ВВЕДЕНИЕ
ЮРГТУ (НПИ)
Если заглянуть в старинный календарь, то от сотворения мира прошло порядка 7-8 тысяч лет. Если верить в наше происхождение от обзьяновидного африканского предка, то человечеству 6-7 миллионов лет. Приблизительно 2,6 миллиона лет назад начали изготавливать каменные орудия.
Примитивный камень обратился в отшлифованный топор, а осколок – в микролит и наконечник стрелы, колесная повозка в современный автомобиль, а заженный от искры трут в ядерный реактор.
Изменился и человек. Появился потенциал для резкого увеличения объема мозга, развития сложной системы общения, освоения вещества, энергии, информации. Возможно эти события стали ключевыми для появления человека-разумного. (Homo sapiens.) И все это время рядом с человеком идут искусственно созданные технические объекты и системы. Они появляются, развиваются, живут и гибнут.
Мы говорим об эволюции биологических видов, об эволюционной истории человека. Однако, в бурном потоке научно-технических достижений можно обнаружить цепь взаимосвязанных переходов, определенные тенденции и закономерности, преемственность в изменениях, что говорит о последовательно-постепенном, т.е. эволюционном, характере подобных явлений и позволяет распространить имеющиеся представления и гипотезы о развитии биосферы на технические объекты и системы.
В общем случае существует две основные модели процессов: эволюционная и революционная. Между ними размещается весь спектр преобразований, происходящих в данной области техники, социальной или биологической жизни.
Эволюция (от лат. evolutio - развертывание) в широком смысле [201, 37] – представление об изменениях в обществе и природе, их направленности, порядке, закономерностях; определенное состояние какой-либо системы рассматривается как результат более или менее длительных изменений ее предшествующего состояния.
|
|
Для эволюционной модели характерно постепенное, плавное развитие процесса, растягивающееся на определенный период времени. При этом традиционные институты не отменяются сразу, а постепенно наполняются новым содержанием. Существующие технические объекты не изменяются коренным образом, а модернизируются.
При революционной модели происходит резкий перелом, ломка старого и переход на новое. Т.е., революция (от познелат. revolutio – поворот, переворот) – глубокое качественное изменение развития каких-либо явлений природы, общества или познания.
Относительно медленная эволюция прерывается время от времени бурно протекающими революционными процессами, качественными скачками.
Таким образом, эволюцию и революцию можно рассматривать как взаимообусловленные стороны развития, характеризующие весь диапазон состояний и событий системы. Различия состоят только в скорости развития процесса. В современной теории даже появился термин «режим с обострением», когда бесконечное возрастание функции происходит практически мгновенно.
В современных исследованиях природные биологические процессы представлены в основном эволюционными моделями. Т.е. эволюция в биологическом смысле – это необратимое историческое развитие живой природы. Определяется она изменчивостью, наследственностью и естественным отбором организмов. Сопровождается приспособлением их к условиям существования, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом [201, 202,].
|
|
Социальные процессы в их историческом развитии чаще представляются в виде революционных моделей. Такое описание необходимо и удобно для выявления опорных точек истории, наиболее крупных коренных изменений в жизни общества. Т.е. такие события являются яркими, памятными моментами на фоне повседневной жизни человеческого общества. Сама же протяженность революционных событий по отношению к продолжительности существования человеческого общества не так уж велика.
Процесс развития техники и технологии тоже можно представить как эволюцию, прерываемую бурными революционными прорывами. Такие «прорывы» или «взрывы» творчества обусловлены социальными, экономическими, политическими и другими обстоятельствами, а также открытиями в естествознании. Хотя говорить о революционном взрыве можно со значительными оговорками.
Инновации в технике и технологии вынашиваются значительный период времени в умах и сердцах, чертежах и неудачных конструкциях, методом проб и ошибок.
1961 год. Первый человек поднялся в космос. Люди сами выходили на улицы, они радовались и плакали. Сбылась мечта, свершился революционный прорыв: человек покорил космос. Но.... первые ракеты в Китае бороздили небо еще в 13 веке(!!!), а по некоторым сведениям, еще с 10 века. Известно о попытке китайца Ван Ху в 1500г. подняться в воздух с помощью ракет. Все 47 фейерверочных ракет, размещенных под сиденьем летательного аппарата, взорвались одновременно. Изобретатель погиб. [206]
|
|
В 1799 г. француз Дукарн-Бланжи изобрел спасательные ракеты для морских судов. Ракета тащила за собой трос. К 1882г. в мире насчитывалось почти 800 пусковых станков и примерно 14 тысяч спасательных ракет. [206]. А принцип многоступенчатости ракеты был описан Иоганном Шмидлапом еще в 16 веке. [206]. В 1881 г. народоволец Н.И. Кибальчич в казиматах Петропавловской крепости предложил схему ракетоплана с использованием реактивной тяги от взрывных пороховых газов. [14] Жуль Верн отправил своих книжных героев из пушки на Луну в 1865 году. Кстати, в романе полет на Луну совершили американцы из Флориды. Удивительное совпадение. Более чем через 100 лет на Луну стартовали именно американцы и именно из Флориды. [206]
Русский ученый – Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935 г.г.) создал теорию полета ракеты, с учетом изменения ее массы, математически доказав возможность применения реактивных аппаратов для межпланетных сообщений. В 1926 г. американец Роберт Годдард запускает первую ракету на жидком топливе. В 1942 г. Вернер фон Браун разрабатывает ракеты ФАУ-1 и ФАУ-2, которыми в 1944г. фашистская Германия бомбит города Великобритании и Бельгии.
1957 год. В СССР осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли.
Так революционные или эволюционные процессы двигают технический прогресс?
Паровой машине Уатта, появившейся в 1777 году, предшествовали паровые насосы Томаса Сэвери (1659-1715) и Томаса Ньюкомена (1663-1729 г.г.). Но можно начать и с древнегреческого механика Герона Александрийского (конец 1 - начало 2 века до н.э.). Его паровая машина «эолипил» действовала по принципу турбины. Пар из котла поступал по трубке в шар, укрепленный на оси. Вытекая из шара через изогнутые трубки, пар приводил шар в движение.
Еще один пример – «неолитическая революция», ознаменовавшая переход к производящему хозяйству, продолжалась около семи тысячелетий. [205]. Термин «неолитическая революция» ввел в 30-х годах 20 века английский исследователь Г. Чайльд. Сейчас этот термин употребляется многими историками: Б.А. Рыбаковым, В.М. Массоном [173, 155] и другими. Есть и противники термина. Т.е. качественный скачек, переход на новое имеется, а вот о кратковременном, бурном процессе говорить не приходится.
Кроме этого развитие техносферы определяется человеком, который вносит определенный субъективизм в его ход.
«Вдохнув» жизнь в неживые предметы человек определяет им жизненный цикл, законы развития, а самое главное – основную функцию, иными словами, цель жизни технического объекта. Эта цель мажет носить как позитивный, так и негативный характер.
Гильотина для резки листов металла имеет совершенно иную цель по сравнению с гильотиной, использованной для исполнения смертельной казни и ставшей зловещим символом французской революции. Французский врач Жозеф Гильотен (1738-1814) только предложил использовать «падающий топор» как самое гуманное средство и не изобретал этой машины. Но его дети в 1814 году в ужасе от того, что орудие казни получило имя их отца, изменили фамилию своего рода.
Ракеты, о которых говорилось выше, вывели человека к другим мирам, но они же готовы уничтожить все живое на Земле. И в этом тоже заключена особенность и закономерность технических объектов.
Таким образом, процессы развития техносферы, закономерности возникновения новых технических идей и решений, формирования технической традиции – достаточно сложны и на сегодняшний день до конца не определены. Существующие гипотезы и теории должны учесть ряд специфических особенностей техносферы, как специфичной оболочки земли, которую В.И. Вернадский относит к ноосфере – области действия жизни на земле и разума человека.
С другой стороны, наличие единых законов природы позволяет распространить их на любые объекты: биологические, технические, социальные.
Живые организмы находятся в постоянном напряженном динамическом равновесии [178] с окружающей средой. Этим определяются направленность эволюции жизни и биосферы, неизбежность переходов в новые энергетические и информационные (структурные) состояния.
Живое вещество [178] проявляет активность в очень узком диапазоне температур. Оно нуждается в постоянном притоке энергии, причем определенного качества, определенным образом организованной. Пространство жизни ограничено физико-химическим составом комплексной оболочки планеты, где активно взаимодействуют атмо-, гидро- и литосферы.
Для стабильного функционирования техники вовсе не обязательна биосфера. Техника прекрасно работает в космосе. Это позволяет техносфере расширяться в принципе безгранично. Одновременно создается опасность резкой деградации биосферы, включенной в область технической деятельности.
Техносфера, обретя достаточно большие энергетические и информационные возможности, может расширяться в принципе безгранично, не ограничивая себя областью жизни, либо вовсе обойтись без области жизни. Этим обусловлены определенные противоречия между техносферой и окружающей средой (биосферой). Человек, как субъект производства техновещества, вносит свои особенности, выражающиеся в том, что формирование техносферы происходит в условиях конечных временных, материальных и экономических ресурсов под воздействием социального фактора. Все вместе и определяет феномен техносферы.
Перенос идей эволюционного характера развития на технику и науку обсуждается достаточно давно.
Так С. Тулмин [180] демонстрирует популяцию идей определенной исторически развивающейся науки (дисциплины) в трех основных аспектах:
· во временном срезе, связанном с отношениями между одновременно существующими идеями;
· в генеалогическом представлении, т.е. с точки зрения интеллектуальной преемственности, когда прослеживается линия существования отдельной идеи или понятия, ее разветвление или прекращение существования;
· в эволюционной модели, сочетающей оба предыдущих аспекта и различающей, с одной стороны, введение интеллектуального варианта в ходе происходящей дискуссии, преимущества которого еще не установлены, а с другой – принятие избранных вариантов в признанный круг идей.
Эта модель показывает также, что разветвление или прекращение развития научной идеи никогда не происходит моментально, а представляет собой весьма сложный процесс проб и ошибок.
В рамках эволюционной модели показывается, при каких условиях равновесие между варьированием и выбором приводит к сохранению преемственности в рамках отдельной дисциплины или при каких обстоятельствах вместо этого произойдет гибель, либо ее распад на несколько дисциплин – преемниц.
Рассматривая историю (эволюционные, революционные, деградационные процессы), можно проследить, каким образом развертывается в длительной истории цивилизации процесс порождения объективных инноваций в техносфере, что становится нововведением и при каких условиях, оценить значимость и объективные последствия тех или иных технических систем. А в пределе попытаться построить логико-методологическую модель совершенствования и прогнозирования развития техносферы, сформулировать основные законы строения, эволюции технических объектов и систем.
Современный инженер имеет дело со сложными смешанными системами, включающими как естественную составляющую, представленную внешней средой, людьми и животными, объектом воздействия, так и антропогенную, включающую совокупность технических объектов и систем, преобразующих вещество, энергию и информацию. Понимая общность самих объектов проектирования, производства, эксплуатации и утилизации, возникает вопрос о единстве законов, управляющих развитием как естественных, так и антропогенных систем. В этой связи подготовка инженера должна включать как узкоспециальные знания и навыки, так и общие, направленные на развитие диалектического видения мира, системного мышления, знания общих принципов, тенденций развития ТС, производства, направлений современных научных исследований.
Курс «Эволюция технических объектов и систем» призван объединить на базе системного подхода как разрозненные установившиеся положения, так и вновь возникшие проблемы развития технических объектов и систем, их проектирования, «жизни» и утилизации, структурного единства, дать общие сведения по методологии и принципам построения ТО и ТС, закономерностям техники и их применения.
Таким образом, цель преподавания данной дисциплины - углубление и расширение знаний в области системного подхода к решению сложных задач создания, производства и эксплуатации антропогенных систем на основе эволюционной теории их развития.
Принцип системного рассмотрения объектов, явлений и процессов широко применяется в самых различных областях общественных, естественных и технических наук. В его основе лежит общая направленность теоретического познания от абстрактных, односторонних знаний об объекте (процессе) к все более конкретному, многосистемному, глубокому и полному познанию.
Будучи методологическим принципом, системный подход выражает актуальную тенденцию в развитии научного познания, для которой переход от исследования отдельных сторон изучаемого объекта, составных его частей к целому, к выявлению общих закономерностей их организации и развития.
Понятие эволюции, примененное вначале к живым организмам и историческим процессам в человеческом обществе, получило в настоящее время распространение практически во всех областях науки и техники. Особенно следует отметить фундаментальные работы И. Пригожина по эволюции термодинамических и физико-химических систем, А. Богданова, выделившего в качестве движущей силы эволюции или всеобщего регулирующего механизма подбор (естественный отбор в природе и искусственный отбор в технике с помощью человека), А. Половинкина, формирующего законы и закономерности развития ТС.
Задачи курса «Эволюция технических объектов и систем» включают изучение следующих вопросов:
· общие закономерности развития процессов в природе, обществе и технике, в частности, эволюционных, революционных и деградационных;
· основные законы строения, организации, управления и развития технических объектов и технических систем;
· структуры жизненного цикла ТО иТС, управление жизненным циклом и его использование при проектировании;
· методология эволюционного синтеза ТО и ТС, структурного и морфологического анализа и синтеза.
В соответствии с целью и задачами курс условно можно разделить на три раздела:
1. Общие вопросы и закономерности эволюционного развития природы, общества и техники.
2. Техника как объект системного исследования (строение, организация, управление, развитие).
3. Закономерности и законы развития ТО и ТС и их применение.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Власова С.В. Естественно-научная культура, или Наука для каждого. – М.: Изд-во Московск. психолого-социальн. ин-та; Воронеж: изд-во НПО «МОДЭК», 2004. -272с.
2. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Уч.пособие. –М.: Машиностроение, 1988.-368с.
3. Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем. –М.: Радио и связь, 1985. -328с.
4. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Уч.пособие.-М.: Высшая школа, 1989.-367с.