесно связана с инкапсуляцией информации , которая явно проявляется как в психологических, так и в технологических исследованиях.
Близкая разложимость (по определению Саймона, 1962) проявляется во всех дисциплинах, но проявляется в разной степени. Например, в психологии и биологии это может относиться просто к способности отличать один модуль от другого (признавая границы модуля). Однако в некоторых социальных артефактах, математике, технологических или организационных системах это относится к способности фактически отделять компоненты друг от друга. В некоторых дисциплинах эта разложимость также позволяет снизить сложность системы (или процесса). Это удачно отражено в цитате Дэвида Марра [37] о психологических процессах, где он отмечает, что «любое крупное вычисление должно быть разделено на набор маленьких, почти независимых, специализированных подпроцессов». Снижение сложности также является основной целью исключения девяток из математики.
Заменяемость и рекомбинируемость являются тесно связанными конструкциями. Первое относится к способности заменять один компонент другим, как в «системной эквивалентности» Джона Блэра, тогда как второе может относиться как к неопределенной форме системы, так и к неопределенному использованию компонента. Например, в учебных программах колледжей США каждый курс разработан с использованием кредитной системы, которая обеспечивает единое количество учебных часов и примерно одинаковое образовательное содержание, что обеспечивает взаимозаменяемость. В силу их взаимозаменяемости каждый студент может создавать свои собственные учебные программы (рекомбинируемость учебного плана как системы), и можно сказать, что каждый курс рекомбинируется с различными учебными программами студентов (рекомбинируемость компонента в нескольких системах). И взаимозаменяемость, и рекомбинируемость сразу же узнаваемы в социальных процессах и артефактах Блэра, а также хорошо отражены в обсуждении Гарудом и Кумарасвами [38] экономики замещения в технологических системах. [39]
Системная эквивалентность Блэра также демонстрирует связь между заменяемостью и модулем как гомологом . Системная эквивалентность Блэра относится к способности нескольких модулей выполнять примерно одну и ту же функцию внутри системы, тогда как в биологии модуль как гомолог относится к различным модулям, имеющим примерно одну и ту же форму или функцию в разных организмах. Крайний вариант модуля как гомолога встречается в математике, где (в простейшем случае) модули относятся к повторному использованию определенного числа, и, таким образом, каждый модуль совершенно одинаковый. [39]
Во всех областях, кроме математики, особое внимание уделяется тому, что модули могут быть разными по своему типу. В обсуждении Фодора модульной когнитивной системы каждый модуль выполняет уникальную задачу. В биологии даже модули, считающиеся гомологичными, могут несколько отличаться по форме и функциям (например, плавник кита и рука человека). В книге Блэра он указывает, что, хотя джазовая музыка может состоять из структурных единиц, подчиняющихся одним и тем же основным правилам, эти компоненты значительно различаются. Аналогичным образом, в исследованиях технологии и организации модульные системы могут состоять из модулей, очень похожих (как в стеллажах, которые можно ставить один на другой) или очень разных (как в стереосистеме, где каждый компонент выполняет уникальные функции) или любая комбинация между ними. [39]
Исследовательские статьи