// Электрификация металлургических предприятий Сибири. Вып. 3. - Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та, 1976. - С.171-204.

ПРИМЕНЕНИЕ ПОНЯТИЙ БИОЛОГИИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ

И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ БОЛЬШИХ СИСТЕМ,

ФОРМИРУЮЩИХСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ

Б.И. Кудрин

Мы знаем только одну единственную

науку, науку истории.

Историю можно рассматривать

c двух сторон, её можно разделить

на историю природы и историю

людей. Однако обе эти истории

неразрывно связаны…

К. Маркс и Ф. Энгельс

Одним из следствий научно-технической революции является быстрый рост разнообразия выпускаемых изделий и быстрая замена выпускаемых изделий новыми и новейшими. Это явление порождает достаточно много различных проблем, затрагивающих самые широкие интересы общества [1, 2].

В Советском Союзе за последние 10–15 лет ежегодно создается примерно 4 тысячи новых образцов машин, оборудования, аппаратов и приборов. В то же время ежегодно снимается с производства более тысячи устаревших конструкций [3]. В США в 1969 г. доля новой продукции, не производившейся за 5 лет до того, составила в электротехнической промышленности 20 % (в 1959 г. – 12 %), в общем машиностроении – 18 % (14 %), в химической промышленности 19 % (16 %). Можно считать, что ежегодно на рынке США обновлялось в конце 60-х годов в среднем 12–14 % продукции обрабатывающей промышленности [4].

Электротехническая промышленность СССР в 1973 г. освоила производство 1290 новых видов изделий против 585 в 1968 г. Средний цикл (от технического задания до изготовления первых образцов) по уникальному электротермическому оборудованию сократился в 1971–1973 гг. до 3,5–4 лет против 5–7 лет до 1969 г., по бытовым электронагревательным приборам – с 2 до 1,2 года [5]. За период 1961–1970 гг. номенклатура источников света увеличилась с 750 до 1115 типоразмеров [6]; номенклатура светотехнических электроустановочных изделий насчитывает 420 типоразмеров, ежегодно заканчивается 20–25 разработок, снимается с производства 5–8 изделий [7].

Это явление, определённое нами как вариофикация – делание различного [8], одна сторона технологической эволюции (техноэволюции). Другая сторона заключается в том, что новые виды машин, оборудования, аппаратов, приборов, изделий и т. п. поступают на определённые предприятия (город, район) и вместе со старыми изделиями, уже находящимися там, образуют системы (в первом приближении – замкнутые), формирование которых определяется закономерностью, имеющей общий характер. Образовавшиеся системы характеризуются значительным разнообразием изделий одного семейства, например, электрических машин [8, 9]. Это явление определено нами как ассортица – сосредоточение, появление различного в системе, ограниченной в пространстве-времени (термины "разнообразие", "многообразие" заняты теорией информации [10, 43], философией [11] (см. также [25]), πoiχiλia, πoλμεiδia, varietas, multiformitas, pluriformitas – неудобны).

Рассматривая вопросы техноэволюции, естественно обратиться к понятиям, применяющимся при изучении органической (биологической) эволюции.

Уже более ста лет сам термин "эволюция" используется в биологии для обозначения процессов исторического развития различных живых организмов. Наиболее полное определение эволюции предложено Ф. Добжанским и Е. Бези-гером, которые выделяют следующие главные особенности биологической эволюции (в изложении К.М. Завадского [12]).

1. Эволюция – творческий процесс. Её основой является "возникновение новшеств", опирающееся на существование практически неограниченных возможностей перекомбинации генов. 2. Наличие новшеств необходимо, но недостаточно для эволюции, так как биологически ценны только новшества, обеспечивающие выживание особи и вида. 3. Оценка новшеств – кибернетический процесс естественного отбора, закономерно приводящий популяции и виды в гармонию с окружающей средой и накапливающий в генотипах информацию о прошлых и настоящих окружающих условиях. 4. Эволюция совершается путём проб и ошибок, так как естественный отбор "оппортунистичен": он приспосабливает вид к условиям, существующим только в данное время и в данном месте. Приспособление к данной среде может затруднить приспособление к будущей среде: эволюция всегда включает риск неудачи (её "оппортунизм" содержит опасные моменты, связанные со специализацией). 5. Эволюция противоположна онтогенезу, который совершается по заранее заданной программе. Эволюция – это непрограммированное (нецеленаправленное) развитие. 6. Преемственность – фундаментальное свойство эволюции: каждое изменение обусловлено предшествующими изменениями и обусловливает те изменения, которые последуют за ними. Поэтому для эволюции необходима и преадаптация.

В комплексе биологических наук исключительно важная роль принадлежит эволюционной теории, разработанной главным образом Дарвином. Как отметил И.И. Шмальгаузен, "только в дарвинизме эволюционная теория осуществила синтез всех биологических знаний" [13]. Главными факторами эволюции всех живых существ, по Дарвину, являются изменчивость, наследственность и естественный отбор. "Выражаясь метафорически, можно сказать, что естественный отбор ежедневно, ежечасно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно, невидимо, где бы когда бы только ни представился случай, над усовершенствованием каждого органического существа по отношению к условиям его жизни, органическим и неорганическим" [14, с. 174].

Одним из наиболее важных итогов дальнейшего развития теории эволюции явился переход ученых от организмоцентрического стиля мышления к популяционно-статистическому. Изменение стиля мышления связано с преодолением идей лапласовского детерминизма, с внедрением в науку вероятностного подхода, идей кибернетики и системных взглядов. Ранее закономерности развития видов отождествлялись, сводились к закономерностям развития особей. Возникшая недавно популяционистическая концепция предполагает, что наименьшей единицей жизни, способной к эволюции, и специфическим её носителем является местная популяция, т.е. часть населения вида, устойчиво заселяющая определённую территорию и имеющая численность, достаточную для надежной работы отбора. Эта популяционная концепция эволюции воплощает в себе современный дарвинизм и служит фундаментом синтетической теории эволюции [12].

Выделение популяции как элементарной единицы эволюции обусловлено тем, что именно в популяциях возникают, накапливаются и перекомбинируются мутации, происходит перестройка наследственной основы организма, применяется наследственно обусловленная норма реагирования. "Соревнование особей и естественный отбор протекают также в основном внутри популяции, и если биогеоценоз есть арена первичных эволюционных преобразований, то входящая в его состав популяция данного вида организмов является наименьшей эволюирующей единицей" [13].

Объединёнными усилиями систематиков множество существ живого мира распределено по различным естественным категориям, из которых наиболее важной является вид. Биологический вид является одним из ярких примеров объективного существования в природе явления, не данного нам в чувственно-воспринимаемой форме.

Применительно к электрическим машинам будем считать видом (типоразмером) электрическую машину, отличающуюся численной и качественной характеристиками: величиной номинальной мощности и наименованием типа. Например, вид 28А. В этом случае двигатели А71-2, А72-4, А81-6, А82-8 будут одного вида [9]. Этот вид относится к роду асинхронные электродвигатели, семейству электрические машины.

Каждый отдельный двигатель является, с одной стороны, фенотипом, особью, созданной как конкретный результат информации, заложенной в конструкторских чертежах (генетическая, наследственная информация), с другой – представителем данной популяции.

К электрической машине как к виду могут быть отнесены общие признаки вида [15]: численность; тип организации (единая наследственная основа); способность в процессе воспроизведения сохранять качественную определённость; дискретность; экологическая и географическая определённость; многообразие форм; историчность; устойчивость; целостность.

Предполагаемое определение вида не является исчерпывающим и используется нами в практике проектирования электрического хозяйства металлургических предприятий как рабочее. Понятие вида не уточняется из-за наличия и необходимости рассмотрения большого количества фактического материала, из-за различия взглядов, например, на заменяемость (механический участок – обмоточный; предприятие – снабженческие организации) и др.

Понятие "вид" должно быть сформулировано для одной цели – описания техноценозов, сукцессии экосистем, другими словами, для описания техноэволюции. Обращаясь к истории биологии, можно отметить, что, хотя известно определение вида, данное ещё Аристотелем, борьба за признание этого понятия длилась много веков и не завершилась при К. Линнее и Ч. Дарвине, которые во многом показали объективность существования вида.

Множество установленных на предприятии электрических машин обеспечивает функционирование предприятия и образует систему, рассматриваемую как единое структурное целое и характерную для ограниченного пространства, в котором сложились определённые условия, меняющиеся под действием внешних и внутренних факторов. Используя представительную выборку, будем характеризовать такую систему установленным количеством электрических машин и распределением видов по повторяемости [8].

Изложенное соответствует сложившимся понятиям в экологии (от греческого oikos – дом, место), которая посвящена изучению взаимоотношений живых организмов, растительных или животных, со средой; это изучение имеет целью выявить принципы, управляющие этими отношениями [16].

В экологии центральным является понятие экосистема (биогеоценоз), которое обозначает свойственную определённым условиям физической среды и характерную для реального географического пространства совокупность растений и животных, связанных между собой тесными взаимоотношениями. Эта совокупность производящих и потребляющих растений и животных, в результате длительного развития при воздействии соответствующих физических факторов, обладает высокой степенью динамической устойчивости (экологическим равновесием).

Отдельные виды "живут" вполне в определённых 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 многочисленные и очень сложные причины, связи и зависимости, определяющие развитие вида во времени, приводят к различному распределению отдельных особей разных видов в экосистеме [17]. Общепринятой стала точка зрения, что чем разнообразнее число видов в природе, тем выше её помехоустойчивость, устойчивость к любым внешним воздействиям.

Используя общие направления системотехники и сложившиеся определения, будем при рассмотрении вопросов техноэволюции считать, что экосистема есть совокупность взаимосвязанных видов, рассматриваемая как единое структурное целое и характерная для ограниченного пространства, в котором сложились условия, меняющиеся под действием внутренних и внешних факторов.

Представим крайне упрощённую электрическую машину А из популяции, входящей в экосистему – металлургическое предприятие. Пусть работа машины А (возможность "выживания") определяется двумя физическими параметрами – температурой окружающего воздуха Т и величиной подводимого напряжения U, причём T₁ и U₁ – нижние пределы переменных, ниже которых машина вида А не встречается, T₂ и U₂ – верхние пределы. Предполагается, что Т и U – независимые величины. На плоскости с координатами Т и U будет существовать площадь, каждой точке которой поставим в соответствие пару Т_i, U_i:

T₁≤T_i≤T₂; (1)

U₁≤U_i≤U₂,

которая допускает выживание вида. Вся площадь, удовлетворяющая условию (1) и представляющая весь набор возможных сочетаний Т и U, при котором может встречаться вид А, есть экологическая ниша вида А.

На реальные электрические машины, входящие в экосистему, действует в очень сложной форме и определяет их выживание большое количество факторов: температура окружающей среды, влажность, запылённость, состав и количество агрессивных газов, габариты и вес, величина напряжения, отдаваемая и потребляемая мощность, способы и габариты присоединения к механизму, качество потребляемой электрической энергии, частота включения, способность к перегрузкам и др.

Для каждой электрической машины, как вида, могут быть составлены предельные значения для всех факторов, в результате чего может быть образован n-мерный объем – экологическая ниша.

Экологическая ниша вида А есть объем в n-мерном евклидовом векторном пространстве, определённый минимальным и максимальным значениями факторов среды, в котором обеспечивается выживание вида. Экологическая ниша мыслится в рамках единой четырехмерной пространственно-временной структуры макромира, т.е. привязана в пространстве и во времени. Но экологическая ниша – не место в евклидовом пространстве, а модель описания природы и технологии.

Рассмотрим некоторые следствия при применении понятия экологической ниши (фундаментальной Хатчинсона [46, 47]).

Пусть F_A – объем экологической ниши, обеспечивающей выживание вида А, F_B – объем экологической ниши, обеспечивающей выживание вида В. Примем для простоты все факторы среды равными, кроме одного, например, Т. Тогда объемы F_A и F_B при сравнении определятся величиной минимального и максимального значения . Пусть для F_A Т лежит в пределах T₁≤T_A≤T₁₀, а для F_B (в том же масштабе) T₄≤T_B≤T₆.

Тогда для одного и того же пространства экологических ниш F_A в нём может быть размещено меньше, чем F_B, а, следовательно, электрических машин вида В в этом пространстве будет больше. Другими словами, увеличение специализации, т.е. сужение разницы между максимальными и минимальными значениями факторов вызывает потенциальное увеличение количества особей.

Экологические ниши не могут перекрываться, а лишь соприкасаются: если два вида начинают занимать одну нишу, то вид с большей конкурентоспособностью в борьбе за лимитирующий параметр (фактор) вытесняет другой, который элиминирует или занимает другую нишу (специализируется).

Концепция экологической ниши позволяет поставить и перейти к решению таких вопросов, как оптимальное количество и объем экологических ниш для определённой экосистемы, например, сколько и каких электрических машин необходимо для нормальной жизнедеятельности крупного металлургического завода; максимально возможное количество особей в экосистеме; образование новых экологических ниш и прогнозирование их появления; влияние отдельных факторов на выживаемость вида, уже располагающего экологической нишей, в том числе и таких, как эстетические требования (желательно выражение в количественной форме), требование различных инспекций, экономичность (одно из определяющих), ремонтопригодность, надежность. Когда появится вид (особь), имеющий экологическую нишу, перекрывающую существующую, возникает необходимость уничтожения существовавшего вида (особи). Желательно ли ускорить этот процесс или ему противодействовать?

Следует также определить закономерность попадания отдельных видов в экосистему, например, электрических машин на металлургический завод, и этим охарактеризовать систему. Наконец, следует определить распределение видов по повторяемости отдельных особей и выявить в динамике смену и появление отдельных видов.

При всех этих исследованиях очевидна необходимость применения вероятностных методов исследования и принятия взгляда, что во всякой изолированной системе происходят такие изменения, которые приводят систему к её наиболее вероятному, равновесному состоянию.

Природные и технологические системы характеризуются равновесием – сложным кибернетическим свойством систем, называемым гомеостазисом, представляющим собой стремление системы функционировать в границах устанавливаемых пределов или при постоянных условиях [48].

Для дальнейшего сравнения био- и техноэволюции сведём в таблицу основные термины, имеющие черты общности (табл. 1). Биологические определения приводятся в основном по [18] с использованием [17, 20]. Под организмом понимается любой живой объект, под изделием – предмет или совокупность предметов производства той или иной технологии. Относить ли к изделиям доменную печь, прокатный стан или считать их экосистемами – достаточно дискуссионный вопрос, имеющий аналогии в биологии [19]. Технологии есть "обусловленные состоянием знаний и общественной эффективностью способы достижения целей, поставленных обществом, в том числе и таких, которые, никто, приступая к делу, не имел в виду" [1].

Поясним некоторые термины табл. 1.

Вид как единица классификации растений и животных и бинарная система наименования видов К. Линнея получили всеобщее признание из-за объективности содержания, которая была подтверждена эволюционной теорией. Закономерности техноэволюции во многом определятся при изучении развития отдельных видов. Необходимость классификации всех выпускаемых и выпущенных изделий, всего созданного человеком ощущается и находит отражение в потоке исследований по этому вопросу. По электрическим машинам, например, предложена единая классификация [21], которая по выделению уровней и общему подходу близка определителям биологии.

Очевидное и широко используемое в биологии понятие популяции следует шире применять для описания экосистем (а также техноценозов), так как ряд признаков, неприменимых к особям, характерен только для популяции как целого: плотность, смертность (для неремонтируемых электродвигателей – средний срок службы, для ремонтируемых – средняя наработка на отказ), рождаемость (поступление в экосистему двигателей изучаемого вида), распределение изделий по возрастам, характер территориального распределения, характерис-

1. Основные термины описания параллелизма био- и техноэволюции

Определение понятия	Наименование
	биологическое	технологическое
Самостоятельно функционирующая единица Элементарная единица эволюции, группа особей одного вида организмов, занимающая область пространства с определёнными границами Ограниченное в пространстве и времени любое единство, включающее все популяции (все организмы (изделия)) Сообщество и неживая среда (физико-химические факторы), функционирующие совместно и рассматриваемые как единое; взаимосвязанный комплекс организмов, характерных для известных геофизических условий Направленное постепенное и закономерное изменение популяций в ряду поколений Материальный объект, содержащий закреплённую информацию и предназначенный для её передачи и использования Устройство изделия, генетическая конституция, записанная с помощью символов; совокупность всех генов (документов), определяющая организм (изделие) Внешнее видимое проявление наследуемых признаков, реализованный комплекс признаков организма Возможность и способность к воспроизведению своего вида Внезапное наследственное изменение, любое изменение, внесённое в документ, по которому изготавливается изделие Формирование экосистем количественно увеличивающимися видами так, что каждое из большинства видов представлено малым числом особей; по мере увеличения количества особей одного вида – число этих видов сокращается	организм особь вид популяция биоценоз, биотическое сообщество биогеоценоз (геобиоценоз), экосистема эволюция ген генотип фенотип размножение мутация (видовое разнообразие)	изделие особь вид (типоразмер) популяция техноценоз экосистема техноэволюция документ генотип фенотип изготовление вариофикация ассортица

тики использования, генетическая приспособленность. Только массовый отказ рольганговых с полым ротором электродвигателей прокатного стана на Западно-Сибирском металлургическом заводе охарактеризовал неприспособленность этой популяции для рассматриваемой экосистемы (вне зависимости от возможной причины: неудачный генотип или низкая квалификация обслуживающего персонала).

Всё учащающиеся изменения (каким бы образом они ни возникали), вносимые в документы (и создание новых документов), которые определяют изделие и, в частности, появление изделий нового вида есть отражение вариофикации, наиболее проявляющейся со времени научно-технической революции. В СССР в 1972 г. создано около 4000 наименований новых образцов машин, оборудования, аппаратов и приборов; освоен и начат серийный выпуск 3,7 тысячи новых видов промышленной продукции; снято с производства 1,3 тысячи наименований устаревших машин, оборудования, аппаратов, приборов и изделий [22]. Электротехнической промышленностью в 1973 г. освоено производство 1290 новых видов изделий против 585 в 1968 г.

Количество выпускаемых человеком изделий по видам стало одного порядка с достигнутым природой за миллионы лет: промышленность США уже производит около 20 тысяч видов различных электрических ламп.

Наряду с ростом числа видов резко усложнилось обозначение изделий, например, тип УК-4Н-УР-ц-2-01-6/250-У4 ТУ16.539.548–72. Не каждый даже специалист-электрик скажет, что это удлинитель с тремя основными и одной резервной розетками, предназначенными для присоединения различных электрических приборов бытового назначения.

Не будем рассматривать порядок возникновения, причины и последствия вариофикации, существование параллелей с мутацией [18, 23], потому что автор ставит целью показать, что такое явление есть и что для использования и управления вариофикацией необходимо осознание этого явления и его изучение. В этой связи достаточно вспомнить становление генетики и её сегодняшние результаты.

На функционирование экосистем большое влияние оказывает ассортица, которая заключается не только в чрезвычайном разнообразии изделий, образующих техноценоз. К этому же явлению следует отнести принципиальные отличия в проектных решениях аналогичных объектов, например, стан 1700 Карагандинского и стан 2000 Новолипецкого металлургических заводов; определение высоты кабельных помещений машинных залов 8 м для кислородно-конвертерного цеха № 2 Западно-Сибирского металлургического завода и 3 м для такого же цеха в Липецке.Различные институты и даже отделы в пределах института (и группы внутри отдела) предусматривают в проектах для одного завода (одной экосистемы), например, разные способы прокладки кабельных коммуникаций для питания цеховых троллеев, разные светильники для помещений одного назначения и др.

Ассортица была проверена для техноценозов металлургических предприятий Сибири, на которых 12 годовых выборок охватили 27632 электродвигателя, которые оказались 5618 видов, причём по одному виду встретилось 2868 видов [8]. Дополнительные исследования по Новосибирскому металлургическому заводу (табл. 2) подтвердили большое разнообразие электрических машин, входящих в экосистему, и наличие объективной закономерности формирования техноценозов.

Приведённые в табл. 2 сведения, характеризующие ассортицу, есть результат техноэволюции. Покажем наличие аналогии, возможность взаимного моделирования техноэволюции и биологической эволюции, взяв за основу кибернетическую схему регуляции эволюционного процесса, предложенную И.И. Шмальгаузеном [24], который обосновал возможность применения основных принципов кибернетики к изучению эволюционного процесса.

Рассмотрим представленную на рис. 1 схему техноэволюции, начав с документа (оставляя в стороне классический вопрос: ovum vel avis. О первичности гена или клетки см. замечание С. Коэна [26, с. 32]).

Документ содержит наследственную информацию, материализованный опыт предшествующих поколений. Так, любая электрическая машина создается на основе трудов М. Фарадея, но в сегодняшних документах на изготовление, например, серии АО4 это уже не отражено. Количество документов, определяющее весь комплекс признаков изделия (все его составные части), сравнимо для некоторых изделий по порядку с генотипом высших организмов, где содержится около 10⁵ генов.

При создании автоматических выключателей серии А3700 для определения технического уровня только низковольтных автоматических выключателей объем перерабатываемой информации составил по патентному фонду 7×10⁶ и по научно-техническим материалам 12×10⁶ символов [27].

При наличии материально-энергетических условий по действующим дискретным документам осуществляется размножение отобранных вариантов, изготовление изделий с детерминированной структурой, жестко завязанными размерами, связями, компоновкой, исходными материалами с вероятностным разбросом параметров.

Происходит передача и усиление прямой, наследственной информации. В популяции происходит увеличение (появление) информации, реализованной во время предыдущего цикла и закреплённой документально (генетически).

Отбор генотипов ведёт к реализации фенотипов.

Процесс преобразования наследственной информации в фенотипическую отражает, во-первых, появление и проявления индивидуальности изделий (в частности, присвоение имён-номеров). Явление, хорошо наблюдаемое для изделий, начиная с определённой сложности – "характер" машины, индивидуальность в работе и др. Вспомним А. Моруа: "Машины плохо обращаются с теми, кто их не любит". То же в биологии: простейшие (для нас), как и болты, все "на одно лицо" (или по крайней мере с меньшими "капризами", чем цветной телевизор).

Во-вторых, готовое изделие, и чем сложнее оно, тем более отличается от предусмотренного документом. Явление, хорошо известное проектировщикам и наладчикам. Осуществляются доводка, обкатка, испытания, и затем изделия попадают в экосистему.

Указанное – неизбежный результат вероятностно-статистического разброса показателей вокруг математического ожидания признака, предусмотренного документом, и помех со стороны.

По каналу обратной связи через фенотипы оказывается воздействие на документ, либо минуя техноценоз (см. метод ресурсных испытаний [31]), т. е. непосредственно (аннулирование – при нежизнеспособном фенотипе, внесение изменений – при неудовлетворительных признаках), либо через контроль, осуществляемый в экосистеме (удовлетворённость фенотипом). Это положение соответствует выводу, сделанному И.И. Шмальгаузеном: отбор идет по фенотипам, но отбираются генотипы.

2. Повторяемость видов ремонтируемых электродвигателей по годам

на Новосибирском металлургическом заводе

ai	1970 г. S=326		1971 г. S=275		1972 г. S=413		1973 г. S=374		1974 г. S=423
	aini	ωi	aini	ωi	aini	ωi	aini	ωi	aini	ωi
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	166 134 75 72 35 48 49 40 18 70 11 24 …	0,5090 0,2055 0,0766 0,0552 0,0214 0,0245 0,0214 0,0153 0,0061 0,0214 0,0030 0,0061 …	145 64 96 48 60 84 42 48 18 20 11 – …	0,5272 0,1160 0,1160 0,0436 0,0436 0,0509 0,0218 0,0218 0,0072 0,0072 0,0036 – …	247 144 96 80 45 36 35 8 54 20 11 – …	0,5980 0,1743 0,0774 0,0484 0,0217 0,0145 0,0121 0,0024 0,0145 0,0048 0,0024 – …	220 132 78 56 60 36 42 48 18 – 55 24 …	0,5882 0,1768 0,0695 0,0374 0,0321 0,0160 0,0160 0,0160 0,0053 – 0,0134 0,0053 …	248 124 120 64 25 54 42 64 45 60 55 – …	0,5210 0,1462 0,0943 0,0377 0,0117 0,0212 0,0141 0,0188 0,0117 0,0141 0,0117 – …
Σ	989	1,0000	858	1,0000	1135	1,0000	1015	1,0000	1210	1,0000
d c d1 d2 e		3,03 0,0822 47,18 10,36 2,69 0,466		3,12 0,0799 40,62 9,38 2,70 0,482		2,75 0,0931 58,64 12,26 2,64 0,439		2,71 0,0953 54,04 11,77 2,62 0,442		2,86 0,0853 59,52 12,16 2,74 0,454

Популяция, группа изделий одного вида, попав в экосистему, начинает активно захватывать жизненные средства, перестраивать видовой состав техноценозов. "Мы можем рассматривать воздействие популяции на биогеоценоз как передачу информации о состоянии и генетическом составе популяции. Носителем информации является в этом случае только особь, т.е. фенотип или реализованный генотип" [24, с. 27]. Ярким примером воздействия новой популяции является широкое применение регулируемых электроприводов в сочетании с увеличением установленных мощностей [28, 29]. Тиристорные преобразователи не только вытеснили в поставках другие виды преобразователей, но и привели

Рис. 1. Схема техноэволюции. I. Полная: документ – отбор генотипов – реализация фенотипов – воздействие популяции – борьба за существование – воздействие экосистемы – естественный отбор – индексация (корректировка) документа. II. Ускоренная: документ – отбор генотипов – реализация фенотипов – обратная связь через фенотипы – индексация (аннулирование) документа

к созданию новой пуско-регулирующей и защитной аппаратуры, вызвали определённые изменения в системе электроснабжения.

В экосистеме начинается (точнее, продолжается) никогда непрекращающаяся борьба за существование. Изделие или осваивает новую экологическую нишу, или вытесняет предшествующие изделия из уже занятой. Результат борьбы за существование определяют лимитирующие факторы, аналогичные закону Либиха [17], правильнее – пределы толерантности Шелфорда.

Так, граммофон освоил новую экологическую нишу, электропроигрыватель вторгся в занятую. На металлургических предприятиях идет массовая замена работающих электромашинных преобразователей средней мощности тиристорными. Для трансформаторов 10/0,4 кВ (6/0,4) объем экологической ниши значительно ограничен, а популяция ограничена существующими нагрузками и набором объектов. Появление сухих трансформаторов и трансформаторов с совтоловым заполнением не привело к вытеснению масляных трансформаторов: они для металлургических предприятий остались основным видом. Есть определённая цикличность в борьбе за существование: предохранители – тепловые расцепители, короткозамыкатели с отделителями – масляные выключатели, напряжение 3 и 6 кВ для высоковольтных двигателей до 1000 кВт.

Борьба за существование внутри экосистемы находит свое выражение в воздействии экосистемы на популяцию путем прямого (например, выбрасывание радиоактивных датчиков уровня, разукомплектование части автоматики насосных станций) и косвенного (отключение автоматики въезда в цех) истребления изделий.

"Без избирательного уничтожения, конечно, нет и эволюции, однако избирательный характер элиминации определяется не хищниками или другими внешними факторами, а 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 неё часть показателей "хуже", чем у вновь пришедшей: серия асинхронных электродвигателей 4А и 4АК, запроектированная взамен серии А2 и АК2, имеет повышенный к.п.д. на 0,3–0,6 % и сниженную массу на 15–20 %, серия СД-2 и СГ-2 против СД и СГ, соответственно – 0,2–0,8 % и 30 % [30]. Такими показателями могут быть не только экономические, но и эстетические, эргономические и другие требования.

Как было показано выше, экологическая специализация увеличивает количество возможных экологических ниш и количество изделий, которые способны выжить в данной экосистеме (процесс, совпадающий с общим направлением техноэволюции), что увеличивает ассортицу.

До 1951 г. выпускалось девять различных серий асинхронных электродвигателей мощностью до 100 кВт. С 1951 г. эти серии были заменены единой серией. В 1964 г. в массовое производство внедрена новая единая серия асинхронных двигателей мощностью 0,6–100 кВт, и после неудачной промежуточной серии внедрена (1972 г.) очередная новая единая серия с модификациями основного исполнения, специализированного по конструкции, по условиям окружающей среды, узкоспециализированного исполнения и по способу монтажа [32].

Каждая следующая серия содержит большее количество видов, что усиливает ассортицу. Следует учитывать также, во-первых, что двигатели старых серий продолжают работать, и сроки их службы превосходят в 2–5 раз сроки освоения новой серии. К тому же некоторые старые серии проектируются и заменяются по частям [34]. Для крупных электрических машин переменного тока срок обновляемости, т.е. период от начала серийного производства новой машины до снятия её с производства и замены, составляет около 12 лет при среднем "возрасте" выпускаемой машины 7 лет [33].

Во-вторых, наметилась тенденция к снижению применения универсальных, общепромышленных двигателей, что объясняется углублением специализации, применением двигателей для конкретных условий и для конкретной отрасли (увеличение количества экологических ниш). Уже выпускаются специальные сельскохозяйственные двигатели, двигатели для горной, химической, металлургической, нефтяной промышленности и др., которые имеют своё количество типоразмеров, определённое минимальными для данной серии затратами в сфере производства и эксплуатации [35].

В последнее время участились сообщения об унификации как между сериями, так и внутри серий. Например, серия автоматических выключателей АЕ2000 на ток от 25 до 100 А состоит из трех типоразмеров и заменяет 5 серий и в них 9 типоразмеров [36].

Изложенное в последних примерах относится, скорее, не к видам, а к более крупным таксономическим единицам. Но мы считаем, что и к техноэволюции применимы слова Дарвина: "Группы видов, т.е. роды и семейства, следуют в своем появлении и исчезновении тем же самым правилам, каким следуют отдельные виды" [14, с. 422].

Таким образом, контроль популяции, осуществляемый экосистемой, приводит к отбору, к оценке отдельных признаков, к (не)приемлемости популяции, к (не)целесообразности дальнейшего воспроизведения вида. "Контрольный механизм биогеоценоза представляет собой не что иное, как "борьбу за существование" Дарвина, связанную с естественным отбором" [24, с. 51].

В целом, как указывал И.И. Шмальгаузен, предложенная им кибернетическая схема регуляции эволюционного процесса является лишь перефразировкой дарвиновского понимания эволюции. Используя предложенные аналогии и интерпретируя их шире, можно сделать вывод, что закон естественного отбора Ч.Дарвина является частью более общего – закона информационного отбора. Сведем изложенное в табл. 6 и укажем на некоторое существенное отличие.

Перед рассмотрением таблицы подчеркнем значение слова "естественный" в понятии Ч. Дарвина, которое вытекает и из предпосланного книге эпиграфа Бутлера, и из дальнейшего пояснения: "Я назвал это начало, в силу которого каждое незначительное изменение, если только оно полезно, сохраняется, естественным отбором для того, чтобы указать этим на его отношение к отбору, применяемому человеком. Но выражение, часто употребляемое Гербертом Спенсером: "Переживание наиболее приспособленного", – более точно, а иногда и одинаково удобно" [14, с. 156]. Укажем также, что прогресс или совершенствование изделия понимается нами в смысле, изложенном В.Л. Комаровым: 1) усложнение организации, 2) установление гармонии между формой и строением каждого органа и его функцией, 3) установление гармонии между организмом и окружающей средой. Главное – это усложнение организации [37, с. 44]. Конечно, это положение нельзя абсолютизировать, что аргументированно было показано ещё Ч. Дарвином [38, с. 104].

Эволюция направлена, "… в длинной цепи эволюции организмов усложнение организации и усложнение действующей на неё среды являются факторами, обуславливающими друг друга" [39, с. 414]. Это усложнение привело к появлению homo sapiens, который и положил начало техноэволюции. Homo sapiens сравнительно недавно распрощался с геоцентрическим взглядом, но сохранил убеждение, что он во все времена останется завершением эволюции,

Таблица 6

Теория естественного отбора Ч. Дарвина

Теория информационного отбора

Любая группа животных и растений (организмов) имеет тенденцию к наследственной изменчивости Организмов каждого вида рождается больше, чем может найти себе пропитание, выжить и оставить потомство Между множеством рождающихся особей происходит борьба за существование Особи, которые обладают признаками, дающими им какое-либо преимущество в конкурентной борьбе, имеют больше шансов выжить, и таким образом, подвергнутся естественному отбору. Выживание наиболее приспособленных _____ В силу могущественного принципа наследственности каждая отобранная особь будет стремиться к размножению своей новой, изменённой формы

Любой документ – изменяется Изделий изготавливается больше, чем есть свободных экологических ниш Реализованные фенотипы ведут борьбу за существование при ограниченности вещественных и энергетических ресурсов Популяции, которые обладают признаками, способствующими освоению новых или перераспределению в свою пользу существующих экологических ниш, образуют источник незакреплённой информации Незакреплённая информация документируется и превращается в программу Документ утверждается и становится действующим для изготовления изделия

венцом природы. В этой связи невольно вспоминается предостережение, высказанное Ф. Энгельсом: "… Мы отнюдь не властвуем над природой, так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над ней, так, как кто-либо находящийся вне природы … мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри её… (Ф. Энгельс. Диалектика природы. Госполитиздат, 1953, с. 141).

Техноэволюция – порождение природы на определённом этапе её развития, и, чтобы управлять техноэволюцией, надо прежде всего познать её законы. При рассмотрении различных аспектов техноэволюции мы исходили, в частности, во-первых, из убеждения в материальном единстве мира, в действии законов физики и химии на любом уровне структурной организации, из тезиса, что "логично предположить, что вся материя обладает свойством, по существу родственным с ощущением, свойством отражения" (В.И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 18, с. 91); во-вторых, что развитие диалектично и при этом есть "повторение в высшей стадии известных черт, свойств etc. низшей …" (В.И. Ленин. Философские тетради. М., 1965, с. 203); в-третьих, из принципа неисчерпаемости материи (В.И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 18, с. 277). Последнее неразрывно связано с принципами развития и материального единства мира, о которых В.И. Ленин писал, что "всеобщий принцип развития надо соединить, связать, совместить с всеобщим принципом единства мира, природы, движения, материи, etc.". (В.И. Ленин. Философские тетради. М., 1965, с. 229).

Уникальность, неповторимость, разнообразие видов и форм существования живого основано на единстве генетического кода, лежащего в основе всех форм живого и обусловленного структурой дезоксирибонуклеиновой кислоты. "Поразительно, как мало принципов использовала Природа для создания всего фантастического разнообразия живых организмов. Поистине magnum opus эволюционного процесса можно было бы назвать: "Тема с вариациями" [41, с. 15].

Не останавливаясь на модели Дж. Уотсона и Ф. Крика, отметим, что они объяснили, как молекула ДНК может передавать информацию и воспроизводить саму себя, и на этом основании был объяснён синтез белков и выделена единица генетической информации [18, 23].

Процессы, протекающие в неживой природе, определяются законами физики и химии, в частности, вторым законом термодинамики. Жизнь устойчиво нестабильна в термодинамическом смысле: за счёт переработки информации живое способно противодействовать увеличению энтропии.

А.А. Ляпунов, используя понятия информации, дал определение живого как высокоустойчивого состояния вещества, использующего для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул [42].

Из-за специфичности вопроса [1, 10, 11, 24, 25, 43] нами не рассматривается понятие информации. В качестве рабочего принято определение [20], количественное определение по К. Шеннону [43], а в качестве достаточно широкого – определение В.М. Глушкова: "Информация существует постольку, поскольку существуют сами материальные тела и, следовательно, созданные ими неоднородности. Всякая неоднородность несет с собой какую-то информацию" [44, с.15].

Подчеркнем принципиальную разницу в использовании информации в неживой и живой природе. В неорганическом мире выделенный объект изменяется под влиянием окружающей среды; при этом, можно сказать, объектом используется информация для перехода в более стабильное, более вероятностное для данных условий состояние. Но как бы ни были сложны и красивы поразительные очертания скал, созданных дефляцией, они появились не в результате предварительного плана, не предусмотрены какой-либо программой: нет материального объекта – носителя информации, по которому a priori можно предсказать результат (результат предсказуем на основе физико-химических законов по Лапласу–Ньютону точно; вероятностно-статистически – с определённым приближением).

В процессе развития неорганического мира природа сделала качественный скачок: нашла способ записывать информацию и сохранять информацию во времени путём многократного воспроизведения копий; появился план, программа использования информации для создания системы, обладающей гомеостазисом. Природа пошла по пути специализации, создав материальный носитель информации – ген, что позволило записать всё живое, в том числе, использовав примерно 25000 генов, человека как вид.

Следующим шагом, сделанным природой на пути специализации, явилось разделение функций: 1) появился материальный объект, содержащий закреплённую информацию – документ, выделившийся из гомеостатической системы; системы, которая создается по плану, программе, содержащейся в 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 закреплённой информацией, содержащейся в документе, с использованием определённого документом вещества и энергии, которые не принадлежат документу.

Представим изложенные соображения в виде схемы изменения применения информации (рис. 2). У автора нет сомнения, что процесс специализации, осуществляемый природой, не закончился.

Рис.2. Схема изменения применения информации

Развитие неорганического мира -------------> Использование информации, определяемое физико-химическими законами, при отсутствии материального объекта – носителя информации и отсутствии плана использования информации документом

Эволюция (биологическая ---------------> Недокументальная запись информации на молекулярном уровне при совмещении материального носителя информации и аппарата воспроизведения себя, и наличии плана использования информации

Техноэволюция -----------> Документальная запись информации при пространственно-времен-ном разделении собственно документа, способа его воспроизведения и вещественно-энергетического воспроизведения плана, предусмотренного документом

Информэволюция ------------> ?

Проблемы, порождаемые техноэволюцией, достаточно сложны. "Не будем… слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают значение первых" (Ф. Энгельс. Диалектика природы. Госполитиздат, 1953, с. 140). Вариофикация и ассортица могут быть иллюстрацией этого известного положения Ф. Энгельса.

Эти явления и их последствия стали обсуждаться не только в специальной литературе, но и в массовой, например, "Литературной газете". Я. Шестопал написал о вариофикации холодильников, телевизоров, утюгов (в 1965 г. в стране 60 заводов-изготовителей выпускали 54 модели утюга) и правильно ставил вопрос об унификации ("ЛГ", 25.04.73, № 17); А.Чудаков поражен, почему человек принужден выбирать доску для резки овощей из 18 различных образцов ("ЛГ", 31.07.74, № 31). Г. Кулагина настораживает, когда некоторые предприятия хвалятся тем, что ежегодно обновляют чуть ли не 30–40 % номенклатуры своей продукции. Он справедливо пишет, что далеко не всякая машина плоха, если она долго находится в производстве, и приводит пример автомобиля "фольксваген", который тиражируется и продается в миллионных экземплярах уже более тридцати лет, несмотря на обилие на рынке всяческих новинок ("ЛГ", 26.03.75, № 13). Последнее указывает на действие механизма информационного отбора, когда экосистема каждый раз сохраняет действующую документацию.

Из предложенной схемы техноэволюции, факта пространственно-временного разделения информации (появление документа) и воспроизведения (размножения) изделия вытекает возможность самостоятельной жизни документа (начало информэволюции): воспроизведение документа, индексация документа, аннулирование или появление нового. Всё это уменьшает значение информационного отбора, т.е. действие обратных связей по полной схеме техноэволюции (рис. 1), в частности, значение борьбы за существование в экосистеме.

Следствием показанного отделения документа явилось определённое смещение понятий, которое проиллюстрируем следующим примером.

В 1908 г. Г. Форд запустил в массовое производство "модель Т". Форд говорил: "Хочу создать машину, которая никогда бы не ломалась". К моменту снятия автомобиля с производства, в 1927 г. было выпущено более 15 миллионов экземпляров. (Действовала полная схема информационного отбора). В этом же году цель была сформулирована президентом "Дженерал моторс" А. Слоуном иначе: "Основная проблема будущего – как сделать автомобили непохожими друг на друга и на прошлогодние модели". (Чётко сформулированное явление – вариофикация).

На нас надвигается аболесценция – заранее запланированная смерть товара [1, 2]: "Автоматы напялили на него однодневные ботинки, приклеили к рубахе одноразовый воротник, пристегнули теряющиеся запонки, заклеили дыры бытстроотклеивающимся пластырем и всучили модную шляпу "Носи-Бросай". (Б. Зубков, Е. Муслин. Непрочный, непрочный, непрочный мир. Антология советской фантастики. М., 1967).

Управление этими и другими порождёнными техноэволюцией явлениями следует искать на пути изучения информационного отбора как целого, так и по составляющим, определяя причины, границы применимости, следствия, имея в виду, что "мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать её (природы) законы и правильно их применять" (Ф. Энгельс.Диалектика природы. Госполитиздат, 1953, с. 141).

Укажем ещё на две аналогии, которые можно провести между естественным и информационным отбором. Ч. Дарвин писал: "Если вид однажды исчез с лица земли, мы не имеем оснований думать, что та же форма когда-нибудь появится вновь" [14, с. 421].

Вымерли, подобно мамонтам, грузовые автомобили "Я-3", "Я-4","АМО-2", "АМО-3", "ЗиС-21", "ЗиС-42", "ЯА-2", "ЯГ-10", "ЯГ-12" и ряд других, легковые машины "Л-1", "ЗиС-102", "ЗиС-СПОРТ". В. Тишаков приводит длинный перечень исчезнувших самолетов, тракторов, паровозов ("ЛГ", 27.08.75, № 35). Список может быть дополнен множеством других видов изделий.

Общим в примерах является не только исчезновение вида, а то (и это главное), что при этом исчезает, утрачивается информация (генетическая в одном случае, документальная – в другом). Мы утратили информацию не только собственно по машине, но изменилась технология: это и деревянная кабина, и резина, которая сейчас другая, и магнето (было такое название), которое было покупным и изготавливалось по другим документам, и способ обработки металлов, который изменился вместе с изменившимися станками. Короче – другая система стандартов, технических условий на всё совершенно. В лучшем случае мы можем сделать нечто похожее, как, не располагая информацией, сделал Вольке ручные часы могущественный старик Хоттабыч.

Ж.Б. Ламарк постулировал принцип прямого приспособления к условиям внешней среды (путём упражнения органов и наследования приобретённых свойств). Однако изучение эволюционных процессов показало, что приобретённые организмом признаки не наследуются. В процессе эксплуатации изделия (машины) на предприятии вносятся различные усовершенствования, изменения вносятся иногда во всю партию машин (популяцию экосистемы).

Важно отметить, что какими бы существенными или несущественными ни были вносимые изменения, они не будут воспроизведены, если не будут закреплены документально. Точнее, для воспроизведения изменённых машин изменения следует вносить в действующую документацию: приобретённые в процессе эксплуатации признаки не наследуются, наследуются только генетические изменения.

Кроме фактов, которые приведены ранее в подтверждение теории информационного отбора, рассмотрим некоторые собранные нами фактические сведения по описанию электрического хозяйства металлургических предприятий.

Ещё Ч. Дарвином отмечено, что "огромное число видов всех классов во всех странах принадлежит к числу редких" [14, с. 425]. В настоящее время широко распространено убеждение, что чем более разнообразие видов в природе, тем выше её помехоустойчивость, что уровень разнообразия в биоценозах является индикатором состояния среды.

Нами было исследовано распределение видов электрических машин по повторяемости в экосистемах – металлургическое предприятие – и показана закономерность формирования техноценозов [8].

Счётное множество особей (фенотипов), которые все могут быть отнесены к некоторому, образующему экосистему, числу видов одного класса, и само число видов распределено таким образом, что каждое из большинства видов представлено малым числом особей; а по мере увеличения количества особей одного вида – число этих видов сокращается. Уменьшающееся число видов, при возрастающем количестве особей в каждом виде, основывается каждый раз последовательно на увеличивающемся числе видов, каждый их которых представлен уменьшающимся до единицы числом особей.

Будем считать, что предложенная закономерность имеет объективный характер и объясняется законами, определяющими биологическую и технологическую эволюцию. Тогда логично следующее следствие.

Если при случайной выборке особей и группировке их по видам уменьшения числа видов, по мере увеличения количества особей каждого вида, не происходит, и если методология учета корректна, то должны быть возмущающие причины, нарушающие обычный ход эволюции.

Эта закономерность аналогична существующим распределениям в органическом мир, представленным, в частности, в монографии К.Б. Вильямса [53], в которой рассматривается распределение групп с разным количеством единиц, включая частоты видов с разным числом особей, родов с разным числом видов; хозяев с разным числом паразитов; видов, обнаруживаемых в разном количестве мест и в разные отрезки времени и др. Рассматривается распределение насекомых, животных, птиц, растений.

Сравнение полученных нами зависимостей с данными, приведёнными в монографии, показало хорошее совпадение, особенно с результатами S. Garthside (сбор в клейкую ловушку 5186 особей насекомых 399 видов n₁=171, сачком 5665 особей 488 видов n₁=159), A.S. Corbet (9031 бабочка 620 видов n₁=118), W. Kirby (805 видов 209 родов богомолов n₁=82), J.A. Waterhouse (351 вид 111 родов n₁=52), Da Costa Lima, C.R. Hathaway (1012 видов 175 родов n₁=60) и самого К.Б. Вильямса (Lepidoptera в световых ловушках 1933–1936 гг. особей 3541, 3275, 6828, 1977 видов соответственно 178, 172, 198, 154 n₁=32, 33, 37, 54).

Значительность выводов из найденных аналогий побудила к дальнейшему проведению исследований, которые были продолжены в двух направлениях: 1) определение устойчивости закономерности во времени для видов одного класса (табл. 2) и 2) проявление этой закономерности на видах других таксономических групп, образующих техноценозы (табл. 3).

В таблицах для каждой выборки указано общее количество изделий U (особей – unus), распределённых среди S видов (species). Пусть a_i (i=1, 2, …, n; n<S) – класс, где каждый из j видов представлен равным числом особей. Общее число видов в выборке определится как сумма видов по классам:

(2)

количество особей в классе (суммарное количество особей одинаковой встречаемости):

(3)

количество особей в выборке:

(4)

относительная частота появления класса:

(5)

В табл. 2 представлены документально определённые электродвигатели, прошедшие капитальный (аварийные и плановые) и средний ремонты в электроремонтном цехе Новосибирского металлургического завода. Годовой охват ремонтами на уровне 20 % от числа установленных. За 1971 г. не учтены аварийно отремонтированные электродвигатели. В таблице приведены только редко встречающиеся виды (поступление в ремонт не чаще одного раза в месяц в среднем за год).

В табл. 3 указаны электродвигатели (часть таблицы распределения) по Кузнецкому металлургическому комбинату, отремонтированные в 1970 г; автотранспортные специальные средства (автопогрузчики, трубоукладчики, грейдеры, краны, прицепы) в цехах Западно-Сибирского металлургического завода (1974 г.); силовые кабели 10 кВ, питающие распределительные и понизительные подстанции Западно-Сибирского металлургического завода. Для кабелей за вид принят кабель, соединяющий две подстанции и отличающийся сечением, маркой и длиной (дискретность 100 м).

Для оценки видового разнообразия техноценоза Новосибирского металлургического завода в табл. 2 приведены численные значения некоторых показателей разнообразия [17] без изменений, вытекающих, например, из исследования [56].

Показатель повторяемости изделия:

(6)

Показатель доминирования [49]:

(7)

Показатель видового богатства по Маргалефу [50]:

(8)

Показатель видового богатства по Менхинику [51]:

(9)

Показатель общего разнообразия Шеннона [43]:

(10)

Показатель выровненности [52]:

(11)

Близость численных значений отдельных показателей, особенно совпадение показателя общего разнообразия Шеннона, подтверждает устойчивость формирования рассматриваемого техноценоза.

В качестве числовой модели распределения видов по повторяемости нами принималась гипербола

(12)

где k≈ω_i, b=const. Выражение (12) использовалось главным образом для создания (выделения) серий ремонтируемых электродвигателей (прогнозирование размеров серии и их качества) и оптимального по кoличеству и номенклатуре обменного фонда. Результаты расчета на ЭВМ параметров выражения (12) применительно к распределению табл. 2 приведены в табл. 4. Данные таблицы свидетельствуют о возможности применения выражения (12) с высокой уверенностью.

Учитывая, что гипербола расходится, Р. Фишер применил вместо гиперболы логарифмический ряд как сходящийся ряд с конечной суммой, представив частоты распределения видов, содержащих различное число особей, в виде (нулевой член не включён):

(13)

Сумма всех групп:

(14)

Соответствующий ряду (13) ряд U_i, т.е. особей в одном и том же классе

n_i, n₁x, n₁x², …, n₁x^n-1. (15)

Ряд, сходящийся с суммой

U=n₁(1-x). (16)

Величина х может быть определена из выражения

(17)

Следовательно, при заданном числе видов и количестве особей этот ряд единственный.

3. Распределение видов по повторяемости

ai	Электродвигатели			Автотранспорт			Кабели
	ni	aini	i	ni	aini	ωi	ni	aini	ωi
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 19 21 24 26 27 33 36 54	732 216 104 68 26 26 18 16 16 16 9 9 5 6 4 8 4 4 4 2 1 2 2 1 …	732 432 312 272 130 156 126 128 144 160 99 108 70 90 64 136 72 76 84 48 26 54 66 36 …	0,5382 0,1588 0,0765 0,0500 0,0191 0,0191 0,0132 0,0118 0,0118 0,0118 0,0066 0,0066 0,0037 0,0042 0,0029 0,0059 0,0029 0,0029 0,0029 0,0015 0,0007 0,0015 0,0007 …	19 7 3 2 1 1 5 1 1	19 14 9 10 6 7 40 12 14	0,475 0,175 0,075 0,050 0,025 0,025 0,0125 0,025 0,025	60 49 37 39 6 16 7 10 4 7 4 4 4 6 1 2 2 2 1 1 1 1	60 98 111 156 30 96 49 80 36 70 44 48 56 90 16 34 36 38 24 27 33 53	0,228 0,186 0,141 0,148 0,023 0,061 0,027 0,038 0,015 0,027 0,015 0,015 0,015 0,023 0,004 0,007 0,007 0,007 0,004 0,003 0,003 0,003
Всего	1360	6742	1,000	40	131	1,000	264	1285	1,000

4. Численные значения коэффициентов распределения по повторяемости

видов электрических машин по Новосибирскому металлургическому заводу

для гиперболы ω_i=ka_i^-b и логaрифмического ряда х

Объем выборки	Значения коэффициентов
	b	k	χ^2	x
1970 г, 1 полугодие 2 полугодие годовая	1,7169	0,4361	0,1284
	1,7462	0,4448	0,1538
	1,4354	0,3220		0,8736
1971 г, 1 полугодие 2 полугодие годовая	1,6437	0,4120	0,1710
	1,7960	0,4584	0,1289
	1,6106	0,4245		0,8730
1972 г, 1 полугодие 2 полугодие годовая	1,8189	0,4642	0,0744
	1,9864	0,4978	0,0688
	1,8380	0,4688		0,8508
1973 г, 1 полугодие 2 полугодие годовая	1,7644	0,4499	0,0941
	1,7995	0,4593	0,1569
	1,4940	0,3508		0,8918
1974 г, 1 полугодие 2 полугодие годовая	1,9472	0,4912	0,0617
	1,9491	0,4916	0,0685
	2,0882	0,4009		0,8403
Средняя по полугодиям	1,7897	0,4568	0,0516
Средняя годовая	1,8186	0,4315	0,0229	0,8443

Введём индекс разнообразия

(18)

который ниже, когда число видов ниже в отношении к числу особей, и выше, если число видов велико, тогда выражение (13) может быть представлено в виде

(19)

Эта предложенная Р. Фишером модель логарифмического распределения [54] получила общее распространение [17, 53] и широко обсуждается [56]. В монографии [53] показано, что гипербола есть предельный случай логарифмического ряда,

Нами на примере 12 годовых выборок, охватывающих 27632 электродвигателя 5618 видов, показана применимость логарифмического ряда. Геометрическая интерпретация распределения видов по повторяемости выполнена с использованием треугольных чисел [45], учитывая, что a_i представляет ряд натуральных чисел и что высоты Z=f(i) образуют последовательность 1, 3, 6, 10, …, n(n+1)/2. В этом случае распределение может быть представлено в виде пирамиды разнообразия объемом U, состоящей из i цилиндров объемом U_i с радиусом основания [8]: √ω_i (S/p)._,

Логарифмический ряд – одна из возможных моделей [17, 56]. Вильямс, подробно обосновавший применение логарифмического ряда для различных случаев, прямо отмечает, что это не единственная модель, которую следует принимать во внимание [53].

Не останавливаясь окончательно на выборе модели, которая правильнее отражает распределение видов в техноценозах по повторяемости, приведённое в табл. 2 и табл. 3, отметим, что применяемое в качестве рабочего определение вида требует уточнения и что должны быть адекватные условия, определяющие выборку и экосистему.

За вид нами принято изделие, отличающееся количественной и качественной характеристиками, например, электродвигатель асинхронный 28 кВт – 28А, трансформатор ТМ1000, кабель ААБ 3×95 длиной 1600–1700 м, кран Э-2508. Кабели – величина непрерывная (остальные – дискретные), и нами проведено сравнение их распределения (табл. 3) с распределением растений, определение которых (выделение особей) встречает аналогичные затруднения (P. Jaccard [53], табл. 34). Сравнение дало удовлетворительные результаты. Приведённое в табл. 5 распределение по видам трансформаторов проведено только по мощности без учета исполнения по охлаждению и величины напряжения (так, например, трансформаторы 1000 кВА 10/0,4 и 10/3 кВ приняты одного вида).

Распределение табл. 5 также описывается выражениями (12) и (19), но следует учитывать, что трансформаторы стали, как правило, устанавливать парами, что приводит к смещению всех классов (в том числе первого и второго). Например, на коксохимпроизводстве трансформаторы установлены 2×1000 – 37 шт.; 1×1000 – 1 шт.; 2×750 – 2 шт.; 2×630 – 2 шт.; 1×630 – 1 шт.; 2×560 – 1 шт.; 1×560 – 1 шт.; 2×400 – 2 шт.; 1×400 – 1 шт.; 1×320 – 1 шт. В связи с этим может возникнуть предположение об отнесении КТП 2×1000 и КТП 1×1000 к разным видам.

Развитие экосистемы – экологическая сукцессия (последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе) характеризуется различным разнообразием для стадий первых поселенцев (развивающихся стадий) и для климакса (терминальная стабилизированная система). Для климакса велико видовое разнообразие, биохимическое разнообразие и структурное разнообразие [17]. Стратегия сукцессии направлена на усиление контроля над физической средой, в смысле максимальной защищённости от резких изменений среды.

Разнообразие в природе есть следствие биологической эволюции, следствие наследуемых изменений, прошедших естественный отбор. Сказанное может быть отнесено и к техноэволюции.

Изменения ведут к разнообразию, к расхождению признаков, к появлению новых видов, всё далее отстоящих от своих предков. Изменения закрепляются, можно сказать, "наследуются в потомстве" (патентах, описаниях, чертежах и др.).

Основным фактором эволюции материального мира, его движущей силой, является информационный отбор. Описанный Ч. Дарвином естественный отбор можно рассматривать как частный случай информационного отбора, осуществляемого природой. Информационный отбор – свойство организующейся материи.

5. Распределение по повторяемости трансформаторов

цеха сетей и подстанций Западно-Сибирского металлургического завода, 1974 г.

ai	ni	aini	ωi	Перечень трансформаторов (мощность, кВА; количество, шт.)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 15 16 21 22 23 30 263	6 16 3 2 3 2 5 2 2 1 1 1 1 1 1 1	6 32 9 8 15 12 35 16 18 15 16 21 22 23 30 263	0,1250 0,3333 0,0625 0,0417 0,0625 0,0417 0,1042 0,0417 0,0417 0,0209 0,0208 0,0208 0,0208 0,0208 0,0208 0,0208	40-1; 375-1;800-1; 2200-1;2330-1;2380-1; 63-2;230-2;250-2; 282-2;315-2;462-2; 2800-2;3420-2;4780-2; 5600-2;7500-2;15000-2; 31500-2;40500-2;63000-2; 200000-2;520-3;1300-3; 3200-3;1054-4;6300-4; 160-5;750-5;2430-5; 487-6;1700-6;30-7; 100-7;320-7;500-7; 4000-7;1800-8;10000-8; 60-9;2500-9;180-15; 1250-16;560-21;400-22; 1600-23;630-30;1000-263
Итого	48	541	1,0000

Результатом информационного отбора явилось множество видов, встречающихся определённым образом, т.е. распределение по повторяемости предсказуемо. Так, распределение электродвигателей, попавших в систему – промышленное предприятие – подчиняется показанному выше закону, хотя время формирования предприятий, их технология, темпы строительства, поставщики и, наконец, величина предприятий резко различаются или вообще не сравнимы. Количество видов, порождаемых техноэволюцией, непрерывно увеличивается, Возникновение новых видов опережает их естественное вымирание.

Каждое распределение видов по повторяемости, конечно, случайная величина, но близость оценки для разных заводов и за ряд лет указывает на наличие "прочного (остающегося) в явлении" (В.И. Ленин. Философские тетради. М., 1965, с. 136).

При формулировании некоторых понятий, связанных с техноэволюцией, и описании явлений мы старались исходить, во-первых, из известного постулата: "Понятия и суждения имеют смысл лишь постольку, поскольку им можно однозначно сопоставить наблюдаемые факты" (А. Эйнштейн. Собрание научных трудов, т. ΙΙ, М., 1966, с. 120). Второе, поскольку очевидно, что техноэволюция началась позднее эволюции органического мира, представлялось целесообразным использовать биологические понятия и суждения и проверить возможность взаимного моделирования, не вводя новых сущностей сверх необходимости. Это соответствует получившему широкое распространение принципу, который сформулирован У. Оккама: "То, что можно объяснить посредством меньшего, не следует выражать посредством большего".

Вместо заключения, учитывая, что статья построена на встреченных автором при проектировании параллелях, может быть и спорных, сошлемся на Жюль Верна, сказавшего: "Сравнение – самая рискованная из всех известных мне риторических фигур. Бойся сравнений всю свою жизнь и прибегай к ним лишь в самых крайних случаях", и на И. Кеплера: "Я больше всего дорожу Аналогиями, моими верными учителями. Они знают все секреты Природы, и ими меньше всего следует пренебрегать".

Автор не знает, кто из цитируемых авторитетов ближе к истине, и поэтому ссылается на И.И. Шмальгаузена: "Использование аналогий не приводит к ошибкам, если не забывать, что аналогия никогда не бывает тождеством".

Литература

1. Лем Станислав. Сумма технологии. М., "Мир", 1968.

2. Тоффлер Олвин. Столкновение с будущим. – "Иностранная литература", 1972, № 3.

3. Костин Л. Производительность труда и научно-технический прогресс. – "Коммунист", 1973, № 17.

4. Кудров В.М. Главные капиталистические страны: сопоставительный экономический анализ. – "США – экономика, политика, идеология", 1972, № 6.

5. Астафьев В. Экономическое управление научно-техническим прогрессом в отрасли. – "Коммунист", 1975, № 2.

6. Селицкий М. А. Стандартизация источников света за 10 лет. – "Электротехническая промышленность. Светотехнические изделия", 1972, вып, 1 (9).

7. Розенталь Э.С. Состояние технического уровня и качества выпускаемых электроустановочных изделий и основные пути их повышения. – "Электротехническая промышленность. Бытовая электротехника", 1974, вып. 6 (25).

8. Кудрин Б.И. Распределение электрических машин по повторяемости как некоторая закономерность. – В кн,: Электрификация металлургических предприятий Сибири. Второй вып. Изд. ТГУ, Томск, 1974.

9. Кудрин Б.И., Лизогуб П.П., Шулепов Н.В. О законе распределения типоразмеров ремонтируемых электродвигателей. – В кн.,: Электрификация металлургических предприятий Сибири. Изд. ТГУ, Томск, 1971.

10. Бирюков Б.В. Кибернетика и методология науки. М., "Наука", 1974.

11. Сагатовский В.Н. Основы систематизации всеобщих категорий. Изд. ТГУ, Томск, 1973.

12. Завадский К.М. Развитие эволюционной теории после Дарвина. Л.,"Наука", 1973.

13. Шмальгаузен И.И. Проблемы дарвинизма. Изд. 2. Л.,1969.

14.Дарвин Ч. Происхождение видов. М.-Л., Сельхозгиз, 1937.

15. Завадский К.М. Вид и видообразование. Л., "Наука", 1968.

16. Макфедьен Э. Экология животных. М., "Мир", 1965.

17. Одум Ю. Основы экологии. М., "Мир", 1975.

18. Вилли К., Детье В. Биология. М., "Мир", 1974.

19. Шовен Р. От пчелы до гориллы. М., "Мир", 1965.

20. Словарь терминов по информатике. Жданова Г.С. и др. М., "Наука", 1971.

21. Койфман Я.М. Единая классификация электрических машин. – "Электротехника", 1975, № 1.

22. Волков М. Научно-техническая революция и создание материально-технической базы коммунизма. – "Коммунист", 1973, № 5.

23. Мюнтцинг А. Генетика. М., "Мир", 1967.

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

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

26. Коэн С. Эволюционная биохимия и эволюция биохимии. – В кн.: Проблемы эволюционной и технической биохимии. К 70-летию академика А.И. Опарина. М., "Наука", 1964.

27. Намитоков К.К., Кузьменко Э.Ф., Пархоменко С.В. Применение ЭВМ для автоматизации процессов проектирования электрических аппаратов. – "Электротехническая промышленность. Аппараты низкого напряжения", 1973, вып, 2 (21).

28. Юньков М.Г., Гиршберг В.В. Перспективы развития электропривода и основные требования к электрическим машинам. – "Электротехническая промышленность. Электрические машины", 1973, вып. 10 (32).

29. Яуре Я.Г., Богословский А.П., Певзнер Е.М. Перспективы развития электроприводов крановых механизмов. – "Электротехническая промышленность. Электропривод", 1974, вып. 7 (33).

30. Обзор по материалам научно-технического совещания "Внедрение в народное хозяйство электрических машин переменного тока мощностью 100–1000 и выше 1000 кВт и системы возбуждения для этих машин". – "Электротехническая промышленность. Электрические машины", 1973, вып. 3 (25).

31. Быков В.М. Основные направления развития исследований и обеспечения надежности в тяжелом машиностроении. – "Электротехническая промышленность. Электрические машины", 1975, вып. 5 (51).

32. Государственный стандарт на новую единую серию низковольтных асинхронных двигателей. – "Электротехническая промышленность. Электрические машины", 1975, вып. 1 (47).

33. Васильев Г.С. Основные направления технического прогресса и эффективность крупных электрических машин переменного тока. – "Электротехническая промышленность. Электрические машины", 1973, вып. 7 (29).

34. Бачурихин Н.П., Горягин В.Ф., Зинченко В.Г., Зинченко С.Д., Макаров К.Д., Струсовская М.И. Основные направления проектирования отрезка новой серии В, ВР взрывозащищенных асинхронных к.з. двигателей мощностью 1,5–11 кВт. – "Электротехническая промышленность. Электрические машины", 1975, вып. 4 (50).

35. Колесников Н.Е., Виноградов Н.А. О выборе шкалы мощностей электроагрегатов мощностью до 5000 кВт. – "Электротехническая промышленность. Тяговое и подъемно-транспортное электрооборудование", 1974, вып. 5 (29).

36. Мицкевич Г.Ф. Пути снижения дефицита аппаратов низкого напряжения за счет их рационального использования и унификации. – "Электротехническая промышленность. Аппараты низкого напряжения", 1973, вып. 12 (31).

37. Комаров В.Л. Происхождение растений. АН СССР, М.-Л.,1943.

38. Дарвин Ч. Соч., т. 4. М.–Л., 1951.

39. Сеченов И.М. Избранные философские и психологические произведения. Госполитиздат, 1947.

40. Шмальгаузен И.И. Факторы эволюции. М., "Наука", 1968.

41. Грин Д., Гольдбергер Р. Молекулярные аспекты жизни. М., 1968.

42. Ляпунов А.А. Об управляющих системах живой природы и общем понимании жизненных процессов. – "Проблемы кибернетики", вып. 10, М., 1963.

43. Стратонович Р.Л. Теория информации. М., "Советское радио", 1975.

44. Глушков В.М. О кибернетике как науке. В кн. : "Кибернетика, мышление, жизнь". М., 1964.

45. Диофант Александрийский. Арифметика и книга о многоугольных числах. М., "Наука", 1974.

46. Hutchinson G.E. The nichо: an abstractly inhabited hypervolume. In: The Ecological Theatre and the Evolutionary Play. Yale University Press, New Haven, Conn., 1965.

47. Jorge O. Ares. El modelo de nicho fundamental: Su aplicacion en la investigacion ecologica. Cienсia e investigacion. V. 26, № 7, 1970.

48. Beer S. Cybernetics and Management. New York. John Willy and Sons. Inc., 1964, p. 22.

49. Simpson E.H. Measurement of diversity. Nature. 1949. 163. 688.

50. Margalef R Information theory in ecology. Gen. Syst., 1958, 3.

51. Menhinick E.F. A comparison of some species diversity indices applied to samples of field insectе. Ecology, 1964, 45.

52. Pielou E.C. The measurement of diversity in different types of biological collections. J. Theoret. Biol., 1966, 13.

53. Williams C.B. Patterns in the Balance of Nature; and Rеlated Problems in Quantitative Ecology. Academic Press, London and New York, 1964.

54. Fisher R.A. A theoretical distribution for the apparent abundance of different species. J. Anim. Ecol., 1943, 12.

55. Holgate P. Species frequency distributions. Biometrica, 1969, 56.

56. Watterson G.A. Models for the Logarithmic Species Abundance Distributions. Theoretical Population Biology, 1974, № 6.