В широком смысле модульность — это степень, в которой компоненты системы могут быть разделены и рекомбинированы, часто с выгодой от гибкости и разнообразия в использовании. [1] Концепция модульности используется в первую очередь для уменьшения сложности путем разбиения системы на различные степени взаимозависимости и независимости и «скрытия сложности каждой части за абстракцией и интерфейсом». [2] Однако концепция модульности может быть распространена на несколько дисциплин, каждая из которых имеет свои собственные нюансы. Несмотря на эти нюансы, можно выделить последовательные темы, касающиеся модульных систем. [3]
Компоновка — один из принципов функционального программирования . Это делает функциональные программы модульными. [4]
Значение слова «модулярность» может несколько меняться в зависимости от контекста. Ниже приведены контекстные примеры модульности в различных 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 подбирать в различных конфигурациях. [7] [8] Компоненты способны соединяться, взаимодействовать или обмениваться ресурсами (такими как энергия или данные) каким-либо образом, придерживаясь стандартизированного интерфейса. В отличие от тесно интегрированного продукта, где каждый компонент предназначен для работы конкретно (и часто исключительно) с другими конкретными компонентами в тесно связанной системе, модульные продукты представляют собой системы компонентов, которые « слабо связаны ». [9]
В книге «Язык новых медиа » Лев Манович предлагает пять «принципов новых медиа», которые следует понимать «не как абсолютные законы, а как общие тенденции культуры, подвергающейся компьютеризации». [10] Пять принципов — это числовое представление, модульность, автоматизация, изменчивость и транскодирование. Модульность в новых медиа представляет новые медиа как состоящие из нескольких отдельных самодостаточных модулей, которые могут действовать независимо или вместе синхронно для завершения нового медиа-объекта. В Photoshop модульность наиболее очевидна в слоях; одно изображение может состоять из многих слоев, каждый из которых можно рассматривать как совершенно независимую и отдельную сущность. 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 происходит потому, что содержимое веб-сайта работает отдельно от веб-сайта и не определяет структуру сайта. Манович отмечает, что весь Интернет имеет модульную структуру, состоящую из независимых сайтов и страниц, а каждая веб-страница сама по себе состоит из элементов и кода, которые могут быть изменены независимо. [11]
Говорят, что организационные системы становятся все более модульными, когда они начинают заменять слабосвязанные формы на тесно интегрированные иерархические структуры. [12] Например, когда фирма использует контрактное производство вместо внутреннего производства, она использует организационный компонент, который является более независимым, чем создание таких возможностей внутри компании: фирма может переключаться между контрактными производителями, которые выполняют разные функции, а контрактный производитель может аналогичным образом работать для разных фирм. [12] По мере того, как фирмы в данной отрасли начинают заменять слабосвязанные организационные компоненты, которые лежат за пределами границ фирмы, на виды деятельности, которые когда-то выполнялись внутри компании, 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. [12] Это соответствует модульности в процессах производства, которая относится к способу производства технологических артефактов. Это состоит из всей цепочки создания стоимости артефакта, от проектирования артефакта до этапов производства и распределения. В производстве модульность часто обусловлена повышенной модульностью дизайна. [13] Фирма может легко переключаться между разными поставщиками этих видов деятельности (например, между разными контрактными производителями или партнерами по альянсу) по сравнению с созданием возможностей для всех видов деятельности внутри компании, тем самым быстрее реагируя на различные потребности рынка. Однако эти выгоды от гибкости имеют свою цену. Поэтому организация должна оценить достижимые выгоды от гибкости и любые сопутствующие потери производительности с каждой из этих форм.
Модуляризация внутри фирм приводит к дезагрегации традиционной формы иерархического управления. [14] [15] [16] Фирма разбивается на относительно небольшие автономные организационные единицы (модули) для уменьшения сложности. Модуляризация приводит к структуре, в которой модули интегрируют 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 включают сильную ориентацию на процесс: полный процесс предоставления услуг бизнеса разделяется на частичные процессы, которые затем могут автономно обрабатываться кросс-функциональными командами в организационных единицах (модулях). Координация модулей часто осуществляется с использованием внутренних рыночных механизмов, в частности, путем внедрения центров прибыли . В целом модуляризация обеспечивает более гибкую и быструю реакцию на изменение общих или рыночных условий. Основываясь на вышеизложенных принципах, возможны многие альтернативные формы модуляризации организаций (коммерческих или некоммерческих). [13] [17] Однако модуляризация не является независимой и самодостаточной организационной концепцией, а скорее состоит из нескольких основных идей, которые являются неотъемлемыми частями других организационных концепций. Эти центральные идеи можно найти в каждой фирме. Соответственно, неразумно характеризовать фирму как «модульную» или как «немодульную», поскольку фирмы всегда являются модульными в некоторой степени.
Системы ввода или «вычислительные механизмы, специфичные для домена» (например, способность воспринимать устную речь) называются вертикальными способностями, и, по словам Джерри Фодора, они являются модульными, поскольку обладают рядом характеристик, которые, по мнению Фодора, составляют модульность. Список характеристик Фодора, характеризующих модули, включает следующее:
Фодор не утверждает, что это формальное определение или всеобъемлющий список характеристик, необходимых для модульности. Он утверждает только, что когнитивные системы, характеризующиеся некоторыми из вышеперечисленных характеристик, вероятно, будут характеризоваться всеми ими, и что такие системы можно считать модульными. Он также отмечает, что характеристики не являются предложением «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: «Таким образом, можно было бы ожидать — что в любом случае кажется желательным — что понятие модульности должно допускать степени» (Фодор, 1996 [1983]:37).
Примечательно, что «не собранная» функция 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 не собранной функции кажется слабой, [18] и другие ученые (например, Блок [19] ) предложили, чтобы модули Фодора могли быть разложены на более тонкие модули. Например, в то время как Фодор различает отдельные модули для устной и письменной речи, Блок мог бы далее разложить модуль устной речи на модули для фонетического анализа и лексических форм: [18] «Декомпозиция останавливается, когда все компоненты являются примитивными процессорами, потому что операция примитивного процессора не может быть далее разложена на подоперации» [19]
Хотя работа Фодора по модульности является одной из самых обширных, есть и другие работы по модульности в психологии, заслуживающие внимания своей симметрией с модульностью в других дисциплинах. Например, в то время как Фодор сосредоточился на когнитивных входных системах как модулях, Колтхарт предполагает, что может быть много различных видов когнитивных модулей, и различает, например, модули знаний и модули обработки. Первый представляет собой совокупность знаний, которая независима от других совокупностей знаний, тогда как последний представляет собой систему обработки ментальной информации, независимую от других таких систем.
Однако данные, накопленные нейробиологами, не указывают на такую четкую и точную организационную систему, как теория модульности, изначально предложенная Джерри Фодором. Было показано, что она гораздо более запутанная и отличается от человека к человеку, хотя существуют общие закономерности; с помощью сочетания нейровизуализации и исследований поражений было показано, что существуют определенные регионы, которые выполняют определенные функции, и другие регионы, которые не выполняют эти функции. [20]
Как и в некоторых других дисциплинах, термин модульность может использоваться в биологии по-разному. Например, он может относиться к организмам, имеющим неопределенную структуру, в которой модули различной сложности (например, листья, веточки) могут быть собраны без строгих ограничений по их количеству или размещению. Многие растения и сидячие (неподвижные) беспозвоночные бентосных зон демонстрируют этот тип модульности (в отличие от этого, многие другие организмы имеют определенную структуру, которая предопределена в эмбриогенезе ). [21] Термин также использовался в более широком смысле в биологии для обозначения повторного использования гомологичных структур у особей и видов. Даже в этой последней категории могут быть различия в том, как воспринимается модуль. Например, биологи-эволюционисты могут сосредоточиться на модуле как на морфологическом компоненте (субъединице) целого организма, в то время как биологи, занимающиеся развитием, могут использовать термин модуль для обозначения некоторой комбинации компонентов более низкого уровня (например, генов ), которые способны действовать единым образом для выполнения функции. [22] В первом случае модуль рассматривается как базовый компонент, тогда как во втором акцент делается на модуле как на коллективе.
Ученые-биологи составили список характеристик, которые должны характеризовать модуль (подобно тому, как это сделал Фодор в «Модульности разума» [23] ). Например, Руди Рафф [24] приводит следующий список характеристик, которыми должны обладать модули развития:
По мнению Раффа, модули развития являются «динамическими сущностями, представляющими локализованные процессы (как в морфогенетических полях), а не просто зарождающиеся структуры... (... такие как зачатки органов)». [24] : 326 Болкер, однако, пытается построить список определений характеристик, который является более абстрактным и, таким образом, более подходящим для нескольких уровней изучения биологии. Она утверждает, что:
Другое направление исследований модульности в биологии, которое должно представлять особый интерес для ученых других дисциплин, — это работа Гюнтера Вагнера и Ли Альтенберга . Работа Альтенберга [27] , работа Вагнера [28] и их совместная работа [29] исследуют, как естественный отбор мог привести к модульным организмам, и какую роль играет модульность в эволюции. Работа Альтенберга и Вагнера предполагает, что модульность является как результатом эволюции, так и способствует эволюции — идея, которая имеет заметное сходство с работой по модульности в технологических и организационных областях.
Использование модулей в изобразительном искусстве имеет долгую родословную среди различных культур. В классической архитектуре греко-римской античности модуль использовался как стандартизированная единица измерения для пропорционирования элементов здания. Обычно модуль устанавливался как половина диаметра нижнего ствола классической колонны; все остальные компоненты в синтаксисе классической системы выражались как дробь или кратное этому модулю. В традиционном японском строительстве размеры комнат часто определялись комбинациями стандартных рисовых циновок, называемых татами ; стандартный размер циновки составлял около 3 на 6 футов, что приблизительно соответствовало общим пропорциям полулежачей человеческой фигуры. Таким образом, модуль становится не только пропорциональным устройством для использования с трехмерными вертикальными элементами, но и двумерным инструментом 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 исходной единице. Крепление кирпичей друг к другу для формирования стен и поверхностей также отражает второе определение модульности: а именно, использование стандартизированных единиц, которые физически соединяются друг с другом для формирования более крупных композиций.
С появлением модернизма и передовых строительных технологий в 20 веке это последнее определение трансформирует модульность из композиционного атрибута в самостоятельную тематическую проблему. Школа модульного конструктивизма развивается в 1950-х годах среди круга скульпторов, которые создают скульптуры и архитектурные особенности из повторяющихся единиц, отлитых в бетоне. Десятилетие спустя модульность становится автономной художественной проблемой сама по себе, поскольку несколько важных художников- минималистов принимают ее в качестве своей центральной темы. Модульное здание как промышленная производственная модель и объект передовых архитектурных исследований развивается с этого же периода.
Модульность вновь нашла интерес среди сторонников ModulArt , формы модульного искусства, в которой составные части могут быть физически переконфигурированы, удалены и/или добавлены. После нескольких изолированных экспериментов в ModulArt, начавшихся в 1950-х годах, [30] несколько художников с 1990-х годов исследовали эту гибкую, настраиваемую и совместно-творческую форму искусства. [31]
Модульность в моде — это возможность индивидуализировать одежду путем добавления и удаления элементов или изменения силуэта, обычно с помощью молний, крючков и петель или других застежек. На протяжении всей истории она использовалась для пошива одежды, существуя даже в 17 веке . В последние годы все большее число модельеров — особенно тех, кто сосредоточен на медленной или устойчивой моде — экспериментируют с этой концепцией. В сфере высокой моды яркими примерами являются Йоджи Ямамото и Хусейн Чалаян , последний особенно за его использование технологий для создания модульной одежды.
Исследования, проведенные в Финляндии и США, показывают благоприятное отношение потребителей к модульной моде, [32] несмотря на это, концепция еще не вошла в мейнстрим моды. В настоящее время акцент в модульной моде делается на факторах совместного проектирования и кастомизации для потребителей с целью борьбы с быстрыми изменениями потребностей и желаний клиентов, а также решения проблемы устойчивости путем увеличения жизненного цикла одежды. [33]
Модульность — это концепция, которая широко используется в архитектуре и промышленности. В дизайне интерьера модульность используется для создания настраиваемых продуктов, которые являются экономически жизнеспособными. Примерами служат некоторые настраиваемые творения IKEA и в основном высококлассные дорогостоящие концепции. Модульность в дизайне интерьера или «модульность в использовании» [13] относится к возможностям комбинаций и перенастроек модулей для создания артефакта, который соответствует конкретным потребностям пользователя и одновременно растет вместе с ним. Развитие технологии 3D-печати позволило сделать настраиваемую мебель осуществимой. Объекты можно прототипировать, изменять в зависимости от пространства и настраивать в зависимости от потребностей пользователей. Дизайнеры могут прототипировать свои модули через Интернет, просто используя технологию 3D-печати. Диваны — это распространенный предмет мебели, который имеет модульные утилиты, начиная от пуфа и заканчивая кроватью, а также ткани и текстиль, которые можно заменять. [34] Это зародилось в 1940-х годах после изобретения Харви Проббером , было усовершенствовано в 1970-х годах и достигло массового потребительства в 2010-х и 2020-х годах. [35]
В книге Джона Блэра «Модульная Америка » [36] он утверждает, что по мере того, как 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 замечает, что когда слово модуль впервые появилось в шестнадцатом и семнадцатом веках, оно означало что-то очень близкое к модели . Оно подразумевало мелкомасштабное представление или пример. К восемнадцатому и девятнадцатому векам слово стало подразумевать стандартную меру фиксированных соотношений и пропорций. Например, в архитектуре пропорции колонны могли быть указаны в модулях (т. е. «высота четырнадцати модулей равнялась семи диаметрам, измеренным у основания» [36] : 2 ) и, таким образом, умножаться на любой размер, сохраняя при этом желаемые пропорции.
Однако в Америке значение и использование этого слова значительно изменились: «Начиная с архитектурной терминологии в 1930-х годах, новый акцент был сделан на любой сущности или системе, спроектированной в терминах модулей как подкомпонентов. По мере того, как после Второй мировой войны применение расширилось до мебели, hi-fi оборудования, компьютерных программ и далее, модульная конструкция стала относиться к любому целому, состоящему из автономных блоков, спроектированных как эквивалентные части системы, следовательно, мы могли бы сказать, «системно эквивалентные». Модульные части неявно взаимозаменяемы и/или рекомбинируемы в том или ином из нескольких смыслов». [36] : 3
Блэр определяет модульную систему как «систему, которая придает большее значение частям, чем целым. 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 (модульная сборка продукта), архитектуре (небоскребы), музыке (блюз и джаз) и многом другом. В своей заключительной главе Блэр не дает твердого представления о том, что заставляет американцев стремиться к более модульным структурам в различных областях, в которых они появились; 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 выявляет несколько тем:
Одна из тем, которая появляется в изучении психологии и биологии, — это врожденно заданная. Врожденно заданная (как здесь используется) подразумевает, что цель или структура модуля предопределена каким-то биологическим мандатом.
Специфичность домена , то есть модули реагируют только на входы определенного класса (или выполняют функции только определенного класса), — это тема, которая явно охватывает психологию и биологию, и можно утверждать, что она также охватывает технологические и организационные системы. Специфичность домена можно рассматривать в последних дисциплинах как специализацию функции.
Иерархически вложенная тема повторяется в большинстве дисциплин. Хотя изначально она была отвергнута Джерри Фодором , другие психологи приняли ее, и она легко очевидна в использовании модульности в биологии (например, каждый модуль организма может быть разложен на более мелкие модули), социальных процессах и артефактах (например, мы можем думать о небоскребе в терминах блоков этажей, одного этажа, элементов этажа и т. д.), математике (например, модуль 6 может быть далее разделен на модули 1, 2 и 3), а также технологических и организационных системах (например, организация может состоять из подразделений, которые состоят из команд, которые состоят из индивидуумов). [37]
Большая внутренняя, чем внешняя интеграция — это тема, которая проявилась в каждой дисциплине, кроме математики. Часто называемая автономией, эта тема признавала, что может быть взаимодействие или интеграция между модулями, 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.
Почти разложимость (как ее называет Саймон, 1962) проявляется во всех дисциплинах, но проявляется в разных степенях. Например, в психологии и биологии она может относиться просто к способности отделять один модуль от другого (распознавая границы модуля). Однако в нескольких социальных артефактах, математике и технологических или организационных системах она относится к способности фактически отделять компоненты друг от друга. В нескольких дисциплинах эта разложимость также позволяет уменьшить сложность системы (или процесса). Это удачно отражено в цитате Дэвида Марра [38] о психологических процессах, где он отмечает, что «любое большое вычисление должно быть разделено на набор небольших, почти независимых, специализированных подпроцессов». Уменьшение сложности также является явной целью отбрасывания девяток в математике.
Взаимозаменяемость и рекомбинируемость являются тесно связанными конструкциями. Первая относится к возможности заменять один компонент другим, как в «системной эквивалентности» Джона Блэра, в то время как последняя может относиться как к неопределенной форме системы, так и к неопределенному использованию компонента. Например, в учебных программах колледжей США каждый курс разработан с кредитной системой, которая обеспечивает единообразное количество контактных часов и приблизительно единообразное образовательное содержание, что обеспечивает взаимозаменяемость. В силу своей взаимозаменяемости каждый студент может создавать свои собственные учебные программы (рекомбинируемость учебной программы как системы), и каждый курс можно назвать рекомбинируемым с различными учебными программами студентов (рекомбинируемость компонента в рамках нескольких систем). Как взаимозаменяемость, так и рекомбинируемость сразу же узнаваемы в социальных процессах и артефактах Блэра, а также хорошо отражены в обсуждении Гарудом и Кумарасвами [39] экономии замещения в технологических системах. [40]
Системная эквивалентность Блэра также демонстрирует связь между заменяемостью и модулем как гомологом . Системная эквивалентность Блэра относится к способности нескольких модулей выполнять приблизительно одну и ту же функцию в системе, в то время как в биологии модуль как гомолог относится к различным модулям, разделяющим приблизительно одну и ту же форму или функцию в разных организмах. Крайность модуля как гомолога обнаруживается в математике, где (в простейшем случае) модули относятся к повторному использованию определенного числа, и, таким образом, каждый модуль абсолютно одинаков. [40]
Во всех, кроме математики, подчеркивалось, что модули могут быть разными по своей природе. В обсуждении модульной когнитивной системы Фодора каждый модуль выполняет уникальную задачу. В биологии даже модули, которые считаются гомологичными, могут несколько отличаться по форме и функциям (например, плавник кита по сравнению с рукой человека). В книге Блэра он указывает, что хотя джазовая музыка может состоять из структурных единиц, которые соответствуют тем же основным правилам, эти компоненты значительно различаются. Аналогично в исследованиях технологий и организации модульные системы могут состоять из модулей, которые очень похожи (как стеллажи, которые могут быть сложены друг на друга) или очень отличаются (как в стереосистеме, где каждый компонент выполняет уникальные функции) или любой комбинации между ними. [40]
Научные статьи