Б.И. Кудрин

ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ КАК СООБЩЕСТВ ИЗДЕЛИЙ – ТЕХНОЦЕНОЗОВ

 

 

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

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

 

НЕКОТОРЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЦЕНОЗЫ

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

БИОЛОГИЧЕСКИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СООБЩЕСТВА

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОТБОР

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

– любой документ изменяется;

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

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

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

–  незакрепленная  информация  документируется в превращается в программу;

–  документ утверждается и становится действующим для изготовления изделия.

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

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

 

 

 

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

 

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

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

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

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

 

ЛИТЕРАТУРА

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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