Дискуссии - Наука

Б.И. Кудрин

В результате качественного изменения технических систем в ходе научно-технической революции возник ряд важных вопросов, связанных с их организацией и управлением. Усложнился процесс подготовки и принятия решений, возросла роль конструкторских и проектных организаций, перерабатывающих информацию и материализующих ее в методических указаниях и чертежах, определяющих создаваемую техническую систему. Системный подход как метод исследования для решения проблем, возникающих при создании, построении, формировании современных технических систем, позволяет нетривиальным образом описать их и может дать большие практические результаты: возможность управления формированием технических систем на основе познанных объективных закономерностей.

Основываясь на общих принципах развития кибернетики и системных исследований, рассмотрим подобие организации на уровне сообществ, образованных (при ограниченных энергетических и вещественных ресурсах) различными элементами, которые «порождены» информацией; покажем эквивалентность построения технических, биологических и информационных систем. Для этого необходимо прежде всего ввести ряд определений.

 

НЕКОТОРЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Назовем техноценозом ограниченное в пространстве и времени любое выделенное единство, включающее сообщество изделий. Под изделием понимается предмет или совокупность предметов производства той или иной технологии. Изделие (машина, оборудование, агрегат, устройство, аппарат, прибор) – самостоятельно функционирующая единица, рассматриваемая далее как элементарная. Экосистема – сообщество изделий и неживая среда (физико-химические факторы), функционирующие совместно и рассматриваемые как единое целое. Популяция – элементарная единица техноэволюции, группа изделий (особей) одного вида, занимающая область пространства с определенными границами. Техноэволюция – направленное постепенное и закономерное изменение видов изделий в ряду поколений. Генотип – устройство изделия, генетическая конституция, записанная документально (например, чертежи); совокупность всех документов, определяющих изделия (например, опись описей). Фенотип – реализованный комплекс признаков изделия; работоспособное, «взрослое», отлаженное изделие (реализованный генотип).

Исследование техноценозов – это исследование целого, конкретного объекта, обладающего интегративными свойствами, исследование, предполагающее движение от целого к частям (см. [4, с. 22, 26]) при изучении очень сложных вероятностных технических систем [31. К таким системам могут быть отнесены, например, электрическое хозяйство современных металлургических предприятий, само предприятие, система обеспечения страны чугуном и т. п.

Множество установленных на предприятии изделий обеспечивает функционирование предприятия и образует систему-техноценоз, рассматриваемую как единое структурное целое и характерную для ограниченного пространства, в котором сложились определенные условия, меняющиеся под действием внешних и внутренних факторов. Техноценоз как сообщество всех изделий характеризуется слабыми связями и слабым взаимодействием элементов (изделий), образующих систему.

Если рассматривать промышленное предприятие как техноценоз, то можно говорить о счетности изделий. На крупном металлургическом заводе только электрических машин имеется порядка 10⁵, низковольтной аппаратуры – 10⁶, всего различных электротехнических изделий, узлов, блоков и деталей изделий – 10¹⁰ (общее количество изделий и деталей, образующих современное крупное промышленное предприятие, может быть оценено в 10¹¹). Изучение техноценозов возможно при выделении семейств изделий: например, электрические машины, транспорт, котельные установки, которые могут быть разбиты на конечное число видов (даже при сколь угодно большом числе изделий). Предлагаемый путь анализа аналогичен методу биологического исследования.

Для системных исследований техноценозов необходимо ввести понятие «вид», интуитивно используемое в технике. В практике эксплуатации технических систем, особенно при ремонтах, всегда различается, идет ли речь об особи-изделии или об изделии – представителе популяции (вида). Однако то, что очевидно и общепринято в биологии, пока еще не получило достаточного распространения в технике. Рассматривая общие признаки вида, приведенные К. М. Завадским [8]: численность; тип организации (единую наследственную основу); способность в процессе воспроизведения сохранять качественную определенность; дискретность; экологическую и географическую определенность; многообразие форм; историчность; устойчивость; целостность, можно отметить применимость этих признаков и к техническим устройствам (изделиям). Для отнесения изделия к виду необходимо приписать ему качественную характеристику – тип (наименование, марку) – и количественную – например, величину мощности [12]. Предложенное выше определение вида не может быть окончательным. Важно подчеркнуть здесь лишь, во-первых, методологическую необходимость внедрения этого понятия в технику, во-вторых, что и в биологии сохраняются различия в толковании отдельных таксонов ПО] и, в-третьих, что при любом определении вида и даже при замене таксона (вида на род и т.д.) закономерности формирования биологических систем сохраняются [34]. Введение понятия «вид» означает, что каждое изделие является, с одной стороны, индивидуальностью, особью, фенотипом, созданным на основе информации, заложенной в конструкторских чертежах (генетическая, наследственная информация), а с другой – представителем данного вида, точнее, популяции.

Для каждого изделия как вида могут быть составлены предельные значения всех физико-химических факторов, в результате чего может быть образован n-мерный объем – экологическая ниша. Экологическая ниша вида А есть объем в n-мерном пространстве, определенный минимальным и максимальным значениями факторов среды, в котором обеспечивается выживание вида. Экологическая ниша мыслится в рамках единой четырехмерной пространственно-временной структуры макромира, т. е. фиксирована в пространстве и во времени. Но экологическая ниша – не место в эвклидовом пространстве, а модель описания (аналогичная концепция принята в биологии [29, 301).

В настоящее время во всех странах происходит рост количества и разнообразия выпускаемых изделий. Быстрая замена изделий новыми и новейшими рассматривается как показатель научно-технического прогресса. Ускорение выпуска новых изделий может быть определено как вариофикация – делание, изготовление различного. Вариофикация проявляется не только в быстром обновлении продукции и освоении выпуска новых изделий. Чрезвычайным разнообразием отличаются также изделия одного семейства, увеличение количества видов происходит и в результате неизбежной специализации. Речь идет не только о количественном росте, сами изделия становятся сложнее и состоят из большого числа изделий, наконец, резко возрос уровень технологии (например, в полупроводниковой технике).

Следствие вариофикации – возникновение техноценозов, состоящих из изделий, характеризуемых чрезвычайным многообразием. Определим сосредоточение, появление различного в системе, ограниченной в пространстве-времени, как ассортицу (термины «разнообразие» и «многообразие», употребляемые в кибернетике, информатике, философии, имеют несколько иной смысл).

Ассортица изделий, образующих промышленное предприятие, стала одним из главных факторов, определяющих затраты и производительность труда эксплуатационного персонала. Ассортица не относится к изделию (элементу) или сумме изделий, а возникает в результате взаимодействия всех изделий, образующих техноценоз (на уровне целого). Это интегративное свойство, характерное для «живого» техноценоза. Поэтому методологической основой изучения техноценозов является системный подход.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЦЕНОЗЫ

 Выбор и установка любого изделия, выполняющего конкретные технические задачи, продиктована законами, например электротехники. Так, имеется жесткая каузальность, характер которой не изменится, если учесть, что для данной экологической ниши выбор вида изделия случаен из-за множества случайных воздействий, определяющих конкретный выбор. Будем далее понятие «технические системы» применять к тем, которые создаются в соответствии с определенной системой, например, технических законов, а понятие «техноценоз» – к техническим системам, рассматриваемым как сообщества изделий, образованные по законам, применимым для сообществ элементов, выступающих как целое.

Для формализованного описания больших технических систем широко применяются различные математические модели, которые привели к важным теоретическим и практическим результатам, излагаемым, например, в исследовании операций.

Если подсистемы различны и описываются разными математическими моделями, то возможно введение унифицированной абстрактной схемы, например, названной агрегатом, которая как преобразователь информации описывается следующим образом [5]. Пусть Т – фиксированное множество рассматриваемых моментов времени, X, G, Y, Z – множества любой природы. Элементы будем называть: t Î Т – моментом времени; х Î X – входным, g Î G – управляющим, у Î Y – выходным сигналами, z Î Z – состоянием. Под агрегатом понимается объект, определяемый множествами Т, X, G, Y, Z и операторами переходов и выходов H и Y, реализующих функции z(t) и у(t). Если В пространство параметров агрегата β = (β₁ , . . ., β_n) Î В, то у = Y' {t, z (t), g (t), В}, где оператор Y' содержание сигналов, в общем случае случайных. Задав большую техническую систему как агрегат, можно согласиться, что технические системы обычно можно рассчитывать на основании эмпирических зависимостей [7].

Агрегативный подход к техническим системам, вообще говоря, восходит, с одной стороны, к представлению системы как «черного ящика» [25], а с другой – к представлению траектории в n-мерном пространстве при случайных воздействиях. В явном или неявном виде предполагается, что есть возможность описать техническую систему системой уравнений и дать ее решение. Это особенно необходимо при решении задач управления и для частных случаев выполнимо [14], причем вводятся упрощения и допущения и система рассматривается как сложная и вероятностная.

На первом этапе системное исследование техноценозов сводится к изучению разнообразия изделий, образующих техноценоз, изучению ассортицы: распределяются виды изделий по повторяемости. Выделим (это может быть выборка или генеральная совокупность) из техноценоза виды (изделия), принадлежащие одному более крупному таксону, например какое-либо семейство. Для технической системы «промышленное предприятие» – это будет, например, установленные электрические машины; для технической системы «снабжение страны чугуном» – все доменные печи.

Будем рассматривать только выделенное из техноценоза семейство, состоящее из U изделий. Каждое изделие есть, с одной стороны, индивидуальность – особь (индивид) и Î U (unus), с другой, – представитель вида и Î S (species). Общий перечень особей (изделий) есть текст Т длиной Т = | U |. Общий перечень видов (изделий) – словарь V объемом V = | S |. Отношение между текстом Т и словарем V определимо, если полагать, что две особи могут быть разных видов и могут быть одного вида, тогда u_i Î S_k ≡ и_j, Î S_k, S_i ∩ Sj = Æ при i ¹ j.

Пусть u_i есть число особей вида i, i = 1, s, наблюдаемых в выборке, и пусть n_i = α(j) есть число видов, имеющих j представителей в выборке, т. е. α(j) есть число тех i, для которых u_i = j, j=1,2,... Образуем классы a_i = j, в которых каждый вид представлен равным числом особей. Таким образом, классы образуют числовую последовательность. Общее число видов – словарь – определится как сумма видов по классам S = ∑n_i; количество особей в классе (суммарное количество особей одинаковой встречаемости) u_i = а_in_i; количество особей в выборке (длина текста) Т =∑а_in_i; относительная частота (вероятность) появления класса ω= n_i/S; число видов в классе α(j) = n_i = u_i/j.

Тогда разнообразие видов в техноценозах ω = f(a_i) описывается статистически устойчивой гиперболической зависимостью ω = ka_i^-b, где k, b – параметры, и зависимостью V = f(Т), которая имеет вид показательной функции.

Качественно закономерность формирования техноценозов можно сформулировать следующим образом. Если из техноценоза выделить семейство изделий, состоящее из многих определенных видов, то каждый из них содержит малое число особей. Число видов, каждый из которых представлен все увеличивающимся числом особей, быстро падает. Чем большее количество особей содержит вид, тем меньше вероятность встретить вид, представленный еще большим числом особей.

Закономерность формирования техноценозов проверена на обширном статистическом материале, охватывающем свыше 250 000 особей, 200 выборок и генеральных совокупностей. Проверялись доменные печи страны, распределение металла по стране, котельные ряда городов, электрические машины, установленные на промышленных предприятиях, трансформаторы, кабели, автотранспорт промышленных предприятий, различающихся по величине, времени строительства, географическому положению, отраслевому подчинению. Устойчивость сохраняется во времени при изменении определения вида (качественном изменении выборки): выборка по цехам, годовые ремонтируемые, ремонтируемые только капитально, лишь средним ремонтом, только аварийные и т. д. Оценка видового разнообразия техноценозов производилась по методу Шеннона и ряду других показателей и дала подтверждение устойчивости обнаруженного явления. Часть статистических материалов и результаты исследований приведены в работах [12, 13]. Одновременно был проверен и статистически подтвержден вывод, что текст должен содержать виды с частотой 1, и эти виды в объеме всего словаря V строго определены [2].

Следовательно, построение техноценозов подчиняется объективно существующей закономерности, на основе которой необходимо управлять формированием технической системы. Существуют два предельных случая: все изделия, образующие техноценоз, различны (нет двух одинаковых на всем предприятии): U=S , ω₁ = 1/S; все изделия – одного вида (одинаковы): U = Т, S = 1, ω₁ = 1. Первый случай ведет к максимальным затратам на обслуживание, второй – к минимальным. Однако вопрос о критериях формирования техноценоза достаточно сложен и выходит за рамки статьи. Важно подчеркнуть, что для описания технических систем применим количественный метод, характеризующий разнообразие: это дает возможность перейти к вопросам оптимизации разнообразия в технических системах, которое становится определяющим в издержках на обслуживание.

 

БИОЛОГИЧЕСКИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СООБЩЕСТВА

Подход, аналогичный предложенному для исследования техноценозов, применяется при изучении целого ряда систем: физических (неорганический мир, у В. М. Глушкова – минеральный [7, с. 4]), биологических (органический мир), технических, информационных и (не рассматриваемых в данной статье) социальных.

В биологии количественное изучение видов по повторяемости началось, по-видимому, работами С. Гартсайда (1928 г.). Не сделав математической интерпретации, он утверждал, что, несмотря на большое количество особей, которые характеризуют некоторые виды, большое количество видов представлено сравнительно малой численностью (об этом см.: [34]). Это подтверждает сделанный еще Ч. Дарвином вывод, что «огромное число видов всех классов во всех странах принадлежит к числу редких» [6, с. 425].

Р. Фишер предложил логарифмический ряд для описания распределения количества видов по повторяемости; его при соответствующей аппроксимации можно применить для широкого диапазона значений [28]. А. Корбет получал ранее гиперболическую зависимость, которую Р. Фишер считал предельным случаем [34]. Известны попытки описать экспериментальные данные другими законами распределения. Престон [33] предложил для описания распределения видов по числу особей логнормальный закон. Мак-Артур [31] исследовал ряд моделей, основанных на простых логических посылках, впоследствии они широко цитировались и уточнялись. И хотя Мак-Артур признал свой подход несовершенным [32], его заслуга – в отказе от чисто описательного метода. Уотерсон [35] предложил три модели биоценоза и показал наличие зависимости между числом видов и числом особей. Во всех этих моделях несомненно наличие зависимости, качественно описанной С. Гартсайдом.

Исследование видового разнообразия в сообществах (видов по повторяемости) привело к важному выводу, разделяемому многими биологами: чем больше разнообразие живого в экосистеме, тем она устойчивее. Разнообразие характеризует стабильность биологической системы, оптимальность использования вещественно-энергетических ресурсов.

Таким образом, для стабильных биологических систем существует устойчивое, геометрически интерпретируемое семейством гипербол распределение групп с разным количеством единиц, включая частоты видов с разным числом особей; родов с разным числом видов; видов, обнаруживаемых в разном количестве мест и в разные отрезки времени, справедливое для животного и растительного царств. Это распределение можно считать отражением закона естественного отбора. Отдельные виды «живут» в определенных, отличных друг от друга условиях. Но появление, сохранение или исчезновение вида (популяции) в целом свидетельствуют о наличии объективных законов, способствующих либо появлению, либо сохранению, либо исчезновению вида. Все это объясняется дарвиновской теорией, внешним проявлением которой является динамическое соотношение отдельных видов (численности особей в каждом виде), образующих биогеоценоз (экосистему).

Информационные системы в методологическом отношении рассмотрены достаточно полно [2, 11, 17, 23, 27]. Существует много разновидностей закона Ципфа и много подтверждающих примеров (распределения и законы Мандельброта, Лотки, Парето, Бредфорда, Юла, Уиллиса, Эступа). Универсальность закона Ципфа для науковедения, информатики, лингвистики и других областей, связанных с человеческим поведением (информационных систем), вызвала много гипотез для объяснения выявленной закономерности.

Обнаруженную при анализе словарного запаса устойчивость Ципф [36] объяснил тем, что человек неизменно экономит свои усилия. Эта точка зрения восходит к физике – принципу наименьшего действия. Лингвистическая формулировка данного принципа такова: человеческое общение складывается из желания говорящего быть понятым и слушающего понять при минимальной затрате усилий. Это представление может оказаться полезным при содержательном исследовании количественных результатов интеллектуальной деятельности человека [27]. В термодинамических моделях энергии и энтропии ставится в соответствие аналог: понятие сложности [2], число букв в слове [15], усилия, необходимые для публикации [27]. Перспективна возможность формального представления статистики Бозе-Эйнштейна для описания распределения элементов и стабильной системе [1].

Широкое распространение получило вероятностно-статистическое истолкование закона Ципфа: предполагается существование инвариантных свойств элементов, образующих целостность, которая может быть выделена, но определение которой затруднено. Именно такой метод положен в основу словаря [23].

Таким образом, биологические и информационные системы описываются с использованием методически одинакового подхода: распределения по повторяемости элементов, различающихся между собой. Построение техноценозов аналогично формированию биоценозов, закономерностям создания текстов, массивов научных публикаций и других совокупностей, описываемых законом Ципфа. Сделанный вывод логически вытекает из самого характера системных исследований: техноценоз – множество изделий с отношениями и связями между ними, образующее определенную иерархически организованную целостность. Как и другие природные системы – биологические и информационные, он имеет общее, системное содержание, что может быть описано распределением видов по повторяемости.

Объяснение закономерности построения техноценозов можно основывать на подходе, который сложился в биологии. Используя классификационную последовательность «физические системы – биологические системы – технические системы – понятие информации», опишем их следующим образом: 1) развитие неорганического мира (физические системы) – использование информации, определяемое физико-химическими законами, при отсутствии специального (выделенного) материального объекта – носителя информации и отсутствии плана использования информации; 2) эволюция (биологическая) – недокументальная запись информации на молекулярном уровне при совмещении материального носителя информации и аппарата воспроизведения себя и наличии плана использования информации; 3) техноэволюция – документальная запись информации при пространственно-временном разделении собственно документа, способа его воспроизведения (создания) и вещественно-энергетического воспроизведения плана (изделия), предусмотренного документом.

Важно подчеркнуть принципиальную разницу в использовании информации в неживой и живой природе. В неорганическом мире выделенный объект изменяется под влиянием окружающей среды, причем объектом используется информация для перехода в более стабильное для данных условий состояние.

В процессе развития неорганического мира природа сделала качественный скачок: был найден способ записывать информацию и сохранять ее во времени путем многократного воспроизведения копий. Появились план, программа использования информации для создания системы, обладающей гомеостазисом. С возникновением биологических систем началась эволюция. Природа пошла по пути специализации, создав материальный носитель информации – ген.

Следующим шагом, продолжающим путь в направлении специализации, стало создание технических систем. Произошло разделение функций: 1) появился материальный объект, содержащий закрепленную информацию, – документ, выделившийся из гомеостатической системы, которая создается по плану, программе, содержащейся в этом документе (уникальность и воспроизведение документа не зависят от способа и времени воспроизведения и функционирования гомеостатической системы – изделия); 2) воспроизведение (изготовление) изделия осуществляется во времени и пространстве в соответствии с закрепленной информацией, содержащейся в документе, с использованием определенного в нем вещества и энергии, которые, однако, не принадлежат документу.

Появление технических систем с необходимостью вызвало возникновение информационных систем, создающих документы (в любом их виде [21]), использующих их для создания новых документов, системы различной документации и отдельных документов как систем. «Информация как разнообразие не существует вне других свойств объекта, как сама информация не существует вне времени и пространства, вне энергии и других свойств материальных объектов. Это взаимопроникновение информации во все свойства объекта и служит, на наш взгляд, основой отображения, передачи информации от объекта назначения к субъекту» [22, с. 56]. Если передача информации состоялась, и отображение закреплено (создан документ) и его можно передать и использовать, то образовалась информационная система, которая может стать объектом изучения.

 

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОТБОР

Предположим наличие (аналогично закону естественного отбора) закона информационного отбора, действующего в техноценозах (точнее, в экосистемах) и управляющего техноэволюцией. Закон естественного отбора (см. [6]) в классической форме основан на изменчивости, наследственности и отборе.

Изменчивость видов изделий в процессе техноэволюции очевидна. Но при этом не всегда учитывается, что любое изделие создается в соответствии с документом и может быть дискретно (как целостность) выделено для рассмотрения как нечто элементарное. Ряд изделий, например сверхзвуковой самолет, принципиально не может быть создан без документа (чертежей, расчетов, технических условий и т. д.).

Сформулируем следующее положение: любой документ изменяется; изменение изделия как вида есть следствие изменения документа. Создание нового генотипа изделия (модификация существующей или разработка новой документации), определяющего появление нового вида изделия и вариофикацию как явление, аналогично мутации генетической информации биологических систем.

Ж. Б. Ламарк постулировал принцип прямого приспособления к условиям внешней среды. Однако изучение эволюционных процессов показало, что приобретенные организмом признаки не наследуются. В процессе эксплуатации изделия (машины) вносятся различные усовершенствования, изменения (иногда во всю партию). Важно отметить, что какими бы существенными или несущественными ни были вносимые изменения, они не будут воспроизведены, если они не закреплены документально. Точнее, для воспроизведения модифицированных изделий (машин) изменения следует вносить в действующую документацию: приобретенные в процессе эксплуатации признаки не наследуются, наследуются только генетические изменения.

В биологии установлено, что организмов каждого вида рождается больше, чем может найти себе пропитание, выжить и оставить потомство. Применительно к технике это означает, что видов изделий создается больше, чем есть свободных экологических ниш. В технике, как и в биологии, увеличение специализации, т. е. уменьшение разницы между максимальными и минимальными значениями факторов, вызывает потенциальное увеличение количества особей: если два вида начинают занимать одну нишу, то вид с большей конкурентоспособностью в борьбе за лимитирующий параметр (фактор) вытесняет другой, который элиминируется или занимает другую нишу (специализируется).

Таким образом, множество созданных изделий существующих видов и множество изделий вновь появившихся как следствие вариофикации ("придуманных" видов) попадают в конкретные техноценозы, где количество экологических ниш ограничено (см. рис.1). Реализованные фенотипы ведут в техноценозах «борьбу за существование» при ограниченности вещественных и энергетических ресурсов. Популяции изделий, которые обладают признаками, способствующими освоению новых или перераспределению в свою пользу существующих экологических ниш, выживают. Это проявляется в создании незакрепленной информации – принятии мнения, что изделие работоспособно (лучше) или требует доработки, или его нужно снять с производства и т. д. В техноценозах, как и в биоценозах, конкурентные взаимоотношения наиболее сильно проявляются вблизи положения равновесия [20]: в момент создания промышленного предприятия комбинация изделий может быть широкой, для созданных техноценозов внедрение нового вида труднее, вызывает большее противодействие и возможен отрицательный результат (и для лучших изделий) – из-за консерватизма системы, высокого потенциала барьера вступления.

Борьба за существование внутри экосистемы находит свое выражение в ее воздействии на популяцию путем прямого и косвенного истребления изделий. «Без избирательного уничтожения, конечно, нет и эволюции, однако избирательный характер элиминации определяется... свойствами самих особей – формами их организации и жизнедеятельности... Таким образом, уничтожение принимает закономерный характер движущего механизма эволюции только через посредство внутренних сил, действующих внутри данной популяции» [24, с.27]. Элиминация существующей популяции происходит потому, что у нее часть показателей «хуже», чем у вновь возникшей.

Принципиальное отличие естественного отбора от информационного заключается в том, что уничтожение биоособи означает одновременное уничтожение генетической информации, сохранение – одновременное воспроизведение себе подобной особи и подобной (тождественной) информации. Уничтожение же или сохранение изделия не имеет прямого отношения к документу – генетической информации об изделии. Здесь незакрепленная информация документируется и превращается в программу. Возникает необходимость в «разумной» машине, которая могла бы оценить результаты воздействия вновь пришедшей популяции на экосистему и экосистемы на вновь пришедшую популяцию, т. е. оценить итоги борьбы за существование.

В биологии в силу действия механизма наследственности каждая отобранная особь будет стремиться к размножению своей новой, измененной формы; в технике документ утверждается и становится действующим для изготовления изделия. «Наследственность» – обязательная черта информационного отбора изделий: любой документ содержит «наследственную» информацию, материализованный опыт предшествующих поколений.

При наличии материально-энергетических условий по действующим дискретным документам осуществляется размножение отобранных вариантов, изготовление изделий с детерминированной структурой, жестко заданной размерами, связями, компоновкой, исходным материалом, с вероятностным разбросом параметров. Происходит передача и усиление прямой наследственной информации. В популяции увеличивается (появляется) информация, реализованная во время предыдущего цикла и закрепленная документально (генетически). Отбор генотипов ведет к реализации фенотипов.

Процесс преобразования наследственной информации в фенотипическую отражает, во-первых, появление и проявление индивидуальности изделий (в частности, присвоение имен-номеров). Во-вторых, готовое изделие (и чем оно сложнее, тем более) отличается от того, которое предусмотрено в документе, – явление, хорошо известное проектировщикам и наладчикам. Поэтому необходимы доводка, обкатка и испытания, и только после этого изделия попадают в экосистему.

Итак, закон информационного отбора сводится к следующим утверждениям [131:

– любой документ изменяется;

– видов изделий появляется больше, чем есть свободных экологических ниш;

– реализованные фенотипы ведут борьбу за существование при ограниченных вещественных и энергетических ресурсах;

– популяции, которые обладают признаками, способствующими освоению новых или перераспределению в свою пользу существующих экологических ниш, образуют источник незакрепленной информации;

– незакрепленная информация документируется в превращается в программу;

– документ утверждается и становится действующим для изготовления изделия.

На рис.1 закон информационного отбора представлен схемой техноэволюции, которая является переработкой схемы, предложенной И.И. Шмальгаузеном, для объяснения закона естественного отбора в терминах кибернетики [24]. Схема показывает общую основу естественного и информационного отбора и их отличие, вытекающее из принципиальной разницы – отделения документа.

Схема дает объяснение известному явлению, заключающемуся в увеличении темпов техноэволюции. Биологическая эволюция осуществляется по полной схеме «генотип – фенотип – борьба за существование – воспроизведение генотипов». Техноэволюция также осуществляется по полной схеме, но для нее возможна и ускоренная схема, которая минует отбор в экосистеме. В результате появляется возможность неправильного отбора, т. е. отбора нежизнеспособных в экосистеме особей, но в случае верного решения происходит многократное ускорение эволюции.

 

Увеличить >>>

 

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Созданные человеком быстро растущие и качественно меняющиеся технические системы поставили проблему управления формированием систем. Вариофикация все в большей мере повышает общественные издержки при изготовлении новых изделий, ассортица – при их эксплуатации. Эффективная организация и управление этими явлениями должны основываться на законах техноэволюции, мощным инструментом в познании которых являются системные исследования, отвлекающиеся от субстанциональных характеристик.

Наряду со сложившимися системными исследованиями технических систем целесообразно их изучение как сообществ изделий – техноценозов, что предполагает применение ряда понятий, которые используются при изучении других типов систем. Методологически исследование техноценозов должно основываться на изучении распределения видов изделий выделенного семейства по повторяемости. В целом это означает «переход от представлений о структуре как о том, что однозначно детерминирует ... ход событий, к представлениям о ней как о совокупности ограничений, накладываемых на «степени свободы» отдельных элементов системы, – ограничений, возникающих вследствие организованности элементов в рамках целого» [26, с. 33]. Построение техноценозов характеризуется объективной закономерностью, имеющей общий характер.

Обнаруженная закономерность построения технических систем может быть объяснена на основе закона информационного отбора. Принципиальным отличием техноэволюции является документальная запись информации при пространственно-временном разделении собственно документа, способа воспроизведения документа и способа воспроизведения изделия, предусмотренного этим документом. Изменчивость изделий, преемственность («наследственность») изделий и технологии, наконец, отбор «лучших» изделий очевидны. Важно выявить механизм отбора, формы отбора, факторы, ускоряющие или замедляющие изменчивость и т. п., но главное – осознать объективность, вероятностно-статистический характер построения техно-ценозов.

Основной целью предлагаемой работы и была разработка методологии исследования техноценозов и объяснение обнаруженных закономерностей построения технических систем. Учитывая определенную новизну в постановке вопроса, его неразработанность и обширность, данная статья должна быть рассмотрена лишь как определенный шаг на пути исследования систем, создаваемых человеком.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев Н.Б., Бакиров Т С., Завалишин Н.Н., Ефимов В.М. Распределение организмов стабильного биоценоза по величинам потока энергии. – Труды IV совещания зоологов Сибири. Новосибирск: СО АН СССР, 1972.

2. Арапов М.В., Ефимова Е.Н., Шрейдер Ю.А. О смысле ранговых распределений. – Научно-техническая информация. Сер. 2, 1975, № 1.

3. Бир Ст. Кибернетика и управление производством. М.: Физматгиз, 1963.

4. Блауберг И.В. Целостность и системность. – В кн.: Системные исследования: Ежегодник, 1977. М.: Наука, 1977.

5. Бусленко Н.П., Калашников В. В., Коваленко И. Н. Лекции по теории сложных систем. М.: Сов. радио, 1973.

6. Дарвин Ч. Происхождение видов. М.; Л.: Сельхозгиз, 1937.

7. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Проблемы системологии (проблемы теории сложных систем). М.: Сов. радио, 1976.

8. Завадский К.М. Вид и видообразование. Л.: Наука, 1968.

9. Завадский К.М. Развитие эволюционной теории после Дарвина. Л.: Наука, 1973.

10. Заренков Л.А. Лекции по теории систематики. М.: Изд-во МГУ, 1976. И.

11. Козачков Л. С. Системы потоков научной информации. Киев: Наукова думка, 1973.

12. Кудрин Б.И. Распределение электрических машин по повторяемости как некоторая закономерность. – В кн.: Электрификация металлургических предприятий Сибири. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1974, вып. 2.

13. Кудрин Б.И. Применение понятий биологии для описания и прогнозирования больших систем, формирующихся технологически. – В кн.: Электрификация металлургических предприятий Сибири. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1976, вып. 3.

14. Кудрин Б.И. Формирование электрического хозяйства металлургического предприятия как большой системы. – Изв. ТПИ, 1976, т. 295.

15. Мандельброт Б. Теория информации и психолингвистика: теория частот слов. – В кн.: Математические методы в социальных науках. М.: Прогресс, 1973.

16. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1975.

17. Орлов Ю.К. Обобщенный закон Ципфа – Мандельброта и частотные структуры информационных единиц различных уровней.– В кн.: Вычислительная лингвистика. М.: Наука, 1976.

18. Садовский В.И. Общая теория систем как метатеория.– Вопр. филос, 1972, № 4.

19. Садовский В. Н. Основания общей теории систем. М.: Наука, 1974.

20. Свирежев Ю.М. Вито Вольтерра и современная математическая экология.– В кн.: Вольтерра В. Математическая теория борьбы за существование. М.: Наука, 1976.

21. Словарь терминов по информатике. М.: Наука, 1971.

22. Урсул А.Д. Проблема информации в современной науке. М.: Наука, 1975.

23. Частотный словарь русского языка. М.: Русский язык, 1977.

24. Шмальгаузен И.И. Кибернетические вопросы биологии. Новосибирск: Наука, 1968.

25. Эшби Росс У. Введение в кибернетику. М.: Изд-во иностр. лит., 1959.

26. Юдин Б.Г. Системная ориентация.– В кн.: Системные исследования: Ежегодник, 1972. М.: Наука, 1973.

27. Яблонский А.И. Стохастические модели научной деятельности.– В кн.: Системные исследования: Ежегодник, 1975. М.: Наука, 1976.

28. Fisher R.A., Corbet A.S., Williams С.В. The Relation Between the Number of Species and the Number of Individuals in a Random Sample of an Animal Population.– i. Anim. Ecol., 1943, N 12.

29. Hutcliinson G. E. The Niche: an Abstractly Inhabited Hypervolume.– In: The Ecological Theater and the Evolutionary Play. New Haven (Conn.): Yale Univ. Press, 1965.

30. Jorge 0. Ares. El Modelo de Nicho Fundamental: Su Applicacion en la Investigacion Ecologica.– Cie. e Invest., 1970, vol 26 N 7.

31. MacArtur R. W. On the Relative Abundance of Bird Species – Proc. Nat. Acad. of Sci., 1957, vol. 43, N 3.

32. MacArtur R. W. Note on Mr's Pielou Comments.– Ecology 1966, N 47.

33. Preston F. W. The Canonical Distribution of Commonness and Rarity. Pt I.– Ecology, 1962, N 43.

34. Williams С. В. Patterns in the Balance of Nature and Related Problems in Quantitative Ecology. London; New York- Acad Press, 1964.

35. Watterson G. A. Models for the Logarithmic Species Abundance Distributions.– Theor. Popul. Biol., 1974, N 6.

36. Zipf G. K. Human Behaviour and the Principle of Least Effort. Massachusetts: Addison Wesley Press, 1949.

Системные исследования. Методологические проблемы. Ежегодник 1980. – М.: Наука, 1981. – С.236–254.

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]