17 лекций по общей и прикладной ценологии
(применительно к электричеству)
Лекция 17. Постнеклассическое видение проблем электрического
хозяйства предприятий, организаций и учреждений.
Не кажется случайным, что первый номер журнала "Электрика" вышел в январе 2001 г. – образно выражаясь, в первый день нового века, века, включившего Россию в постиндустриальное информационное общество. Смутные 90-е годы покончили с эпохой индустриализации, с "буднями великих строек, в весёлом грохоте огня и стали", со "страной мечтателей". Перед Российской Федерацией XXI века поставлены проблемы, связанные с глобализацией экономики, с необходимостью инновационного развития, с изменением принципов инвестиционного проектирования и строительства, с неизбежностью овладения новыми наукоёмкими технологиями и материалами нанотехнологий. Всё это диктует разработку долгосрочных планов развития для обеспечения безопасности страны, с обязательностью включения в эти планы Энергетической стратегии до 2020, 2030 и 2050 гг.
Несомненно, что технический мир (а также информационный и социальный) в пределах жизни одного поколения изменился кардинально (достаточно назвать мобильник). Каждое такое изменение, всё ускоряющееся, меняет мировоззрение: лошадь, хомут, повозка; паровая машина и ткацкий станок; автомобиль и самолёт; электродвигатель и трансформатор; телевизор и компьютер.
Менеджмент в его классическом виде (термин связывают с докладом Г. Тауна 1886 г. "Инженер в роли экономиста") от Г. Эмерсона, А. Файоля, Ф. Тэйлора, Г. Форда опирался на теорию мотивации и исходил из возможности формализации структуры полномочий, ответственности, учётно-отчётной документации, информационных потоков. В основе идеологии менеджмента лежала первая научная картина мира: всё можно строго и однозначно рассчитать, два объекта (действия) – сравнить, "пометить" во времени и представить в трёхмерном пространстве.
Революция качества 1950–1990 гг., характеризующая развитость страны, её вписанность (вложенность) в мировую экономику, формализована системой стандартов ИСО 9001–2000. Ставилась цель достижения неизменно высокого качества за счёт наименьших затрат, оптимизации соотношения "цена–качество" за счёт применения статистических и поведенческих технологий. И здесь был [1] переоткрыт принцип Парето (1897), признан закон Ципфа (1949).
Принцип Парето доказательно утверждает, что 10 % богатых в любой стране (первый дециль от общей численности населения) должны иметь суммарные доходы в 10 раз больше суммарных доходов 10 % беднейшего населения (последний дециль); большее расслоение ведёт к неустойчивости общества.
Принцип Ципфа, опираясь на принцип наименьшего усилия Маха–Авенариуса, заключается в том, что ресурсы (люди, товары, время, знания) "самоорганизуются так, чтобы свести к минимуму затраченную работу, и, таким образом, приблизительно 20–30 % любого ресурса производят 70–80 % деятельности, связанной с этим ресурсом" [1, с. 16] (упрощённо говоря: 20 % мужиков выпивают 80 % пива).
Экономический подъём в Японии после войны в определённой степени связан с тем же принципом 80/20. В 1953 г. И. Юран, идеи которого в США не были восприняты, использовал этот принцип, чтобы "искоренить выпуск бракованной продукции, повысить надёжность и полезность промышленных и потребительских товаров. Когда после 1970 г. японская угроза американской промышленности стала совершенно очевидной, Запад стал воспринимать Юрана всерьёз, и тот вернулся в США [там же, с. 17], чтобы сделать там то, что он сделал в Японии". Одной из первых восприняла принцип компания IBM (принцип лёг в основу программы RISK HP); "Эппл", "Лотус", "Майкрософт" также использовали его, делая машины более простыми и дешёвыми.
Возвращаясь к электричеству, сформулируем две цели: 1) показать объективность рассматриваемого явления, которое выходит за представления [1]; 2) выявить практические задачи, подлежащие решению при проектировании, строительстве, эксплуатации и модернизации объектов электрического хозяйства (электрики) в условиях окончания реструктуризации электроэнергетики, ужесточения требований к безошибочности стратегии обеспечения электроэнергией и снижения эксплуатационно-ремонтных затрат.
Напомним, что впервые в мире [2, с. 77] для технической реальности на примере электрического хозяйства металлургических заводов Сибири и Украины для электропотребления и электроремонта в 1967–1971 гг. было обнаружено явление устойчивости структуры норм расхода электроэнергии и структуры ремонтируемого (установленного) электрооборудования. Структура по соотношениям "редкое–массовое", "крупное–мелкое" соответствовала принципу Парето–Ципфа и была описана гиперболическим H-распределением. Оно восходит к бесконечно делимым негауссовым распределениям, которые теоретически могут не иметь математического ожидания, а дисперсия их бесконечна (для них не действуют закон больших чисел и центральная предельная теорема).
С приоритетом 1976 г. мною же был сформулирован закон информационного отбора, включающий дарвиновские представления естественного отбора и объясняющий H-устойчивость структуры. Полная формула открытия закона следующая. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено явление инвариантности структуры множества технических изделий (техники, технологии, материалов, потребительских продуктов, техногенных экологических воздействий, конструируемых согласно аксиоматике вариационных принципов механики и изготавливаемых с ограничениями по критериям нормального распределения), определяемой происхождением, функционированием и эволюцией технических видов путём поэлементного информационного отбора штук-особей или параметра неделимого объекта (закон информационного отбора), которые объединяются в сообщества (cenosis) без математического ожидания и конечной дисперсии нормального закона, идентифицируемые как цех, предприятие, отрасль или квартира, поселение, регион так, что существует устойчивое повторяемое предсказуемое видовое гиперболическое негауссово Н-распределение, диктующее критерий разнообразия (уникального "ноевого" – 40–60 % видов, 5–10 % штук-особей; массового "саранчёвого" – 40–60 % штук-особей, охватывающих 5–10 % видов) и моделируемое относительно особой пойнтер-точки R распределением простых сомножителей, задаваемым числом видов факториала натурального числа, и что существует соотношение "крупное–мелкое" по определяющему сообщество-техноценоз параметру, такому, что характеристический показатель, задающий кривизну гиперболы, находится в строго определённом интервале бесконечно делимых распределений.
Закон возвращает нас к связке: а) разработка и изготовление электротехнических изделий; б) генерирование, передача, распределение электрической энергии субъектами электроэнергетики; в) заказ потребителя, поставка, установка, эксплуатация оборудования и приобретение электрической энергии на основе заявки на технологическое присоединение, договорное приобретение согласованного объёма электроэнергии и мощности [3].
Столкнувшись с необходимостью упpавлять созданием, функциониpованием и pазвитием электpического хозяйства, ожидая pеволюцию на миpовом pынке энеpгобизнеса, заключающуюся в безусловном пpиоpитете интеpесов потpебителя, пpактически важен вопpос: что всё это означает теоpетически, что нового должно появиться в нашем знании, к чему мы должны адаптиpоваться?
Век электpотехники опирался на классические пpедставления XIX века: телá (поля) и движение можно пpедставить в идеальном виде, существуют жёсткие пpичинные связи и следствия. Математический аппарат – диффеpенциальное и интегpальное исчисления. Пpи заданных исходных данных pешение однозначно и неотличимо от дpугого с теми же исходными данными. Существуют обpатимость и независимость pешения от вpемени пpоизводимых вычислений.
Завершённость электротехники определилась принятием Первым Международным конгрессом электриков (1881) электромагнитной системы единиц; определением таких единиц как вольт, ампер, ом, кулон; Вторым (1889) – переменного тока, джоуля, ватта; Третьим (1891) – многофазных систем; Четвёртым (1893) – эталонов измерений и символов; созданием Международной электротехнической комиссии – МЭК (1904).
Век электpоэнеpгетики – век двадцатый – начал иметь дело с процессами и системами (классические представления первой научной картины миpа имеют соподчинённое значение). Господствующее миpовоззpение – системно-кибеpнетические взгляды, pеализуемые теоpией больших или сложных систем, системным анализом, системотехникой, теорией надёжности и массового обслуживания. Всё это основывалось на теории вероятностей и математической статистике, которые предполагали действие закона больших чисел и центpальной пpедельной теоpемы. Решение любой задачи определялось паpаметpами pаспpеделения, так что с заданной вероятностью находился некоторый интервал, в котором и существовало решение. Всё это восходит к открытиям в физике в 1800–1830 гг., поискам технических решений в 1830–1870 гг.
Для нашей страны электроэнергетика традиционно связывается с планом ГОЭЛРО (1920). Собственно сам план, предусматривающий сооружение 30 электростанций общей мощностью 1750 МВт с годовой выработкой 8,8 млрд кВтч, был в основном выполнен к 1931 г. ГОЭЛРО – курс на централизацию и гигантизм в ущерб индивидуальному и мелкому – получил логическое завершение созданием Единой энергетической системы. До конца века продержалась концепция плана:
• строительство социалистического хозяйства идёт по единому государственному плану;
• индустриализация опирается на опережающее развитие тяжёлой промышленности, производство средств производства опережает производство средств потребления;
• производство концентрируется, сооружение промышленных комбинатов осуществляется на базе энергетических центров;
• промышленность географически перемещается, а строительство городов (городских районов) осуществляется на базе градообразующих предприятий;
• электрификация развивается, опережая валовый продукт при концентрации мощностей и централизации электроснабжения.
Концепция перестала соответствовать реалиям уже в 70–80-е годы и сделала неизбежной реформу электроэнергетики. Новая энергетическая политика (А. Чубайс, 2005), поддерживаемая нами, замкнута на электроэнергетику. Но как-то забывается, что новый век ориентируется также и на рациональное энергосберегающее потребление электрической энергии, на широкое использование вторичной и возобновляемой генерирующей мощности. Своевременно говорить о веке, где определяющими станут интересы потребителя продукции и энергии.
Век электрики будет иметь дело со стpуктуpами ценозов и отбором (для техноценозов – инфоpмационным). В этом случае электpическое хозяйство есть слабо связанное и слабо взаимодействующее практически бесконечное (счётное) множество изделий (целостность), конвенционно выделяемых как сообщество (ценоз), адекватно не описываемое системой показателей, тождественно не равное другому пpи совпадении показателей, необpатимо pазвивающееся (эволюциониpующее). Математический аппаpат – гипеpболические Н-pаспpеделения в видовой, pанговидовой и pанговой по паpаметpу фоpмах, котоpые не дают pешения в точке из-за теоpетического отсутствия математического ожидания (сpеднего). Однако опеpиpование с pаспpеделением в целом позволяет pешать пpактические задачи опpеделения паpаметpов электpопотpебления, ноpмиpования и энеpгосбеpежения, изменения организации электpоpемонта и повышения эффективности электpического хозяйства (в целом и по отдельным составляющим).
Целевое видение развития электроэнергетики России до 2030 года не корректно [4] связывать с ГОЭЛРО (план разрабатывался в 1920 г. для развития всей экономики страны, сейчас же речь идёт о расчётных сценариях развития только электроэнергетики). Комплексная программа развития электроэнергетики включает [4, см. также www.rao-ees.ru]:
1. Формулирование стратегических задач развития ЕЭС России до 2030 г. и на перспективу до 2050 г.
2. Формирование стратегического видения ЕЭС, включающего в себя количественное и качественное описание:
• рынка (внутренний рынок и экспорт);
•мощностей (сети, генерация, технологические тенденции);
•системы управления отраслью;
•смежных рынков (сервис, производители);
•ресурсной базы (топливо).
3. Описание ключевых комплексных инвестиционных проектов.
4. Внедрение системы долгосрочного планирования развития ЕЭС России;
5. Формирование сигналов рынку, стимулирующих инвестиции в генерацию и сети, разработку и производство современного оборудования и повышающих конкуренцию на рынке услуг для энергетики.
Потребители электроэнергии, ориентируясь на собственные интересы, не могут не считаться с этой стратегией, разработанной субъектами электроэнергетики. Но, прогнозируя свою стратегию на долговременную перспективу, потребителю, прежде всего – менеджменту крупного предприятия, следует критически оценить программу электроэнергетики и сделать свой выбор, опираясь на новое мировоззрение [1], на новый математический аппарат и практику его применения для объектов электрики (изложены в 17 лекциях [5]). Ценологическая теория подтверждена H-анализом регионов по электропотреблению за 1990–1999 гг., когда оно по России упало с 1073 млрд кВтч (1990) до 809 млрд кВтч (1998), сохраняющейся H-устойчивостью структуры регионов в 2000–2008 гг., уверенностью в большой точности ценологического прогноза на 2020 (2030) гг.
Трудно назвать все вопросы, которые возникли, когда человек недавно почувствовал возможную гибель цивилизации. За ответами (Чтó делать?) обращаются к науке, дающей решения в рамках одной из трёх существующих научных картин мира: первой классической электромеханической Ньютона–Максвелла, второй – постклассической вероятно-статистической, третьей – постнеклассической ценологической. Решение, прежде всего, определяется видением бытия как такового, т. е. ответом – что есть окружающее сущее. Его материальная сторона порождeна индустриализацией, и есть только техническое, качественно и количественно сейчас лишь глобализующееся. Очевиден факт, что техносфера, не став ноосферой, по де Шардену и Вернадскому, поглотила биосферу.
Всеобщность технического позволяет вслед за Анаксимандром, выделившим живое из Природы, ранее воспринимавшейся как единое, сделать следующий принципиальный шаг.
Существует бытие техническое, развивающееся объективно, так что законы техноэволюции не требуют "примысливания" человека, но предполагают существование науки, бытие изучающей. Такая наука о технической реальности и её эволюции названа технетикой. Она выросла из электрики и перекрывает кибернетику, действующую в рамках системной методологии второй научной картины мира. Технетика вводит постнеклассическое мировоззрение, исследуя сообщества (техноценозы) слабо связанных и слабо взаимодействующих изделий, классифицируемых как штуки-особи по видам (в цехах и заводах, квартирах и городах, отраслях и регионах, по стране в целом).
Технетика сущностно включает пять составляющих, онтологически и гносеологически различающихся: создаваемую и эксплуатируемую технику, разрабатываемую и применяемую технологию, получаемые и используемые материалы, производимую и потребляемую продукцию, возникающие и частично реализуемые отходы. Техника – онтологическая основа технической реальности. Лишь она обеспечивает производственную и культурную деятельность человека, саму возможность социальной и личной жизни, существование информационной реальности. Техника есть изделие, или совокупность изделий таких, что каждое сейчас алгоритмически закреплено документом. Гносеологически не ясен механизм структурной гиперболической H-устойчивости каждого техноценоза при эволюционном росте видового разнообразия, непрерывном вымирании технических видов и смерти каждой особи-штуки-изделия из-за физического и морального износа. Но в любом случае техника образует каркас, структуру любого ценоза. Технология – знание, в древности абстрактно формулируемое и устно передаваемое, а ныне документальное знание того, каким образом, где и на чём, из чего и как можно что-либо сделать. Технология есть категория гносеологии. Это – душа технической реальности; это знания, пусть морально и стареющие, но закрепляющиеся в культуре навечно. Материал – сущностно есть нечто физическое, биологическое, техническое, появляющееся на краткое время, чтобы воплотиться в другой материал или в конечный продукт, выпуск которого порождает экологические последствия (отходы, сбросы, выбросы).
Собственно техника делится на технику мёртвую (болт, молоток), локально не противодействующую законам термодинамики; технику живую, т. е. сделанную сознательно по чертежам-генам (трансгенные продукты, овечка Долли); технетическую (электродвигатель, автомобиль, дом), которая индивидуализируется паспортом (нумеруется) и для своего функционирования требует энергии, инфраструктуры, информационного и социального обеспечения. Именно технетическая техника составляет в ХХI веке материальную, информационную и социальную основу любого функционирующего и эволюционирующего техноценоза.
Здесь принципиально: всё, что делается техникой, точно и однозначно определяемо законами первой научной картины мира, где атом, по Демокриту, неделим, а электрон и молекула от других таких же – не отличимы. Но есть парадокс, не осмысливаемый инженерами: точно рассчитанное не может быть изготовлено таковым в принципе – всегда есть допуски, отклонения. И это не случайность, а проявление действия второй вероятно-статистической (в пределе гауссовой) картины мира. Мысленная конструкция Ньютона–Максвелла реализуется элегантным "Мерседесом", допуски на параметры которого определяются математическим ожиданием и дисперсией (допустимой ошибкой).
Посмотрим на дальнейшее максимально обобщённо. Через три минуты после "Большого взрыва" – создания Вселенной – родились элементарные частицы, затем атомы и химические элементы, галактики, Солнечная система, минералы и т. д. Образовались сообщества-cenosis чего-либо, где каждый элемент выделяется как дискретная штука-особь, обязательно классифицируемая по видовым признакам (кролик, заяц). Оказалось, что любой ценоз в постнеклассических рамках третьей научной картины мира структурно неотличим по параметрам гиперболического H-распределения, характеризующим разнообразие и соотношение "крупное–мелкое". Для гравитационного поля звёзд это сделал Хольцмарк (1910), получивший для Галактик характеристический коэффициент α=1,5. Для минералов Земли – Ферсман (тоже 1,5, и это позволяет рассматривать каждое месторождение как ценоз). Биологи H-структурировали биоценозы с начала ХХ в. (Виллис, 1922; Юл, 1924) и получали аналогичные результаты (включая акад. Сукачёва – по Крыму). Техноценозы исследовались на основе 1000 выборок и генеральных совокупностей, охватывающих 2,5 млн штук-особей оборудования (0,5<α<1,5). Изучение информценозов связывают с законами Ципфа, Брэдфорда, Мандельброта; социоценозов – с распределением Парето. Закон Парето проверен по энергозатратам за 21 год по всем предприятиям чёрной металлургии (см. отраслевой банк "Черметэлектро", kudrinbi.ru).
Во всех случаях приложения теории структура, математический аппарат H-распределений оказываются идентичными, результаты – переносимыми из одной области науки и практики в другую. Несмотря на субъект-объектные различия физической, биологической, технической, информационной, социальной реальностей общность структуры ценозов позволяет встать на позицию познавательного оптимизма и говорить о трансдисциплинарности ценологии. Но что есть диктующее, которое создаёт идентичность структур? Вот вопрос – лишь поставленный.
Говоря о единстве Мира, можно говорить о наличии и направленности отбора, обеспечивающего эволюцию и отражающего специфику той или иной реальности. Эволюция любого технического определяется законом информационного отбора (1976), который отличается от дарвиновских представлений (1859) отделением гена – документа. Вектор техноэволюции объективно однонаправлен и необратим. Генотип – перечень чертежей изделия – зажил собственной жизнью, определяемой документальным отбором. Фенотип – изготовленное изделие, появившись, не эволюционирует, хотя стареет и умирает. Закон задаёт видовое и параметрическое разнообразие структуры техноценозов, т. е. определяет соотношения "редкое–частое", "крупное–мелкое".
Одновременно закон информационного отбора, если привлечь для его интерпретации кибернетический подход Шмальгаузена, определяет схему техноэволюции. Схема очерчивает три узловых точки научно-технического прогресса. Первая – научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, в результате которых создаётся технический вид как некоторый абстракт, прообраз, служащий для последующего изготовления штуки-особи изделия как продукта по определённой технологии и из определённых материалов; вторая – комплекс видов деятельности, включая инвестиционное проектирование, обеспечивающий построение, функционирование, развитие ценоза (завод, регион); третья – собственно информационный отбор (штрих-код и др.), опирающийся на нормативные, рыночные, экологические и другие ограничения. В отличие от биоэволюции техноэволюция возможна в виртуальном варианте, это и объясняет несравнимо бóльшие темпы её эволюции.
Напомним, что вопрос о биологическом виде закрыт Линнеем (1735). Его бинарная номенклатура признана естествоиспытателями. Для технического (до завершения индустриализации) ещё существовала в мире и в стране документация, в которой содержался весь перечень технических видов (cм. историю ленд-лиза США–СССР). Для XXI в. ценологическая теория уже однозначно запрещает саму возможность иметь документально оформленный полный перечень технических видов, понимая под "видом" (1974) всё то, что требуется для изготовления и иcпользования своей собственной технической документации на модель, марку, тип, типоразмер, артикул, профиль, сортамент и др.
Итак, все реальности образовались последовательно – одна за и из другой, существуют как самодостаточные, эволюционируют по своим вполне определённым законам, ориентируясь, с точки зрения классической науки, на идеальные объекты, состояния, явления, процессы, виды. Но бытийная реализация отдельного идеального ведёт к отличиям от "задуманного" Природой (человеком) таким, что каждое единично "сотворённое" находится в пределах видовых параметров, определяемых, в пределе, нормальным законом Гаусса. Единичное разных видов и разных реальностей неотвратимо собирается в сообщества-cenosis, образуя трансцендентные, по Канту, объекты. Познание их онтологии в какой-то степени возможно, если согласовать понятийно-математические постулаты постнеклассического мировоззрения, конвенционно определить границы ценоза и словесное качественное его описание, преодолеть счётность элементов и практическую бесконечность наличествующих слабых связей и слабых зависимостей, ввести родо-видовые отношения и, применив H-анализ, сформулировать политические, экономические, социальные цели для организации менеджмента, опирающегося на структурную устойчивость разнообразия и на соотношение "крупное–мелкое".
Показав, что на наполнение электрического хозяйства (электрики) оборудованием и расходование им электроресурсов накладывается фундаментальный закон, математически диктующий параметры H-распределения, обратимся к конкретным примерам его проявления и использования (которое может быть и интуитивным).
Прежде всего – о менеджменте. Верно, что 20 % членов группы выполняют 80 % работы. Группа, где начинают проявляться ценологические свойства, это 20–30 человек (что проверено статистически). Высокий профессионализм должен отличать 5–10 % из них, они должны быть интеллектуалами, генераторами идей; 40–60 % – исполнители, точно и аккуратно выполняющими указания; 10 % – "отличники"; 10 % – "двоечники". Для оборудования и сооружений минимум – это около 100 видов, классифицируемых на 10–20 видов (в СССР была 131 домна – 49 видов; прокатных станов 360 – 149 видов).
Полнота управления достигается, если руководителю исчерпывающе известна (выразимся так) деятельность каждого из следующих семи подчинённых (до десяти), стоящих на следующей ступени служебной иерархии. Если у каждого из этих семи столько же подчинённых, то через три ступени иерархии можно эффективно управлять до 1000 чел.
Подтвердим это происхождением и развитием Единой энергосистемы страны (по Новожилову И. А.). Пока в стране было около десяти энергетических объектов, управление ими осуществлялось непосредственно из Высшего Совета народного хозяйства страны (ВСНХ), в составе которого для этих целей был сформирован специальный главк – Главэлектро. Сами объекты энергетики имели статус государственного предприятия. Память об этом осталась в названиях крупных конденсационных электростанций – ГРЭС (государственная районная электростанция).
С ростом числа объектов энергетическая система становилась неуправляемой, поэтому был создан специальный Наркомат с функциональной организационной структурой управления. Число объектов энергетики бурно росло, и вскоре новая система вновь стала терять управляемость. В целях обеспечения ценологического соотношения необходимо было решить задачу управления при сохранении двухзвенной структуры (министерство – предприятие). Решением этой задачи стало укрепление государственных предприятий. Расположенные в непосредственной близости друг от друга, они были объединены в "районное энергетическое управление" (РЭУ) – так впервые было названо Киевское объединение энергетики. Входящие в состав объединений электростанции и сетевые образования стали для государства структурными единицами районных управлений. Вначале районные управления охватывали территории нескольких единиц административного деления страны (Ивэнерго – Ивановскую и Владимирскую области, Челябэнерго – Челябинскую и Курганскую области и др.).
Властное воздействие на руководство предприятий-энергосистем административного и особенно партийного руководства территорий, на которых дислоцировалось РЭУ, значительно ухудшало положение энергетики, расположенной за пределами территорий-хозяев. В связи с этим началась борьба ущемляемых территорий за создание "собственных" РЭУ, которые руководство территорий рассматривало как свои энергетические службы. В результате система стала терять управляемость, и снова возникла задача сохранения двухзвенной структуры и оптимального соотношения чисел субъектов и объектов управления.
Решение было простым: разукрупнить производственную функцию Минэнерго. В его составе вместо одного функционального эксплуатационного главка было создано несколько главных управлений по эксплуатации энергосистем, объединённых по территориальному признаку. Таким образом, Министр управлял десятком главков, являвшихся структурными подразделениями министерства без статуса юридического лица (1:10), а каждый главк, в свою очередь, управлял десятком предприятий-энергосистем (1:10) с десятком электростанций и сетевых образований (1:10). Это и означало управление тысячью объектов энергетики одним министром, что со всех точек зрения было самым оптимальным вариантом. Итак, система управления большими комплексами требует вполне определённой структуры, она обязательно должна прийти к соотношению числа управленческих звеньев, близкому к 1:10:100:1000.
Дальнейшие примеры практического использования ценологической теории основаны на фактическом материале моей научной школы.
1. Нормальный ход работы предприятия, где можно выделить определяющий характер производства, достаточно протяжённый в пространстве технологический процесс, фиксируемый (делимый автоматизированной системой управления) по объёму и во времени (минута, час, сутки), но автоматически не обусловленный (комплекс "сталь–прокат", производство цинка, шахтная добыча угля), можно охарактеризовать статистически установленными нормативами времени. Всегда наблюдаются организационные, технетические, аварийные отклонения от этих норм.
Отслеживая отклонения по величине Δt от норматива времени (что влияет на объём продукции), можно построить ранговидовое распределение. Все отклонения (простои) разбиваются по интервалам (число которых не меньше 10, оптимальное – в районе 100). Мелкие отклонения, фиксируемые и устраняемые без сбоя технологии, суммируются (за сутки, неделю, месяц); сумме присваивается ранг r=1 (это "саранча"). Сумма второго интервала r=2 и т. д. В результате строится H-распределение в ранговидовой форме, где длительные (часовые, сменные, суточные) простои единичны (обычно это аварийные случаи) – в нашей терминологии "ноевы".
Оказалось, что форма и параметры H-распределения при нормальной работе предприятия находятся в пределах, ценологически определённых. Но если предприятие начинает "лихорадить", то мелких нарушений становится вроде бы меньше (ухудшается учёт, абсолютно уменьшается величина ранга r=1); практически не меняется значение крупных аварийных; значительно возрастают "средние" простои. H-кривая вырождается в падающую прямую (Рис.1.), между ними образуется некоторая площадь, характеризуемая мерой Мэх (термин Буторина В. К.), градиенты представляют неизбежные потери производства, ухудшение управляемости, наблюдаемости, координации, достижимости. Критическое состояние рассматриваемого бизнеса прослеживается ценологически. Это сигнал "Внимание!" для высшего менеджмента, сигнал о возможности банкротства, смене руководства, трудностях сбыта и др.
Рис. 1. Нормальное (а) и аварийное (б) состояние цехов
2. Если известен параметр, характеризующий виды (каждую особь), которые образуют технический ценоз, то по эмпирическим точкам распределения строится аппроксимационная кривая H-распределения по параметру (мощность, общие и удельные расходы электроэнергии, трудозатраты на ремонт и обслуживание и др.). Рассчитывают переменный доверительный интервал; выявляют аномальные точки. Затем, по Гнатюку, проводят процедуры параметрической оптимизации такие, что (применительно к электропотреблению) оказываются возможными прогнозные оценки, расчёты норм потребления, рекомендации по аудиту, по развитию и потенциалу энергосбережения, предложения по нормативным актам.
На основе сформулированного закона оптимального построения техноценозов предложена методика управления электропотреблением. Для прогнозирования предложены Z-методы, восходящие к Ципфу, и G-методы – к Гауссу; в основе нормирования – кластер-анализ. Сформулирован общий алгоритм реализации динамической модели электропотребления техноценоза. Использование специфического математического аппарата и критериев позволяет рассчитать потенциал объекта энергосбережения по предприятию, региону.
3. Ранговый анализ по параметру можно использовать для оценки нынешнего состояния предприятия на основе истории его электропотребления за 20–50 лет с целью прогноза электрических параметров на ближайшие годы. В этом случае рассматривается изменение величины характеристического показателя β и поведение первой точки (наибольшего потребителя, r=1) для ценоза, где число штук-особей-элементов не менее 35 (цехá предприятия, основная продукция).
В зависимости от изменения соотношения "крупное–мелкое", номенклатуры выпускаемого, интенсивности воздействия внешних условий (спад, например) наблюдаемы и используемы различные сочетания: первая точка растёт, не меняется или падает; независимо от неё β растёт, не меняется или падает. Для прогноза может быть использован вторичный характеристический показатель, который получается при ранжировании всех β, относящихся к одному ценозу. Оказалось, что вторичный β ведёт себя более устойчиво.
4. Для ценоза (предприятие, город, регион) поэлементный состав меняется во времени. Предприятия (их цеха) исчезают, распадаются или объединяются, рождаются новые. Можно отслеживать тренд каждого (в отдельных случаях это необходимо). Но если возникает вопрос о величине параметра на год, два, пять лет для ценоза как целого, то оказывается, и это доказано (что и есть главное ценологическое свойство), что для получения приемлемого результата можно пренебречь образующимися "дырами" и появлением нового.
5. Анализируя H-распределение по параметру (электропотребление и удельные расходы) по всем предприятиям региона (отрасли), гиперболу разбивают так: первые касты – самые крупные объекты. Первая точка (ранг r=1) определяет аппроксимирующую форму H-кривой. В отдельных случаях эта точка (и вторая) оказывается "не из этого ценоза" как алюминиевый гигант Хакасии, как Москва (она "на месте" среди других столиц и мегаполисов развитых стран, но по большинству параметров выпадает из ценоза "регионы Российской Федерации"). И тогда, возможно, построение модели H-распределения более логично выглядит с исключением первой точки.
Вторая группа элементов-особей – это пойнтер-каста, которая определяет характеристический показатель. Здесь при движении вниз по гиперболе увеличивается степень ценологического влияния на формирование динамики каждого объекта. Наконец, виртуальная каста – группа малых объектов, каждый из которых на кривой практически неразличим.
Изменение параметров рангового распределения (первая точка и β) во времени формализуется поверхностью, площадь которой под кривой и служит основой прогноза. Это, по Фуфаеву, динамика первого рода. Динамика второго рода – структурно-топологическая динамика – заключается в отказе от рангового анализа в классическом виде. Точки (объекты-особи) рангового распределения рассматриваются в функции времени как случайные процессы. Здесь прогноз траекторий электропотребления свободен в выборе параметров прогнозирования, и на них накладывает ограничения индекс жизнеспособности предприятия (ЖСП). Это угол тренда – скорость изменения доли электропотребления каждого предприятия в общем электропотреблении региона.
6. Повышение эффективности электроремонта практически на 12–15 % (теоретически – на 25 %) за счёт ценологического моделирования, объясняемое H-анализом, позволяет планировать на месяц (год) объёмы по количеству и типоразмерам (видам). В основу кладётся устойчивость поведения хвоста гиперболы: саранчёвых видов, поступающих в ремонт 12 раз в год и чаще (таблица): здесь k – каста (реализованные группы видов); i – численность популяции; Si – число видов, образующих касту (в первой касте k=i рассматриваемого распределения было Si=140 видов); Ui – количество штук-особей в касте; ω – относительная встречаемость числа видов в касте.
Саранчёвая каста капитально отремонтированных электродвигателей.
k |
i |
Si |
Ui |
ω |
Вид |
25 |
34 |
1 |
34 |
0,003 |
0,8-ARB |
26 |
37 |
1 |
37 |
0,003 |
1,6-АРФ |
27 |
45 |
1 |
45 |
0,003 |
0,75-ARA |
28 |
54 |
1 |
54 |
0,003 |
1,6-ARA |
29 |
138 |
1 |
138 |
0,003 |
1,2-АРФ |
Эта устойчивость не требует обращения к системе планово-предупредительного ремонта. Она позволяет точнее планировать заказ изоляционных материалов, обмоточного провода, комплектующих. Может быть решён вопрос об обменном фонде и оптимизации его величины. Необходимым условием является создание и поддержание информационной базы с результатом уже через год.
Оценка результатов деятельности собственных ремонтно-обслуживающих служб и сервисных организаций по критериям надёжности может быть решена введением, по Фуфаеву, понятия видовой надёжности. Поставленное заводом-изготовителем оборудование имеет паспортные характеристики надёжности, которая при заводских испытаниях рассчитывается в соответствии с нормальным распределением. Тогда построив H-кривую, охватывающую всё установленное, можно назвать для каждого вида численность его популяции. Затем, построив H-кривую ремонтируемого, находим фактический процент выхода в ремонт (надёжность) без исследования фактических режимов работы, и всё это – не связывая с ППР. Структурно-топологическая динамика задаёт движение точки (вида) вверх или вниз по кривой. Это и определяет изменение процента выхода в ремонт данного вида, что, собственно, и характеризует видовую надёжность.
7. Назовём ценологические запреты, пока мировоззренчески не осознаваемые, а потому игнорируемые. Возьмём не самый крупный завод с нагрузкой близкой к Рм=360 МВт и годовым электропотреблением 3 млрд кВтч. На заводе на 01.01.2008 г. насчитывается 48800 штук-особей электрических машин средней мощностью 32,9 кВт; трансформаторных подстанций – 339, трансформаторов силовых – 1248, в том числе IV–VI габаритов – 47 шт.; выключателей силовых – 3268, в том числе 35–110 кВ – 47 шт.; ячеек и шкафов КРУ – 3883; проводов и кабелей всех видов – 27300 км, в том числе бронекабелей и кабелей силовых около 10 тыс. км.
Колмогоров, ставя вопрос, что такое "очень много", назвал число А малым, если практически возможно перебрать все схемы из А элементов и выписать для них все функции алгебры логики с А аргументами (в рамках первой научной картины мира). Число Б – среднее, если перебрать все схемы из Б элементов практически нельзя, но можно перебрать сами элементы (для человека это 1000, для машины 1010), оставаясь в рамках вероятно-статистической картины мира. Число В – большое, если перебрать такое число элементов уже невозможно, а можно лишь установить систему обозначений. Приведённые цифры для завода и есть такие большие числа.
Отсюда множество ценологических запретов, распространяющихся на расчёт нагрузок и потерь, на заявки и заказы. Вот заключительный пример. Расчёт нормативной численности оперативно-ремонтного персонала проводится на основе фактического годового потребления предприятием электроэнергии на двигательную силу. Разве это число "снято" со счётчика? Или оно "потолочно" проверяемое? И уж совсем умиляет точность, что электропотребление на освещение производственных помещений и территории предприятия составило 140 189 129 кВтч.
Практический выход – единственный: уйти от любых расчётов и вычислений, на которые ценологическая теория накладывает запрет, и пользоваться только величинами, инструментально проверяемыми. Не дробить электрорасход при расчёте по объекту (цеху) на технологию, вентиляцию, транспорт и др., а оперировать показаниями счётчиков, где есть суммарный показатель, а далее – структурно-топологически проверяя результат и прогнозируя стратегию.
Список литературы
1. The 80/20 Principle (The Secret of Aсhieving More With Less) by Richard Koch. – London: "Nicolas Brealy Publissung", 2000. Kox P. Принцип 80/20/ / Пер. с англ. Д. И. Каштан. 2-е изд. Минск: ООО "Попурри", 2004. 352 с. (серия "Бизнес – нестандартно!").
2. Кудрин Б. И. Классика технических ценозов. Общая и прикладная ценология. Вып. 31. "Ценологические исследования". Томск: Том. гос. ун-т – Центр системных исследований, 2006. 220 с.
3. Кудрин Б. И. Электрика: вступая в тысячелетие // Электрика. 2001. № 1. С. 2–5.
4. Макаров А. А. Электроэнергетика России в период до 2030 года: контуры желаемого будущего. М.: ИНЭМ РАН, 2007. 192 с.
5. Семнадцать лекций по общей и прикладной ценологии (применительно к электричеству) //Электрика. 2007. № 9–12; 2008. № 1–12.
Б. И. Кудрин