Эволюция взглядов на технические объекты. Формирование системных представлений.

Определение «техносферы» было дано в разделе 1.

Рассматривая техносферу как совокупность технических объектов и систем, конечно нельзя забывать о достаточно сложных связях как между ними, так и связях с биологическими и социальными системами.

Первоначально технические объекты были достаточно просты: каменные, а затем и металлические орудия труда, отдельные механизмы, а затем машины, автоматы, роботы, автоматизированные комплексы. С ростом сложности наблюдается увеличение числа элементов, из которых состоит технический объект, а сами объекты вступают в отношения с другими антропогенными и естественными системами. Технический объект, как и система, понятия абстрактные, обобщающие. Необходимость такого обобшающего термина В. Хубка [16] определяет так: «...чтобы привести имеющиеся знания по объекту теории... в единый комплекс понятий, определений и положений, основываясь на сущности и закономерностях структуры, создания и использования ТС, а не отдельных эмпирических данных, относящихся к этим системам».

Предшественниками ТО и ТС видимо были понятия «абстрактной машины» или «машины».

В этой связи следует остановиться на понятиях «технический объект (система)» и «системный подход».

С общефилософских позиций системный подход [81] - направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объектов как систем.

В Древней Греции преобладало нерасчлененное знание. Природа еще рассматривалась в общем, как единое целое. Аналогично, созданные человеком искусственные объекты, машины описывались как нечто целое. Как и живой организм машину нельзя было расчленить на составные части. Поэтому, описываемые в так называемых «театрах машин», технические объекты предстают на чертежах, рисунках, кратких сведениях как целые и неделимые, с присущими только им составными частями.

Специфические сочинения по технике – «театры машин» - получают широкое распространение к концу 15 века, началу эпохи Ренессанса. Наиболее известным и полным (по тем временам) является «театр машин» саксонского механика Якоба Лейпольда [70], издание которого частично финансировалось Петром I , а переиздавалось даже в начале 19 века.

В таких изданиях автор описывал не только свои изобретения, но и все, известные ему, машины. В России во второй четверти 18 века посмертно издан «Театрум махинарум» царского токаря А.К. Нартова [60]. «Театрум махинариум, то есть ясное зрелище махин и преудивительных разных родов механических инструментов» [60]. Машину в те годы на Руси называли «махиной» [12]. Слово было заимствовано из древнегреческой театральной практики и обозначало подъемную машину, употребляемую в театре. «Deus ex machina» - «бог из машины». К концу спектакля бог появлялся сверху с помощью специальной театральной машины и разрешал все, возникшие в ходе спектакля, ситуации.

Марк Ветрувий [70] (конец 1 века до н.э. – римский архитектор) в «Десяти книгах об архитектуре» последнюю – десятую книгу - посвящает машинам. По его определению «Машина есть сочетание соединенных вместе деревянных частей обладающее огромными силами для передвижения тяжестей».

Большинство современных авторов [143, 25, 144, 37] склонны к такому определению:

Машина (от французского machine, лат. machinа) – устройство, выполняющее механическое движение для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. Следуя определению машины могут быть: энергетическими, технологическими и информационными.

Хотя такое определение дается в большинстве классических источников, слова «выполняющие механическое движение» не охватывают целый ряд машин, например, приборы, регистрирующие и взаимодействующие с полями, ЭВМ, работа которых не сопровождается непосредственным перемещением элементов машины.

Для последующего этапа – метафизического способа мышления – характерно преобладание анализа. Суть анализа состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Таким образом, сложные процессы, явления, объекты можно изучать (а, следовательно, проектировать) исследуя отдельные элементы.

Разложение природы на ее отдельные части, разделение процессов и предметов на определенные класы, исследование внутреннего строения органических тел – все это было грандиозным успехом. Следуя данному принципу, структурно машину можно рассматривать как ТС, состоящую из отдельных механизмов или комплексов механизмов, т.е. элементов, обладающих устойчивыми связями и организацией.

Механизм [25, 37] – совокупность взаимосвязанных тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

По структурно-конструктивным признакам различают механизмы шарнирные (рычажные), кулачковые, зубчатые, клиновые, винтовые, фрикционные, с гидро- и электроустройствами и прочие.

Механизмы могут иметь одну или более степеней свободы. Наибольшее распространение имеют механизмы с одной степенью свободы, в которых для определенности движения всех звеньев нужно задать закон движения одного звена. Реже применяются механизмы с двумя и более степенями свободы. Главное назначение механизмов состоит в осуществлении заданного движения в процессе выполнения рабочей операции.

Деление машины на отдельные механизмы относят к 18 веку. Француз Гаспар Монж [70] показал, что машина состоит из механизмов (элементарных машин). «В 1808г. Августин Бетанкур и Хосе-Мария Ланц написали первый учебник по курсу построения машин..., а в 1841г. английский ученый Роберт Виллис определил понятие механизма». Другие авторы [16] связывают процесс упорядочивания и выделения механизмов с образованием технических школ в Париже (1794г.) и Праге (1806г.) и именами Гаспара Монжа, Лазара Карно (отца Никола Карно, чьим именем назван соответствующий цикл и теорема), Ашетта, а позднее Борни. В первом учебнике были учтены только 134 механизма. В современном справочнике И.И. Артоболевского приведено 4746 механизмов. Однако, предпосылки к разделу машин на элементы и части, общие для различных систем, имеются в работах Леонардо да Винчи, Герона Александрийского и др.Наука о механическом движении материальных тел получила название механики (от греч. mechanike - искусство построения машин [25]).

По словам Плутарха «искусству построения механических орудий положили начало Эвдокс и Архит...» [149]. Диоген Лаэртский об Арките сообщает: «Он первый упорядочил механику, приложив к ней материалистические основы, и первый свел движение механизмов к геометрическому чертежу» [150].

Однако, расчленить машину можно не только на механизмы, но и на части, формируемые, например, по функциональному, структурному или иному признаку.

Борни (1818г.) выделял 6 классов основных частей машины, затем Кориолис и Понселе развили эту идею, разделив машину на рецептор, передаточный механизм и инструмент. В дальнейшем об их концепции забыли и вспомнили уже в начале 20 века. хотя термины частично изменились (двигатель, передаточный механизм, исполнительный орган и система управления), сущность фактически осталась прежней. Такое деление вносит определенные удобства в процесс проектирования и рассмотрения технологических машин.

Однако, анализ как методологический способ, оставил привычку рассматривать объекты и процессы в их обособленности, вне их связей и движения. Новый, более высокий уровень системности познания представляет собой диалектический способ мышления.

В развитие диалектики значительный вклад внесли представители немецкой классической философии И. Кант, И.Фихте, Ф.Шеллинг, Гегель. У Канта имеются прямые суждения о системности самого мышления и его развития. Исследования процессов развития познания, соотношения познания и реальности привело Гегеля к окончательному формированию диалектики.

Параллельно философской мысли, несколько с иных исходных позиций системный подход начинает формироваться в конкретно-практической научной и технической методологии.

Первым в явной форме вопрос о научном подходе к управлению сложными системами поставил М.А.Ампер. При построении классификации всевозможных, в том числе и несуществующих тогда, наук он выделил специальную науку об управлении государством и назвал ее кибернетикой. («Опыт о философии наук, или аналитическое изложение классификации всех человеческих знаний» 1834-1843г.г.).

При этом он обозначил необходимое место для кибернетики в ряду других наук, подчеркнул основные ее системные особенности. «Эту науку я назвал кибернетикой от слова, обозначавшего сперва, в узком смысле, искусство управления кораблем, а затем постепенно получившего у самих греков гораздо более широкое значение искусства управления вообще».

Ампер только еще пришел к выводу о необходимости кибернетики, а Б.Трентовский, польский философ, уже читал в Фрейбургском университете курс лекций, содержание которого опубликовал в 1843г. Трентовский ставил целью построение научных основ практической деятельности руководителя, основываясь на том, что сам человек, коллектив, общество – есть сложная система со своими связями, отношениями и т.п.

И все же общество середины 19 века оказалось не готовым воспринять идеи кибернетики и последняя была позабыта. Прошло еще более 50 лет, и системная проблематика снова появилась в поле зрения науки. В

В 1911г. вышел в свет первый том, а в 1925г. – третий том книги «Всеобщая организационная наука (тектология)» А.А.Богданова [22]. Настоящая фамилия автора (Богданов - псевдоним) - Малиновский [17].

Большая общность тектологии связана с идеей Богданова о том, что все существующие объекты и процессы имеют определенную степень, уровень организованности В отличие от конкретных естественных наук, изучающих специфические особенности организации конкретных явлений, тектология должна изучать общие закономерности организации для всех уровней организованности.

В некоторых вопросах Богданов предвосхитил, а кое в чем и превзошел многие положения современных кибернетических и системных теорий. Тот факт, что к тектологии стали обращаться лишь к концу 20-го столетия, объясняется рядом политических событий, а в большей степени противоречивостью, сложностью личности и судьбы Богланова. Медик по профессии, он всерьез занялся философией, создав на позициях махизма свою собственную - эмпириомонизм. В.И. Ленин в «Материализме и эмпириокритицизме» подверг Богданова жестокой критике, после чего тот вообще отошел от философии. Богданов активно участвовал в политической деятельности, но когда социал-демократы отвергли его вместе с «богоискателями», вообще прекратил работу в партии. Тем не менее после революции он вошел в состав Коммунистической академии. В.И.Ленин высоко оценил написанный им «Красный курс политической экономии», а также поддержал идею Богданова о создании первого в мире Института переливания крови. Богданов становится директором института, начинает проверять некоторые выводы тектологии на примере действительно сложной систсемы - кровеносной. Рискованные опыты он проводил на себе, и его абсолютная вера в безошибочность своих гипотез привела к трагедии: один из таких опытов окончился его гибелью.

Все это в совокупности с новизной предмета тектологии привело к тому, что о ней вспомнили лишь тогда, когда другие начали приходить к тем же результатам. Однако, приоритет и вклад А.А.Богданова в развитие системных представлений нельзя недооценивать.

По-настоящему явное и массовое усвоение системных понятий, общественное осознание системности мира, общества и человеческой деятельности началось с 1948г., когда американский математик Н.Винер [23] опубликовал книгу под названием «Кибернетика».

Первоначально он определил кибернетику как «науку об управлении и связи в животных и машинах». Однако, очень быстро стало ясно, что такое определение неоправданно сужает сферу приложения кибернетики. Уже в следующей книге Н.Винер анализирует с позиций кибернетики процессы, происходящие в обществе.

В нашей стране кибернетика была встречена настороженно и даже враждебно. Кибернетика была признана идеалистической лженаукой. И только в 60-70-е годы 20-го столетия получает признание.

Параллельно и как бы независимо от кибернетики прокладывается еще один подход к науке о системах – общая теория систем.

Идея построения теории, применимой к системам любой природы, была выдвинута австрийским биологом Л.Берталанфи. Один из путей реализации этой идеи Берталанфи видел в том, чтобы отыскивать структурное сходство законов, установленных в различных дисциплинах, и, обобщая их, выводить общесистемные закономерности. Однако, заманчивый замысел построить общую теорию систем как новую логико-математическую дисциплину не реализован в полной мере до сих пор.

В дальнейшем происходит развитие системного анализа, общих системных представлений и подходов к решению разнообразных задач.

Итак. Наращивание системных знаний – естественный процесс, происходящий во всех областях человеческой деятельности. Системность – всеобщее свойство материи.

В качестве иллюстрации обратим внимание на специальности классиков системности: Ампер – физик, Трентовский – философ, Федоров – геолог, Богданов – медик, Винер – математик, Берталанфи – биолог, Пригожин – физик [17].

Системный подход может быть распространен как на саму техническую систему, так и на людей, общество и т.п., которые проектируют, изготавливают и эксплуатируют эту технику, а также на мыслительные процессы.

Дальнейшим развитием системного подхода является исследование и обоснование теории комплексных самоорганизующихся систем. Зарождается синергетика.

Синергетика как новая междисциплинарная отрасль науки возникла в конце 20 века [199]. Ее создателями являются немецкий ученый Герман Хакен и русский физикохимик И.Р.Пригожин (1917-2003 г.г.). Об этом было сказано в разделе 2.4. Однако, повторим некоторые положения. Основной постулат синергетики заключен в следующем.

На открытые системы не распространяется принцип, согласно которому при предоставлении такой системы самой себе хаос в ней будет постоянно расти [198].

Принцип Больцмана, касающийся энтропии как меры хаоса, стремящийся достичь своего максимума, оказывается верен только для закрытых систем. В случае закрытой системы рост энтропии зависит только от количества возможностей, которые может реализовать система – например, от числа различных положений молекул газа в системе, которая представляет собой емкость, наполненную газом. Поскольку для каждой системы существует совершенно определенное число таких положений, принцип Больцмана является статическим.

Синергетические исследования направлены на изучение общих принципов возникновения структур в открытых системах. Множество отдельных элементов открытой системы задействованы в процессе постоянного тестирования различных возможностей, предоставляемых им системой, пробуя при этом все новые и новые типы движения или реакции. Под воздействием непрерывно поступающей энергии (или энергии и вещества) один или несколько типов такого коллективного движения или коллективной реакции оказывается предпочтительнее других. Именно эти формы движения или типы реакций становятся преобладающими в системе. Постепенно происходит подавление – или, говоря языком синергетики, подчинение им всех прочих форм движения или типов реакций. Подчиняя себе всю систему последние изменяют и макроструктуру системы, приводя, как правило, к состоянию более высокой степени упорядоченности.

Таким образом, рассмотренный принцип возникновения структур в открытых системах является принципом динамическим, поскольку определяется скоростью роста определенных форм движения или типов реакций.

Итак, основатели синергетики в противовес второму началу термодинамики выдвинули положение о наличии у материи созидательной тенденции, т.е. способности самопроизвольно развиваться не только в направлении к беспорядку, хаосу, но и в противоположном направлении – к самоорганизации и самоусложнению.

В разделе 2. мы постарались доказать, что процессы наблюдаются как в живой, так и неживой природе.

Кроме того, в развитии систем большую роль играет случай, от которого зависит выбор того или иного варианта дальнейшего развития. Именно случай определяет одно из возможных направлений развития в так называемых точках бифуркации (от лат. - раздвоение единого), т.е. точках, когда малое изменение входного сигнала или внешних воздействий приводит к резким изменениям (часто необратимым) в системе, причем в ту или иную сторону выходного сигнала [199]. Развитие систем носит не однонаправленный, хорошо предсказуемый характер, а преимущественно многовариантный, нелинейный, а иногда скачкообразный характер. Случай есть необходимый элемент механизма эволюции.

Рассматривая общие закономерности зарождения, проектирования, изготовления и эксплуатации ТО и ТС, с учетом социальной и биологической сфер, ограничений экономических, социальных и технологических, данные принципы могут быть распределены на мир технических систем.