Научно-техническая стратегия государства

Полезные функции всегда связаны с теми или иными вредными эффектами. Развитие средств устранения вредного эффекта часто запаздывает по сравнению с развитием полезных функций, проходя стадии: ограничения вредных эффектов за счёт снижения полезных, замены одних факторов расплаты на другие, более приемлемые, компенсации вредных факторов, обращения их в пользу. Уменьшение факторов расплаты осуществляется в трёх основных направлениях: снижение стоимости системы и эксплуатационных расходов, уменьшение вредных эффектов, ослабление связи между полезными и вредными функциями.

§9. Закон развития за счёт использования ресурсов

Развитие систем идёт путём все более эффективного использования все более разнообразных и сложных ресурсов.

Под ресурсом здесь понимается всё, что целенаправленно используется для достижения результатов. Каждая инновация – очередной шаг эволюции, который использует имеющиеся ресурсы и создаёт новые ресурсы, порождая таким образом положительную обратную связь (инновации способствуют появлению инноваций), продолжая эволюционную лавину. Нет никаких признаков возможного прекращения или торможения этого процесса в будущем. При развитии могут появляться вредные «ресурсы», порождающие нежелательные явления, но появляются и средства борьбы с ними. Лекарство от «плохой технологии» – «хорошая технология».

На протяжении всей истории идёт постоянное превращение «нересурсов» в ресурсы в результате творческой деятельности человека. Системы все более эффективно используют все более разнообразные и сложные ресурсы, как «собственные», имеющиеся в самой системе, так и получаемые из окружения, от других систем, из надсистемы и т. п. Ресурсы могут присутствовать в системе в годном для применения виде либо применимыми после определённой подготовки: накопления, видоизменения и т. п. Практически любую реальную систему можно «форсировать», заставить работать более эффективно, выполнять дополнительные функции и т. п. используя избыточность её ресурсов.

Нередко в качестве ресурсов используются способность имеющихся в систем веществ претерпевать фазовые переходы, менять свойства, вступать в реакции и т. п. В других случаях ресурсами являются не вещества, а поля (в широком смысле – как формы распространения энергии: механической, тепловой, химической, электромагнитной и т. д). Наиболее эффективным оказывается суммарное использование различных полей: электромеханика, электротермия, электрохимия, электромагнетизм, термохимия, механохимия и т. п.

В некоторых задачах бывает полезно рассматривать «как бы поля» – биологические, психологические, социальные и ещё более абстрактные типы ресурсов: энергетические, информационные, пространственные и временные, функциональные, системные, дифференциальные и др.

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

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

§10. Закон кризисного развития

Развитие систем идёт путём появления, обострения и разрешения противоречий.

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

В соответствии с законами диалектики, дальнейшее развитие происходит через чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В ходе количественного роста происходит накопление и обострение противоречий, которые разрешаются (снимаются) в результате качественных скачков – создания принципиально новых технических решений.

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

Стихийное развитие техники веками шло без понимания роли противоречий и без их целенаправленного формулирования. Поэтому очень многие задачи долго оставались нерешенными и даже считались принципиально неразрешимыми.

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

Противоречия, относящиеся к одной системе, обычно взаимосвязаны, вытекают одно из другого, являются звеньями одной причинно-следственной сети. Этим объясняется возникновение сверхэффектов, когда разрешение одного из ключевых противоречий может привести к существенному усовершенствованию всей системы. Учитывая сложность системы противоречий, важно найти среди них главное, центральное, ограничивающее развитие системы и разрешить его.

При первоначальном рассмотрении задачи нередко противоречия не видны, а на поверхности лежит только тот или иной недостаток, ограничение, одна сторона противоречия. Например, нередко бывает и так, что противоречия как будто бы нет, а есть «непреодолимое ограничение». Такие ситуации возникают вследствие одностороннего подхода к системе, и пока этот подход не изменится, задача действительно неразрешима. Поэтому нужно в первую очередь осознать ограничение как одну из сторон противоречия, найти его вторую сторону, сформулировать его и найти приём разрешения.

Работа по выявлению и разрешению противоречий для неподготовленного к этому человека трудна и психологически дискомфортна так как требует работы с высокими уровнями неопределённости и нарушает привычную линейную «модель мира». Поэтому формирование «небоязни противоречий» привычки к их формулированию и разрешению резко повышает творческую эффективность человека и его защиту от стрессов неопределённости.

§11. Закон развёртывания – свёртывания

Развитие систем идёт путём развёртывания и свёртывания.

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

Процессы развёртывания и свёртывания чередуются, частично перекрываясь, а иногда и действуя параллельно (например, когда при общем развёртывании системы отдельные её подсистемы могут свёртываться, и наоборот).

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

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

Развёртывание идёт от функционального центра к периферии системы и предусматривает включение дополнительных подсистем, повышающих качество основных функций, компенсирующих недостатки, расширяющих возможности. Увеличивается число уровней иерархии за счёт дробления системы, перехода к сетевой структуре. Также развёртывание происходит путём объединения нескольких систем, чтобы создавался дополнительный полезный эффект.

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

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

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

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

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

Полностью свёрнутая система может продолжать развитие, включаться в различные надсистемы, снова развёртываться в ходе повышения идеальности. Свёртывание, как правило, сильнее изменяет исходную систему, чем развёртывание, даёт решения более высокого уровня, хотя практически может быть более сложным из-за усиления внутрисистемных связей, замедляющих проектирование и отладку.

§12. Закон расширения набора используемых уровней строения материи

Развитие систем идёт в направлении расширении набора используемых уровней строения материи.

При появлении и развитии систем есть тенденция перехода к использованию все более глубинных уровней строения материи. Одновременно с этим, происходит и переход к все большему количеству совместно используемых различных уровней. Возможности, даваемые обоими тенденциями позволяют осуществлять более масштабные проекты на крупных, (в т.ч. космических) уровнях строения материи.

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

– Мегасистемы космического уровня: гравитация и излучения Солнца, космические лучи и частицы и т. п.

– Системы планетарного уровня: климатические зоны, океаны, континентальные плиты, климат, солнечное излучение и т. п.

– Подсистемы планетарного уровня: моря, озера, реки, леса, степи, пустыни, залежи ископаемых ресурсов, ураганы, океанские течения и т. п.

– Крупномасштабные искусственные системы: государства, города, транспортные сети, крупные предприятия, шахты и т. п.

– Макросистемы масштаба человека: системы из элементов и/или подсистем с размерами, более или менее сопоставимых с человеческими – от десятков метров до миллиметров. Они – основа нашего окружения, с ними мы более всего взаимодействуем, и именно они имеют самую сильную тенденцию вовлекать в использование ресурсы выше- и нижестоящих уровней.

– Дисперсные макро-полисистемы: системы из однородных элементов и/или подсистем макро масштаба.

– Поли-системы из малых (доли миллиметров) элементов: порошки, гранулы, капли, капилляры, гели, микрокапсулы и т. п.

– Микросистемы – системы из элементов микронных размеров и микронного размера структур: кристаллы, домены, молекулярные кластеры

– Наносистемы – системы из наноразмерных элементов и наноструктур: наномашины, наноэффекты.

– Системы использующие молекулярные явления: биология, химия, биохимия.

– Системы использующие атомные и квантовые явления: ядерная энергетика, лазеры, системы измерения.

– Системы, построенные на основе полей, использующая поля вместо веществ: микроволновые устройства, электростатическая окраска, системы электролиза и т. п.

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

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