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.