Техноценологическая теория и ее значение для устойчивого и эффективного развития Российской Федерации

 

Седнев В.А., доктор техн. наук

Академия государственной противопожарной службы МЧС России, Москва

 

Показано, что существующие математические методы не позволяют оценить эффективность создаваемых и существующих различных многоуровневых структур и систем и последствия их реализации. В то же время техноценологическая теория построения и управления развитием многоуровневых систем и результаты ее применения позволяют обосновывать и формировать многоуровневые эффективные структуры и системы для всех сфер экономики, оценивать и сравнивать эффективность систем и отдельных объектов, управлять и прогнозировать их развитием. Рассмотрены особенности данной теории, которая может быть использована так же  для оценки устойчивости и оптимальности построения любых структур и систем, правильности принятия управленческих решений. Подчеркнуты фундаментальность сделанного и вклад в развитие отечественной и мировой науки, приведены отдельные результаты и направления применения теории с целью обеспечения устойчивого и эффективного развития экономики и территорий Российской Федерации.

____________________________________________________________

Ключевые слова: многоуровневые структуры и системы, устойчивость структуры, экономика, управление развитием, технический ценоз, техноэволюция, соотношение «крупное-среднее-мелкое», H-распределение, научно-технический прогресс.

 

При создании многоуровневых систем всех сфер экономики возникает задача обоснования и комплексной оценки эффективности их структур, количественных и качественных характеристик и последствий создания, причем существует проблема формирования и описания многоуровневых систем любых сфер экономики, где могут быть установлены до 1011  различных изделий разных видов. При этом невозможно обосновать такие структуры существующими математическими методами, что связано не только со сложностью описания больших систем, но и со спецификой целей систем, не подлежащих количественным измерениям.

Анализ проектных решений различных инфраструктурных объектов показал, что в процессе их создания и эксплуатации возникает потребность в переделах различных обеспечивающих систем из-за отсутствия изделий необходимой номенклатуры, в доукомплектовании их средствами, неучтенными документацией. Поэтому около 20 % предусмотренных проектом средств не используются, а усовершенствования приводят к увеличению первоначальных затрат на 20 – 30 %, т. е. выбор наилучших вариантов систем до сих пор является актуальной и многокритериальной задача, так как к ней предъявляются многочисленные требования экономического, технического и эксплуатационного характера.

В настоящее время не существует общепринятых критериев и оценочных шкал для сравнения. Наилучший вариант реализации принимают на основе опыта и интуиции проектировщика. В качестве критерия оптимальности выбирают показатель, характеризующий наиболее важное для объекта свойство, например, количество средств, электропотребление; остальные (надежность, стоимость) рассматриваются в качестве ограничений. Однако невозможно выбрать показатель, который мог бы исчерпывающе характеризовать качество системы и при этом иметь физический смысл: каждый показатель характеризует систему с какой-то одной стороны, совокупность же показателей обладает необходимой функциональной полнотой.

Выходом из ситуации является применение техноценологической [1, 2] теории построения и управления развитием многоуровневых систем, методов технического анализа и построение техноценологических моделей для анализа закономерностей и оценки перспектив развития структур, систем, ее элементов и показателей. Созданная теория [1] включает новые направления и новые научные школы [2–4], опирающиеся на новую науку – технетику [5–7]. Это позволяет обосновывать и формировать многоуровневые системы для всех сфер реальностей (технической, физической, биологической, информационной и социальной), оценивать и сравнивать эффективность систем и отдельных объектов, управлять и прогнозировать их развитие.

Фактически речь идет о создании теории обоснования устойчивых и эффективных структур для всех сфер экономики и управления отбором (энергетическим, естественным, информационным, документальным и интеллектуальным), специфическим для каждой из названных реальностей:  [8].

Ценология (технетика) внесла научную строгость в соотношения рассматриваемых категорий крупного и мелкого, массового и единичного, уникального и стандартизированного; установила количественные взаимоотношения во всех аспектах хозяйственной деятельности как необходимое условие экономически выгодного ведéния хозяйства любой отрасли; показала существование и действие законов техноэволюции, что позволяет управлять хозяйственным механизмом и реализовать проявление узловых точек научно-технического прогресса.

Разработки ценологической школы опережают [9] мировые исследования, которые определяют научные и инженерно-технические решения при реализации национальных и международных проектов. Результаты исследований многократно обсуждались в Российской академии наук, изучаются в вузах страны и используются  специалистами, занимающимисяповышением эффективности инновационного и инвестиционного проектирования, энергообеспечением и ресурсосбережением, эксплуатацией и модернизацией предприятий, городов, регионов, управлением безопасностью экономики и территорий. Экономия финансовых средств от итогов их работы ежегодно измеряется сотнями миллиардов рублей, а сами результаты являются основой для разработки программ социально-экономического развития территорий субъектов Российской Федерации. Использование открытых закономерностей позволяет также повысить на 15 – 30 % и более экономичность проектирования, строительства, монтажа, наладки, эксплуатации, модернизации, ремонта, увеличить конкурентоспособность, обеспечить значительное энергосбережение.

Фундаментальность достижений и вклад в развитие отечественной и мировой науки заключается в следующем:

созданы теория техноэволюции [1, 2, 5, 6] и наука о технической реальности – технетика [7]. Она включает в себя область исследования – технический ценоз, а также учение об информационном отборе, определяющем развитие технического мира;

обнаружено [1, 8] свойство устойчивости структуры крупных предприятий всех сфер экономики по составу оборудования и параметрам расхода ресурсов, а также предприятий в составе отрасли, региона, страны. Устойчивость структуры по разнообразию и соотношению «крупное-среднее-мелкое» отразила качественные изменения и количественный рост изделий, образующих объекты;

создан [5, 8] математический аппарат гиперболических негауссовых H-распределений и сформулирован закон «Парето–Ципфа–Кудрина». Доказано, что структура любого техноценоза любой отрасли экономики и любых технических изделий описывается характеристическими показателями H-распределения;

открыт [1, 7] закон информационного отбора, определяющий стратегию эволюции техноценозов; показано существование и действие свыше 40 законов и закономерностей техноэволюции и идентифицированы узловые точки научно-технического прогресса;

доказана [5, 6] инвариантность видовой структуры ценозов любой природы, заключающаяся в том, что при их образовании (построении) и функционировании существует подобие процессов формирования и сохраняется структура, на которую накладывается ограничение в виде параметров распределения видов;

сформулирована третья (ценологическая) научная картина мира [1], объясняющая общность структуры физических, биологических, технических, информационных и социальных ценозов. Определены границы первой (механической) картины мира, согласно которой изделия жестко рассчитываемы; второй (вероятно-статистической), позволяющей изготавливать изделия с гауссовыми допусками нормального распределения. Наличие трех научных картин дает возможность определить, какой из них следует руководствоваться при принятии конкретного решения.

Применение вышеуказанного позволяет эффективно осуществлять хозяйственную деятельность в любом масштабе – от отдельного предприятия до всей страны, добиваясь ощутимого снижения себестоимости при достижении максимальной производительности, опираясь на количественные взаимоотношения во всех аспектах хозяйственной деятельности. При этом масштабы могут быть разными, а принципы должны быть неизменными. И один из основных – для успешного функционирования какого-либо процесса следует соблюдать четкую дифференциацию производительных сил (количество и разнообразие элементов в любой системе). Например, что необходимо для устойчивого и эффективного развития Российской Федерации и какая должна быть общественная иерархия (количество людей с большими, средними и малыми доходами); какое количество крупных, средних и малых предприятий и иных объектов хозяйственной деятельности требуется в стране; каких и сколько технических изделий должно быть на предприятии; сколько на одну большую гидроэлектростанцию надо построить малых,  чтобы эффективно и экономически выгодно обеспечивать электроэнергией конкретный регион; какое в городе должно действовать количество промышленных и сервисных предприятий – крупных и мелких, различных форм собственности и различных видов деятельности, для того чтобы жители были обеспечены всеми видами товаров и услуг, процветали производство и сфера быта; каким банкам целесообразно оказывать помощь в условиях экономического кризиса, а каким нет.

Глобальность закономерностей, фундаментальность открытого, практическая направленность требуют скорейшего воздействия на узловые точки научно-технического прогресса в стране. Российская Академия наук, Министерство образования и науки Российской Федерации должны обеспечить методическое и научное руководство освоением новых взглядов, хотя в общем уже более чем в 70 ведущих высших учебных заведениях страны техноценологическая теория и порядок ее применения включены в учебные программы. Предлагаемая теория позволяет руководителям любого уровня, специалистам всех отраслей знаний оценивать соотношения крупного и мелкого, единичного и массового, уникального и стандартизированного, государственного и индивидуального.

Сделанные открытия и достижения использованы:

при строительстве объектов (более 200) и создании их электрической части на Западно-Сибирском, Кузнецком, Оскольском, Карагандинском, Новолипецком, Новосибирском металлургических заводах, заводе «Амурсталь» и других объектах черной металлургии. Причем изделия, изготовленные с применением черных металлов, составляют 70 % валового национального продукта, и на их долю приходится 92 % всех конструкционных материалов. При этом на 7 – 10 % снижены затраты на строительство и на 15 % – на электрическую часть объектов;

для проектирования ремонта и обслуживания электрооборудования, включая крупнейший в мире блок «Энергоремонт» (ОЭМК) и крупнейший в Европе электроремонтный цех (Запсиб), что способствовало повышению на 30 % производительности труда, снижению на 10–15 % эксплуатационных и капитальных затрат, экономии 123 млн кВтч/год (или не менее 615 млн руб.), увеличению в 2 раза эффективности ремонта, обеспечению ремонта оборудования всех типоразмеров (ранее предприятия отказывались от ремонта 80 % оборудования).

Выявленные при строительстве объектов, а также и в ходе ремонта и обслуживания оборудования закономерности отражены в 20 ГОСТ в части проектирования, отраслевой унификации, электрохозяйства и электроремонта;

в авторском комплексном методе расчета электрических нагрузок [10] на всех уровнях электроэнергетических систем, применяемом  для проектирования электроснабжения всех объектов страны (введен во всех вузах для обучения по электротехническим специальностям). Ошибка при определении нагрузки данным методом составляет не более 5 %, в то время как при использовании существующих методов ее завышали на 50 – 200 %.

Метод, являющийся основным для расчета электрических нагрузок объектов черной металлургии [11], изложен в нормативных документах и учебниках, подготовленных по соответствующим специальностям. Повышение точности их определения позволяет увеличивать загрузку оборудования и сетей до нормативных значений, а отказ от сооружения части подстанций и сетей при новом строительстве и техническом перевооружении обеспечивает многомиллиардную ежегодную экономию финансовых средств и ресурсов;

для прогнозирования электропотребления объектов (для всех видов прогноза – от оперативного до долгосрочного) и оптимизации ввода генерирующих мощностей и электрических сетей страны: ошибка прогноза на один год составляет 0,9 %, на 5 лет – не более 3 %, при том, что ранее она равнялась 20 – 100 %. Это позволяет эффективно использовать электроэнергетические системы, экономить значительные финансовые средства как при строительстве этих систем, так и ежегодно при выделении их на оплату электроэнергии. При этом Главэнергонадзором утверждена и действует методика «Ценологическое определение параметров электропотребления, нормирование и оценка энергосбережения».

Благодаря указанному, например, в 2010 г. объем вводимых энергетических мощностей до 2020 г. сократили с 186,1 до 78 ГВт. Корректировка на 58 % стала следствием использования представленного в Министерство энергетики РФ техноценологического прогноза электропотребления (письмо № 02-0431 от 20.04.2010 г. Департамента государственной энергетической политики и энергоэффективности об учете прогноза в генеральной схеме развития электроэнергетики до 2020 г.). При этом экономия финансовых средств составила не менее 7,5 трлн руб. (недостатки энергетической программы были изложены еще 24.01.2004 г. на 48-м заседании Открытого семинара в Институте народно-хозяйственного прогнозирования РАН). Метод использован также для оценки эффективности электропотребления отраслями и регионами страны за 1990 – 2012 гг. и прогноза электропотребления страны на период до 2030 – 2060 гг.;

для оптимизации структуры источников электроэнергии и увеличения в 2 раза выработки электроэнергии путем соблюдения техноценологических соотношений и применения различных нетрадиционных источников энергии, что составляет 4,5 % от ее общей выработки (см. приложение «Наука» к Независимой газете от 12.10.2011 г. – «Какой план ГОЭЛРО нам нужен»). Экономия электроэнергии для энергосистемы достигает 45 млрд кВт∙ч/год, топлива – до 20 млн т условного топлива в год, или не менее 140 млрд руб.;

для решения экологических проблем промышленных регионов, безопасности проживания населения, обеспечения обоснованной разработки стратегий природопользования в государстве, социально-экономической реабилитации территорий, требуемого уровня радиационной и социальной безопасности и устойчивости функционирования промышленного и аграрного комплексов страны [12 – 15] в результате создания уникальных многоуровневых эффективных систем:

реагирования на чрезвычайные ситуации, в том числе не имеющей аналогов в мире, подсистемы реагирования на чрезвычайные ситуации радиационного характера, включающей 11 территориальных и 14 объектовых систем контроля радиационной обстановки в районах размещения атомных электростанций, ядерных и радиационно опасных объектов и радиоактивно загрязненных территорий, а также территориально-распределенного комплекса для управления силами, средствами и ресурсами Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций;

мониторинга территорий и потенциально опасных объектов экономики страны, включая комплексные системы мониторинга в 12 субъектах Российской Федерации, в том числе подвергшихся радиационному воздействию вследствие аварий и испытаний ядерного оружия, при этом система комплексного мониторинга Мурманской и Архангельской областей получила высокую оценку МАГАТЭ, а результаты ее работы отражены в законодательных и нормативных документах Российской Федерации;

информирования и оповещения населения, включая федеральный, межрегиональный, региональный и муниципальный уровни, промышленные центры и населенные пункты с высоким уровнем природных и техногенных рисков (Общероссийская комплексная система информирования и оповещения населения). Обеспечиваются оповещение 60 млн чел. о чрезвычайных ситуациях и безопасность проведения национальных и международных мероприятий.

Область применения продолжает расширяться, и теория используется для оперативного прогноза развития автодорог на основе ценологических распределений их протяженности по техническим категориям; для исследования педагогических систем; исследования портрета деловой авиации и эволюции систем жизнеобеспечения; для определения ценологических оснований энергосбережения.

Интенсивное использование в Российской Федерации и других странах техноценологической теории объясняется рядом причин:

во-первых, механизм регулирования производства, распределения и потребления ресурсов характеризуется комплексом централизованных и автономных решений, последствия которых на макроуровне могут быть описаны только как стохастические процессы;

во-вторых, использование комплексных техноценологических моделей позволяет проводить содержательный анализ и прогноз развития систем, необходимые на предварительной стадии планирования. Это позволяет определять последствия ряда вариантов развития и одновременно обеспечивает согласованность и увязку исследуемых показателей;

в-третьих, техноценологические модели являются эффективным инструментом контроля за ходом выполнения планов развития. Если заданные извне показатели отличаются от установленного в плане уровня, то на основе модели представляется возможным вычислять ожидаемые значения основных параметров плана;

в-четвертых, техноценологические модели отражают любые структурные и динамические изменения в системе, что является информацией для выработки решений о целесообразных мероприятиях технической политики. При использовании методологии комплексного управления система техноценологических моделей выполняет функции, тождественные функциям экстремальной модели экономического регулирования.

Свойства техноценологических моделей позволяют также успешно использовать их в качестве гибкого и эффективного инструмента прогнозирования тенденций. В отличие от структурных моделей (оптимизационных и др.), они строятся на основе статистической информации и не требуют затрат для реализации трудоемких работ, связанных с расчетом на перспективу различных нормативных показателей. При этом теорию прогнозирования следует рассматривать в единстве с теорией принятия решений, особенно в условиях рыночной экономики. Затраты на прогнозирование в 10 – 20 раз меньше доходов от использования прогнозов. В результате заинтересованные органы управления формируют информацию, дающую возможность целенаправленно и эффективно воздействовать на процессы, например, электропотребления, обосновывать структурные сдвиги в исследуемых системах и изменять показатели, учитывая реальные возможности.

Техноценологические модели можно применять в виде готовых расчетов по комплексному анализу и прогнозированию тенденций развития объектов и их элементов (т. е. использовать результаты моделирования), а также в качестве методического инструмента для имитационного анализа и многовариантных расчетов.

Определение исходных вариантов для разработки планов и прогнозов является и областью применения техноценологического моделирования. Рассмотренный аппарат наиболее приспособлен для выполнения данных функций, так как применять чисто статистические методы анализа не всегда представляется возможным. Например, при построении моделей прогнозирования возникает необходимость содержательного анализа взаимосвязей показателей. Потребность в нем обусловливается тем, что применяемые при построении уравнений методы статистики «нейтральны» по отношению к содержанию показателей. Случайная связь между переменными часто приводит к ложной корреляции: коэффициент корреляции в уравнениях на основе временны′х рядов несвязанных показателей может быть близок к единице, т. е. статистические методы анализа нередко приводят к формальным результатам и не позволяют установить причинные взаимосвязи показателей, а высокий коэффициент корреляции создает видимость связей.

Таким образом, существующие методы не приспособлены для управления развитием иерархических структур, крупных инфраструктурных объектов и систем, а их развитие требует устойчивой перспективы, которую возможно выработать только на основе надежных прогнозов на всех уровнях. При таком условии не будут допущены просчеты в экономических, технических и технологических стратегиях, например, выбраны неверные приоритеты в распределении вложений между подсистемами, переоценка или недооценены резервы и др. А это возможно только при использовании техноценологической теории, упорядочивающей применение существующих математических методов, а также в результате реализации комплекса ценологических моделей, адекватно отражающих закономерности исследуемых процессов и тенденции изменения параметров во времени. Дальнейшее внедрение и использование техноценологической теории в различных сферах повышают обоснованность расчетов и качество принимаемых решений.

 

Список литературы

 

1. Кудрин Б. И. Введение в технетику. – Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 1991.

2. Кудрин Б. И., Седнев В. А., Воронов С. И. Семнадцать лекций по общей и прикладной ценологии. Монография. – МЭИ, Академия ГПС МЧС России, РА РАН, АВН, 2014.

3. Седнев В. А. Техноценологические методы построения и управления развитием многоуровневых систем. Монография. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2008.

4. Седнев В. А., Смуров А. В. Методы оценки и обоснования мероприятий по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов Российской Федерации в условиях чрезвычайных ситуаций. Монография. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2014.

5. Философские основания технетики. I. Православие и современная техническая реальность. II. Онтология технической реальности и понятийное сопровождение ценологического мировоззрения. III. Математический аппарат структурного описания ценозов и гиперболические Н-ограничения. Вып. 19. «Ценологические исследования». – М.: Центр системных исследований, 2002.

6. Кудрин Б. И. Философия технетики: основания постнеклассической философии техники. Вып. 36. «Ценологические исследования». – М.: Технетика, 2007.

7. Кудрин Б. И. Технетика: наука о технической реальности. Вып. 49. «Ценологические исследования». – М.: Технетика, 2013.

8. Кудрин Б. И. Два открытия: явление инвариантности структуры техноценозов и закон информационного отбора. Вып. 44. «Ценологические исследования». – М.: Технетика, 2009.

9. Лебедев Ю. Прорывные идеи XX века. Странно, но российская наука живет и соответствует…. – Российская газета от 3.12.1998 г.

10. Кудрин Б. И. Комплексный метод расчета электрических нагрузок. – М.: Моск. энерг. ин-т. 1987.

11. Указания и нормы технологического проектирования и технико-экономические показатели энергохозяйства предприятий черной металлургии. Металлургические заводы. Т. 8. Электроремонт. Т. 7. Электрохозяйство. Минчермет СССР. Первое издание – 1980 г., переиздание – 1987 г.

12.  Создание объектовых автоматизированных систем радиационного мониторинга на объектах, связанных с утилизацией атомных подводных лодок, обращением с отработанным ядерным топливом и радиоактивными отходами / Р. В. Арутюнян, С. И. Воронов, С. Л. Гаврилов и др.  – Мониторинг. Наука и безопасность, 2011. (Специальный выпуск).

13. Автоматизированные системы контроля радиационной обстановки / Р.В. Арутюнян, С.И. Воронов, С.Л. Гаврилов, и др.  – Мониторинг. Наука и безопасность, 2011, № 1.

14. Воронов С. И. Радиоэкологический мониторинг. – Мониторинг. Наука и безопасность, 2011, № 1.

15. Воронов С. И. Экологические проблемы радиоактивного загрязнения крупного промышленного региона и безопасность населения в условиях техногенеза. – М.: ВНИИСХРАЭ,  1999.