А.И.  Половинкин

ТЕХНОЭВОЛЮЦИЯ И ТЕХНОЦЕНОЗЫ

/Обзор работ профессора Б.И.Кудрина/

 

В 70-80-х годах профессором Борисом Ивановичем Кудриным опубликовано более двадцати статей по новому направлению, которое даже не имеет пока устоявшегося названия и связано с созданием обобщенной науки о технике, хотя «необходимость формирования фундаментальной науки об общих естественных закономерностях развития техники и технологии осознается все в большей мере» [3,c.120]. Основная руководящая идея обширных исследований Б.И.Кудрина заключалась в использовании достижений биологии при разработке вопросов теории техники. Он предлагает строить систему понятий в данной области на основе системы понятий из биологии, которая изучает сходные объекты и как наука значительно опережает теорию техники.

Так были удачно заимствованы и адаптированы понятия [9]: вид, популяция экосистема, техноценоз по аналогии с биоценозом, техноэволюция по аналогии с биоэволюцией, генетика (техногенетика),генотип, фенотип. Рассмотрим подробнее некоторые из них.

Вид техники. Б.И.Кудрин придает большое значение научно обоснованному и точному определению понятия «вид техники» и справедливо считает, что оно в технике играет такую же основополагающую роль, какую имеет понятие биологического вида в теоретических и прикладных вопросах биологии.

Однако точное определение данного понятия представляет собой такую же сложную проблему, как и определение понятия биологического вида, которое начало формироваться еще древнегреческими философами. Много было сделано по уточнению понятия биологического вида в последние двести лет, но и сегодня еще нет определения общепринятого до последнего слова. Поэтому Б.И.Кудрин дает свои представления о виде техники в качестве первого приближения.

Он считает, что для наименования видов целесообразно использовать бинарную систему названий биологических видов, предложенную К.Линнеем, то есть название вида должно включать и название рода, к которому относится вид. При определении вида как таксонометрической единицы следует достаточно четко представить четыре уровня иерархии. Во-первых, по иерархии вверх должна быть указана, как уже отмечалось, принадлежность вида к определенному роду техники, а этого рода - к определенному семейству техники. Во-вторых, по иерархии вниз вид может иметь несколько незначительно отличающихся модификаций. Так электродвигатель 28А содержит количественную характеристику принадлежности к виду - 28квт, качественную характеристику родовой принадлежности - А (асинхронный. Этот род электродвигателей относится к семейству «электрические машины. По иерархии вниз электродвигатель 28А имеет четыре модификации, содержащие незначительные различия по определенным признакам.

По мнению Б.И.Кудрина, в изделиях генетическая (наследственная) информация не жестко связана с особью, а существует в виде конструкторско-технологической документации. При этом техноэволюция осуществляется в результате формирования, отбора и документального закрепления генотипов изделий.

«Техноэволюция есть наука об общих законах развития техники и технологии и о принципах создания изделий и их сообществ. Направляющим техноэволюцию элементарным фактором является информационный отбор, действие которого векторизовано» [3,с.134].

Техноэволюция осуществляется под действием закона информационного отбора, аналогичного закону естественного отбора Ч.Дарвина, и ряда закономерностей развития техники.

В работе «Применение понятий биологии для описания и прогнозирования больших систем, формирующихся технологически показано, что главные шесть особенностей биологической эволюции, сформированные Ф.Добжанским и Е.Безигером и общепризнанные у биологов, вполне подходят для характеристики техноэволюции.

Представляет также интерес обсуждаемый Б.И.Кудриным [3] набор характеристик техноэволюции: частота мутаций (наследственных изменений изделия), выживаемость мутаций, возрастание разнообразия видов, вероятность дрейфа генов (рассеивание идей) и др.

Одна из несомненных заслуг Б.И.Кудрина заключается в том, что он указал на существование  генетики техники (техногенетики), на  необходимость ее разработки как отдельной научной дисциплины. Техногенетика охватывает вопросы создания и передачи генетической (наследственной) информации в виде конструкторско-технологической документации и других средств хранения и передачи информации.

Прежде всего следует отметить данное Б.И.Кудриным методологическое обоснование техногенетики. Он показал, что, во-первых, в природе существует глобальное историческое развитие (эволюция) способов взаимодействия между реальными физическими объектами и процессами  и информацией (знаниями), которая отображает эти реальные объекты и процессы; во-вторых, в живой природе и технике существует принципиальное различие в способах передачи наследственной информации, обеспечивающей размножение (воспроизведение) «одинаковых» особей. При этом достаточно четко излагает эволюцию способов взаимодействия между реальными физическими объектами и отображающей их информацией (знаниями) для трех классов объектов (физические системы - биологические системы - технологические системы) [1,с.131-132].

Главная суть этой эволюции способов для указанных трех классов объектов приведена в таблице 1 [9,с.189].

 

Таблица 1

Развитие неорганического мира

Эволюция (биологическая)

Техноэволюция

Использование информации, определяемое физико-химическими законами, при отсутствии материального объекта-носителя информации и отсутствии плана использования информации

Недокументальная запись информации на молекулярном уровне при совмещении материального носителя информации и аппарата воспроизведения себя и наличии плана использования информации

Документальная запись информации при пространственном разделении собственно документа, способа его воспроизводства и вещественно-энергетического воспроизведения плана, предусмотренного документом.

 

Определим  основные понятия, относящиеся к техногенетике - популяция, генотип (генетическая информация), фенотип.

«Популяция - группа особей одного вида, которые находятся в данной области (например, на предприятии) и которые изготовлены по одной  документации - может быть пополнена другими особями - изделиями, изготовленными по той же документации. Комплект документации на изготовление изделия есть генотип» [3,с.135] . В популяции одного вида может быть несколько разных модификаций, различающихся по какому-либо наследственному признаку.

Фенотип - это есть реализация генотипа, то есть изделие, изготовленное согласно утвержденной конструкторско-технологической документации (генетическая информация).

Имеют место некоторые аналогичные и общие свойства, наблюдаемые в живой природе и технике и относящиеся к био- и техногенетике. К таковым, например, относятся наследственные и ненаследственные изменения особей, индивидуальные различия особей. Эти свойства подробно рассматриваются в работах Б.И.Кудрина.

Наряду с указанными общими свойствами между биосистемами и техническими системами, точнее между био- и техноэволюцией имеется одно принципиальное различие, которое дает технике  несомненные преимущества и более высокую конкурентоспособность по отношению к живой природе, что в итоге представляет большую опасность для биосферы и послужило одной из причин современного экологического кризиса. Как показал Б.И.Кудрин [3.4.9 ], генетическая информация в живой природе жестко сцеплена с особями, а в мире техники существует отдельно, чаще всего в виде документа. То принципиальное различие приводит к  следующим последствиям, не выгодным для живой природы.

Во-первых, в случае полного вымирания вида биосфера абсолютно и навсегда утрачивает возможность воспроизведения этого вида. Вымерший вид техники при наличии документации или хотя бы музейного образца может быть «оживлен, т.е. налажено его производство с необходимым для практики приближением к некогда существующим конструкциям изделий.

Во-вторых, в технике существуют более широкие возможности скрещивания как между близкими, так и весьма отдаленными видами, что значительно расширяет возможности техноэволюции и ускоряет ее по сравнению с биоэволюцией.

В-третьих, в технике возможна эволюция генотипа без фенотипа, когда последовательно разрабатывается и оценивается несколько улучшаемых проектов изделий без их изготовления. Эту возможность ускорения техноэволюции значительно ускорила автоматизация проектирования.

По поводу разработок Б.И.кудрина в области техногенетики следует заметить, что под генетической информацией он подразумевает только конструкторскую документацию, которая появилась в ХУШ-ХIХ вв. Это понятие требует расширения, поскольку, начиная с каменного века, носителями генетической информации, в первую очередь была память человека, а также образцы изделий. Введение документа ускорило НТП.

Б.И.Кудрин обоснованно ввел фундаментальное понятие техноценоз, которое по своей сути соответствует понятию биоценоз в биологии [8]. В статье [4,с.236] сказано: «Назовем техноценозом ограниченное в пространстве и времени любое выделенное единство, включающее сообщество изделий. Под изделием понимается предмет или совокупность предметов производства той или иной технологии. Изделие (машина, оборудование, агрегат, устройство, аппарат, прибор) - самостоятельно функционирующая единица, рассматриваемая как элементарная».

Техноценоз может иметь четкое ограничение в пространстве и времени. Это может быть, например, сообщество всех изделий и оборудования конкретного цеха или предприятия для определенного момента или отрезка времени. Техноценоз может и не иметь четко ограниченного пространства. Например, сообщество всего оборудования или определенной части оборудования отрасли.

Почти любой техноценоз может быть разделен на семейства родственных изделий, которые могут охватывать более широкий класс изделий, например, электрическое оборудование предприятия или более узкий класс - электрические машины.

Каждое семейство разделяется на конечное число видов. Число изделий-особей в каждом семействе может быть довольно большим. Так «на крупном металлургическом заводе эксплуатируется электрических машин порядка 105, низковольтной аппаратуры - 106, кабелей и проводов (по кабельным журналам) - 107, всего различных электротехнических изделий, узлов, блоков, деталей - 1010» [6,с.50].

Техноценоз - это типично целостная система, обладающая интегративными свойствами, функционирование техноценозов и их развитие определяется действием внешних и внутренних факторов. Время жизни техноценоза обычно несоизмеримо больше по сравнению с отдельными входящими в него изделиями.

Б.И.Кудрин справедливо отмечает [6]  , что существующие теоретические и технические науки, существующие НИИ и КБ в основном сосредоточены на изучении и проектировании отдельных изделий, а изучением, проектированием и развитием техноценозов никто серьезно не занимался. И для этого не достаточно известных классических фундаментальных наук, а нужны еще новые фундаментальные знания.

Техноценозы цехов, заводов, транспортных организаций, энергетических систем формируются на протяжении длительного времени. При этом, естественно, происходит непрерывное возрастание разнообразия изделий и единиц оборудования в техноценозе. Б.И.Кудрин отмечает четыре постоянно действующих причины возрастания  разнообразия [5] и пять групп негативных последствий, вызванных чрезмерным возрастанием разнообразия  [2, 5].

В связи с эти возникает очень важный вопрос: существует ли какой-то естественный порядок в хаосе разнообразия оборудования большого завода, города или промышленного региона? Существует, отмечает Б.И.Кудрин [1.3.4], и действует фундаментальный закон природы, представленный в ранговом виде; например, в виде закона Ципфа согласно которому в любой системе, состоящей из родственных элементов, или элементов одной природы, большая их часть относится к редко встречающимся, а меньшая - к часто. Расположение таких элементов в порядке убывания их встречаемости отображается кривой из семейства гипербол. Такое распределение имеют как физические системы, например, астрономические объекты, химические соединения, так и биологические системы - распределение видов по повторяемости в биоценозе. Этому же распределению подчиняется использование человеком имеющегося словарного запаса и другие информационные системы.

Б.И.Кудриным получен и обоснован важный результат и вывод о том, что повторяемость видов в техноценозе тоже подчиняется видовому Н-распределению, который может быть получен из закона Ципфа: «Построение техноценозов аналогично формированию биоценозов, закономерностям создания текстов, массивов научных публикаций и других совокупностей, описываемых законом Ципфа. Сделанный вывод логически вытекает из самого характера системных исследований: техноценоз - множество изделий с отношениями и связями между ними, образующих определенную иерархически организованную целостность. Как и другие природные системы - биологические и информационные - он имеет общее, системное содержание, что может быть описано распределением видов по повторяемости [4,с.245].

Поскольку техноценозы по своей системой сущности наиболее близки к биоценозам, то интересна еще следующая мысль: «Исследование видового разнообразия в сообществах (видов по повторяемости) привело к важному выводу, разделяемому многими биологами: чем больше разнообразие живого в экосистаме, тем она устойчивее. Разнообразие характеризует стабильность биологической системы оптимальность использования ее вещественно-энергетических ресурсов» [1,с.138].

Б.И.Кудрин дает качественную и количественную формулировку закона повторяемости видов изделий в техноценозах.

«Качественно закономерность формирования техноценозов можно сформулировать следующим образом если из техноценоза выделить семейство изделий, состоящее из многих определенных видов, то каждый из них (в большинстве) содержит малое число особей. Число видов каждый из которых представлен все увеличивающимся числом особей, быстро падает. Чем большее количество особей содержит вид тем меньше вероятность встретить вид представленный еще большим числом особей»[4,с.241].

Количественная формулировка закона может иметь два варианта [6]. Во-первых, в виде известного закона Ципфа, отражающего ранговую упорядоченность видов в техноценозе в зависимости от числа изделий-особей каждого вида.

                   U = B/R,                       (1)

где: R - порядковый номер (ранг) вида (R=1,2,...,R), при этом виды строго упорядочены по числу одинаковых (одного вида) изделий, первый номер соответствует виду с наибольшим числом изделий, последний - виду с наименьшим числом изделий (обычно равен 1); U - число изделий данного вида; B и . - константы рангового распределения, имеющие ограничения.

На рис.1,а показан характерный график распределения по закону Ципфа.

Наряду с ранговым распределением численности представляет интерес еще видовое распределение численности популяций по кастам. Каста - это множество популяций (видов), имеющих одинаковую численность изделий-особей. Математическое описание видового распределения или распределения видов представляет собой зависимость числа популяций (видов) с одинаковым числом особей от числа особей в популяции.

Б.И.Кудрин отмечает, что распределение видов по сравнению с законом Ципфа (12) более удобно для анализа и решения прикладных задач. Им проведена громадная работа по статистической проверке и обоснованию закона повторяемости видов изделий в техноценозах.

Как указано [4,с.242], закономерность видового распределения в техноценозах «проверена на обширном статистическом материале, охватывающем сегодня свыше 1,5 млн.особей, 400 выборок и генеральных совокупностей. Проверялись доменные печи страны, распределение металла по стране, котельные     ряда городов, электрические машины, установленные на предприятиях, трансформаторы, кабели, автотранспорт промышленных предприятий». В работах [1.3.4] приведены многие статистические данные этих проверок. Все эти проверки показали, что закономерность распределения видов по их повторяемости устойчиво подтверждается. Если в спорных случаях по-разному проводить разделение техноценоза на виды, то это не влияет на проявление закономерности, т.е. некоторые ошибки разделения на виды не имеют решающего значения.