17 Лекций по общей и прикладной ценологии

(применительно к электричеству)

 

Лекция 2. Основные (электро)ценологические понятия.

 

Как было обосновано ранее, ключевыми для начала ценологического исследования структуры электрооборудования и электрических сетей и менеджмента объектов электрики как нового вида деятельности являются одномоментные, одно без другого не мыслимые понятия (выделения): 1) собственно ценоза; 2) семейства далее неделимых элементарных единиц-особей; 3) вида (технического). Все три мыслительных действия концептуальны. Практическая реализация ставит вопрос о единообразии и однозначности понятий, определений, терминов и стандартности математических процедур, что позволит сравнивать результаты, полученные в различных технических науках, и сделать вывод об области применения ценологической методики.

Ценологический подход вызван возрастанием сложности всех процессов и систем, которые создаёт и использует человек, и возникающими при этом новыми проблемами. Одной из них, имеющей многочисленные следствия, является быстрое возрастание разнообразия выпускаемых устройств или, точнее, сосредоточение в замкнутых системах (например, на крупных промышленных предприятиях) большого количества родственных, но разнотипных устройств, обеспечивающих деятельность системы. Такое разнообразие приводит к увеличению расходов на производство, эксплуатацию, ремонт, к увеличению запасов и др. Разнообразие было не всегда (хотя всегда было стремление к отличию): оно – дитя индустриализации. Ещё в ХIХ веке в пределах жизни одного поколения мало что происходило в вещном окружении: наши прадеды имели (если вообще имели) один костюм, одну работу и не выбрасывали обувь или мебель как немодную.

Технический вид и особь. Рассмотрим это ключевое понятие на конкретном примере. Определим вид (типоразмер) электрической машины его численной и качественной характеристиками: величиной номинальной мощности и наименованием типа. В этом случае к одному типоразмеру, образующему группу – популяцию, будут отнесены электрические машины с разными габаритными размерами, числом оборотов, исполнением и др. Синонимом понятия типоразмер будем считать понятия: species, биологическое – вид, математическое – группа. Отдельную электрическую машину будем называть "электродвигатель", соотнося с понятием unus ("особь", "единица"), элемент, далее неделимыми из-за угрозы потери работоспособности.

Под элементарным (восходящим к понятию атом) подразумеваем определённую неделимость: элемент – единица – штука – особь – индивид – индивидуальность. Налицо некоторое смысловое изменение значения "элементарного" в сторону большей содержательности: элемент-то элемент, но не совсем элементарен – есть ещё свойства, которые следует учитывать. Как элемент при ценологических исследованиях в технических приложениях (науках) могут рассматриваться: гвоздь, болт, крыльчатка, подшипник, вал, двигатель, редуктор, агрегат, кран, ..., рабочая клеть, прокатный стан, прокатный цех, прокатное производство, прокатный завод, прокат страны, мировое производство проката (здесь проявляется спектр уровней организации, гносеологически связанный с понятиями различать и выделять).

Биологический вид является одним из ярких примеров объективного существования в природе некоторого явления, не данного нам в чувственно-воспринимаемой форме. То же относится и к техническому виду. В процессе научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок (НИОКР) начинают разрабатывать какой-то новый вид продукции, и возникает вначале некоторый идеальный образ нового электродвигателя, трансформатора, автомобиля. Затем образ конкретизируют заданием основных параметров, выполнением конструкторской документации, сводной спецификации. Вместе с началом НИОКР возникает вопрос о названии – это и есть констатация, что создаётся новый вид (Т-34; Ту-104; Ту-154; "Жигули" с добавлением номера модели). Наконец, готова документация на само изделие-машину, на её технологию и оснастку при изготовлении, на используемые материалы, испытание, контроль, приёмку, что и даёт возможность изготовить опытный образец.

Внимание! Материализовавшейся идее необходимо дать номер, чтобы отличить изготовленное изделие от другого, изготовленного по тем же чертежам (крупным изделиям, изготавливаемым без опытных образцов, сразу даётся имя собственное, например, "Титаник"). Итак, конструкторы разрабатывают вид; изготовители "порождают" особи данного вида, различая их номером в паспорте; эксплуатационники имеют дело только с отдельными особями, но именно они вырабатывают коллективное мнение (на основе независимых друг от друга мнений) "хорошо/плохо" о виде в целом[1].

Наряду с ростом числа видов резко усложнилось обозначение изделий. Пример: тип УК-4Н-УР-ц-2-01-6/250-У4 ТУ 16.539.548–72. Не каждый специалист-электрик скажет, что это удлинитель с тремя основными и одной резервной розетками, предназначенными для присоединения различных электрических приборов бытового назначения. Или одеяло "Гоби" – артикул ВО5с101 по ГОСТ 9382778 п. 1.9 и ГОСТ Р 51121–97.

Так мы приходим к выводу, что устройство изделия заканчивается до его рождения, определяя само рождение, последующую эксплуатацию (жизнь), экологические и другие ограничения. Налицо тенденция "загнать" в обозначения вида как можно больше информации (хотя есть документы, ограничивающие эту тенденцию). Запись осуществляется различными символами (включая алфавит) и обозначает не приведённую в паспорте документацию: нормативную, ссылки и указания на типовое, различные ГОСТ и ТУ на сам вид изделия и на составляющие. Всё это составляет генотип изделия – документальную запись его конструкции; запись, которая опирается на действующие документально закреплённые знания и на наследуемые многовековые знания, умения, навыки.

Пример: программный идентификатор для контроллера Excel 500-XCL5010 имеет обозначение 8 0000C 5200 03 04 19, где формат "8" показывает, что устройство успешно прошло сертификацию LonMark; идентификатор производителя "0000C"Honeywell; класс устройства "5200" – свободно программируемый контроллер; применение (назначение) "03" – коммерческое; тип передатчика (канала) "04"TP/FT-10; модель "19" – это, собственно, и есть вид.

Итак, генотип это то, что задумывалось (в соответствии с первой научной картиной мира). При изготовлении имеем конкретную особь, фенотип – то, что получилось, видимое проявление генетической документации, реализованный комплекс признаков, характеризующих данную особь, включая отклонения при изготовлении, монтаже, наладке, не предусмотренные генетически. Таким образом, каждый отдельный двигатель является, с одной стороны, фенотипом, особью, созданной как конкретный результат информации, заложенной в конструкторских чертежах (генетическая, наследственная информация), с другой – представителем данного вида, попавшим в конкретный ценоз (на предприятие), в популяцию двигателей того же вида.

Изделие в ценозе сохраняет своё видовое обозначение, но как особь может получить номер, а затем его и поменять (как гражданский паспорт). Вот пример электронного паспорта изделия умного дома (интеллектуального здания): Марка – VTS clima; Размещена – блок А; Обслуживание – 1 раз в год; Инв. № 060143.

Возвратимся к основному объекту наших исследований – электрической машине (электродвигателю), так как это есть семейство наиболее массово распространённой электрической техники. Пример из 1971 г. – вид 28А: двигатели А71-2, А72-4, А81-6, А82-8 отнесены к этому виду, хотя и различаются габаритом, сердечником, числом пар полюсов обмотки статора, но имеют одно наименование – А, одну мощность – 28 кВт. Видом назовём численную (величину номинальной мощности, кВт) и качественную (наименование – асинхронный с короткозамкнутым ротором, залитым алюминием, единой серии электрический двигатель в брызгозащищённом А или закрытом обдуваемом АО исполнении) характеристики машины. Усложнение наименования (обозначения), происходившее непрерывно последние 80 лет, не меняет существа, заключающегося в 1) оперировании этим понятием всеми людьми и 2) трансформации понятия при изменении цели исследования и потребностей практики.

Итак, технический вид – основное понятие классификации, служащее для выражения отношений между техническими классами при разбиении их на семейства и роды. Это структурная единица в систематике изделий: изделия двух разных видов отличаются количественной и обязательно качественной характеристиками; изделия одного вида изготавливают по одной проектно-конструкторской документации. К общим признакам вида относятся: определённая численность; тип организации; способность в процессе работы и воспроизводства сохранять качественную определённость; дискретность; экологическая, экономическая и географическая определённость; устойчивость; целостность (в отдельных случаях не различают вид и такие понятия как: наименование, название, типоразмер, проба, модель, сортамент, марка, артикул, профиль и др.).

Предлагаемое понятие вида используется в практике проектирования электрического хозяйства, эксплуатации электрооборудования и его ремонта, хотя и не является исчерпывающим. Однако из-за наличия и необходимости рассмотрения большого количества фактического материала, из-за различия взглядов, например, на заменяемость (механический и обмоточный участки; предприятие и снабженческие организации), требует уточнения, определяемого конкретной деятельностью. Понятие вид должно быть сформулировано для описания техноценозов, сукцессии экосистем, другими словами – для описания техноэволюции.

Популяция в экосистеме. Уже более 150 лет сам термин эволюция, интерес к которой связан с Дарвином, используется в биологии для обозначения процессов исторического развития различных живых организмов. Важным в развитии теории эволюции явился переход от организмоцентрического стиля мышления к популяционно-статистическому. Изменение стиля 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. Популяционистская 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 надёжной работы отбора.

Множество установленных на предприятии электрических машин обеспечивает функционирование предприятия и образует единое структурное целое, характерное для ограниченного пространства, в котором сложились определённые условия, меняющиеся под действием внешних и внутренних факторов. Изложенное соответствует сложившимся понятиям в экологии (от греческого óikos – дом, место проживания), которая посвящена изучению взаимоотношений живых организмов (растительных или животных) со средой; это изучение имеет целью выявить принципы, управляющие этими отношениями.

Обратим внимание на определённую зашоренность, ограниченность научного и инженерного сообщества (об этом говорят уже не один год), занятого проблемами техники, технологии, материалов как основы для выпуска готовой продукции для потребления (использования). Ещё в 1877 г. К. Мёбиус предложил термин биоценоз (англ. community), справедливо полагая, что лягушка живёт не сама по себе, и её как часть биоценоза изучать в данном случае надо не так, как это делал Гальвани, и не анатомически. Этим Мёбиус ввёл основной объект для экологии (термин введён Э. Геккелем в 1866 г.). Индустриализация актуализировала, точнее, сделала экологию наукой (сейчас предложено около 20 различных пониманий, что такое экология). Её развитие привело А. Тенсли к термину экосистема (1935), В. Н. Сукачёва – к термину биогеоценоз, к появлению в нашей стране биогеоценологии как науки (сейчас она считается частью экологии, которая в классическом понимании изучает взаимодействие организмов между собой и с окружающей средой). К сожалению, лишь сейчас (и то с трудом) техническая общественность начинает понимать огромное практическое значение техноценологического подхода.

Понятие экосистема (биогеоценоз) 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" во вполне 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. Общепринятая точка зрения: чем больше число видов в природе, чем они разнообразнее, 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.

Для дальнейшего сравнения био- и техноэволюции сведём в таблицу основные термины, имеющие черты общности (табл. 1). Под организмом понимается любой живой объект, под изделием – предмет или совокупность предметов[2] производства той или иной технологии. Технологии есть, по С. Лему, "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. 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

 

Поясним некоторые термины. 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. Очевидное и широко используемое в биологии понятие популяция следует шире применять для описания экосистем (а также техноценозов). Популяция – группа особей одного вида, функционирующая в одно время, в одной области пространства, под одним административно-хозяйственным управлением[3]. 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, характеристики использования, генетическая приспособленность. Пример: массовый отказ рольганговых с полым ротором электродвигателей для прокатки охарактеризовал неприспособленность этой популяции для рассматриваемой экосистемы (вне зависимости от возможной причины: неудачный генотип или низкая квалификация обслуживающего персонала).

Выделение электрического ценоза. Такая исследовательская операция осуществима и имеет смысл только в увязке с идентификацией особи и введением родо-видовой классификации для изучаемого семейства изделий. В частности, электродвигатели, питающиеся от единого шкафа низкого напряжения, ценоз не образуют: во-первых, количество их невелико (отходящих линий обычно 5–8, иногда до 16, по освещению – до 30 групп); во-вторых, главное, что режимы их работы корреляционно значимо связаны. Но если говорить о втором уровне 2УР системы электроснабжения в целом (что технологически может быть соотнесено участку), то ценологические свойства начинают проявляться на этом множестве двигателей Далее они проявляются всегда: 3УР – отделение, 4УР – цех, 5УР – производство, 6УР – завод в целом. Здесь связи и зависимости для подавляющего большинства пар двигателей (не говоря уже о более длинных цепочках) статистически незначимы. Но электродвигатели отрасли, России в целом уже не образуют ценоз, так как подавляющее большинство из них друг с другом никоим образом не связано, друг о друге "не знает".

Отметим важные положения.

1. Ценоз – не система. Поясним: в разгар увлечения системными исследованиями, системным анализом, системной оптимизацией и проч. исходили из утверждения, что системой в самом широком смысле может быть решительно всё, что можно рассматривать как отдельную сущность (заметим, что сущность – ключевой вопрос философии, который пока не разрешён, да и едва ли может быть разрешён вообще). Системный подход к проблемам прогнозирования, проектирования и решения оптимизационных задач, включая многокритериальные, хорошо отвечал потребностям электроэнергетики (развивавшейся в то время в сторону полного монополизма). Поэтому модели переходных процессов в энергетической системе изучались в совокупности элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определённую целостность, единство, сложную большую систему кибернетического типа.

Система – комплекс элементов, находящихся во взаимодействии; систему можно определить как любую концептуальную или физическую сущность, которая состоит из взаимосвязанных частей. Пример: все 14 станов Челябинского металлургического завода связаны в единую систему: часть – жёстко функционально (блюминг 1180 – заготовочный 800), другие – достоверно значимо корреляционно; мелкосортные – между собой. Если же взять станы мелкосортный 250 Челябинска, мелкосортный 250 Череповца, Запсиба и др., то их работа по режимам и сортаменту не связана математически устанавливаемыми корреляционными или иными связями. Конечно, можно говорить о связях в работе, определявшихся ранее Госпланом, а сейчас конкуренцией при сбыте металла, но это лишь подчёркивает отсутствие (слабость) связей в системном смысле и позволяет убеждённо утверждать: ценоз – не система.

2. Ценоз как сообщество чего-либо; вид как понятие и как единица систематики, входящее в состав рода и семейства; особь как элемент, экземпляр, индивидуальность (индивидуум), штука, единица – все они описываются (моделируются) вербально, семантически, словесно с уточнёнными и, как правило, количественными параметрами. Чёрную металлургию, к примеру, можно рассматривать как систему и тогда прогнозировать производство чугуна, стали, проката или потребление энергоресурсов; можно ценологически показать самодостаточность стран, образовавшихся после распада СССР, по обеспеченности собственной металлопродукцией (это сделал О. Е. Лагуткин, показавший самодостаточность Украины и России как металлургических держав).

Нельзя, как предполагает классическая физика, представить систему дифференциальных и интегральных уравнений, из которой строго и однозначно описываются металлургия как физическое тело и его развитие (движение) в пространстве и во времени.

3. Не всякое сообщество технических изделий образует ценоз. Его самозарождение связывают, во-первых, с массовым изготовлением унифицированных серий (начало датируют моделью Форда "Т", в 20-е годы прошлого века покорившей Америку), что означало переход к индустриальному обществу; во-вторых, для машин (оборудования) – с возможностью выделить каждую штуку-особь-машину (единицу оборудования) как некоторый индивид и обозначить эту индивидуальность, в частности, присвоением данной штуке-особи нóмера, выдачей "паспорта", обозначением ИНН. Простейшие изделия, не "доросшие" до паспорта, не могут образовать ценозы (болты и гайки, гвозди и шурупы).

4. И ещё одна важная ценологическая составляющая, которую поясним на примере. Формально это следствие направленности техноэволюции, но такое краткое объяснение не пояснит причины. Итак, когда в 1908 г. Г. Форд запустил в массовое производство уже упомянутую модель "Т", он говорил: "Хочу создать машину, которая никогда бы не ломалась". К моменту снятия автомобиля с производства в 1927 г. было выпущено более 15 млн экземпляров (причем действовала полная схема информационного отбора, что будет показано в следующих лекциях), и теперь уже 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; см. далее). Автомобилем одного вида, дешёвым и надёжным, можно было обеспечить всех; "хрущёвскими" пятиэтажками – нуждающихся в жилье; шестью сотками – желающих. Не получилось! Человек хочет иномарку, поместье, элитное среди элитных... Создаётся социоценоз, где для устойчивости общества должен быть выдержан дециль Парето[4].

Информационный отбор. Подчеркнём 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 вероятное 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, или вероятно-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.

Следующим шагом, сделанным природой на пути специализации, явилось разделение функций:

1) появился материальный объект, содержащий закреплённую информацию – документ, выделившийся из гомеостатической системы; системы, которая создаётся 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 определённых документом вещества и энергии, которые не принадлежат документу.

Из факта пространственно-временнόго разделения информации (появление документа) и воспроизведения (размножения) изделия вытекает возможность самостоятельной жизни документа (начало информэволюции): воспроизведение документа, индексация документа, аннулирование или появление нового. Представим изложенные соображения в виде табл. 2, отметив, что процесс специализации, осуществляемый природой, не закончился.

Схема изменения применения информации

Развитие неорганиче-ского мира

------------->

Использование ин-формации, определяе-мое физико-химиче-скими законами, при отсутствии материаль-ного объекта – носите-ля информации и отсутствии плана испо-льзования информации документом

Эволюция (биологиче-ская

--------------->

Недокументальная за-пись информации на мо-лекулярном уровне при совмещении материаль-ного носителя инфор-мации и аппарата вос-произведения себя, и наличии плана исполь-зования информации

Техноэволюция

 

----------->

Документальная за-пись информации при пространственно-вре-меннόм разделении собственно докумен-та, способа его вос-произведения и веще-ственно-энергетиче-ского воспроизведе-ния плана, предусмот-ренного документом

Информ

эволюция

 

------------>

?

Социо

эволюция

 

------------>

?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


При рассмотрении технологической эволюции, включающей выпускаемую технику, применяемую технологию, перерабатываемые материалы, используемую продукцию, возникающие отходы, отметим, что все виды машин, оборудования, аппаратов, приборов, изделий и др. изменчивы. Эта изменчивость неопределённа, во многом стохастична и крайне многообразна. Но в то же время как-будто имеются направление, "цель" этих изменений, после того как на свет появляется признак-основатель (машина Уатта – перемещение М. Фарадеем проводника в магнитном поле, 1831). Наличие вектора техноэволюции несомненно, и не ведёт ли он в тупик цивилизацию, опирающуюся на техническую реальность и информационное обеспечение?

Изменения ведут к разнообразию, к расхождению признаков, к появлению новых видов, всё далее отходящих от своих предков. Изменения закрепляются – можно сказать, "наследуются в потомстве" (патентах, описаниях, чертежах и др.). Осуществляется информационный отбор, который является основным фактором эволюции материального мира, его движущей силой. Информационный отбор – свойство организовавшейся технической материи (понятие информация принято в самом широком смысле, что идёт от Н. Винера, наряду с понятиями материи, движения, пространства, времени).

Результатом информационного отбора явилось множество видов, встречающихся определённым образом, т. е. распределение по повторяемости предсказуемо. Так, распределение электродвигателей, попавших на промышленное предприятие, подчиняется некоторому закону, хотя время формирования заводов, их технология, темпы строительства, поставщики и, наконец, величина предприятия резко различаются или вообще несравнимы. Количество видов, порождаемых техноэволюцией, непрерывно увеличивается, особенно после окончания эпохи аскетизма (достаточно сравнить, например, серии "мобильников"; автосалоны 2007 года с 4000 моделей – необозримость видов). Отметим при этом, что возникновение новых видов опережает их естественное вымирание.

Количество типоразмеров, состоящее из одного электродвигателя, величина, конéчно, случайная, но близость оценки для разных заводов и за ряд лет указывает на наличие определённых закономерностей. Заметим, что электродвигатель в ценозе может существовать в одном экземпляре; особи же в экосистеме в единичном экземпляре не выживают.

В технике широкое распространение получило явление, названное вариофикацией: делание различного, причём темпы выпуска новых видов машин, устройств, аппаратов возрастают. Вновь выпускаемые типоразмеры вместе со старыми видами составляют конвенционно выделяемые (ограниченные) ценозы, образование которых определяется следующей закономерностью.

Счётное множество* особей, которые все могут быть отнесены к некоторому образующему экосистему числу видов одного класса, и само число видов распределены таким образом, что большинство видов представлено малым числом особей в каждом, а по мере увеличения количества особей одного вида – число таких видов сокращается. Уменьшающееся число видов с возрастающим количеством особей в каждом основывается на увеличивающемся числе видов с малым числом особей. Закономерность имеет объективный характер и объясняется законами, определяющими технологическую эволюцию. Тогда, если при случайной выборке особей и группировке их по видам не происходит уменьшение числа видов по мере увеличения количества особей каждого вида, и если методология учёта корректна, то должны быть возмущающие причины, нарушающие ход эволюции.

Вариофикация – это одна сторона техноэволюции. Другая заключается в том, что новые виды машин, оборудования, аппаратов, приборов, изделий и др. поступают на определённые предприятия (город, район) и вместе со старыми изделиями, уже находящимися там, образуют ценозы (в первом приближении – замкнутые), формирование которых определяется закономерностью, имеющей общий характер. Образовавшиеся ценозы характеризуются значительным разнообразием изделий одного семейства, например, электрических машин. Это явление определено нами как ассортица – сосредоточение, появление различного в системе, ограниченной в пространстве-времени (термины "разнообразие", "многообразие" заняты теорией информации и другими науками).

На функционирование ценозов ассортица оказывает большое влияние. К этому же явлению следует отнести принципиальные отличия в проектных решениях аналогичных объектов – например, высота кабельных помещений машинных залов для кислородно-конвертерного цеха одного завода составляет 8 м, но 3 м – для такого же цеха другого завода. Различные институты, отделы в пределах института (и даже группы внутри отдела) предусматривают, например, в проектах для одного завода (одной экосистемы) 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 в 12 годовых выборках охвачено 27632 электродвигателя, которые оказались 5618 видов, причём по одному двигателю встретилось 2868 видов.

Вариофикация, как бы ни было велико стремление сделать нечто отличающееся (нас интересует это явление в пределах одного семейства), аксиоматически не определяет ассортицу. Так, несмотря на разнообразие легковых автомобилей, в ряде стран такси были одного наименования (у нас когда-то были "Рено", затем "Москвич" и "Волга"). Научно доказывалось и нормативно требовалось в системах электроснабжения промышленных предприятий устанавливать два типоразмера трансформаторов 10(6)/0,4 кВ. Но все усилия специалистов реализовать такое требование, в пределе определяемое постулатами первой и второй научных картин мира (приведёнными затратами, в частности), вошли в противоречие с ценологическими ограничениями. В результате, например, для завода с получасовым максимумом нагрузки Рм=200 МВт был установлен 541 трансформатор, а их видов (типоразмеров) оказалось 48.

От вариофикации и ассортицы следует отличать диверсификацию, которая заключается в расширении номенклатуры, продукции, производимой монополистическими объединениями. Явление, получившее распространение в мире в 50-е годы, нашло отражение у нас, когда в советское время предприятия были обязаны (а в этом веке – рыночно стремятся) выпускать технологически иную продукцию (например, металлурги – холодильники, мебель, посуду). Монополии начинают приобретать непрофильные активы. Международный характер вариофикации (инновационный процесс) и диверсификации (инвестиционный) требует их объяснения, возможного в рамках теории техноэволюции.

Экологическая ниша. Представим крайне упрощённую электрическую машину А из популяции, входящей в экосистему – металлургическое предприятие. Пусть работа (возможность "выживания") машины А 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 Тi, Ui:

T1TiT2;                                                                                                           (1)

U1UiU2,

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 объём – экологическая ниша.

Экологическая ниша вида А есть условный объём в n-мерном евклидовом векторном пространстве, определённый минимальным и максимальным значениями факторов среды, в котором обеспечивается выживание вида. Экологическая ниша мыслится в рамках единой четырёхмерной пространственно-временнόй структуры макромира, т. е. привязана в пространстве и во времени. Вместе с тем, экологическая ниша – не часть евклидова пространства, но модель описания природы и технологии.

Интересны следствия при применении понятия экологической ниши. Пусть FA – объём экологической ниши, обеспечивающей выживание вида А; FB – объём экологической ниши, обеспечивающей выживание вида В. Примем для простоты все факторы среды равными, кроме одного, например, Т. Тогда объёмы FA и FB при сравнении определятся величинами минимального и максимального значений. Пусть Т для FA лежит в пределах T1≤TA≤T10, а для FB (в том же масштабе) T4≤TB≤T6. Тогда для одного и того же пространства в нём может быть размещено экологических ниш FA меньше, чем FB, 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 объём 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, надёжность. Когда появится вид (особь), имеющий экологическую нишу, перекрывающую существующую, возникает необходимость уничтожения существовавшего вида (особи). Этот процесс желательно ускорить 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.

 

                   Контрольные вопросы

1. Приведите основные признаки вида и примеры для электрической, бытовой и общепромышленной техники.

2. Где в теории и практике необходимы понятия вид, особь, популяция?

3. Область существования и цели менеджмента при управлении вариофикацией, диверсификацией, ассортицей.

4. Почему важно и необходимо выделять особи, отдельные виды, ценозы?

5. Очертите граничные условия для экологической ниши.

6. Особенности использования информации в неживой, живой и технической реальностях.

Б. И. Кудрин



[1]При этом надо различать, идёт ли речь о семействе, например, машин Волжского автозавода, о виде – "девятке" или о конкретной штуке-особи.

[2]Относить ли к изделиям доменную печь, прокатный стан или считать их экосистемами – достаточно дискуссионный вопрос.

[3]Отметим различную аварийность двигателей одного вида на разных предприятиях.

[4]См. передовую статью номера, с.___

*              Счётным называют бесконечное множество, но такое, где каждому элементу сопоставляется число из натурального ряда чисел.