Закономерности развития систем технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Высокие темпы научно-технического прогресса во второй половине XX в. привели к расширению технологического обмена. Крупнейшим в мире экспортером технологии являются США. Положительное сальдо в торговле лицензиями имеют Великобритания и Швейцария. Япония, которая в 50-80-х гг. была одним из крупнейших в мире потребителей научно-технических достижений, и в настоящее время все еще больше платит за иностранную технологию, чем получает за экспорт своей, но этот разрыв уменьшается. Такие страны, как Аргентина, Бразилия, Мексика, Индия, Турция, целенаправленно осуществляют закупку иностранных технологий, а экспортируют в небольшом объеме лицензии в основном в соседние государства. Россия также импортирует технологии в гораздо большем объеме, чем экспортирует.

Научно-технические связи тесно переплетены с торговлей наукоемкой продукцией. Поэтому о масштабах и географии этих связей можно судить, исходя из положения той или иной страны на рынке высоких технологий и тем более - наукоемкой продукции в целом.

Весь мировой рынок высокотехнологичной продукции условно делится на 50 макротехнологий. США контролируют мировой рынок по 22 макротехнологиям, Германия - по 11, Япония - по 7.

1. Понятие технологии. Закономерности взаимодействия науки и технологии

Термин "технология" часто употребляют, не заботясь о точных определениях, в лучшем случае поясняя, что следует понимать под технологией в самых общих чертах. Неудивительно, что существует множество различных толкований этого термина - от технологии как объекта материальной культуры до технологии как области прикладных научных знаний. Всем этим широко распространенным определениям присущ общий недостаток: они настолько широки, что нечего и пытаться получить с их помощью содержательные выводы или конкретные результаты. По существу, общепринятые трактовки технологии ничуть не информативнее, чем утверждения типа "всякий джентельмен - мужчина, любая леди - женщина".

Исследования в области понятийного аппараты системного подхода показали, что для анализа технологии удобнее всего употреблять понятия и термины, характеризующие ее функционирование. Из этого вытекает вывод, о необходимости рассмотрения показателей типа "эффективности расхода топлива" некоторым устройством в качестве меры, характеризующей состояние технологии.

Учитывая цели настоящей контрольной работы, хотелось бы заметить, что в обсуждении вопросов эволюции далее мы не будем делать разницы между понятиями "система", "организм", "изделие", "технология". - Всё, что ниже говорится об эволюции технологий, верно и для эволюции любых систем.

Системный подход к трактовке технологии обладает многими преимуществами.

Во-первых, количественные меры, позволяющие отразить функциональные характеристики технологии четко определены и могут быть объективно измерены (например, рентабельность предприятия, к.п.д. электростанции).

Во-вторых, функциональные показатели позволяют учитывать как фундаментальные, так и мелкие технологические нововведения и приписывать им соответствующие веса в зависимости от их значения, поскольку они "приведены к общему знаменателю".

В-третьих, ясно, что при трактовке понятия технологии с позиций системного анализа в центре внимания оказываются изменения в характеристиках продукта.

Принято считать, что научные открытие - это семена, из которых вырастают технические нововведения. Однако, сколь ни привлекательна на первый взгляд общепринятая концепция технологии как результата прогресса, достигнутого в сфере науки, она в лучшем случае не адекватна действительному положению вещей, а в худшем - грубо искажает его.

Деятельность в области технологии имеет глубокие различия с научной деятельностью: в области технологии синтез имеющихся знаний играет гораздо более важную роль, чем анализ, тогда как в науке наоборот. Об этом свидетельствует тот факт, что задачи и ограничения, стоящие перед проектировщиком (конструктором), обычно формализуются в виде неравенств, а не уравнений (например, допустимые напряжения не должны превосходить некоторый предел).

Хотя идея новой технологии и опирается на имеющиеся теоретические научные знания, но ход последующего развития замысла во многом зависит от накопленного практического опыта.

Многие весьма крупные технологические сдвиги не опирались непосредственно на соответствующие научные достижения. Созданный в 1816 г. паровой двигатель воплотил в себе многие теоретические принципы таких разделов физики, как термодинамика, кинетическая теория газов и гидродинамики. Однако, в то время лишь немногие из них были известны. Аналогично, созданная в 1906 г. лампа накаливания с баллоном, заполненным азотом, была разработана без знания термоионной эмиссии в газах. Развитие современной авиации, как правило, опережало развитие аэродинамики (пожалуй, лишь крыло с прямой и отрицательной стреловидностью и треугольное крыло могут считаться прямыми следствиями научных открытий).

Создание новых металлорежущих станков лишь в весьма малой степени обязано своими успехами прогрессу частных наук.

Что наука обусловливает технологический прогресс хорошо известно. Но и многие научные открытия вряд ли увидели свет, если бы не были обеспечены технологическим инструментарием, позволившим эти открытия совершить (В биохимии - дифракционное рентгеновское оборудование и электронный микроскоп, в ядерной физике - синхрофазотрон).

Итак, вопреки широко распространенному мнению между прогрессом в науке и в технологии довольно часто не существует прямой взаимосвязи. Но, конечно же, есть отрасли, где положение дел прямо противоположное, - например, в химической и электронной промышленности. Чаще всего технологические нововведения возникают в результате постепенной модификации существующей технологии в процессе ее адаптации к требованиям практики, т.е. в процессе "обучения" на опыте. Иначе говоря, технический прогресс обусловлен развитием не столько теоретического, сколько эмпирического знания.

2. Закономерности возникновения систем технологий

система технология экспортер

Любая процедура проектирования систем должна содержать следующие модули: модуль генерации целей, аналитический модуль, формирование системы объекта, модуль синтеза, модуль оценки полученных решений. Эта совокупность модулей является инвариантной относительно системных уровней (в технических системах это уровень функциональной структуры, принципа действия, технического и параметрического решения) и должна отвечать требованиям групповой аксиоматики в смысле. Такое построение эвристического алгоритма синтеза системы (эвроритма) отвечает фрактальному принципу синтеза систем, обеспечивающего компактность и унификацию процедур на всех системных уровнях.

Из метаправил, обеспечивающих интенсификацию процесса синтеза системы, отметим, что в теории концептуального мышления обнаружено, что возникающий ряд систем (нисходящее проектирование в технических системах) связан между собой отношением конкретизации и система высшего уровня является причиной для системы низшего, более конкретного, уровня.

Известным ученым-исследователем Клиром этот процесс назван реконструктивным принципом индуктивного вывода. Мне хотелось бы отметить, что во-первых, этот вывод должен быть назван семантическим выводом, ввиду синтетического характера его результата и протекания его одновременно на разных уровнях (например, оценивание), а во-вторых, в некотором смысле, противоположен распознаванию образа, ввиду того, что под образом принято понимать множество объектов (или явлений) обладающих общими свойствами (признаками), а распознаванием называют процесс обработки информации об объекте, в результате которого последний относится к тому или иному образу [6, c. 84].

В результате можно сделать вывод о том, что процесс создания новой системы только в качестве одной из составляющих содержит логический вывод, причем который протекает одновременно несколько таких процессов (анализ, синтез, оценка), результаты их сливаются, создавая феномен семантического синтеза. Поэтому синтез нового объекта не может быть обеспечен даже сложной совокупностью параллельно-последовательных логических выводов, а только информационными процессами на сложной внутренней ассоциативной многомерной семантической сети. Правомерность такого вывода подтверждается эффективностью решения задач классификации, диагностики и прогнозирования на нейронных сетях при полном бессилии синтеза чего-либо нового. Представляется, что для обеспечения этого феномена сеть должна расти [6, c. 85].

Задачи, решаемые в процессе концептуального проектирования тотально присущи практически всем видам задач, решаемых человеком. Этими задачами являются: анализ, синтез, диагностика, прогнозирование, планирование, оценивание, классификация, задачи расширения, доопределения, преобразования. Можно показать, что во всех этих задачах присутствует вышеописанный процесс семантического синтеза. Главным эвристическим метаправилом для повышения его эффективности является использование в качестве посылок противоречивых описаний исходной системы и их семантического синтеза в новой системе. Использование такой технологии концептуального проектирования названо нами контрадукцией [6, c. 89].

Известные закономерности строения и развития систем в литературе перечисляются в эмпирической классификации или в качестве эмпирических линий развития, которые уже представляют из себя попытку их целенаправленного использования для управления процессом возникновения систем.

В научной литературе проанализировано более 30 законов, которые условно разделены на три группы:

Законы строения, отвечающие на вопрос, какие общие черты существуют в системах;

Законы развития, отвечающие на вопрос, какие общие черты существуют в системах;

Законы строения-развития, отвечающие на вопрос, почему и за счет чего совершается развитие.

Законы строения систем:

закон иерархии множества функций системы и их соподчиненности;

возрастание - убывание энтропии;

зависимость потенциала от степени организованности системы;

закономерность «наиболее слабых мест»;

пирамидальное распределение ресурсов;

правило золотого сечения;

законы симметрии;

законы корреляции параметров;

закон Вебеоа-Фехнера;

корреляция однородных рядов;

организация техноценозов.

Законы развития систем:

непрерывное увеличение объема и числа полезных функций;

расхождение темпов жизненных функций элементов систем;

четырехэтапное эволюционное развитие структуры системы;

пирамидальный характер развития системы;

стадийное развитие;

внутрисистемная и межсистемная конвергенция;

прохождение всех этапов эволюционного развития;

переход с макроуровня на микроуровень;

увеличение степени идеальности;

развертывание - свертывание системы;

рассогласование-согласование параметров;

выделение линий развития;

закон возрастания разнообразия.

Законы строения-развития:

хаотическая самоорганизация

принцип причинности;

единство и борьба противоположностей;

синергетические принципы;

колебательный и циклический характер функционирования;

перевод из одного качественного состояния в другое минимальным воздействием;

полнота частей системы [6, c. 90 - 94].

Более стройная концепция взаимосвязи закономерностей приведена в феноменологически, но опять же без привязки собственно к процессу проектирования, особенно, новых систем и без объяснения, почему именно такая связь в виде закономерности устойчива. Отметим, что большая часть найденных закономерностей относятся к, так называемому, внутреннему проектированию и лишь одна из них - «стремление к идеальности» является семантическим обобщением использования других закономерностей. Она является одновременно целью и интегральным критерием отбора, главная же функция системы (потребность в ней) транслируется проектировщику из надсистемы и является функцией инновационного маркетинга, который может использовать закономерности развития систем в качестве аппарата анализа. Очевидно, что эти закономерности носят характер метазнаний и необходима разработка методик их применения для обеспечения эффективности, устойчивости и интеллектуальности создаваемых систем [2, c. 96].

Отмечу, что найденные закономерности могут быть применены для форсирования отдельных функций системы, а также для повышения показателей эффективности системы в пределах одного принципа действия [5, c. 109].

В каком направлении целенаправленно изменять принцип действия, под которым понимается взаимосвязь физических, химических, биологических, социальных и других эффектов - на этот вопрос пока нет строгого ответа. Существует эвристическая рекомендация по переходу от макровзимодействий к микро-.

В соответствии с ней для технических систем рекомендуется следующая последовательность: механический уровень, химический уровень, физический уровень. Детальная проработка для этих уровней отсутствует, а для биологических и социальных систем такая задача не ставилась вообще. Отмечаются только проявления этого феномена в биологических и социальных системах, например, в изменении характера войн, в способах воздействия на человека, например, психотехнических.

Что касается более высокого уровня - уровня функциональной структуры, то среди закономерностей ее изменения сформулировано лишь стремление к наращиванию функций по фрактальному принципу, а также отмечается, что принципу самоорганизации отвечают только структурные изменения, обеспечивающие качественные переходы, а не форсаж выполнения функций. Ответ на этот вопрос может быть получен при развитии теории катастроф, т.к. многие природные процессы могут рассматриваться как проявления этого феномена [5, c. 110].

Многие закономерности структурных перестроек в системах, их механизмы, а также влияние окружающей среды изучается наукой о качественных изменениях - химии.

Плодотворной гипотезой в свете обсуждаемых проблем нам представляется предположение Клименко А.В. о том, что природа состоит не из энтропийных, а из негэнтропийных объектов, способных к спонтанной самоорганизации, которая носит рекуррентный характер. Им указывается также и процессная компонента - обучение, запоминание и распознавание. В искусственном интеллекте также при описании его строения выделены подсистемы восприятия через абстрагирование и формализацию, обработки информации с функцией преобразования, подсистемы генерации поведения через конкретизацию и интерпретацию.

3. Закономерности эволюции развития систем технологий

Все системы в своем развитии проходят несколько стадий: рождение, развитие, зрелость, старость, смерть. Этот цикл существует как для конкретного объекта, так и для системы объектов (вида). Участок от рождения до старости и описывается S-образной кривой.

Изменение размеров системы, как правило, влечет за собой изменения в характеристиках ее формы и структуры. Приведем пример из природы.

Если при увеличении размеров система сохраняет геометрическое подобие, то площадь поверхности системы возрастает как квадрат, а объем системы - как куб ее линейных размеров. Для нормально функционирующей системы не может сильно изменяться отношение объема к площади поверхности. Например, выделение тепла в системе обычно пропорционально ее объему, а теплоотдача - квадрату площади ее поверхности. Если объем системы велик по сравнению с площадью ее поверхности, то система будет выделять тепла больше, чем при остывании отдавать окружающей среде через поверхность, и начнет разогреваться. Последнее может привести (и часто приводит) к неустойчивости функционирования системы и даже распаду.

Таким образом, при прочих равных условиях система не может оставаться неизменной ни геометрически, ни функционально, если ее размеры увеличиваются или уменьшаются. Так или иначе, системе "приходится считаться" с более быстрым ростом объема при увеличении линейных размеров и компенсировать его соответствующим выборочным увеличением линейных размеров или площади поверхности подсистем. Иными словами, рост системы обычно сопровождается дифференцированным ростом ее компонент, т.е. вся система в целом, а также ее части растут с неодинаковой скоростью. (Вспомнить хотя бы закон неравномерности развития государств, предложенный В.И.Лениным, как ни странно его было бы здесь упоминать). Следовательно, имеются все основания ожидать, что рост объекта, как правило, будет сопровождаться изменением его формы [7, c. 90].

Изменение размеров системы может приводить к необходимости изменять материал, из которого она построена. Если два объекта созданы из одного и того же материала и имеют одинаковую форму, то больший из них менее прочен. Нужно брать более прочный материал. Это ясно. Системы, размеры которых превышают критические, не могут, вообще говоря, функционировать нормально, если их материальные характеристики остаются неизменными.

Изменение масштабов системы часто сопровождается усложнением ее структуры:

- чем больше организм, тем больше развита его дыхательная система, поскольку объем ткани, питаемой воздухом, возрастает пропорционально кубу линейных размеров, а площадь поверхности - лишь пропорционально квадрату. Мелким организмам легкие не нужны; им достаточно жабр или газообмена через кожу;

- крупные растения ветвятся сильнее, чем мелкие, вследствие чего их площадь поверхности растет в соответственно упомянутому соотношению с объемом;

- крупные (мощные) двигатели - многоцилиндровые, что позволяет успешно решать проблемы полного сгорания и теплоотвода, острота которых возрастает по мере увеличения линейных размеров двигателя. В свою очередь многоцилиндровые двигатели требуют использования нескольких карбюраторов или многодиффузорного карбюратора. Большое число цилиндров вынуждает изыскивать более хитроумные схемы их размещения для уменьшения длины коленвала и общих размеров двигателя (например, предлагать двигатель с V-образным развалом блока цилиндров). Все эти усложнения - неизбежное следствие увеличения размеров.

- увеличение фирмы, связанное с укрупнением решаемых ею задач, ведет к декомпозиции управления (разбиения на уровни и специализации), поскольку центр принятия решений начинает перегружаться от поступающей информации (вот оно насыщение данной технологии управления!), и такое состояние системы управления требует появления специализированных (сервисных) подразделений, в рамках которых можно повысить эффективность выполнения специализированных функций за счёт концентрации внимания на меньшем поле деятельности и получения навыков. Обычно линейка масштабов фирмы составляет следующие цифры: 1-3, 10-12, 30-40, 100, … Т.е. когда среднее количество человек переваливает за указанные цифры, необходимо реорганизовывать фирму, т.к. применяемая концепция ведения дел (технология) требует смены более эффективной [1, c. 109].

Верно и обратное: размеры системы не могут неограниченно уменьшаться;

- Чем меньше становится фирма, тем от большего количества своих подструктур ей приходится отказываться, перераспределяя "худеющие" функции между остающимися подразделениями, приобретая другую структуру, более адекватному новому положению дел.

- Снижение веса машины ниже некоторого предела чревато непропорционально большим усилением вибрации.

- Миниатюризация электронных устройств ограничена возможностями диссипации тепла; чем меньше размеры (при той же сложности), тем активнее должно быть рассеивание тепла и тем более острой становится соответствующая техническая проблема.

Из сказанного можно заключить, что эволюция системы, как правило, складывается из трех процессов:

- Непропорционального роста подсистем.

- Изменений материала (для организационных систем - новых кадров или технологических новшеств), из которого построена или состоит система.

- Увеличения сложности структуры эволюционирующей системы.

Все три процесса в комплексе и по отдельности не могут продолжаться без того, чтобы не наступило рассогласование функций. Таким образом, для каждой системы существуют пределы роста в рамках любой избранной концепции.

Приведенные выше примеры иллюстрируют важную особенность эволюции: те самые процессы, которые делают возможной эволюцию системы на ее начальных этапах, на более поздних этапах определяют пределы эволюции.

Таким образом:

- Динамика системы определяется ее историей и размерами. Влияние истории заключается в том, что изменения концепции всегда происходят с учетом имеющихся достижений, расстановки кадров или закрепившихся традиций, которые сломать или изменить порой весьма непросто.

- Для размеров любой системы существуют нижние и верхние пределы, за границей которых следует ожидать ухудшения характеристик технологии. Такие границы, по существу, ограничивают оптимальный диапазон вариаций масштабов каждой технологии.

- Эволюционный процесс имеет тенденцию и к самогенерации, и к самоограничению. Таким образом, физическая основа принципа "переломных точек" (технологических разрывов) для пространственно протяженных систем заложена в природе окружающего нас пространства.

Отсюда следует, что при непрерывном изменении масштабов технологии неизбежно наступает такой момент, когда возросшие затраты на производство и (или) эксплуатационные расходы препятствуют дальнейшему развитию технологии.

Рассматриваемый эффект масштаба существует вовсе не в любом диапазоне масштабов. Этот эффект перестает действовать, когда размеры системы достигают критических, за которыми система не может функционировать нормально без существенной перестройки ее материальных, морфологических и структурных характеристик. После того, как размеры фирмы становятся больше критических, напряжение и стремление подразделений к самостоятельности резко возрастают с увеличением производительности коллектива и перегрузки центра [1, c. 112].

Если фирма переходит в своем развитии некоторое критическое число сотрудников (обычно 40-50), то в предприятии, - если руководство не пойдет на декомпозицию структуры по собственному желанию, - жизнь заставит; в фирме вокруг лидеров будут самопроизвольно образовываться неформальные группы, мысли которых, в конце концов, будут направлены на отделение в той или иной степени от основного коллектива, поскольку лидеры не могут не трудиться, а перегрузки или неготовность центра не дают им самореализоваться.

Таким образом, должно быть ясно, что при непрерывном изменении масштабов технологии неизбежно наступает такой момент, когда возросшие затраты на производство и/или эксплуатационные расходы препятствуют дальнейшему развитию технологии.

Заключение

Итак, между прогрессом в науке и в технологии довольно часто не существует прямой взаимосвязи. Но, конечно же, есть отрасли, где положение дел прямо противоположное, - например, в химической и электронной промышленности. Чаще всего технологические нововведения возникают в результате постепенной модификации существующей технологии в процессе ее адаптации к требованиям практики, т.е. в процессе "обучения" на опыте. Иначе говоря, технический прогресс обусловлен развитием не столько теоретического, сколько эмпирического знания.

Все системы в своем развитии проходят несколько стадий: рождение, развитие, зрелость, старость, смерть. Этот цикл существует как для конкретного объекта, так и для системы объектов (вида). Участок от рождения до старости и описывается S-образной кривой.

Динамика системы определяется ее историей и размерами. Влияние истории заключается в том, что изменения концепции всегда происходят с учетом имеющихся достижений, расстановки кадров или закрепившихся традиций, которые сломать или изменить порой весьма непросто.

Процесс развития технологий имеет тенденцию и к самогенерации, и к самоограничению. Таким образом, физическая основа принципа "переломных точек" (технологических разрывов) для пространственно протяженных систем заложена в природе окружающего нас пространства.

Список литературы

1. Теслинов А.Г. Развитие систем управления: методология и концептуальные структуры. М.: «Глобус», 2008.

2. Бутенко Д.В. Системологическое представление технической системы // Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии. Межвуз.сб.трудов. - Волгоград, 1997.

3. Клименко А.В. Основы естественного интеллекта. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2007.

4. Клир Д. Системология. Автоматизация решения системных задач. - М.: Радио и связь,1990.

5. Бутенко Д.В., Камаев В.А., Бутенко Л.Н. Использование противоречия для создания эволюционных цепочек технических систем. - М.: Инфра-М, 2006.

6. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В., Филатов В.И. Поиск новых идей: от озарения технологии. - М.: Логос, 2001.

7. Камаев В.А. Концептуальное проектирование и законы строения-развития систем. - Спб.: Питер, 2002.

8. Саламатов Ю.П. Система законов развития техники. - Красноярск,1996.

Размещено на Allbest.ru