17 лекций по общей и прикладной ценологии
(применительно к электричеству)
Лекция 9. Общность и специфика тихогенеза, номогенеза, техногенеза.
Неизвестность, необычность и непривычность для инженерного корпуса и технических наук вообще предлагаемых нами терминов не снимают вопрос о необходимости перехода от оптимизации, многокритериальности, эффективности отдельного процесса и работы отдельной машины (агрегата, установки) к управлению их множеством, где связи между единицами-особями не только заданы технологически и жёстко определены, но и (в большинстве) слабы, а зависимости едва просматриваются. Это в полной мере относится к электрооборудованию, электроснабжению, электроремонту — электрическому хозяйству цеха, производства, предприятия. Менеджер (и чем выше его уровень, тем в большей степени) обязан принимать решения, которые опираются на недостаточные и меняющиеся данные (условия) и отличаются от среднего всё чаще и всё больше. Здесь-то и нужна ценологическая теория.
Имеются в виду две её стороны. Первая относится собственно к менеджменту: организации структуры управления (нужны ли служба главного электрика? ЦСП? ЦЭТЛ? ЭРЦ? Система ППР и сервиса?), маркетингу (собственные услуги, рынок проектировщиков, поставщиков), бизнес-планированию (стратегии развития) новых объектов электрики и модернизации существующих, логистики (прежде всего организации процесса бесперебойного электроснабжения), учёту, финансам, экономике, информационно-программному обеспечению. Для каждой компоненты следует учитывать ценологическую очевидность: 80 % результатов проистекают от 20 % вложенного труда; дисбаланс — общая черта теории хаоса; 5—10 % видов ремонтируемых электродвигателей составляют 40—60 % от их общего количества; лишь каждый десятый человек генерирует новые и оригинальные решения — не все Ньютоны и Форды.
Второе же заключается в развитии творческой способности индивида и в стратегии выбора перспективных для компании разработок, ноу-хау всех видов. И здесь мы обращаемся к эволюционным принципам, соединяющим появление нового вида и жизнь особи в едином процессе, который можно охарактеризовать словами А. Сцент-Дьёрди: "Природа работает только на основе небольшого количества основных принципов". Причём, как заметил Н. Бор: "Действительно, я думаю, мы все согласны с Ньютоном: самый глубокий фундамент науки — это уверенность в том, что в природе одинаковые явления наступают при одинаковых условиях".
Напомним некоторые определения. Техноценоз — ограниченное в пространстве и времени любое выделенное единство, включающее все изделия (сообщество изделий). Под изделием понимается предмет или совокупность предметов производства той или иной технологии (относить ли к изделиям доменную печь, compact component system CA-S300 или считать их экосистемами — достаточно дискуссионный вопрос). Технологии есть, по Нему, 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. Изделие (машина, оборудование, агрегат, устройство, аппарат, прибор) - самостоятельно функционирующая единица, рассматриваемая далее как элементарная. Экосистема (ценоз) — сообщество изделий и неживая среда (физико-химические факторы), функционирующие совместно и рассматриваемые как целое. Популяция — элементарная единица техноэволюции, группа изделий (особей) одного вида, занимающая область пространства с определёнными границами. Техно- эволюция — направленное постепенное и закономерное изменение видов изделий в ряду поколений. Генотип — устройство изделия, генетическая конструкция, записанная документально(например, чертёж), совокупность всех документов, определяющих изделие (например, опись описей). Фенотип — реализованный комплекс признаков изделия; работоспособное, "взрослое", отлаженное изделие; фенотип — реализованный генотип.
Существует множество подходов к истолкованию эволюции. Тихогенезом (от tyche — случайность, стечение обстоятельств) называют эволюцию, основанную на случайных изменениях (термин ввёл Г. Осборн в 1929 г.) и отличающуюся от ортогенеза (от orthos — прямой), который утверждает, что развитие обусловлено внутренними факторами, направляющими ход эволюции по определённому пути; от селекции (от selection — выбор, отбор) — науки о "разумном" создании сортов, гибридов, пород, штаммов. Важным считался номогенез (от nomos — закон) — эволюционная концепция о внутренней запрограммированности исторического развития живой природы (JI. С. Берг, 1922). Номогенез отрицал дарвиновское объяснение объективности и относительной целесообразности живого, считая, что эволюция, как правило, это развёртывание уже предсуществующих задатков. Что касается техногенеза, то мною в толковом словаре технетики дано следующее определение: техногенез (от genesis — происхождение, возникновение) — это происхождение, возникновение, процесс образования и эволюции элементов технической реальности и техногенного мира в целом.
Сравнение тихогенеза (как основы дарвиновского воззрения) с номогенезом произвёл Берг. Воспользуемся его сравнением для объективных законов техноэволюции (табл. 1). При этом следует иметь в виду, что любое сравнение и любые аналогии могут быть ошибочными. Они становятся объяснимы и верны, если материальная и информационная сущность анализируемого позволяет истолковать наблюдаемый факт, предложить рекомендации для последующей деятельности, сформулировать прогноз, предвидя очередной шаг техноэволции.
Конкретизируем изложенное, основываясь на примерах и положениях закона информационного отбора, сохраняя нумерацию таблицы.
1. "Немногие" и "многие" — не апория ли это античности: "куча"? Или: станет ли человек лысым, если у него вырвать один волос? Историки говорят, что когда-то "семь" было предельно большим числом, когда-то — 40 ("сорок сороков" — больше не бывает); потом — "тьма" (тысяча); сейчас "тьма тем" (100 х 1000) —105 электродвигателей на Магнитогорском металлургическом комбинате.
Первичные технические формы, возникшие в быту, слишком различаются функцио¬нально, чтобы иметь одного предка. Сравним: нож, молоток, лыжи, копьё, гребень, каток, связка растений (метла), расщеплённое дерево (доска), нить, игла, сосуд, и т. д. Впрочем, нож, копьё, иглу можно считать родственниками (как лыжу и доску), но, во всяком случае, Homo произошёл не от одной пары — Адама и Евы, как и техника — не от одного лишь рубила неандертальца (оказавшегося родственником Homo sapiens, но не потомком).
Необъятное химическое разнообразие преджизни привело к жизни, текст творений которой записан в едином 20-буквенном алфавите аминокислот (в построении молекул белка участвует обычно около 20 α-аминокислот и свыше 100 — не входят в состав белков). Раскрытие Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953) трёхмерной структуры ДНК позволило говорить о материальном носителе наследственной информации. Человечество прочитало генетический код — свойственную живому единую систему записи наследственной информации. Грамотность даёт возможность "по чертежам" конструировать живые изделия (овечка Долли), запчасти для человека, создавать монстров (с непредсказуемыми последствиями), сложив буквы в слова (гены). Существенны два момента: 1) химическая эволюция привела к разнообразию, осуществила развитие жизни из преджизни (биопоэз); 2) всё живое записано единым кодом. Для техники и технологии (и технетики в целом) своеобразной предтехникой был период до Ньютона—Максвелла, со времени которых сложилась единая научная система взглядов и её "бумажное" оформление, закреплённые метрической конвенцией (1875) и Системой электрических единиц (1881). Сейчас ГОСТ 8.417-2002. ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИН, введённый в действие с 1 сентября 2003 г. и подлежащий обязательному применению в виде международной системы единиц S1 (СИ), является основой технических наук (ср. ИСО 9001:2001). А строгость физических величин — необходимая и обязательная основа первой физической научной картины мира.
Табл. 1
Сравнение интерпретаций эволюции
|
Тихогенез |
Номогенез |
Техногенез |
1 |
Организмы развились из одной или немногих первичных форм (монофилетичность). |
Организмы развились из многих тысяч первичных форм (полифилетичность). |
Изделия развились из нескольких первичных форм. |
2 |
Дальнейшее развитие шло дивергентно |
Дальнейшее развитие шло преимущественно конвергентно, |
Специализируясь, каждая форма даёт начало новым. Ряд отстоящих форм порождает качественно отличающуюся форму- основу для специализаций. |
3 |
на основе случайных вариаций, |
На основе закономерностей, |
Псевдослучайно, реализуя закономерности, осуществимые в данных условиях. |
4 |
которым подвергаются отдельные особи. |
Захватывающих массы особей на обширной территории, |
Вначале отдельные, но становящиеся массовыми из-за соответствия условиям и потока генов. |
5 |
Путём медленных, небольших изменений. |
Скачками, пароксизмами, мутационно. |
Путём медленных изменений для большинства видов и скачками для отдельных, осваивающих новые ниши. |
6 |
Наследственных вариаций масса, и идут они по всем направлениям. |
Наследственных вариаций ограниченное число, и они идут по определённым направлениям. |
Вариации вероятностны и идут по всем направлениям, разрешённым природой. |
7 |
Фактором прогресса служат борьба за существование и естественный отбор. |
Борьба за существование и естественный отбор служат консервативными факторами, охраняющими норму. |
Циклом определяется движущее и консервативное проявления отбора, который направлен на максимальное использование ценозом ресурсов в целом. |
8 |
Виды в силу своего происхождения путём дивергенции связаны друг с другом. |
Виды в силу своего мутационного происхождения резко разграничены один от другого. |
Виды дивергентные связаны переходами, возникшие скачкообразно — качественно разграничены. |
9 |
Процесс эволюции состоит сплошь в образовании новых признаков. |
Эволюция в значительной степени есть развёртывание уже существующих задатков. |
Эволюция состоит в образовании новых признаков, основанных на общем генофонде и реализации природных законов. |
10 |
Вымирание организмов происходит от внешних причин: от борьбы за существование и переживания наиболее приспособленных. |
Вымирание есть следствие как внутренних причин, так и внешних. |
Вымирание происходит от внешних причин, от несовершенства генотипа или от его внутренней перестройки. |
Что касается исходных форм, то правильнее спросить: не из скольких форм (потому что природой было подготовлено много исходного материала), а возможно ли было, имея единый код, записать сразу различно основателей всех царств (групп?): вирусы, прокариоты, протесты, грибы, растения, животные? Или какие-то основатели царств могли быть записаны только с использованием предыдущих записей? Для технетики, развивающейся на наших глазах, этот вопрос не однозначен. Мечи, лопаты, повозки были различны у разных людских сообществ. Едиными изделия не сделала и индустриализация, но могла бы сделать глобализация (Windows), если бы не конкуренция, вкусы потребителей (что, собственно, и есть ценологическое ограничение). Тем не менее, тенденция к единению документации и законов также неистребима. Для менеджмента унификация информационных потоков внутри организации (предприятия) и согласованность с внешней средой — ключевые для выживания.
2. Пусть возникла форма: автомобиль. Далее процесс идёт дивергентно: процесс расхождения признаков кажется иногда бесконечным. От первого омнибуса Г. Гернея (1831) до РАФ-2203 и городского сочленённого "Мерсе- дес-Бенц-0305Т". Общее количество выпускаемых в мире легковых моделей и модификаций превышает 2000.
Но качественно иная картина при образовании принципиально иного вида, который становится основателем семейства.
Братья Райт выполнили первый успешный полёт (1903), открыв тем самым эру самолётов. Но что, с точки зрения техногенеза, они сделали? На планере, инженерно известном по полетам Ж. Ле Бри (1868) и особенно О. Ли- лиенталя (инженерные данные и заимствования у природы), был установлен двигатель внутреннего сгорания (Э. Ленуар, 1860; Н. Отто, 1876; Р. Дизель, 1897) и применён винт (Леонардо да Винчи, 1475). Налицо явная передача знания, закреплённая документально и называемая трансдукцией, проявление алло- полиплоидии, т. е. изменение чертежей, их "притирка", согласование такое, чтобы появилось жизнеспособное тиражируемое изделие.
Возникнув, такие формы-основатели быстро развиваются, приобретая независимо сходные признаки внутри рода (семейства) автомобилей (обтекаемые формы, карданный вал, фары, система тормозов) и между отдалёнными родственниками (самолёт, железнодорожный и водный транспорт). Налицо закон гомологических рядов Н. И. Вавилова: генетически близкие формы характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости так, что зная ряд признаков одного вида, можно предвидеть парные признаки у другого. Чем ближе генетически роды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.
Закон Вавилова для техники, например транспортной, легко проверяем. Достаточно расположить по годам выпуска автомобили, корабли, самолёты, железнодорожный транспорт, мотоциклы, да и танки, чтобы увидеть не только внешнее сходство, но и общий подход к основным узлам, аксессуарам. Каждая матрица показателей вида во времени оказывается попарно повязанной какими-то непознаваемыми трансцендентальными связями. Тогда, если вы что-то конструируете, рассмотрите родственные семейства, чтобы уловить тенденцию эволюции и "завтрашний день" вашего изделия. Было бы интересно встретить исследование, где выполнен анализ внешнего вида, например, электрооборудования (двигателей, трансформаторов, низковольтных и высоковольтных аппаратов) за полтора века с указанием всех гомологий.
3. Ч. Гудьир (1839), уронив каучук и серу на плиту, открыл резину. Таких случайностей описано множество: они становятся закономерными, когда создались условия, и нет запрета природы. Обязателен определённый генетический уровень (в технике — запас знаний). Дж. Максвелл доказал существование электромагнитных волн (1864), Г. Герц экспериментально получил их (1886), можно ли считать после этого случайным появление радио?
Открытие полупроводникового эффекта, тиристора (от thyra — дверь) и резистора (от resisto — сопротивляюсь) с неизбежностью вело к компьютерному миру, миру мобильников.
4. Опять парадокс: на этот раз, по-видимому, Зенона. Если ∆t→0, то вероятность (Р → t(∆t))/ ∆t → 0, какой бы поток событий ни был принят в качестве модели (обычно — Пуассона). Изменения захватывают отдельные изделия, затем (при наличии условий) идёт массовое внедрение, усиленное потоком генов, что проявляется в обмене документацией (её заимствовании — пиратстве, с нарушением авторских прав). Прежде всего это касается технологий и материалов. Пример — мировое производство чистого силикона, чипов, часов (вероятно, такие процессы описываются логистическим уравнением Ферхюльста). Дмитрий Иванович Менделеев, своей докторской обосновавший 40-градусное соединение спирта с водой (1865), и представить не мог необъятное разнообразие водок в супермаркетах XXI века.
5. Медленные изменения характерны для большинства эволюционных изменений. В Наркомат обороны из действующей армии в 1944 г. поступило свыше 100 тыс. технических предложений (71 % внедрён). ЦСУ СССР ежегодно сообщало о миллионах рационализаторских предложений и изобретений. Японская система менеджмента стимулирует улучшения, предлагаемые своими работниками. Поскольку "прорывы" по п. 2 и 3 редки, то стратегический ширпотреб ориентирован на небольшие, но многочисленные улучшения, в том числе ориентированные на моду и на расслоение по Парето (часы в корпусе из метеоритов, мобильники с бриллиантами).
6. Появление радио, телевидения, сотовой связи закономерно. К нему с необходимостью вело развитие науки и техники. Мелкие изменения — вероятностны, случайны: ручка внутрь или наружу.
Но изменения идут не по всем направлениям, какие могли бы предложить теория вероятностей, комбинаторика; направления не равноправны, есть запрещённые законами сохранения, термодинамическими и другими ограничениями. Создавая, во-первых, имеешь ограниченный набор генетического материала; во-вторых, комбинации возможны не все. Почему-то нет дрозофил с синими глазами, тракторов, способных летать.
7. Результат элементарного цикла: эволюционный сдвиг на Ас. Может показаться, что в результате какого-то цикла ничего не изменилось. В действительности, прошло время, происходит сукцессия — развитие экосистемы, в которой отбор, по Дарвину, работает неслышно, невидимо, где бы когда бы только ни представился к тому случай, над усовершенствованием каждого органического существа по отношению к условиям его жизни, органическим и неорганическим.
Отбор сохраняет норму. Но если в генотипе произошло псевдослучайное изменение, нашедшее отражение в фенотипе, и оно благоприятно (хотя критерии этого не ясны), то статистически изменения будут отобраны и усилены в цикле размножения.
Есть два различия между эволюцией и тех- ноэволюцией. Ч. Дарвин писал, что вымирание древних форм является почти неизбежным следствием возникновения новых. В технике это не совсем так. Экскаватор не вытеснил лопату (сохранились гвоздь, коса, топор и вообще все простейшие изделия), машины переменного тока — машины постоянного тока. Новые технологии и материалы фактически быстрее находят новое применение, новые экологические ниши, нежели заменяют в значительном объёме классические.
Второе различие принципиально. Проблема создания ценозов (и технетики как дисциплины) с необходимостью возникла с выделением документа — аналога генетического кода. Роль документа стала важнейшей на всех этапах цикла техноэволюции: современные изделия без документа нельзя создать, нельзя разместить (проектируя ценоз), нельзя эксплуатировать (обеспечить функционирование и развитие ценоза).
Но документ позволяет дать команду о продолжении выпуска изделия (сохранении действующего документа), не дожидаясь результатов отбора в экосистеме. Внесение изменений, аннулирование, создание нового документа могут быть процессами, которые не зависят от борьбы изделия за существование. Это не отменяет информационный отбор: какой-либо вариант изделия всё равно будет функционировать в конкретной системе. Но это позволяет многократно ускорить темпы техноэволюции по сравнению с биологической, для которой такой путь — невозможен.
8. Эволюционисты не могут полно построить традиционное филогенетическое древо для всех таксонов, сведя их к единому предку: палеонтология с очевидностью констатирует редкость нахождения или вообще отсутствие промежуточных форм, что возрастает пропорционально повышению систематического ранга.
Для технетики этот вопрос ясен: у Archaeo- pteryx как примитивной птицы нет промежуточной формы. У самолёта братьев Райт, фонографа Эдисона нет промежуточных форм. Сами изделия или есть, или их нет, но есть составляющие — другие изделия, живущие самостоятельно. Налицо скачок, прерыв постепенности: или это телега, или уже автомобиль, следовательно, есть мотор, передача, управление.
Мутационные скачки могут быть и у формы, вступившей на путь специализации: мартеновское, конвертерное, электросталеплавильное производство стали; лампа Эдисона, с вольфрамовой нитью; ртутные и люминесцентные лампы, светодиоды; магнитные накопители информации, гигабайтность JetFlash. Но качественно — полёт Ю. Гагарина (1961) иной, чем все последующие.
При одинаковых условиях (близких) и одинаковом исходном генетическом материале вероятность подобных мутационных изменений возрастает до её реализации в единичном и массовом количестве, закреплённом отбором. Без всяких революционных потрясений это осуществляется, когда происходят небольшие изменения, микромутации. В этом случае можно составить дивергентный ряд видов, связанных друг с другом переходами.
Не сумев прочитать генетическую запись живой природы от давно вымершего до сегодняшних видов, трудно установить родство. Но вот несомненное родство: Вольта, уточнив опыты Гальвани, построил аппарат для получения электричества (1800); М. Фарадей опытно открыл электромагнитную индукцию (1831); Т. Эдисон построил первую электростанцию (1882); в Экибастузе пустили блоки электростанции по 500 МВт (1980). Вот несомненный ряд: С. Морзе (1840) изобрёл телеграф и азбуку, отменённую в 1999 г. из-за роста спутниковой связи; А. Белл (1876) получил патент на телефон; А. Корп (1902) — на сканирование; транзистор (1947), штрих-код (1949), микросхема (1958), микропроцессор (1971), первый ПК (1981), первая версия Windows "Microsoft" (1985), вирус "Lovebug" (который нарушил работу Конгресса США в 2000 г.)... Здесь, в техноэволюции, совершенно неясны дискретность нового и ниоткуда взявшееся открытие. Конечны — опыт, знание, интуиция, но есть и озарение, как во сне увиденная система химических элементов.
Палеотехнетик (гипотетический) едва установил бы родство между цинковыми и оловянными пластинами Вольта и турбогенератором, да даже между несомненными родственниками: вольтовым столбом и батарейкой "Крона", ГОСТ 17659—79; аккумулятором 11S92P1001Z1ZA6H5960RX.
Таким образом, не ставят ли палеонтологи нереальную задачу: восстановить родство по ископаемым остаткам, которые утратили идеальную сторону информации, неизбежную при информационных процессах?
9. Содержит ли in potentia детекторный приёмник трехламповый АРЗ-49? А цветной телевизор? Музыкальный центр?
Сама формулировка тихогенеза и номогенеза спорна. Каждый последующий шаг эволюции, точнее, каждый момент существования природы, опирается на достигнутые изменения внешних условий (а каждый вид в биологии и технике, и чем выше его организация, тем в большей степени, преобразует окружающие условия в направлении, благоприятном для себя) и на сложившийся генофонд. Подчеркнём: "перестраивает" как телевизор, как унитаз.
Природа каждый раз пытается выполнить желания Агафьи Тихоновны: губы Никанора Ивановича приставить к носу Ивана Кузьмича, да взять развязности, да добавить дородности. И если есть условия, и такая реализация не запрещена законами сохранения, другими физико-химическими законами, специальными требованиями, то она осуществляется: получается магнитола или редька Raphanobrassica Г. Д. Карпеченко.
Процесс эволюции состоит в образовании всё новых и новых, и новых признаков, большей частью незначительных, которые сортируются отбором. Все нововведения опираются на статистическую возможность реализации объективных законов в виде сочетания сущностей, отражающих данные условия среды и уровень генофонда.
10. Вымирание видов есть чаще результат воздействия внешних причин. Но в технике изделие, освоенное и выдержавшее борьбу за существование в экосистеме, может оказаться нетехнологичным: сложная компоновка, трудоёмкость сборки и др. Приходится дорабатывать чертежи, обеспечивая совершенство форм. Переход на печатный монтаж — это в большей степени технологическое требование, а бум нанотехнологий, где оперируют атомами и молекулами — вероятно, всё-таки, насыщение, предел. Предел чего?..
В порядке подведения итога заметим, что ценологические модели видового, ранговидового и Я- распределений по параметру действуют в ценозах-сообществах, образованных множеством элементов-особей разных видов. Эти Я-ограничения и должен в своей деятельности учитывать менеджмент. Что касается информационного отбора, собственно экспериментальной эволюции, то закон "размазан" по этапам и подэтапам, охватывая отдельные виды, порождая новые виды, и даже как основателей рода, семейства.
Отбор же случайных ненаправленных вариаций, по Ю. Чайковскому, действительно может приводить к появлению нового полезного свойства, но только при выполнении весьма жёстких условий. Перечислим их.
1. Приспособление состоит в очень простом изменении наличного материала, а не в создании чего-то более сложного.
2. Отбор эффективен только в рамках одной группы (популяции) при документальной фиксации изменения в рамках единого комплекта конструкторских расчётов и чертежей.
3. Он действует по схеме искусственной селекции, т. е. отбираемый вариант подвергается быстрому размножению (положительному отбору), тогда как остальные варианты вида не конкурируют с ним за ресурсы, а попросту отстраняются от размножения.
4. В данной популяции в данное время может отбираться лишь один квант селекции (уверенность дарвинизма, что отбору непрерывно подвергается всё разнообразие свойств сразу, не имеет ни фактического, ни математического основания).
5. Изменчивость отбираемого признака должна во много раз превышать ту, какая совместима с сохранением наследственности, чтобы появился материал для отбора.
При этих условиях акт отбора происходит сразу, так как отбираемое свойство является готовым приспособлением. Постепенного формирования приспособления из частей, не являющихся приспособлениями, не происходит. Более того, при отборе не бывает постепенного накопления слабовыгодных признаков.
Контрольные вопросы
1. Поясните понятия, обозначенные в заголовке лекции.
2. Назовите несколько первичных технических форм видов, явившихся основателями технических семейств.
3. Приведите примеры самодостаточных изделий-видов, объединение нескольких из которых ведёт к возникновению нового вида (семейства).
4. Конкретизируйте примерами закон Вавилова для транспортных средств.
5. Какие из открытий в науке и технике, объяснимых случайностью, вы знаете?
6. Составьте ряд, характеризующий эволюцию основных семейств электрооборудования и сетей.
7. Обоснуйте вытеснение трамвая из центра городов, замену масляного электрооборудования и сетей, отказ и возврат в связи с намечаемой экологической нишей для паровоза.
Б. И. Кудрин