Гуманитарные технологии Аналитический портал • ISSN 2310-1792

Виктор Гнатюк. Лекции о технике, техноценозах и техноэволюции. Лекция 4. Философия и методология рангового анализа

Вводные замечания

Осмысление технической реальности как одного из фундаментальных уровней развития материи в онтологическом ряду «неживая — биологическая — техническая» становится возможным с пониманием особой роли информации в глобальном эволюционном процессе. Неживая материя «обслуживается» информацией в виде физических законов на уровне мира в целом, биологическая — в генотипе вида физически неотделимо от особи, а техническая — в генотипе каждой гиперособи отдельно в виде документа.

Подобный подход позволяет, во-первых, проследить изменение классификации сущего, а, во-вторых, охарактеризовать эволюционный процесс. Классификация меняется от неживой материи, где имеется лишь мир в целом и отдельная особь в частности, до биологической, в которой добавляется вид. Наиболее сложной классификацией характеризуется техническая реальность, где имеется мир в целом, гиперособь, вид, а также особь. Если говорить об эволюционном процессе вообще, то следует заметить, что в неживой материи единичным эволюционирующим объектом является мир в целом, здесь отбор носит глобальный характер и осуществляется локально с нулевой скоростью на уровне физических законов. В биологической реальности эволюционирует с низкой скоростью вид, а отбор характеризуется как межвидовой и слепой. Наконец, техническая реальность создаёт предпосылки для эволюции на уровне особи (гиперособи). При этом отбор становится межорганизменным, целенаправленным, а эволюция существенно ускоряется. В каждой реальности движущей силой остаётся информационный, в частности, естественный отбор.

Технократическая философская концепция открывает путь к прикладной техноценологической методологии, которая уже в настоящее время позволяет решать вполне реальные прикладные задачи, связанные с оптимизацией крупных инфраструктурных объектов (городов, регионов, заводов и так далее). Наиболее эффективным и к настоящему времени апробированным инструментом техноценологического подхода является ранговый анализ.

Целевая установка лекции — наиболее полно охарактеризовать онтологические уровни развития материи и, исходя из этого, изложить теоретические основы рангового анализа как наиболее эффективного и апробированного метода техноценологического подхода.

4.1. Фундаментальная классификация реальностей

Итак, для нас теперь ясны онтологические уровни развития материи, которую мы рассматриваем в ряду реальностей: «неживая — биологическая — техническая». Попытаемся исследовать каждый из них, причём делать это будем только по наиболее важным основаниям. Например, для нас несущественно, какая реальность из какой возникла, в какой момент это произошло и по какой причине. Не существенна также и роль человека в данном процессе (имеется в виду, что антропоцентричность мы уже преодолели). Более того, несущественно даже и то, что по известным причинам своё рассмотрение мы вынуждены ограничивать фактическим материалом планеты Земля.

Итак, онтологические уровни развития сущего. Сколько копий сломлено в попытках дать исчерпывающее определение той или иной реальности. И все напрасно. Как представляется, камнем преткновения являются три основные причины. Во-первых, до сих пор отсутствовало существенное основание определения, и, во-вторых, это определение искалось внутри самой реальности. Кроме того, в-третьих, не доставало чёткого понимания последовательности реальностей.

В настоящее время существует точка зрения, что материя в окружающем нас мире представлена следующим рядом реальностей: «неживая — биологическая — техническая — информационная — социальная». В то же время ряд авторов ограничиваются лишь тремя реальностями («неживая — биологическая — социальная»). Однако в обоих случаях всё же остаётся не ясным, по какому основанию выделяются реальности. Очевидно, что субстанциальное основание отпадает, так как, во-первых, в известном смысле, все реальности состоят (и будут состоять всегда) из одного набора элементарных частиц. Во-вторых, каждая низшая реальность потенциально содержит высшую, а каждая высшая основывается и вырастает из низшей. Функциональное основание также неприемлемо, так как основная функция каждой из реальностей остаётся таковой лишь внутри самой реальности и не имеет достаточно глубокого онтологического содержания. Кроме того, всеми признаются существенные (на настоящий момент так и не преодолённые) трудности пограничного разделения реальностей.

Наибольшие сомнения вызывает выделение «социальной» реальности, что прежде всего связано с недостаточно исчерпывающим определением сути человека (как пишут антропологи, любое определение страдает тем, что принципиально может быть распространено и на животных). С другой стороны, человек был и остаётся плоть от плоти, кровь от крови животным. И это подтверждается социальными формами поведения, в той или иной мере присущими многим видам живых организмов. А принятие кантовской идеи множественности миров заставляет задумываться о существовании параллельных социальных реальностей. Следовательно, у нас нет достаточно веских оснований для выделения «социальной» реальности в основном онтологическом ряду.

Теперь об «информационной» реальности. На первый взгляд, вообще несколько странным представляется выделение информации в представленном выше ряду реальностей. Ранее уже сказано, что информации принадлежит ключевое место в развитии реальностей. Однако, при этом, сама по себе она никак не обладает признаками самостоятельной реальности. Всё, что называется «информационной реальностью», может быть определено применительно либо к «биологической», либо к «технической». Информация в некотором смысле как бы «обслуживает» все остальные реальности. Она есть та зацепка, которая позволяет более сложной форме материального мира как бы закрепиться, противодействуя деструктивным процессам. Информация обеспечивает устойчивость усложняющегося формального материального ряда. Информация — это, наконец, платоновская идея (эйдос). Что касается существующих понятий «информценоз» и «информэволюция», то они, как представляется, есть идеальное отражение реально существующих техноценоза и техноэволюции.

Информация не имеет собственной специфической субстанциональной особенности. Материальный носитель информации — это всегда нечто биологическое либо техническое. Но самое главное заключается в том, что отсутствует фундаментальное онтологическое отличие «информационной» реальности от других. В частности, нет принципиального усложнения классификации (не появляется новый таксон в иерархии форм и сущностей), нет и ускорения эволюции, так как феномен принципиального ускорения техноэволюции по сравнению с биоэволюцией за счёт информэволюции уже зафиксирован Б. И. Кудриным как атрибут собственно техноэволюции. Кроме того, отсутствует какая бы то ни было существенная особенность объектов информэволюции, подобная той, что обнаружена у объектов техноэволюции (возникает объект, способный сам воздействовать на свой собственный генотип). Как уже было сказано, именно это принципиально отличает «техническую» реальность от возникших ранее, и именно это стержневой момент предлагаемой классификации вообще.

Таким образом, рассматривая реальность как развивающуюся в онтологическом ряду «неживая — биологическая — техническая», подчеркнём две немаловажные, на наш взгляд, особенности. Во-первых, в данной классификации явно просматривается противопоставление неживой реальности двум другим (биологической и технической), которые правомерно считаются живыми. При этом в качестве подтверждающего фактор жизни представляется возможным рассматривать следующий критерий. Живой является система, способная эволюционировать. Здесь, в свою очередь, необходимо оговорить следующее. Учитывая рассматриваемый критерий, мы вынуждены автоматически признать, что Вселенная в целом также является живой системой. Кроме того, несмотря на то, что технические системы в их нынешнем состоянии весьма слабо напоминают живые организмы, мы вновь должны вспомнить, что современный этап развития технической реальности есть лишь начало, подобное этапу зарождения биологической протожизни 2 миллиарда лет назад на молодой Земле.

Второй особенностью предлагаемого ряда реальностей является то, что в нём явно не выделен момент появления разума. В приведённых выше рассуждениях этот факт остаётся как бы второстепенным. Безусловно, появление Homo sapiens на нашей планете событие в общем эволюционном процессе поистине грандиозное по своей значимости. Однако сам по себе биологический разум не привнёс в окружающую реальность нового онтологического основания. Такой вклад был сделан благодаря продукту человеческого разума — технической реальности.

Итак, рассмотрим более подробно онтологические уровни развития материи в ряду «неживая — биологическая — техническая».

Первый уровень реальностей

Первый уровень — неживая реальность отличается простейшей классификацией, в которой мы выделяем мир в целом и особь в частности. Напомним, что онтологический классификационный таксон выделяется прежде всего на основании определения нового уровня использования информации. Так вот, в неживой материи информация в том смысле, который мы определили ей ранее, присутствует только на уровне мира в целом в виде физических законов. Неживой мир развился одномоментно и спонтанно, разумный агент, если и присутствовал, то лишь в момент создания, когда закладывались физические законы. Подчеркнём здесь отсутствие понятия вид. Иногда ошибочно отождествляют эйдетическое человеческое понятие о предметах окружающего мира (в том числе о неживых объектах) с таксономическим понятием «вид». Последнее неприменимо к неживым объектам прежде всего потому, что в данном случае отсутствует информация как объективно существующая реальность, закреплённая на определённом материальном носителе. В этом смысле нельзя говорить, что «камень» есть вид. Это, хотя и обозначенное, но весьма расплывчатое чисто человеческое понятие об определённом классе объектов окружающей действительности. При этом не наличествует никакой материально закреплённой, устойчивой и объективной информации о камне как виде. Есть лишь чисто человеческое понятие, которое, вполне возможно, было бы совершенно не понятно инопланетянину.

Придавать информации о виде в неживой материи субстанциональный характер представляется также неправомерным. Нельзя говорить, что видом является вещество (например, кислород, водород, железо и другие), а его элементарный состав есть информация о виде. Из веществ, а точнее из различных комбинаций элементарных частиц собственно и состоит мир, это и есть часть информации о нём.

Если пойти в рассуждениях дальше, то можно заключить, что в неживой природе понятие особи вообще излишне. Всё, что нас окружает, помимо биологической и технической реальностей, есть неживой мир в целом. Кроме того, можно предположить, что у неживой реальности когда-то была чисто субстанциальная неформальная стадия (быть может, это было до Большого взрыва). Интересными в русле наших рассуждений представляются также и последние исследования структуры субэлементарных частиц, свидетельствующие, что они являются лишь некоторыми образованиями в «постоянно кипящем энергетическом вакуумном бульоне».

Таким образом, в неживой реальности нет никакой другой онтологически содержательной формы, кроме Вселенной в целом, которая, безусловно, обладает информацией в виде объективно существующих законов, на основе которых и развивается.

Определив фундаментальную классификацию и уровень использования информации в неживой реальности, охарактеризуем её эволюцию. Прежде всего следует отметить, что скорость эволюции неживой реальности локально можно определить как нулевую. Иными словами, Вселенная, будучи взята без биологической и технической реальностей, даже постоянно изменяясь, тем не менее, не эволюционирует. Онтологически значимые эволюционные скачки Вселенной связаны лишь с возникновением биологической жизни и зарождением технической реальности. Об эволюции неживой материи можно было бы вести речь только в том случае, если предположить множественность Вселенных (развивающихся каждая со своими физическими законами), существующих в некоторой Метавселенной, где между ними происходит естественный отбор. Подобные гипотезы, кстати, в последнее время высказываются некоторыми космологами.

Единичным эволюционирующим объектом неживой реальности является мир в целом, что становится понятным в свете выше сказанного. При этом уровень отбора является глобальным в масштабах Метавселенной. Движущей силой является информационный отбор, осуществляющийся на уровне физических законов.

Второй уровень реальностей

Второй уровень — биологическая реальность. При переходе от неживой к биологической форме существования материи мы констатируем прежде всего фундаментальный сдвиг в классификации. Наряду с миром в целом и особью в частности возникает новый онтологический классификационный уровень — биологический вид. Основным критерием, по которому мы выделяем этот уровень, является наличие у биологического вида информации, существующей в генотипе неотделимо от особи. Как известно, это позволяет биологическим видам эволюционировать с низкой скоростью, которая задаётся «слепым» характером межвидового информационного (естественного) отбора. Характер отбора в данном случае определяется отсутствием разумного агента, а его скорость задаётся физической неотделимостью генотипа (информации о виде) от особи.

Третий уровень реальностей

Третий (высший) уровень — техническая реальность. Из рассматриваемого ряда сосуществующих реальностей в рамках технократической парадигмы более всего нас интересует техническая. Так как, во-первых, она является высшей по тем основаниям, о которых уже сказано выше, а во-вторых, мы стоим у истоков формирования технической реальности, и наша судьба неразрывно связана с ней. Беспрецедентный сдвиг в классификации сущего, связанный с возникновением технической реальности, заключается в выделении принципиально нового таксона. Наряду с миром в целом, видом и особью возникает гиперособь — объект, сочетающий в себе признаки, как вида, так и особи. Как вид он имеет генетическую информацию, которая физически от него отделена и существует в виде документа, а как особь он существует и функционирует в окружающей действительности. Техноэволюция выходит на принципиально новый уровень благодаря тому, что, во-первых, появляется разумный агент, осуществляющий отбор (человек и/или техника). Во-вторых, то, что информация физически отделена от особи (гиперособи), позволяет осуществлять элементарный акт отбора на уровне документа (на информационном уровне без физического воплощения). В-третьих, отбор в целом становится межорганизменным и целенаправленным.

Каким же видится современный этап развития технической реальности в контексте изложенного. В настоящее время в техносфере зарождаются (как когда-то протожизнь из неживой природы) объекты, которые будут способны сами воздействовать на свой материальный носитель информации с целью развития в условиях конкуренции (воздействовать на свой генотип и в этом смысле самоэволюционировать). Нынешнее состояние технической реальности можно сравнить лишь с биологической протожизнью (причем, видимо, на ранней стадии развития). Основная масса наших технических изделий — это только аналоги макромолекул. Вероятно, лишь отдельные из них уже можно уподобить примитивным одноклеточным (например, станцию «Мир»), а современный завод или город — это всего лишь «лужа, кишащая протожизнью».

Сегодня очень трудно представить себе продукты долгосрочной эволюции техносферы, которые можно было бы назвать некими гипербионтами (это когда из «клеток» возникнут «черви», «лягушки», «слоны» и, более того, — «мыслящие»). Можно лишь предельно гипотетически судить об их облике и свойствах, хотя в современной фантастической литературе подобный образ иногда узнается (наиболее яркие примеры: «Рама» А. Кларка и «Реликт» В. Головачева). Тем не менее, уже сейчас можно сформулировать отдельные принципиальные соображения, касающиеся гипербионтов. Во-первых, это объекты в основе своей технические и включающие в себя элементы биологические (в том числе и человека со всем его социальным). Во-вторых, это объекты самоорганизующиеся (что принципиально отличало жизнь от протожизни). И, наконец, в-третьих (а это самое важное), их принципиальное отличие от биологической жизни заключается в том, что они будут способны воздействовать на свой генотип. Это позволит гипербионтам эволюционировать на уровне особей, а скорость эволюции при этом существенно возрастёт.

И последнее соображение относительно гипербионтов. Человек совершенно отчётливо ощущает потребность лететь к звездам (вообще выйти в космос), о чём много говорится в последние десятилетия. Если отбросить сугубо фантастические идеи полетов с гиперсветовыми скоростями, единственным способом достичь звезд остаётся создание технических объектов, способных самостоятельно в течение многих десятков и даже сотен лет преодолевать межзвездные пространства. Такими объектами и могут стать гипербионты.

Возникает вопрос: для чего нужен подобный гипотетический экскурс в необозримое будущее? А нужен он по двум основным причинам. Во-первых, сегодняшнему техноцентрическому осмыслению мира необходима подобная ортодоксальная точка зрения, позволяющая оторваться от укоренившегося на протяжении веков философско-мировоззренческого антропоцентризма. Во-вторых, чтобы отчётливо увидеть направление и движущие силы развития технической реальности сегодня, нужен взгляд в далёкое будущее (как в прикладной статистике: для определения криволинейной траектории нельзя ограничиваться двумя-тремя близлежащими точками, нужна как минимум одна далеко отстоящая). И здесь краеугольным камнем является возможность применения к технической реальности начал термодинамики (особенно — принципа максимума энтропии), которые отражают фундаментальную онтологическую иерархичность структуры мира от субстанции до универсума в целом. Наличие иерархии как бы задаёт формальную основу для содержательного движения мира в его развитии, своего рода эволюционную траекторию, весьма жёстко определяемую всеобщими законами. Наш взгляд в будущее и есть попытка просмотреть эту траекторию.

Не стоит забывать, что технократическая философская концепция, основы которой изложены выше, открывает путь к прикладной методологии техноценологического подхода, который, в свою очередь, уже в настоящее время позволяет решать вполне прикладные задачи, связанные с оптимизацией крупных инфраструктурных объектов (городов, регионов, заводов и так далее). Наиболее эффективным и к настоящему времени апробированным инструментом техноценологического подхода является ранговый анализ, к изучению которого мы сейчас и приступаем.

4.2. Теоретические основы рангового анализа

Основным инструментом техноценологического подхода в исследовании сложных технических систем является ранговый анализ — метод исследования больших технических систем (инфраструктуры), имеющий целью их статистический анализ, а также оптимизацию, и полагающий в качестве основного критерия форму видовых и ранговых распределений.

Как видно из определения, ранговый анализ включает два основных этапа: аналитический и оптимизации. Оба они базируются на трёх взаимосвязанных фундаментальных основаниях: технократическом подходе к окружающей реальности, восходящем к третьей научной картине мира Б. И. Кудрина; началах термодинамики; негауссовой математической статистике устойчивых безгранично делимых распределений. Рассмотрим подробнее эти основания.

Технократический подход к окружающей реальности, как мы уже знаем, начинается с широкого, принципиально нового толкования понятия «техника» — по Б. И. Кудрину. При этом под техникой понимаются и собственно технические изделия, и технологии, а также здания и сооружения, исходные продукты и отходы производства. Такое понимание, позволяет видеть техническую реальность везде, и, что более важно, наталкивает на мысль о возможности выделения техники в самостоятельную реальность в ряду «неживая — биологическая — техническая».

Выделение технической реальности позволяет говорить об особых подходах к её изучению, предполагающих как общие позиции в сравнении с другими реальностями, так и различие. Общее мы находим, прежде всего, сравнивая техническую реальность с биологической. И одна, и другая существуют по закону информационного отбора, который в живой природе Земли проявляется как закон естественного отбора Дарвина.

Технической реальности, как самоэволюционирующей форме, присуща объективность существования, которая может рассматриваться в четырёх плоскостях: во-первых, — как объективность и существенная особенность простейших элементов технической реальности (технических изделий); во-вторых, — как реальность её организованных систем (техноценозов), онтологическая сущность которых видится в наличии особой взаимосвязи между техническими изделиями; в-третьих, — как её всеобщность в рамках окружающего нас мира; наконец, в-четвёртых, — как принципиальная самостоятельность, самоцельность технической реальности.

Ранее сформулировано сжатое определение технической реальности, которое наиболее чётко отражает суть технократического подхода к её изучению и которое представляется полезным здесь повторить.

Таким образом, в рамках технократической парадигмы осмысления окружающего мира техническая реальность рассматривается как стоящая в ряду «неживая — биологическая — техническая», объективно существующая всеобщая, самоэволюционирующая форма материи, субстанциальными элементами которой являются технические изделия, а системной формой организации выступают техноценозы.

Второе наиболее важное основание рангового анализа — начала термодинамики. Первое начало представляет известный всем закон сохранения энергии, который гласит, что энергия не возникает ниоткуда и не исчезает в никуда, а лишь изменяет свою форму. Согласно второму началу термодинамики, которое иначе называется принципом максимума энтропии, в любой замкнутой системе энтропия не убывает.

Суть закона сохранения энергии в применении к техноценозу заключается в том, что суммарные энергетические ресурсы, воплощённые в технические изделия, из которых состоит техноценоз, в совокупности с суммарными энергетическими затратами, необходимыми для обеспечения их эксплуатации, всегда равны совокупному полезному эффекту, который можно извлечь в процессе функционирования данного техноценоза. Принцип максимума энтропии в данном случае можно изложить следующим образом: энтропия естественно развивающегося техноценоза не убывает и достигает максимума, когда суммарные энергетические ресурсы, воплощённые в технические изделия при их изготовлении, распределены равномерно по популяциям видов техники (то есть произведение энергетического ресурса, необходимого для изготовления одного изделия, на их число в популяции техноценоза есть величина постоянная для всех видов).

Подобные подходы к началам термодинамики позволяют сформулировать закон оптимального построения техноценозов, который гласит, что оптимальным является техноценоз, в котором имеется такой набор технических изделий-особей, который, с одной стороны, по своим совокупным функциональным показателям обеспечивает выполнение поставленных задач, а с другой, — характеризуется максимальной энтропией, то есть суммарные энергетические ресурсы, воплощённые в технические изделия при их изготовлении, распределяются равномерно по популяциям видов техники.

Важно понять, что техноценоз с максимальной энтропией, наряду с равномерным распределением энергетических ресурсов по популяциям видов, одновременно характеризуется максимальной несимметрией их распределения по отдельным особям. Теоретически это показано в ряде выполненных ранее работ.

С одной стороны, данным заключением снимается противоречие между вторым началом термодинамики и движением окружающего мира в сторону усложнения (впрочем, это отдельный разговор). С другой стороны, максимальная неравномерность распределения ресурсов по особям позволяет иметь наибольшее разнообразие технических изделий, что позволяет добиваться максимальной функциональной гибкости при выполнении разнообразных задач в рамках техноценоза в условиях неожиданных изменений инфраструктуры. В свою очередь равномерное распределение ресурсов по популяциям видов технических изделий создаёт наиболее благоприятные условия для функционирования обеспечивающих систем, которые ориентируются как раз на виды техники. Вот мы и получаем максимальный положительный эффект при минимальных затратах (тот самый «аристотелевский минимакс»).

Третьим фундаментальным основанием рангового анализа является негауссовая математическая статистика устойчивых безгранично делимых распределений. Попробуем разобраться, в чём её роль и специфика.

Установив единство в описании биологических и технических систем и соответствующие аналогии, мы пришли к понятию «техноценоз», которое применительно к технике включает такие понятия, как особь, вид, популяция. Техноценозы, обладая рядом присущих им особенностей, математически описываются с помощью гиперболических ранговых распределений, которые ёмко и весьма точно характеризуют состояние того или иного техноценоза, если его рассматривать системно, как целостность на макроуровне. Более того, многолетние исследования большого числа техноценозов из различных областей человеческой деятельности позволяют судить об оптимальном, наиболее устойчивом и эффективном их состоянии, которое описывается некоторым идеальным распределением. Ещё раз следует отметить, что в последние годы появилось и теоретическое обоснование, показывающее, что идеальное распределение характеризуется максимальной энтропией, то есть полностью согласуется со вторым началом термодинамики.

Вспомним ещё раз определение техноценоза, ставшее в последние годы классическим. Под техноценозом понимается ограниченная в пространстве и времени взаимосвязанная совокупность далее неделимых технических изделий-особей, объединённых слабыми связями. Принципиально важными представляются пояснения к определению. Так, связи в техноценозе носят характер, задаваемый конструктивной, а зачастую и технической независимостью отдельных технических изделий и многообразием решаемых задач. Взаимосвязанность техноценоза определяется единством конечной цели, достигаемой с помощью общих систем управления, обеспечения и другими.

Осмысливая специфику техноценозов как сложных систем, необходимо акцентировать внимание, прежде всего, на двух аспектах: во-первых, необходимости точного определения границ и структуры техноценоза, и, во-вторых, правильном выборе методологии исследования. Рассмотрим эти аспекты на примере. Начнём с обыкновенного автомобиля. Он состоит из отдельных агрегатов, блоков и деталей, которые объединяются в подсистемы (топливная, смазки, трансмиссия и другие). Между элементами автомобиля имеются связи (механические, электрические, гидравлические, пневматические), описываемые законами Ньютона — Ома — Кирхгофа — Гука — … Нам понятна механистическая природа этих связей (назовём их сильными). Возьмём теперь всю совокупность автомобилей города, которую, хотя и с большой натяжкой, можно назвать транспортной системой. Не вдаваясь в детали, заметим лишь, что какие-то связи между элементами этой системы (отдельными автомобилями) как будто имеются (одно государство, одни климатические условия, законы, правила, один авторынок и другие), однако эти связи исчезающе слабы.

Рассмотрим, наконец, промежуточную систему, например, отдельно взятое автопредприятие в нашем городе. С одной стороны, оно тоже состоит из несвязанных друг с другом автомобилей и в этом смысле похоже на упомянутую нами транспортную систему города. Однако связи между автомобилями в автопредприятии, хотя и не являются сильными (описываемыми законами Ньютона — Ома — Кирхгофа), намного сильнее, чем исчезающе слабые связи между автомобилями в транспортной системе города. В автопредприятии мы находим: единую систему управления в лице директора, его аппарат, завязанный в жёсткую структуру подчинённости; систему всестороннего обеспечения (техническое обслуживание, ремонт, снабжение, подготовка кадров и другие); одну территорию и сходные условия работы. И, наконец, главное — автопредприятие функционирует, в конечном итоге, с общей целью, которую весьма условно можно определить как получение наибольшей прибыли от производственной деятельности при наименьших затратах на всестороннее обеспечение данного процесса.

Таким образом, существуют системные объекты, отдельные элементы которых (подсистемы), с одной стороны, достаточно независимы и не связаны между собой жёстко (механически, электрически, гидравлически и так далее), с другой, — объединены связями другого типа (слабыми), определяемыми единой системой управления, снабжения, эксплуатации, а также общей целью функционирования. Кроме того, эти объекты ограничены в пространстве и времени. Их-то мы и называем техноценозами.

В отношении техноценозов для нас более всего важна методологическая специфика их исследования. Чтобы разобраться в ней, вновь обратимся к примеру с автопредприятием. Рассмотрим для начала отдельно взятый автомобиль. Во-первых, нам уже ясно, что этот автомобиль, оставаясь во Вселенной отдельной и единственной в своём роде особью, представляет некоторый вид (его мы ассоциируем, как правило, с маркой, моделью, названием и годом выпуска). Каждый вид в пределе характеризуется бесконечным количеством (континуумом) параметров. Однако из них мы легко вычленяем основные, так называемые видообразующие. Совокупность видообразующих параметров, характеризующих данный вид, отражается и закрепляется в конструкторско-технологической документации (своего рода генотипе). Во-вторых, любой параметр, отраженный в документации, воплощается в конкретном автомобиле при его изготовлении на заводе лишь приблизительно. Той же документацией определяются допустимые пределы отклонений. Превышение или преуменьшение их приводит к браку, который за ворота завода, как правило, не выходит.

Привычная для нас математическая статистика (назовём её гауссовой) гласит: если взять определённое количество автомобилей одного вида и усреднять любой параметр (массу, надёжность, габариты, живучесть, ремонтопригодность, эргономичность и другие), можно получить значение, близкое к тому, которое записано в документации (ГОСТе, ОТТ, ОСТе, КД, и другие). Процедура усреднения проста: числовые значения одного параметра, определённые для каждого автомобиля (особи), необходимо просуммировать и полученную сумму разделить на число исследуемых автомобилей. Получаем так называемое среднее арифметическое значение (теоретический эквивалент — математическое ожидание). Кроме того, чем больше автомобилей одного вида мы будем таким образом исследовать, тем ближе среднее значение параметра будет приближаться к записанному в конструкторской документации. Это подтверждается основными постулатами гауссовой математической статистики: центральными предельными теоремами и законом больших чисел. Таким образом, среднее значение параметра становится для автомобилей одного вида весьма значимым и наполненным глубоким смыслом.

Попробуем теперь применить аналогичную методику к исследованию техноценоза (в данном случае — автопредприятия). В нём имеются автомобили разных видов, на каждый из которых разработана своя конструкторско-технологическая документация. Однако это не мешает нам формально задать единые показатели — массу, габариты, надёжность и другие. Их можно определить для автомобиля любой марки, причём в одних единицах измерения. Зададимся вопросом, а можно ли усреднить значение любого параметра для всех автомобилей техноценоза. Безусловно, технически это вполне осуществимо, однако, что за цифру мы при этом получим? Ну, к примеру, удалось определить, что средняя масса автомобилей данного автопредприятия составляет две тонны. Но, во-первых, двух одинаковых автопредприятий не существует, а даже, если они и сходны по определённой группе параметров, то это ничего не значит. Они могут сколько угодно отличаться по другим параметрам (причем не чуть-чуть, а в разы и на порядки). Во-вторых, и это важнее, если мы к автомобилям одного предприятия прибавим автомобили другого и вновь усредним соответствующий параметр, то с удивлением обнаружим, что средняя масса этой новой совокупности автомобилей составляет уже не две, а три тонны. И чем большее количество автомобилей мы будем исследовать подобным образом, тем выше будет их средняя масса. Можно, конечно, в пределе говорить о средней массе всех автомобилей на Земле, однако, пока мы ведем подсчёты, выпускаются новые автомобили, и задача вообще теряет свой первоначальный смысл.

Очевидно, гауссовая математическая статистика непригодна для исследования техноценозов. Ведь, прежде чем исследовать любой объект, его необходимо математически описать. В частности, если мы говорим, что средняя масса автомобиля ЗИЛ–131 (как вида) составляет столько-то тонн, то эту цифру можно уверенно использовать в любых расчётах, так как она устойчива и значима в том смысле, о котором мы только что говорили.

Как же всё-таки описать техноценоз, например, по все тому же параметру — массе? Оказывается для этого необходимо построить так называемое ранговое распределение. Теоретически это уже область негауссовой (или ципфовой) математической статистики устойчивых безгранично делимых распределений, основные положения которой разрабатываются ещё с 30-х годов ХХ века Гнеденко, Колмогоровым, Хинчиным, Деблином, Хайтуном и другими. Примечательно, что негауссовая статистика уже более ста лет активно используется в таких областях знаний, как социология, наукометрия, лингвистика, биология. Однако для исследования технических систем она стала применяться сравнительно недавно (с 70-х годов ХХ века), и впервые это сделал Б. И. Кудрин.

Исходной посылкой негауссовой математической статистики является признание существования таких объектов, в которых выборки параметров, описывающих отдельные элементы, по сути, не имеют математического ожидания, а дисперсия равна бесконечности (не подчиняются закону больших чисел, и в них не действуют центральные предельные теоремы). И вообще, гауссовая статистика, являясь лишь частным случаем более общей негауссовой, применима только для множеств, элементы которых близки по своим параметрам.

Однако вернёмся к нашему примеру и разберёмся, чем же в этом смысле принципиально отличается совокупность автомобилей одного вида от техноценоза, куда входят автомобили различных видов. Ключевым различием является то, что при изготовлении автомобилей одного вида на предприятии все изделия стремятся сделать близкими по основным параметрам. Формируя же техноценоз, напротив, в основном стараются подбирать различные автомобили. Разнообразие, как мы уже отмечали, позволяет добиваться максимальной функциональной гибкости при выполнении задач. Мы помним, что стремление к разнообразию ограничивается лишь возможностями обеспечивающих систем. Наилучшее разнообразие достигается при оптимальном построении техноценоза, которое описывается соответствующим законом.

Таким образом, разнообразие видов и диапазон разброса параметров технических изделий-особей в техноценозах всегда настолько велик, что это делает невозможным применение привычной для нас классической математической статистики. Что же делать? Как корректно математически описать техноценоз? Выход один — не делать никаких усреднений, а оперировать всегда выборкой параметров в целом. Для этого необходимо построить ранговое распределение особей техноценоза по интересующему нас параметру.

Вообще, под ранговым распределением понимается убывающая последовательность значений параметров, упорядоченная таким образом, что каждое последующее число меньше предыдущего, и поставленная в соответствие рангу (номеру по порядку, ряду натуральных чисел, расположенных в порядке возрастания). Различают ранговые параметрические и ранговые видовые распределения. При описании техноценозов применяются, кроме того, и так называемые видовые распределения, которые являются своего рода обратным аналогом ранговых видовых, или сверткой ранговых параметрических распределений.

Словом, мы уже вплотную подошли к рассмотрению методик построения ранговых и видовых распределений, однако это уже область собственно технологии рангового анализа. Повторимся и отметим лишь, что к настоящему времени данная методология теоретически обоснована и многократно апробирована на объектах масштаба города, региона, крупного предприятия. И везде она показала себя с наилучшей стороны, причём, как правило, в тех случаях, когда другие методы оказывались неэффективными.

Содержание
Новые статьи
Популярные статьи