Нравственная характеристика мальтузианской и физической экономики

Важно отметить нравственное превосходство физической экономики, вероятно, обусловленное работой её авторов вне «придворных политэкономических школ» (а порой и в концлагерях) и, соответственно, отсутствием у них конфликта интересов между объективностью исследования и собственной карьерой. Данный подход позволяет воплотить в экономике «золотое правило нравственности» — поступать с другими так, как мы хотим, чтобы поступали с нами.

Ведь у человека, компании или государства есть только два способа получить какой-либо ресурс — взять у себе подобного или взять из природы.   Сам по себе человек, как это ни прискорбно, ничего не создаёт, а только наоборот, интенсивно расходует все виды ресурсов — за возможность сознательно направить их небольшую часть по своему усмотрению.

Действительно, с энергетической точки зрения человек сам по себе потребляет в среднем около 100 Вт (а с приборами, обслуживающими его — отопление, бытовые функции и пр. — около 400 Вт). Полезную же работу в постоянном режиме человек может осуществлять примерно на 10 Вт (например, поднимать каждую секунду груз весом 1 кг на 1 метр), и то, отнюдь не круглосуточно.

Таким образом, энергетический КПД человека составляет, в лучшем случае, единицы процентов. Аналогично, ценность потребляемых и выделяемых его организмом веществ несопоставима. Наконец, выдаваемая человеком — даже самым умным и учёным — информация составляет ничтожно малую долю от потребляемой им (см. § … ).

Человек является вовсе не двигателем экономики, а лишь не очень удачным «костылём», которым приходится «затыкать дыры» в процессе общественного производства за неимением лучшего, за неимением адекватных научно-технических решений — например, крутить какое-нибудь колесо (вместо электродвигателя, КПД которых достигает на сегодня 99%), стругать деревяшки (в миллионы раз медленнее токарного станка), вычислять математические примеры (в миллиарды раз медленнее компьютера при том же энергопотреблении).

Использование человека в экономике является не более чем необходимым злом эпох низкого технологического развития, и стремление некоторых политиков «создать больше рабочих мест» означает лишь «создать в экономике больше прорех, затыкаемых живым человеком, который больше ни на что не годен». Тем не менее, труд человека может быть очень ценным когда он работает над экономикой — а именно — вовлекает в неё новые потоки энергии, материи и информации из природы и выстраивает её максимально так, чтобы человек как конструктивный элемент в ней не требовался вовсе.  

Абсолютно все материальные блага, окружающие современного человека, все что отличает в экономическом плане нашу величественную цивилизацию от стаи обезьян — создано исключительно благодаря творческому вовлечению в экономику природных ресурсов, а не какой-либо формы их перераспределения и уж тем подавно не эксплуатации человека.

Кроме того, отбирание у себе подобных противоречит «золотому правилу нравственности», а добыча из природы — нет. Наука и техника как раз и позволяют извлекать из природы и использовать то, что раньше казалось (и было!) недоступным и бесполезным.

Поэтому остановка научно-технического прогресса неминуемо ставит государственных деятелей перед выбором из двух зол: сокращения населения по Мальтусу или войны за перераспределение дефицитных ресурсов. Обычно эти явления идут рука об руку: первое достигается посредством второго.

(см. далее 👇)

(продолжение)

Напротив, активное, осмысленное развитие науки и техники приносит столь великие плоды всем сторонам государственной жизни, что их подстройка под интересы научно-технического развития нередко оказывалась более плодотворной, чем замыкание в себе и концентрация на решении внутриотраслевых проблем на статическом уровне науки и техники.

Разительно отличается при статическом и динамическом подходе и отношение к развитию человека. Статический подход представляет лицам принимающим решения в выгодном свете меры, ведущие на самом деле к личностной деградации народа, низведению граждан до уровня животных. Динамический подход, напротив, требует активного массового  передового образования, а также формирования у граждан волевых и психологических качеств творческой личности.

Примером этого может служить введение массового образования в нашей стране в начале XX века раннесоветскими лидерами, признававшими динамический подход к науке и технике и его значение для подготовки ко II мировой войне.

Закономерный характер развития науки и техники

Но всегда ли есть возможности для такого развития? Не является ли прогресс случайным и непредсказуемым, чрезмерно дорогим и чреватым дополнительными проблемами? Долгое время так и считалось. И по сей день эта точка зрения весьма распространена — в первую очередь, потому что она соответствует как интересам научной бюрократии («платите и не ждите от нас многого»), так и чрезмерно консервативных элит («видите мы финансируем, даже есть локальные яркие достижения, чего вам ещё надо»).

Однако, с середины XX века благодаря работам Г. С. Альтшуллера, Б. Л. Злотина, А. Л. Зусман и др. достоверно установлена подчинённость развития науки и техники ряду закономерностей. Это открыло прямую возможность их прогнозирования и реального управления с учётом актуальных возможностей и потребностей различных сфер жизни.

Их подходы уже несколько десятилетий активно (и сбольшимм успехом) используются почти всеми крупными инновационными компаниями мира. До сих пор, правда, в истории не известно значимых примеров использования этих знаний в государственном управлении. Устранить это недоразумение и призвано настоящее издание.

Большую часть истории считалось, что новые изобретения и открытия делаются случайно или под действием неконтролируемых факторов, что развитие техники идёт в непредсказуемом направлении.

Идеи о том, что развитие техники может подчиняться объективным законам, появились существенно позднее, чем идеи о закономерностях социального развития (17-й век) и биологической эволюции (начало 19-го века). Поскольку технику создают люди, казалось, что все зависит только от изобретателя. Однако лавинообразное накопление патентной информации позволило к середине XX века обнаружить существенные закономерности.

Первым эти закономерности классифицировал советский учёный Г. С. Альтшуллер, которому принадлежит авторство самого понятия «законы развития технических систем». Спустя полвека, уже в наши дни, первоначальная система законов Альтшуллера была уточнена и дополнена его учениками Б. Злотиным и А. Зусман, на основе громадного опыта работы в условиях как СССР, так и стран Запада. Была на практике доказана огромная инструментальная и в то же время прогнозная ценность этих законов, особенно системного, совместного применения законов, объединения идей, связанных с разными законами в единую концепцию.

К основным законам развития технических систем можно отнести:

• Закон повышения идеальности
• Закон развития за счёт использования ресурсов
• Закон кризисного развития
• Закон развёртывания–свёртывания
• Закон расширения ассортимента задействованных уровней строения материи
• Закон повышения адаптивности
• Закон развития отношений человек-техника

Оказалось, что технические системы любого назначения — сельскохозяйственные, промышленные, военные, развлекательные — эволюционируют совершенно одинаково и в значительной степени — предсказуемо. Историческая специфика влияет не на то, какими будут системы будущего, а лишь на то. кто и когда создаст и использует их. Конкретное выражение законы развития находят в т.н. линиях развития технических систем.

Этот детерминизм не лишает труда учёных и инженеров творческой составляющей, а наоборот, позволяет фокусировано использовать способности и ресурсы на действительно перспективных направлениях, заведомо избегая тупиков. Соответственно, знание этих законов является неоценимым для осмысленного планирования науки и техники.

В следующих нескольких параграфах приводится очень краткий обзор основных законов развития технических систем в их современной формулировке. Полное представление о содержании и практическом применении данных законов можно получить из литературы, указанной в заданиях к настоящему параграфу.

Закон роста идеальности

Развитие всех систем идёт в направлении увеличения степени идеальности, то есть отношения суммы её полезных функций к сумме «факторов расплаты» - стоимости, труд- и материалоемкости, занимаемого системой места и т.д.

Идеальная техническая система — это система, вес, объем и площадь которой стремятся к нулю, хотя её способность выполнять работу при этом не уменьшается. Когда системы нет - а функция её сохраняется и выполняется.

Существование любой системы (в том числе и государства) – не самоцель, она нужна для выполнения полезных функций. Идеально, когда такая техническая система выполняет их без всякой расплаты – не имеет веса, размеров, не затрачивает энергию, материалы и т. д. Разумеется, достижение этого в реальности невозможно, за исключением тех случаев, когда выполнение нужных функций берет на себя (по совместительству) какая–то другая, уже имеющаяся система.

Понятие "идеальная техническая система или "идеальная машина" оказалось чрезвычайно полезным для решения конкретных изобретательских задач. И биологические системы в своём развитии следуют в направлении увеличения отношения полезных функций к факторам расплаты.

Повышение идеальности технических систем часто проявляется в росте относительных параметров (характеристик), то есть отношения полезных характеристик (мощности, усиления, производительности, точности, надёжности и других) к вредным (потери, помехи, количество брака и т. д.) или к конструктивным (вес, размеры, трудоёмкость изготовления и т. д.). В том числе, как правило растут коэффициенты полезного действия (КПД), удельного функционирования (числа функций, выполняемых на единицу веса, объёма, площади, длины, затрат энергии и т.п.), полезного использования времени, материалов, труда и т.п.

Для практического использования формулы идеальности при оценке или улучшении того или иного изобретения вполне достаточно увидеть направление и динамику изменения идеальности, создаваемой этим изобретением. Очевидно, повышение идеальности системы возможно как при опережающем росте числителя (увеличение количества и качества выполняемых полезных функций), так и при опережающем уменьшении знаменателя (снижение затрат, уменьшение числа вредных функций). Особенно интенсивно идёт повышение идеальности при одновременном росте числителя и снижении знаменателя.

Повышение идеальности может происходить как в рамках существующей конструктивной концепции, так и в результате радикального изменения конструкции, принципа действия системы.

Добавление новых полезных для пользователя функций в систему осуществляется путём изобретения новых, ранее неизвестных функций, переноса на систему функций, выполнявшихся ранее другими системами или объектами из систем, входящих в ту же надсистему или связанных с данной в жизненном цикле, надсистем, конкурентных систем, функций, ранее выполнявшихся человеком и др.

Если изначально функции системы были неполны (отсутствовали функции поддержания её пространственной и временной структуры, ввода-вывода потоков энергии и вещества, регенерации, контроля взаимодействия с окружающей средой), то развитие обычно идёт путём восполнения недостающих функций.

Полезные функции всегда связаны с какими-то вредными функциями или эффектами. Развитие средств устранения вредного эффекта часто запаздывает по сравнению с развитием полезных функций и развивается, как правило, под нажимом потребителей, проходя стадии: ограничения вредных эффектов за счёт снижения полезных, замены одних факторов расплаты на другие, более приемлемые, компенсации вредных факторов, обращения их в пользу. Уменьшение факторов расплаты осуществляется в трёх основных направлениях: снижение стоимости системы и расходов на её функционирование, уменьшение связанных с системой вредных эффектов, уменьшение связи между полезными и вредными функциями.

Закон повышения идеальности позволяет при решении задач формулировать представление об идеальном конечном результате (ИКР), ценное тем, что позволяет выбрать среди множества направлений решения наиболее радикальное. Хотя сам ИКР, как правило, недостижим

Закон развития за счёт использования ресурсов

Развитие любых систем в направлении повышения идеальности происходит путём все более эффективного использования системой все более разнообразных и сложных ресурсов из разных источников.

Под ресурсом здесь понимается всё, что целенаправленно используется для достижения тех или иных результатов. Практика показала, что иногда высокоэффективные изобретательские решения, связанные с качественным изменением системы, сильно повышающие степень идеальности, очень долго не внедряются. В то же время другие решения, пусть и не дающие такого эффекта, внедряются куда быстрее.

Чаще всего это связано с наличием необходимых ресурсов – веществ, энергии, оборудования, знаний и т. п. Одни элементы системы, окружения, надсистем и т.п. часто становятся ресурсами, другие – реже. Для любого конкретного предприятия изобретательские решения, учитывающие наличие имеющихся ресурсов и местные ограничения предпочтительнее. То есть, их локальная идеальность выше.

Любая инновация становится возможной потому, что для неё существуют некоторые ресурс, и сама открывает доступ к новым ресурсам. Каждая инновация – очередной шаг эволюции, который использует имеющиеся ресурсы и создаёт новые ресурсы, порождая таким образом положительную обратную связь (инновации способствуют появлению инноваций), тем самым продолжая эволюционную лавину. нет никаких признаков возможного прекращения и даже торможения этого процесса ни в обозримом, ни в далёком будущем.

Всю историю цивилизации идёт постоянное превращение «нересурсов» в ресурсы в результате творческой деятельности человека на базе новых научных открытий и изобретения все новых технологий. Системы все более эффективно используют все более разнообразные и все более сложные ресурсы, как “собственные”, имеющиеся в самой системе или её подсистемах, так и получаемых из окружения, от других систем, из надсистемы и т.п. Практически любую реальную систему можно «форсировать», заставить работать более эффективно, выполнять дополнительные функции и т.п. используя избыточность её ресурсов.

При развитии могут появляться и вредные ресурсы, порождающие нежелательные явления (немедленные или отложенные), но появляются и средства борьбы с ними. Лекарство от «плохой технологии» – «хорошая технология»

Необходимые ресурсы могут присутствовать в системе в годном для применения виде либо после определённой подготовки: накопления, видоизменения и т. п.

Нередко в качестве ресурсов используются способность имеющихся в систем веществ претерпевать фазовые переходы, менять свои свойства, вступать в химические реакции и т. п. В других случаях ресурсами являются не вещества, а поля в широком смысле, как формы распространения энергии: механической, тепловой, химической, электромагнитной и т. д.

Наиболее эффективным оказывается суммарное использование различных полей, в том числе парных комплексов - электромеханики, электротермии, электрохимии, электромагнетизма, термохимии, механохимии и т. п. В некоторых задачах бывает полезно рассматривать «как бы поля» – биологические, психологические, социальные и т.п.

Оказалось полезным кроме вещественных и полевых рассматривать более абстрактные типы ресурсов: энергетические, информационные, пространственные и временные, функциональные, системные, дифференциальные и др.

(см. продолжение 👇)

(Продолжение. Начало 👆)

Наиболее эффективно решаются задачи, когда удаётся использовать в качестве ресурсов вредные вещества, поля, вредные функции системы. В этом случае получается двойной эффект – избавление от вреда и дополнительный выигрыш. Весьма эффективным является комбинированное использование ресурсов разных видов.

Местонахождение источников ресурсов может быть различным. Ресурсы могут располагаться в оперативной зоне, где непосредственно происходит рабочий процесс, в других подсистемах данной системы либо являться её продукцией или отходами. Другими источниками ресурсов могут быть системы – соседи по общей надсистеме, их продукция или отходы, а также внешняя среда (воздух, вода, почва, различные фоновые поля: гравитационное, электрическое, магнитное, тепловое и т. п.). Среди ресурсов надсистемы и внешней среды необходимо особо отметить «копеечные» ресурсы – широкодоступные, дешёвые вещества.

Выявленные ресурсы могут использоваться по– разному. Самое простое – избавиться от ненужных ресурсов. Другая возможность использования – использование ресурсов для решения поставленной задачи. Ещё одна возможность использования ресурсов – поиск задач, для решения которых могли бы быть использованы выявленные ресурсы. Такая ситуация часто возникает при попытке использования отходов производства, свободных промежутков между операциями технологических процессов, дополнительных функциональных возможностей технической системы.

При повышении требований к системе конкуренция подсистем за ресурсы, «борьбы за ресурс» и противоречия между разными функциями. По мере развития любой конкретной системы происходит постепенное исчерпание ресурсов. Если большинство доступных ресурсов уже исчерпаны, чаще всего следующим шагом развития будет создание новой генерации системы, использующей ресурсы иначе, более экономно или же использующей другие ресурсы.

Закон кризисного развития

Развитие всех систем идёт в направлении появления, обострения и разрешения противоречий.

В соответствии с законами диалектики развитие происходит через чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия.

Противоречие – это проявление несоответствия между разными требованиями, предъявляемыми человеком к системе, и ограничениями, налагаемыми на неё законами природы, социальными, юридическими и экономическими законами, уровнем развития науки и техники, конкретными условиями применения и т. п.

На начальных этапах развития, когда требования к системе относительно невысоки, а сама система обладает большими ресурсами, противоречия чаще всего легко решаются путём компромисса – отыскиваются варианты конструкции, обеспечивающие приемлемые значения обеих конкурирующих характеристик. Но при продолжении количественного роста происходит накопление и обострение противоречий, которые разрешаются (снимаются) в результате качественных скачков – создания принципиально новых технических решений.

Стихийное развитие техники шло без понимания роли противоречий и без их целенаправленного формулирования, путём решения некоторых, часто случайным образом выбранных и плохо сформулированных задач. Поэтому очень многие задачи долгое время оставались нерешенными и даже считались принципиально неразрешимыми.

Техническое противоречие - ситуация, когда попытки улучшить одну характеристику (часть) системы приводят к ухудшению другой. Физическое противоречие - ситуация, когда к объекту или его части по условиям задачи предъявляются противоположные (несовместимые) требования. Формулирование противоречий обостряет конфликт до предела и, как ни странно, именно благодаря этому облегчает решение.

Если противоречие не очень острое, то иногда оно допускает компромиссное решение. Если противоречие обострено и не допускает компромиссного решения, используются специальные приёмы разрешения физических противоречий, то есть «разнесения» противоположных требований, так чтобы оба могли выполниться например: в пространстве, времени или некоторым другим условиям, с помощью физико-химических превращений, с помощью преобразования системы.

Противоречия, относящиеся к одной технической системе, обычно образуют некоторую совокупность – они взаимосвязаны, вытекают одно из другого, составляют собственную иерархию. Этим объясняется возникновение сверхэффектов, когда разрешение одного из локальных противоречий может привести к существенному усовершенствованию всей системы или каких-то её важных параметров. Нередко это оказывается даже важнее решения исходной изобретательской задачи.

Учитывая сложность системы противоречий, очень важно найти среди них главное, центральное, ограничивающее развитие системы и устранить или разрешить его (как в известных головоломках, где достаточно найти и вынуть одну деталь – ключ, чтобы головоломка распалась на части). Часто противоречия вообще не видны, а на поверхности лежит только тот или иной недостаток, ограничение, одна сторона противоречия.

Противоречие ограничивает возможность развития системы, требует качественно нового решения. Но нередко бывает и так, что противоречия как будто бы нет, а есть «непреодолимое ограничение». В подавляющем большинстве случаев такие ситуации возникают вследствие одностороннего подхода к системе, и пока этот подход не изменится, задача действительно неразрешима. Поэтому нужно в первую очередь осознать ограничение как одну из сторон противоречия, найти его вторую сторону, сформулировать его и найти приём разрешения.

Работа по выявлению и разрешению противоречий для не подготовленного к этому человека трудна и психологически дискомфортна так как вводит неопределённость и нарушает привычную логическую «модель мира». Поэтому формирование «небоязни противоречий» привычки к их формулированию и разрешению резко повышает творческую эффективность человека и его защиту от стрессов неопределённости.

Закон развёртывания - свёртывания

Развитие всех систем идёт в направлениях развёртывания и свёртывания.

Повышение идеальности технических систем осуществляется путём развёртывания – увеличения количества и качества выполняемых полезных функций за счёт усложнения системы, и свёртывания – упрощения системы при сохранении или увеличении количества и качества полезных функций.

На всех этапах развития процессы развёртывания и свёртывания могут чередоваться, приходя на смену друг другу, частично или полностью перекрываться, действуя параллельно, то есть при общем развёртывании системы отдельные её подсистемы могут свёртываться, и наоборот.

Развёртывание системы начинается с момента её рождения, то есть создания функционального центра – основной функциональной цепочки из подсистем (элементов), способных в совокупности выполнить основную функцию системы, и продолжается сначала в рамках существующей конструктивной концепции, а затем и при её изменении.

Функциональный центр создаётся путём объединения ранее самостоятельных систем (со своими функциями) и подсистем, специально созданных для работы в новой системе и обеспечения в совокупности с первыми получения нового системного свойства. При этом объединяются системы, дополняющие действие друг друга, а также компенсирующие (устраняющие, не допускающие) вредные функции. При создании функционального центра все звенья основной функциональной цепочки должны быть минимально жизнеспособны и связаны между собой.

Развёртывание технической системы в процессе её развития в рамках существующей конструкции идёт от функционального центра к периферии системы и предусматривает включение в систему дополнительных подсистем, повышающих качество выполнения основных функций, компенсирующих недостатки, расширяющих функциональные возможности. Увеличивается число уровней в иерархии за счёт её внутрисистемного дробления путём разделения системы на однородные либо разнородные подсистемы, перехода к сетевой структуре.

Развёртывание системы происходит также за счёт перехода в надсистему путём объединения одинаковых или разных систем таким образом, чтобы создавался дополнительный полезный эффект.

Свёртывание идёт, как правило, в направлении, обратном развёртыванию – от периферии системы к её функциональному центру (от вспомогательных, сервисных, защитных и т. п. подсистем, системообразующих элементов и т.п.). Свёртывание системы проходит три последовательных этапа: минимальное, частичное и полное.

Минимальное свёртывание технической системы – создание связей между исходными системами, обеспечивающих появление системного эффекта при минимальном их изменении. В большинстве случаев связи носят временный характер, возможен возврат исходных систем к самостоятельному функционированию.

Частичное свёртывание – изменение подсистем с целью упрощения, подгонки друг к другу, при этом улучшается работа системы: уменьшаются потери, повышается надёжность и т. п. Усиливаются связи между подсистемами, но возможность их выхода из системы нередко ещё сохраняется, правда, с понижением эффективности работы.

Полное свёртывание – полное изменение подсистем, установление между ними неразрывных связей. Система становится более простой, выход из неё бывших подсистем становится невозможным. На этом этапе система со всеми её подсистемами, связями и т. д. часто заменяется «умным» веществом, выполняющим нужные функции за счёт использования разных физических, химических и других эффектов.

(продолжение 👇)

(окончание. начало 👆)

Процесс свёртывания включает использование всех видов ресурсов и предусматривает исключение дублирования функций отдельных подсистем, передача определённых функций специализированным подсистемам, совмещение отдельных подсистем, слияние их функций, переход от последовательных технологических процессов к параллельным, совмещение технологических операций, упрощение внутренней структуры системы и её подсистем, в том числе: исключение отдельных элементов и операций; укрупнение элементарных подсистем.

Полностью свёрнутая техническая система может продолжать развитие, включаться в различные надсистемы, снова развёртываться при условии постоянного повышения идеальности. Свёртывание, как правило, сильнее изменяет исходную систему, чем развёртывание, даёт решения более высокого уровня.

Закон расширения ассортимента задействованных уровней строения материи

Развитие всех систем идёт в направлении увеличения числа используемых уровней строения материи.

При развитии систем и появлении новых систем в большинстве случаев происходит переход к использованию все более глубинных уровней строения материи. Одновременно с этим, происходит и переход к все большему количеству совместно используемых различных уровней строения материи. Возможности, даруемые обоими переходами позволяют осуществлять более дерзкие и масштабные проекты на крупных, (в т.ч. космических) уровнях строения материи.

Во всем многообразии окружающего мира можно объективно выделить ряд уровней строения систем, каждый из которых характеризуется размерами типовых элементов, видом связи между ними, а также применяемыми эффектами и явлениями:

1. Мегасистемы космического уровня – гравитация и излучения Солнца, космические лучи и частицы и т.п.
2. Системы планетарного уровня – климатические зоны, океаны, континентальные плиты, климат, солнечное излучение и т.п.
3. Подсистемы планетарного уровня - моря, озера, реки, леса, степи, пустыни, залежи ископаемых ресурсов, ураганы, океанские течения и т.п.
4. Крупномасштабные искусственные системы – государства, города, транспортные сети, крупные предприятия, шахты и т.п.
5. Макросистемы масштаба человека – системы из элементов и/или подсистем с размерами, более или менее сопоставимых с человеческими - от десятков метров до миллиметров. Они - основа нашего окружения, с ними мы более всего взаимодействуем, и именно они имеют самую сильную тенденцию вовлекать в использование ресурсы выше- и нижестоящих уровней.
6. Дисперсные макро-полисистемы - системы из однородных элементов и/или подсистем макро масштаба.
7. Поли-системы из малых (доли миллиметров) элементов - порошки, гранулы, капли, капилляры, гели, микрокапсулы и т.п.
8. Микросистемы – системы из элементов микронных размеров и микронного размера структур – кристаллы, домены, молекулярные кластеры
9. Наносистемы – системы из элементов нано размеров и нано-структур и т.п. Наномашины, наноэффекты.
10. Системы использующие молекулярные явления – биология, химия, биохимия.
11. Системы использующие атомные и квантовые явления ядерная энергетика, оружие, системы измерения.
12. Системы, построенные на основе полей, использующая поля вместо веществ – микроволновые устройства, лазеры, электростатическая окраска, системы электролиза и т.п.

Человек достаточно рано овладел макроуровнем и некоторыми операциями уровня 10 (различными химическими процессами, плавлением и т. д.). По мере развития техники человек все более масштабно осваивает и другие уровни. Для современной техники характерно все более сильное использование полей (уровень 12) совместно со всеми уровнями используемых вещественных структур.

Большинство функций, выполняемых техническими системами, могут быть реализованы с использованием разных уровней строения системы. Каждый из уровней имеет свои собственные специфические ресурсы. В процессе развития происходит как бы «насыщение» системы ресурсами за счёт использования ресурсов разных уровней.

Закон повышения адаптивности

Эволюция системы в направлении повышения идеальности происходит путём улучшения их адаптации к взаимодействующей с ней изменяющейся в широких пределах среде.

Все организмы и искусственные системы (технические, научные, культурные, социальные и т.п.), дожившие до наших дней, в ходе своего развития прошли через множество циклов улучшения и кризисов развития, через периоды положительного и отрицательного отбора и т.п. Те системы, которые не могли быстро и эффективно адаптироваться к меняющимся условиям, в большинстве своём вымерли, потеряли рынок или найдя узкую экологическую нишу закапсулировались в ней, превратились в «живые ископаемые». Поэтому в наши дни биосферу, техносферу, сферы научного знания и искусства, социальную сферу и т.п. "населяют" достаточно устойчивые и пластичные системы, хорошо приспособленные к существованию "здесь и сегодня", но способные выжить и при сильных изменениях окружения.

Адаптивность - способность системы приспосабливаться, перестраиваться, менять свою структуру, состояние и поведение (функционирование) для сохранения или достижения оптимального состояния при изменении, как внешних условий, так и своего внутреннего состояния.

Необходимость адаптации возникает в результате изменения «условий существования системы», появления новых требований к системе и/или новых вредных факторов влияющих на систему, или среду её использования, появление новых применений, новых ресурсов или изменения цен на имеющиеся ресурсы, включение системы в новые надсистемы, изменение масштабов производства и потребления, переход к серийному или массовому производству, переход к масс-кастомизации.

К основным путям повышения адаптивности систем относятся повышение способности системы к согласованию и рассогласованию, как внутри себя (разных элементов, связей, подсистем, процессов, потоков), так и "снаружи" – с другими системами, условиями среды, предъявляемыми требованиями и т. п. Повышение динамичности – богатства системы движением, способности к изменениям, без чего невозможно эффективное согласование. Повышение управляемости, без чего динамичность не может быть реализована. Повышение интеллектуальности, определяющей возможности наилучшего (оптимального) управления согласованием и динамичностью. Создание адаптивного окружения.

В процессе развития технической системы происходит повышение её динамичности, то есть способности к целенаправленным изменениям, обеспечивающим улучшение адаптации системы к изменению требований к ней и изменению её окружения.

Очень часто система должна обладать определёнными параметрами в одном режиме (например, при функционировании) и другими параметрами в другом режиме (например, при транспортировке). Это противоречие разрешается превращением прежде постоянного, неизменяемого параметра в переменный, изменяемый. Повышение динамичности даёт системе возможность сохранять высокую степень идеальности при значительных изменениях условий, требований и режимов работы.

В процессе развития технических систем происходит переход к системам с увеличенным числом степеней свободы, с повышением возможностей системы к изменениям.

В процессе развития системы происходит даже своеобразный процесс «динамизация динамичности», то есть сама динамичность системы становится изменяемой, увеличивается или уменьшается тем или иным образом в соответствии с обстоятельствами и требованиями к системе.

В процессе развития технической системы происходит согласование - рассогласование системы и её подсистем между собой, с надсистемой и/или с другими системами для оптимизации её работы, заключающееся в:

(продолжение 👇)

(Окончание. Начало 👆)

Согласование - приведение основных параметров к определенным значениям, обеспечивающим наиболее эффективное функционирование, условия для лучшего прохождения нужных потоков вещества, энергии, информации и протекания нужных процессов в системе, а также между системой, её надсистемами и другими системами.

Рассогласование – целенаправленное изменение отдельных параметров, обеспечивающее предотвращение прохождения ненужных или вредных для системы потоков вещества, энергии, информации и/или возникновения в системе процессов, вредных для неё самой или для других систем, а также получение дополнительных полезных эффектов (сверхэффектов).

Согласование проявляется уже при создании системы, когда идёт подбор необходимых подсистем, образующих основную функциональную цепочку. К подсистемам, помимо требования обеспечения минимальной работоспособности, предъявляется требование совместимости друг с другом, поэтому случается, что подсистема, наилучшим образом выполняющая свою функцию вне системы, оказывается не лучшей для создаваемой системы. Процесс согласования–рассогласования сопровождается повышением идеальности системы как за счёт уменьшения функций расплаты, так и за счёт повышения качества выполнения полезных функций. При этом часто возникает типичное противоречие: согласование одних параметров приводит к ухудшению согласования других.

Согласованию–рассогласованию подлежат любые параметры технических систем, в том числе материалы, формы и размеры, ритмика действия, структура, энергетические, информационные и другие потоки и т. п.

Система рождается, как правило, минимально управляемой. Повышение её управляемости предусматривает такие стадии развития, как принудительное управление, автоматическое управление, и, наконец — самоуправление.

Повышение адаптивности систем тесно связано с их «интеллектуализацией». Системы эволюционируют от некоторых жёстких, стабильных, неизменяемых устройств для выполнения заданных ограниченных функций к более «умным», вплоть до моделирующих самих себя, своё окружение, и то, как воспринимает их интеллектуальное окружение.

Закон развития отношений человек-техника

В процессе развития человечества постоянно происходило приспособление человека к окружающим его искусственным системам и наоборот, приспособление этих систем к человеку.

Приспособление шло в направлениях:

• Переход к «внешнему» выполнению функций, передача технике функций, которые ранее выполнял непосредственно человек, используя свои органы.
• Вытеснение человека из техники, передача все большего количества все более важных функций непосредственно машинам и устройствам, замена ими человека, все большее вторжение техники в отношения человека с другими людьми и т.п.
• Повышение полноты технических систем, то есть количества и качества выполняемых ими функций.
• Втягивание человека в технику, расширение контактов между человеком и техническими устройствами, их все лучшая адаптация к человеку, обеспечивающая их лучшую службу.
• Использование техники для усовершенствования естественных элементов и процессов в человеке

Для существования любого живого существа необходимо выполнение многих функций, типа пищеварения, поддержания приемлемой температуры тела, защиты от врагов, перемещения и т.п. У всех живых существ, кроме человека это осуществляется почти полностью за счёт некоторых биологических приспособлений, органов тела. Только люди научились передавать большую часть этих функций созданным ими искусственным системам, в частности:

• Искусственное пищеварение – приготовление пищи с использованием различных механических, термических и химических процессов.
• Защита от действия окружающей среды за счёт одежды, костров, домов, печей, кондиционеров, фильтров и т.п.
• Обеспечение коммуникаций за счёт письменности, почты, телефонов, средств массовой информации, Интернет и т.п.
• Защита от болезней за счёт развития санитарии и медицины.
• Развитие мышления за счёт накопления, распространения и обработки информации – развития науки, баз знаний, компьютеров.

Развитие техники позволило изменять окружение человека от природного, случайного, неизменного к более адаптивному.

1 Окружение, защищающее от наиболее опасных или неприятных внешних воздействий – изменений погоды, животных и паразитов, враждебных действий других людей и т.п.
2 Окружение, настроенное на оптимизацию производственных или других процессов с неприятными для человека характеристиками - шум, загрязнения, высокие температуры и т.п.
3 Окружение, согласованное с общечеловеческими требованиями, медицинскими и другими нормами (температура, освещённость, уровень шума, степень загрязнённости и т.п.).
4 Окружение, согласованное с индивидуальными требованиями конкретных людей.
5 Окружение динамично меняющееся, настраивающееся на оптимальное соответствие меняющимся требованиям людей.
6 Окружение, активно «сотрудничающее» с людьми или конкретным человеком (например, компьютер, не только настраивающийся на человека, но и «угадывающий», что пользователь хочет и помогающий ему)

В процессе развития технические системы также начинают выполнять некоторые чисто человеческие, «внутренние» функции, особенно те, которые люди или некоторый конкретный человек не может сам выполнять. Появляются искусственные части организма - костыли, палки для опоры при ходьбе, позже – протезы органов, искусственные органы типа «искусственной почки» или протеза сердца. Появляются также устройства типа очков, слуховых аппаратов, кардиостимуляторов, робоскелетов и т.п., которые не замещают некоторые органы, но помогают им работать эффективнее.

В процессе развития технических систем происходит последовательный многошаговый переход к выполнению системой все большего количества функций (сперва вспомогательных, а потом и основных), ранее выполнявшихся непосредственно человеком. То есть человек перестаёт быть частью технической системы машинам передаются все больше функций, требующих тяжёлого и/или монотонного труда, как физического, так и умственного (например, выполнение вычислений), а человек переходит к все более интеллектуальным видам деятельности.

(продолжение 👇)

(окончание. начало 👆)

Возможны два основных пути вытеснения человека из технической системы:

1. Вытеснение человека как индивида, замена его деятельности устройствами, выполняющими те же операции и, как правило, тем же человеческим или близким к человеческому способом. В подавляющем большинстве случаев это неверный, тупиковый путь.
2. Правильный в большинстве случаев путь развития – отказ от «человеческого» принципа работы, от технологии, рассчитанной на человеческие возможности и интеллект. Это становится возможным только после выявления, упрощения и, очень часто, «де-интеллектуализации» выполняемых функций.

Типичный процесс де-интеллектуализации функций включает следующие последовательные шаги:

1 Выполнение функции творчески одарёнными, талантливыми специалистами
2 Выполнение функции специально подготовленными специалистами
3 Выполнение функции неподготовленными людьми
4 Выполнение функции специализированными машинами при участии людей
5 Выполнение функции универсальными машинами при участии людей
6 Выполнение функции без участия людей.

Технические системы постоянно развиваются в направлении все большего приспособления к человеку, все лучшего удовлетворения его потребностей. При этом в систему добавляется множество вспомогательных функций, например, защита системы от среды и защита среды от системы, безопасность, удобство, роскошь и т.п. Создаётся множество обратных связей, систем адаптации, настройки, самонастройки и т.п. Система становится все более «полной». Полная система не нуждается вообще в участии человека.

Несмотря на локальные успехи автоматизации, подавляющее большинство существующих систем по сей день неполно. Недостающие части замещает человек, но по мере развития системы все большее количество функций передаётся системе, полнота её растёт.

Вытеснение человека из технической системы в роли исполнителя некоторых функций нередко сопровождается все более глубоким «втягиванием» человека в систему как «цели функционирования» и разработчика. То есть, человек вытесняется из рутинной работы и втягивается в творческую.

Имеет место и физическое взаимопроникновение техники и человека, а также переосмысление понятия о человеке с развитием техники.

Закон роста упорядочивающей способности

Развитие систем сопровождается увеличением их способности упорядочивать обрабатываемые изделия.

Всё, что нужно от техники — это порядок: чтобы все было так, как мы хотим. Нам нужны не еда, воздух и отопление, а определённый порядок в наших внутриклеточных растворах. Не столы, а определённый порядок в положении предметов, не станки, а определённый порядок атомов.

Способность к упорядочиванию является общим признаком живых и технических систем. Термодинамика позволяет делать это только ценой ещё большего разупорядочивания вокруг (роста энтропии). Системы потребляют порядок (измеримый в битах) и, с тем или иным КПД, сообщают его изделию.

Система сообщает изделию больше информации, если параметры продукции на ее выходе являются очень стабильными, несмотря на большой разброс входных параметров (размер заготовок, температура, напряжение питания, точность сборки самой системы, квалификация персонала), но

Создание конкретной системы становится возможным, когда «окошко» допустимых для ее работы входных параметров перестает быть «нулевым». Развитие происходит путем его расширения. Системы становятся все более всеядными и неприхотливыми. Но на выходе дают все более стандартизированные, чистые, точные, однородные продкты, что создает возможность для появления новых пока еще капризных к входным параметрам систем. Например, без прогресса в области очистки полупроводников нельзя было создать транзисторы из-за их высокой чувствительности к малейшим примесям в материалах.

Повышение потока порядка к изделиям идет путем последовательного устранения ее неоправданных потерь. Например, в XIX веке русский изобретатель ракет К.Константинов смог добиться точности попадания, когда обнаружил и устранил «источники недостаточного порядка» - разнобой в ручном изготовлении корпусов и составе пороха.

В первую очередь, порядок поступает в систему с энергией. Но кроме этого, обязательно должно быть упорядоченым положение каждой ее части относительно других в пространстве и времени.

Например, станок опирается на пол цеха ножками, и, благодаря действию сил тяжести и реакции опоры базируется в определенном положении. Базирование по разным деталям доводится до каждого мельчайшего элемента машины. Базированию заготовок на столах станков посвящено множество литературы. Там есть свои помехи — неточности изготовления, силовые нагрузки. Есть и свои барьеры к смещению деталей и заготовок под действием этих нагрузок. Ошибки, вызванные неопределенностью базирования, непосредственно сказываются на качесте изделий.

Другой поток порядка — работа системы управления, то есть синхронизации работы разных частей машины во времени или по состояниям. Сигналы управления могут содержать ошибки и даже злонамеренные фрагменты. Машины нуждаются в своего рода иммунной активности (отличать пользователя от взломщика), выбраковывать помехи и ложные данные.

В машину вместе с сырьём поступает и такой вид, «материальных помех», как брак, мусор, неадекватные виды сырья, посторонние предметы, вода, руки оператора, пыль, влажный воздух, насекомые — все это нужно не пускать в машину, а если попало внутрь, то организованно выводить. И наоброт: не создавать лишнего беспорядка вокруг себя, не выпускать из машины дым, излучения, шум, помехи.

Есть и другие источники порядка в машине — например, подача растворителей, чистых технологических жидкостей, действия связанные с ремонтом или регенерацией ее частей, проектированием, производством, диагностикой, отладкой, обслуживанием и утилизацией машины.

Аннотация

Изложены концептуальные основы, порядок разработки и реализации научно-технической стратегии государства — базы для выполнения его функций и достижения политических целей.

Наука и техника рассматриваются не в статике, а в динамике — с учетом возможностей и потребностей различных сфер государственной жизни.

Издание адресовано представителям органов власти, экспертам, преподавателям и студентам ВУЗов, а также широкому кругу читателей, интересующихся научно-технической политикой государства.

Как работать с книгой

Основные принципы и подходы, лежащие в основе разработки научно-технической стратегии государства должны быть известны и понятны каждому. В то же время, непосредственных разработчикам стратегии требуется знать и уметь очень многое, чего невозможно вместить ни в одной, ни в десятках книг.

Поэтому каждый параграф состоит из небольшого теоретического материала для широкой аудитории и практических заданий, призванных помочь подготовиться к разработке стратегии непосредственным ее участникам.

В I части рассматриваются цели и функции государства, статический и динамический подходы к науке, технике и экономике. II часть посвящена законам развития технических систем. III часть кратко рассматривает текущее состояние дел в области стратегического планирования науки и техники в РФ.

В IV части рассматривается содержание, сущность и основные понятия научно-технической стратегии, основанной на последовательности технологических платформ. Обсуждаются практические сценарии ее реализации и подходы к разработке.

Технологическая платформа представляет собой множества автономных (с участием человека или автоматических) универсальных научно-производственных комплексов, способных каждый произвести свою копию, весь ассортимент продукции, востребованный обществом и государством, и оборудование для перехода к следующей платформе, (основанной на свойствах более глубоких уровней строения материи).

V часть описывает взаимосвязь научно-технической стратегии государства с его основными функциями и тенденции их развития в свете законов развития технических систем. VI часть посвящена практике разработки стратегии на примере современной России. Рассматриваются исходные предпосылки, формирование эскизного набора платформ, их взаимоувязка с целями и функциями государства, межплатформенные переходы, вопросы архитектры, реализации, документирования и отладки платформ. Затрагиваются темы программно-аппаратного обеспечения, вопросы научно-технической информации и конкуренции.

Часть VII посвящена кадровой базе для разработки и реализации научно-технической стратегии. Рассматриваются теории развития творческой личности и научных коллективов, система культура-религия-этика и способы ускоренной высококачественной подготовки кадров.

Часть VIII содержит техническую информацию об автоматических самовоспроизводящихся системах, подходах к автоматизации фундаментальной и прикладной науки, последовательности из четырех технологических платформ, спроектированных в качестве примера (и предполагаемых переходах между ними). Платформы основаны на макроскопическом, микрометровом, атомно-молекулярном и ядерном уровнях строения материи для наиболее полного использования свойств и явлений на каждом из них в интересах достижения целей и выполнения функций государства на соответствующих этапах реализации стратегии.

В конце приводится словарь основных понятий и определений.

Закон роста информационного КПД

Развитие систем идет в направлении повышения информационного КПД — отношения количества информации сообщаемой системой изделиям к росту энтропии во внешней среде.

Любая система принимает столько же энергии, сколько и отдаёт. Системы, принимающие энергию, и не выдающие столько же, будут неминуемо нагреваться (что и происходит при коротком замыкании). Энергия служит лишь носителем порядка (или, что тоже самое, информации), часть которого машина оставляет в обрабатываемом изделии.

Техника возможна там, где возможны устойчивые состояния и целенаправленные переходы между ними. Но среди помех — вибраций, полей, пыли, вспышек, скачков давления и температуры устойчивыми являются только состояния, между разделенные энергетическим барьером, достаточно высоким по сравнению с энергией помех. Для преодоления этих барьеров при работе системы используют соответствующие количества энергии, которая после преодоления барьера должна быть необратимо рассеяна чтобы сделать переход между состояниями необратимым.

Отношение высоты энергетического барьера между состояниями системы к средней энергии помех имеет размерность информации. Таким образом, технические системы потребляют не джоули (ватты), а биты (биты в секунду). Бит пропорционален джоулю деленному на кельвин. Обычно машины работают в узком довольно диапазоне масштабов температур и кельвины как константа сокращаются. Потому обычно полезно рассуждать и о джоулях, тогда как на самом деле идут потоки бит.

Упорядоченное вещество (электроны с разной концентрацией на контактах розетки), создаёт упорядоченное поле. Упорядоченное поле действует на вещество упорядочивающим образом. Цепочка заканчивается упорядочиванием изделия или какой-то его части. Изделием здесь может служить тоже как вещество (пила) так и поле (фонарик). Отслеживая такие цепочки, мы видим, каким именно образом движется порядок, то есть информация, по технической системе.

Потоки энергии служат только носителем, который позволяет передавать информацию в заданном количестве при заданной температуре машины согласно уравнению Гиббса. Сама же по себе энергия, сколько бы ее ни было, в состоянии равновесия (например, теплового) - для целесообразной деятельности не только бесполезна, но вредна, создавая помехи и заставляя нас повышать барьеры на путях переходов между состояниями машин.

В мире присутствует неравномерное распределение энергии по степеням свободы, и она самопроизвольно и необратимо распределяется равномерно. Только это и позволяет совершать целенаправленные переходы между состояниями системы, при чем Здесь расходуются конкретные объекты - пары степеней свободы системы с неравным наполнением энергией.

Бит информации – это пара из энергетически богатой и бедной степеней свободы. Она зависит от температуры, то есть фоновых помех. Фотон инфракрасного света (с фиксированной энергией) несёт много информации (Дж/К) при температуре жидкого гелия, но ничтожно мало при температуре кипящего вольфрама. Можно предположить, что техника будущего станет стараться работать при глубоко криогенных температурах, потому при низком уровне тепловых помех (kt), один джоуль мы можем сделать больше полезных шагов через барьеры, сфорировавав в изделии больше бит порядка. К счастью, в космосе достаточно холода для этого.

Таким образом, в машине обязательно присутствуют потоки энергии, их вход и выход и вместе с ним сними параллельно, или, точнее, по ним идут потоки информации. Если поток энергии всегда проходит сквозь машину то поток информации частично передаётся изделию, доходит до него, а частично рассеивается прочь. Можно рассмотреть эту особенность как критерий того, где начинается собственно техническая (или биологическая) система, а где мы имеем ещё лишь потенциальные детали технической системы - устойчивые в некотором диапазоне параметров окружающей среды материальные структуры.

(продолжение 👇)

(окончание. начало 👆)

Информационным КПД (ИКПД) можно назвать отношение информации, сообщенной изделию, к информации, которая была принята извне.

Увеличивая ИКПД, мы доводим большую часть информации до изделия. Тем самым, мы уменьшаем потребность в информации на входе машины и, таким образом она может нуждаться в меньшем количестве энергии при том же уровне помех, либо потреблять столько же ватт, но стабильно работать и при гораздо более высоких уровнях помех, то есть быть надёжнее. Либо, при прочих равных, сообщать изделию больше информации, что напрямую связано с качеством продукции.

Наблюдаемое в истории техники снижение энергоёмкости, повышение точности, повторяемости, кучности боя, надёжности, информационной насыщенности изделий являются следствиями повышения их ИКПД .

Мы не видим обычно этих закономерностей: ИКПД в миллиардную долю для нас пока не отличим от триллионной. ИКПД известных нам машин чудовищно мал, минус двадцатые степени, за исключением вычислительной техники и биотехнологии. Там уже ИКПД достигает миллионных, а то и тысячных долей процента. Закон повышения ИКПД свидетельствует, что и у других областей техники есть потенциал такого же грандиозного развития какое претерпели микрочипы.

Смену ламп накаливания на светодиоды мало кто предвидел. А с точки зрения данного закона этот переход самоочевиден. Как и следующие переходы: вообще не освещать поверхности, на которые в данный момент никто не смотрит, а если уж смотрит, то сканировать штучными количествами квантов и подавать в сетчатку глаза то изображение, которое нужно видеть. Очевидно, это в миллиарды раз экономичнее светодиодов.

Везде, где мы сегодня что-то греем, можно почти не греть. Везде, где выделяется какое-то тепло, это, скорее всего, зря происходит. Где что-то смешивается, рассыпается, – это, скорее всего, можно и нужно исключить. Например, от современной медицины, которая лечит человека как целое, создавая хаос на уровне клеток (при хирургии, химио- и радиотерапии) можно предположить переход к «поклеточной» микромедицине, которая учитывает координаты каждой клетки и бережно их подвигает если надо сделать. И далее - к молекулярной наномедицине в стиле Р.Фрайтаса, где мы уже без необходимости не тревожим даже единичные молекулы белков.

То же можно сказать и об ИКПД человека. Чтобы написать статью в 10 килобайт, человеку нужно потратить известное число калорий, то есть превратить сотни грамм глюкозы в углекислый газ. Молекула глюкозы устроена гораздо сложнее, чем образующиеся при ее окислении молекулы воды и углекислого газа. Атомы в ней имеют более или менее чёткие относительные координаты. А продукты реакции хаотически разлетаются во всех направлениях.

Энергия никуда не пропала — рассеявшись при работе нейронов она направилась на обогрев помещения. А вот информация, заключавшаяся в структуре молекулы утрачена безвозвратно. Как исчезает информация о том, в какой части цилиндра находилась конкретная молекула пара до того, как передвинула поршень.

Термодинамические расчёты свидетельствуют, что окисляя одну молекулу глюкозы мы бесповоротно уничтожает около 240 бит информации. Примерно столько, нужно чтобы описать взаимное положение всех 24 атомов глюкозы с учётом допусков, заданных длинами связей.

То есть, за день человек может выдать 10^5, а погубить более 10^25 бит. Больше, чем создано человечеством за всю его историю! Притом, что наш организм - весьма продвинутая машина по меркам современной техники.

Закон двухчастной структуры

Системы состоят из упорядочивающей и разупорядочивающей частей.

Рабочая часть системы упорядочивает фрагмент окружающей среды (сырье превращает в продукт), а служебная — разупорядочивает более крупный фрагмент окружающей среды ради выполнения полезной функции машины и поддержания ее структуры.

Будучи совершенно противоположными по существу, эти части сильно отличаются друг от друга по структуре, роли, подходам к проектированию.

Рабочая часть из безликой заготовки делает продукт. Служебная часть «портит» всё вовне: сжигает бензин, превращает электричество в тепло, чистые смазочные материалы в грязные, и все это ради того, чтобы обеспечивать функционирование рабочей части.

Рабочая часть состоит из подсистем (модулей) ввода-вывода, преобразования и перемещеняи ресурсов. Служебная часть состоит из подсистем, подводящих к рабочим модулям информационные потоки и отводящих энтропийные, обеспечивающих поддержание  структуры машины в пространстве и времени и постоянство ее состава.

Подсистема менеджмента информационных потоков (содержащих высокоупорядоченые виды энергии или материи) - электричества, сжатого воздуха, топлива, пороха и др. обеспечивает их поставку каждому из рабочих модулей. К ней относятся функции, проверки  качества, защиты от помех, преобразования, распределения каждого из этих потоков и питания им всех подсистем машины, включая и эту.
             
Подсистема менеджмента энтропийных потоков необходима потому, что после того, как мы упорядочили что-то в изделии, использованная при этом энергия стала беспорядочной (обычно - тепловой) и её нужно отвести вовне машины - через раму, обшивку, воздушное пространство, специальную теплоотводящую сеть,  и т.д. Сюда относится и удаление материальных отходов, брака, вышедших из строя компонентов, мусора, воды, посторонних предметов, пыли и др.

Подсистема менеджмента пространственной структуры обеспечивает базирование, фиксацию, иными словами пространственную (силовую) синхронизацию всех подсистем машины с надсистемой, в которую она входит. Это как бы скелет, на ней крепятся все другие модули данного системного уровня, как служебные, так и рабочие.
             
Подсистема менеджмента временной структуры обеспечивает управление (приведение в действие частей машины в нужные моменты времени, в зависимости от определнных условий) и обмен сигналами с надсистемой, с отладчиком, оператором. Она обрабатывает данные с рабочих модулей, выполняет всю информационную работу на уровне данной технической системы. Для неё рабочие модули - это чёрные ящики. Она также мониторит состояние служебной части, возможно, обесточивает её если есть аварийные признаки.  На нее могут возлагаться функции сбора статистики, диагностики, тестирования.

Подсистема менеджмента состава системы обеспечивает ее первоначальное изготовление, ремонт и утилизацию. На современном уровне развития техники она обысно  включает в себя человека (вместе с системой заводов), а также пространство, через которое он может подобраться к разным участкам машины со своими инструментами. Но не всегда: системы автоматической смены инструментов, автоматического залечивания пробоин создаются уже сегодня. В развитом виде она включает в себя функцию иммунитета: распознавание штатных и нештатных объектов, воздействий, ситуаций и реагирование на них. Это антивирусы, контрольные видеокамеры, распознаватели брака, детекторы несанкционированного вскрытия, диспетчеры паролей и обычные замки с ключами.

Полноценными частями этой системы являются поверхность обшивки и пустой внутренний объем, через который одни воздействия на машину избирательно проходят (ремонтные, диагностические, руки наладчика, свет сигнальных огней, свет отражённый от поверхностей для любующихся машиной зрителей) а другие нет: пыль, мусор, действия хакеров и вандалов… Пустота - важная деталь машины. Ей надо быть проводимой для тепла, для света (чтобы было видно что происходит внутри), она должна быть проницаема для рук и инструментов.

(продолжение 👇)

(продолжение. Начало 👆)

Сюда относятся места для доступа сборочных и контрольных инструментов, технологических отверстий, путей подвода фрез и сварочных электродов. Она  обеспечивает возможность перестраивать состав системы в зависимости от ситуации, расширять и развивать (слоты расширения, разъемы для перепрошивки, пустое место с крепёжными планками для дополнительных модулей, кронштейны для навесного оборудования.

Подсистемы служебной части самых разных систем часто бывает одинаковой, типовой для достигнутого обществом уровня техники. Например, система «вилка-розетка-блок питания», типична сегодня для многих тысяч технических систем — от пылесоса до лазера. Из-за того, что служебная часть мало зависит от конкретики рабочей части, она легко может  адаптироваться к ней как при первоначальном проектировании, так и при внесении изменений.

Это позволяет использовать оду и ту же служебную часть для обслуживания всех рабочих модулей (как одна и та же система кровообращения снабжает все органы). Она детально проектируется уже после рабочих модулей, так как обладает высокой адаптивностью и гораздо легче подстроить ее под рабочую часть, чем наоборот.  Рабочие модули соединяеются со служебным при помощи, типовых внутренних интерфейсов. Один и тот же интерфейс для рабочего модуля является служебным (приносит порядок),  а для служебного — рабочим (уносит порядок).   По ним, как по пуповине подаётся все нужное и отводится все ненужное.

При этом целесообразно где это возможно соединять рабочие модули через служебную часть и только через неё, как бы погружая их в служебную часть, которая изолирует рабочие модули от паразитных связей и необходимости согласования (инкапсуляция). Это обеспечивает лёгкую замену и модернизацию рабочих модулей. Их можно отдельно и независимо разрабатывать, собирать отлаживать, испытывать, перемещать. Конструкторам модулей не надо ни ждать друг от друга, ни вообще обмениваться информацией.

Это позволяет избегать тупиков когда мы не можем спроектировать А потому что не знаем, каким будет Б и не можем спроектировать Б без готового А, а также избегать порочных кругов и разбегающихся по системе «волн исправлений»: когда доработали А, от этого поменялось Б, а это опять вызвало изменение в А.

В служебной части сосредоточена большая часть сложности системы, так как каждая ее подсистема взаимодействует с каждой: нужен и подвод электричества к вентилятору охлаждения, и теплоотвод от системы смазки и т.д. Получаются матрицы с сотнями связей.

Поэтому мысленное разделение рабочей и служебной части разгружает от этой сложности конструкторов рабочих модулей, давая им сосредоточиться на главных функциях машины. Затем, благодаря высокой адаптивности подсистем служебной части, справитсья с этйо сложностью оказывается посильным.

У каждого рабочего и служебного модуля есть собственные рабочая и служебная часть — и так на каждом уровне архитектуры машины. Именно своими служебными частям дочерние модули подключаются к служебной части материнскй системы, иерерхически наследуя интерфейсы: охлаждения, управления, энергии, базирования, отвода мусора и так далее — что обусловливает древовидную структуру машины.

В ходе развития систем каждый компонент не только рабочей, но и служебной части начинает обрастать полноценной собственной служебной частью формируя иерархии произвольного уровня. То есть, скорее всего, в будущем мы увидим такие вещи как:

    • Провода, которые потребляют энергию чтобы активно охлаждаться, мониторить своё состояние, залечивать повреждения...
    • Теплоотводы с активной защитой от взлома...
    • Маслопровод, обшивка которого способна с силой извиваться, избегая травм.

Это напоминает классификацию подсистем организмов в биологии, социальные системы. Большинство систем организма имеют аналоги в подсистемах служебного модуля, а система размножения является рабочим модулем, единственной системой организмов, производящей информационно нагруженные объекты.