Законы и закономерности развития антропогенных систем.

Рассмотрим позиции представителей технических наук, занимающимися исследованием законов и закономерностей, по которым развивается техника.

Альтшуллер Г.С. сформулировал три условия принципиальной жизнеспособности технических систем:

1. Закон полноты частей системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технических систем является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы. Полной техническая система является в том случае, ели она имеет все необходимое для выполнения своих функций без участия человека.

2. Закон «энергетической проводимости системы». Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технических систем является проход энергии по всем ее частям.

3. Закон согласования ритмики системы.Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технических систем является согласования ритмики (частоты, колебаний периодичности) всех частей системы.

Развитие технических систем идет в направлении увеличении степени идеальности систем.

Техническую систему можно считать идеальной, если она не имеет веса и размеров, не затрачивает энергии, работает без потерь времени и полностью выполняет свои функции.

Существование технической системы не самоцель. Система нужна только для выполнения какой-то функции (или нескольких функций). Система идеальна, если ее нет, а функция осуществляется.

Развитие частей технической системы идет неравномерно. Чем сложнее система, тем неравномернее идет развитие ее частей. Это свойство называется законом неравномерности развития частей системы.

Исчерпав возможности своего развития, система включается в надсистему (закон перехода в надсистему) в качестве одной из ее частей: при этом дальнейшее ее развитие идет на уровне надсистемы.

Переход в надсистему моджет осуществляться по трем основным путям:

1) создание надсистем из однородных (одинаковых) элементов (например, объединение электростанций в единое энергетическое кольцо др.).

2) создание надсистем из конкурирующих (альтернативных) систем (например, парусно-паровые корабли и др.).

3) создание надсистем из антагонистических систем (например, кондиционер, как объединения холодильника с нагревателем и т.д.).

Антагонистические системы воспроизводят в своей структуре предысторию своего развития.

Развитие технических систем идет в направлении перехода от макроуровня (систем, состоящих из сложных подсистем, деталей сложной формы) к микроуровню (системам, использующим физические эффекты, связанным со строением материи).

Суть закона повышения динамичности и управляемости технических систем:

Развитие технических систем происходит примерно в следующем порядке:

а) от системы с постоянными параметрами к системам с параметрами, изменяющимися при изменении режимов работы системы, что обеспечивает оптимальность ее функционирования (самолет с изменяемой в зависимости от режима полета геометрией крыла и др.);

б) от узкофункциональных систем, предназначенных для выполнения конкретной цели, к широкофункциональным системам, позволяющим изменять функции перестройкой;

в) к системам с дифференцированными внутренними условиями (например - требуемые технологией производства температура, давление, газовый состав и др.) в то время, как условия на «входе» и «выходе» системы определяются внешней средой и человеком (цехи с инертной атмосферой для обработки сильно окисляющихся материалов и др.);

г) к системам с увеличением числа степеней свободы, к системам гибким, эластичным (использование в судостроении эластичных покрытий типа «Ламинфло», позволяющих значительно увеличивать скорость корабля и др.);

д) к системам с изменяющимися связями между элементами, в том числе:

- с заменой вещественных связей полевыми (дистанционное радиоправление);

- с использованием вещественных связей, изменяющихся под воздействием поля (электромагнитное перемешивание при непрерывной разливке стали и др.);

е) от систем со статической устойчивостью к устойчивым динамическим, т.е. только за счет управления (от 3-колесного велосипеда к 2-колесному и т. п.);

ж) к использованию самопрограммирующихся, самообучающихся, самовосстанавливающихся систем.

Обобщая сказанное, следует указать, что динамичность и управляемость технических систем происходит объективно и вверх: от меньшего к большему, В этом весь смысл.

Мною сформулирован закон об увеличении степени вепольности системы. Если под вепольностью понимать взаимодействие вещества и поля (различных полей, например - гравитационных, магнитных, силовых и др.), то закономерность здесь проявляется в том, что развитие системы идет в направлении увеличения степени вепольности.

Балашова Е.П. сформулировал закономерности совершенствования функционально-структурной организации технических систем.

В каком направлении развиваются системы? В зависимости от сохранения (вложения) отдельных функций развивающихся систем. Это значит, что каждое новое поколение системы данного класса воспроизводит совокупность основных функций предшествующих систем. Поэтому важно изучение прототипов.

Основным источником развития антропогенных систем является борьба диалектических противоположностей - «многофункциональность» и «специализация».

Закон относительного и временного разрешения противоречий в антропогенных системах.

Противоречия, возникающие в антропогенных системах в процессе развития, разрешаются временно на определенных этапах развития систем конкретного класса и проявляются в дальнейшем в трансформированном виде на новом качественном уровне.

Конструктор при создании конкретного образца системы приходит к определенному компромиссу в выборе количественных значений показателей качества отдельных подсистем, пытаясь уравновесить противоречивые стороны.

Сформулированазакономерность повышения функциональной и структурной вещественно-энергетической информационной целостности систем.

Целостность систем обусловлена возможностью вещественных, энергетических и информационных процессов преобразования, хранения и управления.

В реальных системах процессы преобразования, хранения и обмена веществом, энергией и информацией взаимосвязаны.

Следует отметить, что в правильно спроектированных системах все процессы идут в едином ритме. Условие ритмики должно соблюдаться не только внутри системы, но и при ее взаимодействии со средой.

Баланс и гармония во всем - характерные черты совершенства функционально-структурной организации систем.

Принцип многофункциональности систем устанавливает взаимосвязь изменения функции и структуры многоуровневых систем в процессе их развития, а также определяет основные тенденции и этапы развития антропогенных систем.

Анализ эволюции антропогенных систем показывает, что по мере развития систем, усложнения и расширения реализуемых ими функций, наиболее эффективными и жизнеспособными являются системы, в которых расширение функциональных возможностей элементов находится на различных уровнях иерархии системы, опережает рост их сложности.

Закономерность адекватности структурной организации назначению системы я представляю себе таким образом, что максимальное соответствие структуры реализуемым функциям обеспечивает максимальную эффективность системы.

Сущность закономерности, которую я назвал взаимосвязью и взаимосвязанностью качественных показателей системызаключается в том, что если под качеством системы понимаются такие ее параметры, как энергоемкость, эффективность, то оказывается, что за повышение одного из показателей часто приходится «расплачиваться» (ухудшать) другими.

Балашов приводитзакон диалектического уравновешивания,сформулированный А.А. Денисовым и Д.Н. Колосниковым. Суть его в том, что развитие системы идет в направлении уменьшения количественных характеристик их противоречия. Возникновение новой антропогенной системы подчиняется в каждый момент времени принципу наименьшего действия. Движение к равновесию происходит по пути наименьшего сопротивления, более «выгодного», с минимальными отклонениями от оптимального пути.

Половинкина А.И. развил перечисленные теории и предложил следующие принципы:

Принцип избыточности технических решений.Принцип заключается в том, что в любой момент времени для реализации любой функции число созданных технических решений на уровне предложений, патентов, чертежей, моделей и опытных образцов всегда больше серийно реализованных.

Принципа соответствия между функциями и техническими решениями. Каждая функция на множестве имеющихся и возможных технических решений выделяет определенное подмножество технических решений, реализующих эти функции.

Принцип относительного существования функции и технических решенийзаключается в том, что функции имеют намного большую долговечность по сравнению с техническим решением, выполняющим эту функцию.

Принципа конструктивной эволюции. Любой технический объект при ретроспективном рассмотрении его развития является звеном цепи конструктивных изменений, в котором изобретателю первого (начального) технического решения обязательно предшествовало появление (изобретение) новой функции.

Принцип проявляется в пропорциональности между важностью функций и затратами. Чем важнее функция для общества (государства), тем больше средств расходуется на совершенствование технических объектов для выполнения этой функции и тем выше темпы конструктивной эволюции.

Принцип инерции в сфере производства. Этот принцип проявляется в следующем. Производство серийно выпускаемых технических средств увеличивается от нуля по восходящей кривой сначала с отставанием от спроса, затем достигает максимума (перепроизводства), после чего происходит снижение производства до стабилизированного уровня или же до нуля в случае появления лучшего технического решения для выполнения этой же функции.

Наблюдаетсяпостоянное повышение степени механизации и автоматизации технических средств.Да, такая закономерность существует. В любом дереве конструктивной эволюции, начинающемся от конкретной функции, имеет место последовательное появление технических объектов понижающих долю (степень) участия человека в выполнении функций.

Всеобщее соответствие между функцией и структурой технических объектов. Каждый элемент технического объекта или его конструктивный принцип имеют хотя бы одну функцию, обеспечивающую реализацию функций технического объекта, т.е. исключение элемента или признака приводит к ухудшению какого-либо показателя технического объекта или к прекращению им своей функции.

Прогрессивность конструктивной эволюции технических объектов проявляется в законе (гипотезе) о прогрессивной конструктивной эволюции технических объектов. В технических объектах с одинаковой функцией переход от поколения к поколению вызван устранением выявленного на данный момент главного дефекта, связанного, как правило, с улучшением одного или нескольких критериев прогрессивного развития и происходит при наличии необходимого научно-технического потенциала и социально-экономической целесообразности.

1. В приводимых выше закономерностях есть много общего, но много и различий, т. е. они не адекватны. Следовательно, развитие (формирование) этих законов еще далеко от какого-то завершения. Не прослеживается использование системного подхода в раскрытии данных законов в общей системе техники и в частных (специализированных) ее проявлениях.

2. В них не выделена полностью или весьма слабо отражена роль социальных факторов. Это большое упущение. На связь социального с техническим, взаимосвязь человеческого фактора с техническим прогрессом указывают многие философы, отражая потребности общества.

Взгляд на законы развития техники с точки зрения системного подхода.

Системный подход требует прежде всего уяснить, что понимается под техническим объектом?

Техническим объектом (ТО) будем называть созданное человеком или автоматом реально существующее (существовавшее) устройство, предназначенное для определенной потребности... Как синоним понятия «технический объект» в литературе часто используют еще понятие «техническая система».

Данное определение «технического объекта» («технической системы») не соответствует основным положениям системного подхода. В определении технической системы не выделяется целостность (полнота набора элементов), связи и взаимосвязь элементов, функциональность. Ведь система - это полный, целостный набор элементов, взаимосвязанных между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Законы развития техники надо рассматривать как законы развития систем, опираясь на свойства целостности, взаимосвязанности, функциональности, которые неотделимы от понятия системы.

Рассматривая законы развития техники, к объекту исследования (технике, техническим системам) не относятся как к системе в понятиях системного подхода. Таков парадокс, неоправданная непоследовательность, первопричина последующих выводов. Удивительно то, что изобретательские алгоритмы тех же авторов фактически базируются на системном подходе.

С позиций системного подхода три закона «жизнеобеспечения технической системы», предложенные Г.С. Альтшуллером, являются прямым выражением системообразующих факторов.

Действительно, закон полноты системы выражает требования целостного (полного) набора элементов системы; закон энергетической проводимости - наличие необходимых связей между элементами системы (и внешней средой); закон согласования ритмики частей системы отражает функциональную обусловленность взаимодействия.

Таким образом, получается, что в ранг законов развития технических систем (техники) возведены требования о том, чтобы они были системами. Иначе они не могут функционировать, развиваться, существовать.

Этот замечательный и простой по сути вывод прекрасно подтверждает диалектическую мощь системного подхода.

Иными словами, вместо трех рассматриваемых законов Г.С. Альтшуллера, можно назвать один, обобщающий их и включающий еще многие другие свойства и открывающий связь с законами материалистической диалектики, в частности, с системным подходом.

Условием (законом) жизнеспособности технического объекта является то, чтобы он был системой, т.е. по определению системы должен обладать полным (целостным) набором элементов, функционально взаимосвязанных между собой для достижения желаемого результата.

В формулировке Е.П. Балашова три закона жизнеобеспечения технической системы Г.С. Альтшуллера (полнота системы, энергетической проводимости, согласования ритмики) есть стремление выразить одним законом «повышение функциональной и структурной вещественно-энергетической информационной целостности системы».

Г.С. Альтшуллер в этих трех законах рассматривает стартовую позицию целостности системы, Е.П. Балашов - ее качественное развитие (повышение целостности), не акцентируя внимания на том, что в начальном состоянии технический объект как система должен соответствовать данному толкованию целостности. Иными словами, здесь подтверждается, что технический объект должен быть системой и что развитие этой системы идет по пути совершенствования (повышения) ее целостности в функциональных и структурных проявлениях.

Следуя далее методологии системного подхода, необходимо рассматривать техническую систему в развитии, в связи с окружающей средой и т.д.

Развитие систем с позиций системного подхода (материалистической диалектики) происходит по спирали. Поэтому следующие законы Г.С, Альтшуллера:

- увеличение степени идеальности как направление развития;

- неравномерности развития частей системы (что является естественным, т. к. равномерность развития была бы каким-то случайным явлением и не порождала бы внутренних противоречий в системе);

- переход в надсистему, т. е. после исчерпания возможностей развития данной системы ее развитие идет на более высоком уровне как часть надсистемы;

- переход с макроуровня на микроуровень;

- совершенствование управляемости - характеризуют диалектические черты развития системы, но, видимо, далеко не полностью. Нужно анализировать изменение потребностей, внешнюю среду, учитывать комбинационный характер законов техники, их вторичность (и в этом смысле относительность, релятивизм), развитие общества.

Заметим, что с позиций системного подхода аналогичные суждения можно высказать и в отношении законов Е.П. Балашова и А.И. Половинкина.

В заключение следует подчеркнуть не изолированность, а совместность действий всей совокупности законов развития техники, взаимосвязь антропогенного мира с естественным и социальным, что отвечает концепции системного подхода.

Выводы.

Законы и закономерности, сформулированные Е.П. Балашовым, согласуются с разработанным им функционально-структурным подходом (функциональность, соответствующие ей структуры применительно к системам). По своей сути они близки к тем, которые даны Г.С. Альтшуллером. Но адекватность и соответствие между ними иногда трудно устанавливаются. Например, закон увеличения степени вепольности у Г.С. Альтшуллера и повышения функциональной и структурной вещественно-энергетической и информационной целостности системы у Е.П.Балашова, видимо, все же имеют соответствие.

Закон динамического уравновешивания, взятый Е.П. Балашовым у А.А. Денисова и Н.Н. Колесникова, носит характер механического закона, как в классической механике. Возникают сомнения в возможности его обобщения и распространения на другие немеханические системы в указанном виде.

У А.И. Половинкина и Е.П. Балашова сформулирован ряд законов и закономерностей, определяющих первообразность функций по отношению к многообразию структур, их реализующих. Ряд положений нуждается в доказательствах и конкретизации.

Следует отметить, что формулировки Г.С. Альтшуллера, данные им до Н.П. Балашова и А.И. Половинкина, носят более конкретный, практический характер, близки к проводимой им изобретательской деятельности. У других авторов они имеют еще более общий вид и применены «вообще» к техническим системам. Какой-либо законченности и полноты нет ни у кого из них.

В ряде законов используются термины «гармоническое соотношение», «минимальная работоспособность» и т.д., которые не связаны с какими-либо количественными показателями и указывают лишь на общие тенденции в процессах и соотношениях.

Все законы развития техники действуют не обособленно, а, по-видимому, взаимосвязанно. Связи между ними не оговорены. Можно полагать, что в ряде случаев пренебрежение взаимосвязанностью законов неправомерно и недопустимо.