Научно-техническая стратегия государства

Александр Оликевич

Изложены концептуальные основы, порядок разработки и реализации научно-технической стратегии государства – базы для выполнения его функций и достижения политических целей.Наука и техника рассматриваются не в статике, а в динамике – с учетом возможностей и потребностей различных сфер государственной жизни.Издание адресовано представителям органов власти, экспертам, преподавателям и студентам ВУЗов, а также широкому кругу читателей, интересующихся научно-технической политикой государства.

II. Законы развития науки и техники

§7. Закономерный характер развития науки и техники

Но всегда ли есть возможности для такого развития науки и техники, которого требует динамический подход? Долгое время считалось, что прогресс является случайным и непредсказуемым, а потому чрезмерно дорогим и чреватым дополнительными проблемами.

Эта точка зрения распространена и по сей день — в первую очередь, потому что она соответствует как интересам научной бюрократии («платите и не ждите от нас многого»), так и консервативных элит («видите мы финансируем, даже есть локальные яркие достижения, чего вам ещё надо»).

Однако, с середины XX века благодаря работам Г. С. Альтшуллера, Б. Л. Злотина, А. Л. Зусман и др. достоверно установлена подчинённость развития науки и техники ряду закономерностей. Это открыло возможности прогнозирования и управления в этих сферах.

Их подходы уже несколько десятилетий активно (и с большим успехом) используются многими крупными инновационными компаниями мира. До сих пор, правда, не известно примеров использования этих знаний в государственном управлении. Устранить это недоразумение и призвано настоящее издание.

Идеи о том, что развитие техники может подчиняться объективным законам, появились существенно позднее, чем идеи о закономерностях социального развития (17-й век) и биологической эволюции (начало 19-го века). Поскольку технику создают люди, казалось, что все зависит только от изобретателя. Однако лавинообразное накопление патентной информации позволило к середине XX века обнаружить существенные закономерности.

Первым их классифицировал советский учёный Г. С. Альтшуллер, которому принадлежит авторство самого понятия «законы развития технических систем». В наши дни система законов Альтшуллера была уточнена и дополнена его учениками, большой вклад внесли Б. Злотиным и А. Зусман, на основе большого опыта работы в условиях как СССР, так и стран Запада. Была на практике доказана огромная инструментальная и в то же время прогнозная ценность этих законов, особенно совместного их применения.

К основным законам развития технических систем можно отнести:

— Закон повышения идеальности

— Закон развития за счёт использования ресурсов

— Закон кризисного развития

— Закон развёртывания—свёртывания

— Закон расширения ассортимента задействованных уровней строения материи

— Закон повышения адаптивности

— Закон развития отношений человек-техника

— Закон роста упорядочивающей способности

— Закон роста информационного КПД

— Закон S-образного развития

Оказалось, что технические системы любого назначения — сельскохозяйственные, промышленные, военные, развлекательные — эволюционируют совершенно одинаково и в значительной степени — предсказуемо. Историческая специфика определяет не то, какими будут системы будущего, а лишь кто и когда создаст и использует их. Соответственно, все, что открыто внутри одного государства, через какое-то время обязательно будет переоткрыто за его пределами. С точки зрения научно-технической стратегии государства это и имеет решающее значение: важно чтобы ключевые задачи решались во-первых, лицами, чьи интересы совпадают с интересами конкретного общества и государства, а во-вторых, как можно раньше, в первую очередь — раньше, чем это сделают другие.

Этот детерминизм не лишает труда творческой составляющей, а наоборот, позволяет фокусировано использовать ресурсы на перспективных направлениях, избегая тупиков. Знание этих законов является неоценимым для осмысленного планирования науки и техники. И, наоборот, вероятность ошибок при принятии решений тем выше, чем слабее представляет себе человек закономерный ход развития техники. Конкретное выражение законы развития находят в так называемых линиях развития технических систем.

Законы развития технических систем являются объективными законами, но имеют статистический, вероятностный характер, как и все законы, связанные с развитием систем высокой сложности. Поэтому всегда можно отыскать примеры единичного нарушения того или иного закона. Наиболее часто такие нарушения связаны с тем, что сильная надсистема заставляет подчинённую ей систему «нарушить» закон.

Полное представление о содержании и практическом применении данных законов можно получить из рекомендуемой в конце литературы. Для предварительного знакомства в следующих параграфах приводится очень краткий конспект законов развития технических систем.

§8. Закон роста идеальности

Развитие систем идёт в направлении увеличения идеальности, то есть отношения суммы её полезных функций к сумме «факторов расплаты» — стоимости, габаритов, трудо — и материалоемкости и т. д.

Например, в ходе эволюции компьютеров их полезные функции — производительность, объем памяти, надёжность — стремятся к бесконечности, а факторы расплаты — масса, габариты, стоимость — к нулю.

Повышение идеальности часто проявляется в росте относительных параметров, то есть отношения полезных характеристик (мощности, коэффициента усиления, производительности, точности, надёжности и других) к вредным (потери, помехи, количество брака и т. д.) или к конструктивным (вес, размеры, трудоёмкость изготовления и т. д.). Как правило, растут коэффициенты полезного действия (КПД), числа функций, выполняемых на единицу веса, объёма, площади, длины, затрат энергии и т.п., полезного использования времени, материалов, труда и т. п.

Идеальная техническая система — это система, вес, объем и площадь которой стремятся к нулю, хотя её способность выполнять работу при этом не уменьшается. Системы нет — а функция её выполняется. Хотя достижение этого в реальности невозможно, понятие «идеальной системы» оказалось чрезвычайно полезным для решения конкретных изобретательских задач. Биологические системы в своём развитии тоже следуют в направлении увеличения отношения полезных функций к факторам расплаты.

Закон повышения идеальности позволяет при решении задач формулировать представление об идеальном конечном результате (ИКР), ценное тем, что позволяет выбрать среди множества направлений решения наиболее радикальное. Хотя сам ИКР, как правило, недостижим, но он направляет работу в область сильных изобретательских решений, резко улучшая работу конструктора. А. Морозов, один из создателей советского танка Т—34, писал, что в работе руководимого им коллектива главным был принцип: «самой надёжной, не поражаемой, лёгкой и дешёвой является та деталь, которой нет в машине… Сложное сделать легко, куда сложнее сделать просто».

Для практического использования формулы идеальности при оценке той или иной идеи достаточно увидеть соответствующее ей направление и динамику изменения идеальности. Повышение идеальности системы возможно как при опережающем росте числителя (увеличение количества и качества выполняемых полезных функций), так и при опережающем уменьшении знаменателя (снижение затрат, уменьшение числа вредных функций). Особенно интенсивно идёт повышение идеальности когда эти явления имеют место одновременно.

Добавление новых полезных функций в систему осуществляется путём изобретения ранее неизвестных функций, переноса функций, выполнявшихся ранее другими системами, человеком и др. Если изначально функции системы были неполны (отсутствовали функции поддержания её пространственной и временной структуры, ввода-вывода потоков энергии и вещества, регенерации, контроля взаимодействия с окружающей средой), развитие обычно идёт путём восполнения недостающих функций.

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.

§13. Закон повышения адаптивности

Развитие систем происходит путём улучшения их адаптации к изменяющейся в широких пределах среде.

Адаптивность — способность системы приспосабливаться, перестраиваться, менять свою структуру, состояние и функционирование для сохранения или достижения оптимального состояния при изменении внешних условий (или своего внутреннего состояния).

Необходимость адаптации возникает в результате изменения внешних условий, появления новых требований к системе или новых вредных факторов влияющих на систему, или среду её использования, появление новых применений, новых ресурсов или изменения доступности и цен на имеющиеся ресурсы, включение системы в новые надсистемы, изменение масштабов производства и потребления, переход к серийному или массовому производству со своими требованиями.

К основным путям повышения адаптивности систем относят согласование-рассогласование, повышение динамичности, управляемости и интеллектуальности систем.

В процессе развития происходит согласование — рассогласование системы и её подсистем между собой, с надсистемой и/или с другими системами для оптимизации её работы.

Согласование — это приведение основных параметров к определенным значениям, обеспечивающим наиболее эффективное функционирование, условия для лучшего прохождения нужных потоков и протекания нужных процессов. Например: согласование частот на которых работает передатчик и приёмник, настройка пианино, согласование входного и выходного сопротивлений в электронных устройствах.

Рассогласование — целенаправленное изменение отдельных параметров, обеспечивающее предотвращение вредных процессов и потоков, а также получение дополнительных полезных эффектов. Например: расположение пешеходного перехода выше или ниже автомобильной дороги,

Согласование проявляется уже при создании системы, когда идёт подбор необходимых подсистем, образующих основную функциональную цепочку. К подсистемам, помимо требования обеспечения минимальной работоспособности, предъявляется требование совместимости друг с другом, поэтому случается, что подсистема, наилучшим образом выполняющая свою функцию вне системы, оказывается не лучшей для создаваемой системы. При этом часто возникает типичное противоречие: согласование одних параметров приводит к ухудшению согласования других.

Согласованию—рассогласованию подлежат любые параметры технических систем, в том числе материалы, формы и размеры, ритмика действия, структура, энергетические, информационные и другие потоки и т. п.

Часто система должна обладать определёнными параметрами в одном режиме (например, при функционировании) и другими параметрами в другом режиме (например, при транспортировке). Это противоречие разрешается превращением прежде постоянного, неизменяемого параметра в переменный, изменяемый. Повышение динамичности даёт системе возможность сохранять высокую идеальность при значительных изменениях условий. Примеры: кресло с регулируемой высотой, крыло с изменяемой геометрией, печь с регулятором температуры. Идёт переход к системам с увеличенным числом степеней свободы, с повышением возможностей к изменениям. Например, использование микропроцессоров породило в приборах огромное количество настроек, задаваемых пользователем или автоматически.

Динамичность не может быть реализована без управляемости. Это предусматривает такие стадии, как принудительное управление, автоматическое управление, и, наконец — самоуправление. Системы эволюционируют от некоторых жёстких, стабильных, неизменяемых устройств для выполнения заданных ограниченных функций к более «умным», вплоть до моделирующих самих себя, своё окружение, и даже то, как воспринимает их интеллектуальное окружение.

§14. Закон развития отношений человек-техника

Развитие технических систем идёт в направлении их приспособления к человеку, и наоборот, приспособления к ним человека.

Это приспособление идёт в нескольких направлениях. Основным из них является передача технике функций, которые ранее выполнял непосредственно человек, используя свои органы. Происходит вытеснение человека из процесса труда, передача все большего количества все более важных функций непосредственно машинам и устройствам. В начале автоматизации какого-либо процесса деятельность человека часто заменяется устройствами, выполняющими те же операции и тем же человеческим способом. Затем происходит отказ от «человеческого» принципа работы, от технологии, рассчитанной на человеческие возможности и интеллект.

Технические системы постоянно развиваются в направлении все большего приспособления к человеку, все лучшего удовлетворения его потребностей. При этом в систему добавляется множество вспомогательных функций, например, защита системы от среды и защита среды от системы, безопасность, удобство, роскошь и т. п. Создаётся множество обратных связей, систем адаптации, настройки, самонастройки и т. п. Система становится все более «полной». Полная система не нуждается вообще в участии человека. Несмотря на локальные успехи автоматизации, подавляющее большинство существующих систем по сей день неполно. Недостающие части замещает человек, но по мере развития системы все большее количество функций передаётся системе, полнота её растёт.

В то же время, идёт и вовлечение человека в технику, расширение контактов между ним и техническими устройствами, их адаптация к человеку. Вытеснение человека из технической системы в роли исполнителя некоторых функций нередко сопровождается все более глубоким «втягиванием» человека в систему как разработчика. То есть, человек вытесняется из рутинной работы и втягивается в творческую. Техника вторгается в отношения между людьми, и, наконец, используется для усовершенствования естественных элементов и процессов в человеке. Нарастает физическое взаимопроникновение техники и человека, и, наконец, идёт переосмысление понятия о человеке с развитием техники.

В какой-то момент передача функций технике достигает такой полноты, что идёт обратный процесс — ранее адаптированные для человека элементы исключаются за ненужностью, уступают место элементам взаимодействия машина-машина. Примеры: значительное упрощение беспилотного самолёта по сравнению с пилотируемым, появление кумулятивных снарядов, противотанковых мин, электромагнитных бомб — бесполезных против человека, но ориентированных на противоборство машин.

Для существования любого живого организма необходимо выполнение многих функций, типа пищеварения, поддержания приемлемой температуры тела, защиты от врагов, перемещения и т. п. У всех существ, кроме человека это осуществляется за счёт органов. Только люди научились передавать большую часть этих функций созданным ими искусственным системам — и за счёт этого многократно форсировать результативность выполнения этих функций.

В частности, развито искусственное пищеварение — приготовление пищи с использованием различных механических, термических и химических процессов. Защита от действия окружающей среды происходит за счёт одежды, костров, домов, печей, кондиционеров, фильтров и т. п. Общение обеспечивается за счёт письменности, почты, телефонов, средств массовой информации, Интернета. Защита от болезней идёт за счёт развития санитарии и медицины. Развитие мышления происходит за счёт накопления, распространения и обработки информации — науки, баз знаний, компьютеров.

Появляются также устройства типа очков, слуховых аппаратов, кардиостимуляторов, робоскелетов и т.п., которые не замещают некоторые органы, но помогают им работать эффективнее. Появляются уже и полностью искусственные части организма — костыли, палки для опоры при ходьбе, позже — протезы органов, искусственные органы типа «искусственной почки» или протеза сердца.

Развитие техники меняет и само окружение человека от природного, случайного, неизменного к более адаптивному. На смену дикому, хаотическому, опасному окружению в котором жили наши предки, пришло на смену окружение, защищающее от наиболее опасных или неприятных внешних воздействий — изменений погоды, животных и паразитов, враждебных действий других людей и т. п. На сегодняшнем этапе техника формирует окружение, согласованное с индивидуальными требованиями конкретных людей.

Начинает появляться окружение динамично меняющееся, настраивающееся на оптимальное соответствие меняющимся требованиям людей (голосовые помощники, умные дома). Следующим шагом эволюции является окружение, активно «сотрудничающее» с людьми или конкретным человеком (например, компьютер, не только настраивающийся на человека, но и «угадывающий», что пользователь хочет и помогающий ему)

§15. Закон роста упорядочивающей способности

Развитие систем сопровождается увеличением их способности упорядочивать обрабатываемые изделия.

Всё, что нужно от техники — это порядок: чтобы все было так, как мы хотим. Нам нужны не еда, воздух и отопление, а определённый порядок в наших внутриклеточных растворах. Не столы, а определённый порядок в положении предметов, не станки, а определённый порядок атомов в продукции.

Способность к упорядочиванию является общим признаком живых и технических систем. Термодинамика позволяет делать это только ценой ещё большего разупорядочивания вокруг (роста энтропии). Системы потребляют порядок (измеримый в битах) и, с тем или иным КПД, сообщают его изделию.

Система сообщает изделию много информации, если параметры продукции на ее выходе являются очень стабильными, несмотря на большой разброс входных параметров (размер заготовок, температура, напряжение питания, точность сборки самой системы, квалификация персонала). Создание конкретной системы вообще становится возможным, когда «окошко» допустимых для ее работы входных параметров перестаёт быть «нулевым». Развитие происходит путём его расширения. Системы становятся все более всеядными и неприхотливыми. Но на выходе дают все более стандартные, чистые, точные, однородные продукты, что создаёт возможность для появления новых пока ещё капризных к входным параметрам систем. Например, без прогресса в области очистки полупроводников нельзя было создать транзисторы из-за их высокой чувствительности к малейшим примесям в материалах.

Повышение потока порядка к изделиям идёт путём последовательного устранения его неоправданных потерь. Например, в XIX веке русский изобретатель ракет К. Константинов смог добиться точности попадания, когда обнаружил и устранил «источники недостаточного порядка» — «разнобой» в ручном изготовлении корпусов и составе пороха.

В первую очередь, порядок поступает в систему с энергией. Но кроме этого, обязательно должно быть упорядоченным положение каждой ее части относительно других в пространстве и времени.

Например, станок, опирающийся ножками о пол цеха, благодаря действию силы тяжести и реакции опоры базируется в определённом положении. Это базирование (силовой отклик на перемещение по закону Гука) сквозь разные детали доводится до каждого мельчайшего элемента машины. Базированию заготовок на столах станков посвящено множество литературы. Там есть свои помехи — неточности изготовления, силовые нагрузки. Есть и свои барьеры к смещению деталей и заготовок под действием этих нагрузок. Ошибки, вызванные неопределённостью базирования, непосредственно сказываются на качестве изделий.

Другой поток порядка — работа системы управления, то есть синхронизации работы разных частей машины во времени или по состояниям. Сигналы управления могут содержать ошибки и даже злонамеренные фрагменты. Машины нуждаются в своего рода иммунной активности — способности отличать пользователя от взломщика, выбраковывать помехи и ложные данные.

В машину вместе с сырьём поступает и такой вид, «материальных помех», как брак, мусор, неадекватные виды сырья, посторонние предметы, вода, руки оператора, пыль, влажный воздух, насекомые — все это нужно не пускать в машину, а если попало внутрь, то организованно выводить. И наоборот: не создавать лишнего беспорядка вокруг себя, не выпускать из машины дым, излучения, шум, помехи.

Есть в технических системах и другие источники порядка: подача чистых растворителей и технологических жидкостей, действия связанные с ремонтом или регенерацией ее частей, проектированием, производством, диагностикой, отладкой, обслуживанием и утилизацией машины.

§16. Закон роста информационного КПД

Развитие систем идёт в направлении роста информационного КПД — отношения количества порядка (информации) сообщаемой системой изделиям к связанному с ее работой повышению энтропии во внешней среде.

Любая система принимает столько же энергии, сколько и отдаёт. Системы, принимающие энергию, и не выдающие столько же, будут неминуемо нагреваться (это происходит при коротком замыкании). Энергия служит лишь носителем порядка (или, что тоже самое, информации), часть которого машина оставляет в обрабатываемом изделии.

Техника возможна там, где возможны устойчивые состояния и целенаправленные переходы между ними. Но среди помех — вибраций, полей, пыли, вспышек, скачков давления и температуры устойчивыми являются только состояния, разделённые энергетическим барьером, достаточно высоким по сравнению с энергией помех. Для преодоления этих барьеров при работе системы используют соответствующие порции энергии. После каждого преодоления барьера порция энергии должна быть необратимо рассеяна чтобы сделать сам совершившийся переход необратимым. Так достигается целенаправленная смена состояний.

Отношение высоты энергетического барьера между состояниями системы к средней энергии помех имеет размерность информации. Таким образом, по существу, технические системы потребляют не джоули (ватты), а биты (биты в секунду). Бит пропорционален джоулю разделённому на кельвин. Обычно машины работают в узком довольно диапазоне масштабов температур и кельвины как константа сокращаются. Потому обычно полезно рассуждать и о джоулях, тогда как на самом деле идут потоки бит.

Упорядоченное вещество (электроны с разной концентрацией на контактах розетки), создаёт упорядоченное поле. Упорядоченное поле в свою очередь действует на вещество упорядочивающим образом. Цепочка заканчивается упорядочиванием изделия или какой-то его части. Изделием здесь может служить как вещество (для пилы) так и поле (для фонаря). Отслеживая такие цепочки, мы видим, как именно движется порядок, то есть информация, по технической системе.

Потоки энергии служат только носителем, который позволяет передавать информацию в заданном количестве при заданной температуре машины согласно уравнению Гиббса. Сама же энергия, сколько бы ее ни было, в состоянии равновесия (например, теплового) — для целесообразной деятельности не только бесполезна, но вредна, создавая помехи и заставляя нас повышать барьеры на путях переходов между состояниями машин.

В мире присутствует неравномерное распределение энергии по степеням свободы, и она самопроизвольно и необратимо распределяется равномерно. Только так и возможны целенаправленные переходы между состояниями систем. При этом расходуются конкретные объекты — пары степеней свободы системы с неравным наполнением энергией.

Каждой паре из энергетически богатой и бедной степеней свободы соответствует некоторое количество бит информации. Оно зависит от температуры, то есть фоновых помех. Фотон инфракрасного света с энергией, скажем, 0.1 эВ несёт много информации (Дж/К) при температуре жидкого гелия, но ничтожно мало при температуре кипящего вольфрама. Можно предположить, что техника будущего станет стараться работать при глубоко криогенных температурах, потому что при низком уровне тепловых помех (kt), на один джоуль мы можем сделать больше полезных шагов через барьеры, сформировав в изделии больше бит порядка. К счастью, в космосе достаточно холода для этого.

Таким образом, в машине обязательно присутствуют потоки материи и энергии, а по ним идут потоки информации. Если потоки материи и энергии проходят сквозь машину, то поток информации частично передаётся изделию, а частично рассеивается прочь.

Информационный КПД (ИКПД) — отношение информации, сообщённой изделию, к информации, принятой извне. Увеличивая ИКПД, мы доводим бОльшую часть информации до изделия. Тем самым, мы уменьшаем потребность в информации на входе машины. Таким образом она может нуждаться в меньшем количестве энергии при том же уровне помех. Либо потреблять столько же ватт, но стабильно работать и при гораздо более высоких уровнях помех, то есть быть надёжнее. Либо, при прочих равных, сообщать изделию больше информации, что напрямую связано с качеством продукции.

Наблюдаемое в истории техники снижение энергоёмкости, повышение точности, повторяемости, кучности боя, надёжности, информационной насыщенности изделий являются следствиями повышения их ИКПД.

Мы не видим обычно этих закономерностей: миллиардную долю трудно отличить от триллионной. ИКПД известных нам машин чудовищно мал, минус двадцатые степени, за исключением вычислительной техники и биотехнологии. Там уже ИКПД достигает миллионных, а то и тысячных долей процента. Закон повышения ИКПД свидетельствует, что и у других областей техники есть потенциал такого же грандиозного развития какое претерпели микрочипы.

Смену ламп накаливания на светодиоды мало кто предвидел. А с точки зрения данного закона этот переход самоочевиден. Как и следующие переходы: вообще не освещать поверхности, на которые в данный момент никто не смотрит, а если смотрит, то сканировать штучными количествами квантов и подавать в сетчатку глаза то изображение, которое при этом предполагается увидеть. Очевидно, это в миллиарды раз экономичнее светодиодов.

Везде, где мы сегодня что-то греем, можно почти не греть. Везде, где выделяется какое-то тепло, скорее всего, это происходит зря. Где что-то смешивается, рассыпается, — эти этапы, скорее всего, стоит исключить. Например, от современной медицины, которая лечит человека как целое, создавая хаос на уровне клеток (при хирургии, химио — и радиотерапии) можно предположить переход к «поклеточной» микромедицине, которая учитывает координаты каждой клетки и бережно их подвигает если надо сделать. И далее — к молекулярной наномедицине в стиле Р. Фрайтаса, где мы уже без необходимости не тревожим даже единичные молекулы белков.

То же можно сказать и об ИКПД человека. Чтобы написать статью в 10 килобайт, человеку нужно потратить некоторое число калорий, то есть превратить сотни грамм глюкозы в углекислый газ. Молекула глюкозы гораздо сложнее, чем образующиеся при ее окислении молекулы воды и углекислого газа. Атомы в ней имеют более или менее чёткие относительные координаты. А продукты реакции хаотически разлетаются во всех направлениях.

Энергия никуда не пропала — рассеявшись при работе нейронов она направилась на обогрев помещения. А вот информация, заключавшаяся в структуре молекулы утрачена безвозвратно. Как исчезает информация о том, в какой части цилиндра находилась конкретная молекула пара до того, как передвинула поршень.

Термодинамические расчёты свидетельствуют, что окисляя одну молекулу глюкозы мы бесповоротно уничтожает около 240 бит информации. Примерно столько, нужно чтобы описать взаимное положение всех 24 атомов глюкозы с учётом допусков, заданных длинами связей.

То есть, за день человек может выдать 10⁵, а погубить более 10²⁵ бит. Больше, чем создано человечеством за всю его историю! Притом, что наш организм — весьма продвинутая машина по меркам современной техники.

§17. Закон двухчастной структуры

Системы состоят из упорядочивающей и разупорядочивающей частей.

Рабочая часть системы упорядочивает один фрагмент окружающей среды (превращая сырье в продукт), а служебная — разупорядочивает ради этого другой (более крупный). Эти части сильно отличаются друг от друга по структуре и подходам к проектированию.

Рабочая часть из безликой заготовки делает продукт. Служебная часть всё «портит»: сжигает бензин, превращает электричество в тепло, чистые смазочные материалы в грязные — все ради того, чтобы обеспечивать функционирование рабочей части.

Рабочая часть состоит из подсистем ввода-вывода, преобразования и перемещения ресурсов. Служебная часть состоит из подсистем, подводящих к рабочим модулям информационные потоки и отводящих энтропийные, обеспечивающих поддержание структуры машины в пространстве и времени и постоянство (или нужную динамику) ее состава.

Подсистема менеджмента информационных потоков (содержащих высокоупорядоченные виды энергии или материи) — электричества, сжатого воздуха, топлива, пороха и др. обеспечивает их поставку каждому из рабочих модулей. К ней относятся также функции проверки качества, защиты от помех, преобразования, распределения каждого из этих потоков и питания им всех подсистем машины.

Подсистема менеджмента энтропийных потоков необходима потому, что после того, как мы упорядочили что-то в изделии, использованная при этом энергия стала беспорядочной (обычно — тепловой) и её нужно отвести из машины — через раму, обшивку, воздушное пространство, теплоотводящую сеть, и т. д. Сюда относится и удаление материальных отходов, брака, вышедших из строя компонентов, мусора, воды, посторонних предметов, пыли, заземление для сброса лишних зарядов и напряжений и др.

Подсистема менеджмента пространственной структуры обеспечивает базирование, фиксацию, т.е. пространственную (силовую) синхронизацию всех подсистем машины с надсистемой, в которую она входит. Это как бы скелет, куда крепятся все другие модули данного системного уровня, как служебные, так и рабочие.

Подсистема менеджмента временной структуры обеспечивает управление (приведение в действие частей машины в нужные моменты времени, в зависимости от определённых условий) и обмен сигналами с надсистемой, с отладчиком, оператором. Она обрабатывает данные с рабочих модулей, и выполняет всю информационную работу. Для неё рабочие модули — это чёрные ящики. Она также мониторит состояние служебной части, и, возможно, обесточивает её если есть аварийные признаки. На неё могут возлагаться функции статистики, диагностики, тестирования.

Подсистема менеджмента состава системы обеспечивает ее первоначальное изготовление, ремонт и утилизацию. На современном уровне развития техники она обычно включает в себя человека (с системой заводов), а также пространство, через которое он может подобраться к разным участкам машины с инструментами. Но не всегда: системы автоматической смены инструментов, автоматического залечивания пробоин создаются уже сегодня. В развитом виде она включает в себя функцию иммунитета: распознавание штатных и нештатных объектов, воздействий, ситуаций и реагирование на них. Это антивирусы, контрольные видеокамеры, распознаватели брака, детекторы несанкционированного вскрытия, диспетчеры паролей и обычные замки с ключами.

Полноценными частями этой системы являются поверхность обшивки и пустой внутренний объем, через который одни воздействия на машину избирательно проходят (ремонтные, диагностические, руки наладчика, свет сигнальных огней, свет отражённый от поверхностей для любующихся машиной зрителей) а другие нет: пыль, мусор, действия хакеров и вандалов… Пустота — важная деталь машины. Ей обычно надо быть проводимой для тепла, для света (чтобы было видно что происходит внутри), она должна быть проницаема для рук и инструментов.

К этой системе относятся места для доступа сборочных и контрольных инструментов, технологические отверстия, путей подвода фрез и сварочных электродов. Она обеспечивает возможность первоначально произвести и перестраивать техническую систему в зависимости от ситуации, расширять и развивать (слоты расширения, разъемы для перепрошивки, пустое место с крепёжными планками для дополнительных модулей, кронштейны для навесного оборудования).

Подсистемы служебной части самых разных систем часто бывает одинаковыми, типовыми для достигнутого обществом уровня техники. Например, система «розетка-вилка-шнур-предохранитель-блок питания», типична для многих тысяч технических систем — от пылесоса до лазера. Из-за того, что служебная часть мало зависит от конкретики рабочей части, она легко может адаптироваться к ней как при начальном проектировании, так и при внесении изменений.

Это позволяет использовать одну и ту же служебную часть для обслуживания всех рабочих модулей (как одна система кровообращения снабжает все органы). Она детально проектируется после рабочих модулей, так как обладает высокой адаптивностью и гораздо легче подстроить ее под рабочую часть, чем наоборот. Рабочие модули соединяются со служебными при помощи, типовых внутренних интерфейсов. Один и тот же интерфейс для рабочего модуля является служебным (приносит порядок), а для служебного — рабочим (уносит порядок). По ним, как по пуповине подаётся все нужное и отводится все ненужное.

При этом целесообразно, насколько это возможно, соединять рабочие модули только через служебную часть, которая изолирует рабочие модули от паразитных перекрёстных связей и необходимости согласования (инкапсуляция). Это обеспечивает лёгкую замену и модернизацию рабочих модулей. Их можно отдельно и независимо разрабатывать, собирать отлаживать, испытывать, перемещать. Конструкторам модулей не надо ни ждать друг друга, ни вообще обмениваться информацией.

Это позволяет избегать тупиков когда мы не можем спроектировать А потому что не знаем, каким будет Б и не можем спроектировать Б без готового А, а также избегать порочных кругов и разбегающихся по системе «волн исправлений»: доработали А, от этого поменялось Б, а это опять вызвало изменение в А.

В служебной части сосредоточена большая часть сложности системы, так как каждая ее подсистема взаимодействует с каждой: нужен и подвод электричества к вентилятору охлаждения, и теплоотвод от системы смазки и т. д. Получаются матрицы с сотнями связей.

Поэтому мысленное разделение рабочей и служебной части разгружает от этой сложности конструкторов рабочих модулей, давая им сосредоточиться на главных функциях машины. Затем, благодаря высокой адаптивности подсистем служебной части, справиться с ее типичной сложностью оказывается посильным.

У каждого рабочего и служебного модуля есть собственные рабочая и служебная часть — и так на каждом уровне архитектуры машины. Своими служебными частям дочерние модули подключаются к служебной части материнской системы, иерархически наследуя интерфейсы: охлаждения, управления, питания, базирования, отвода мусора и так далее — что обусловливает древовидную структуру машины.

В ходе развития систем каждый компонент не только рабочей, но и служебной части начинает обрастать собственной служебной частью, формируя иерархии произвольного уровня. То есть, скорее всего, в будущем мы увидим такие вещи как:

— Провода, потребляющие энергию чтобы активно охлаждаться, мониторить своё состояние, залечивать повреждения…

— Теплоотводы с активной защитой от взлома…

— Маслопровод, способный извиваться, избегая травм.

Сам этот шаблон довольно общий и применимый при создании самых разных машин. Он похож на классификацию систем организмов в биологии, на социальные системы. Большинство систем организма имеют аналоги в служебных подсистемах, а единственной рабочей является система размножения.

§18. Закон S-образного развития

Системы проходят типовые стадии жизненного цикла: детство, расцвет, застой и отступление.

В конце XIX века были установлены общие закономерности развития биологических систем: рост численности бактерий, популяций насекомых, массы развивающегося плода и т. п. Впоследствии было показано, что такой же характер имеет развитие множества систем любой природы — от урагана до империи и от каменных топоров до космических челноков.… На каждой из кривых, отражающих этот рост можно было выделить три этапа: медленное нарастание, быстрый лавинообразный рост и стабилизация (иногда убывание) какого-либо важного параметра. В 1920—х было показано, что аналогичные этапы проходят в своём развитии и технические системы.

Кривые, построенные в системе координат, где по вертикали откладывали численные значения одной из характеристик системы (скорость самолёта, мощность электрогенератора и т. п.), а по горизонтали — «возраст» системы или затраты на её развитие, получили название S—образных (по внешнему виду). Хотя реальные кривые развития могут иметь более сложную форму, простые S-кривые дают богатые возможности понимания и анализа эволюции, позволяя предсказывать развитие и предотвращать или устранять типичные проблемы. В многочисленных публикациях были приведены S—кривые развития для кораблей, тракторов, авиации, бумагоделательных машин и т. д.

S—кривые являются удобной иллюстрацией качественного развития систем. Рассмотрим подробнее этапы развития типичной технической системы.

— Этап 1 («детство») — благодаря изобретению новая система появляется и начинает медленно развиваться. Характерны разнообразные «детские болезни».

— Этап 2 («расцвет») — общество осознает ценность данной системы, начинается ее лавинообразное развитие. Характерны типичные «болезни роста».

— Этап 3 («старость») — исчерпываются ресурсы для развития данной системы, развитие замедляется. Характерны многочисленные «старческие болезни»

— Этап 4 («отступление») — система нового поколения вытесняет старую в узкоспециальные рыночные ниши, где она сохраняет преимущество

На первом этапе развития технической системы по S—кривой рост идеальности идёт преимущественно за счёт снижения факторов расплаты, на втором — за счёт опережающего роста полезных функций. На третьем этапе идёт рост полезных функций при ускоряющемся росте факторов расплаты, в результате чего идеальность системы более или менее стабилизируется. А на четвёртом этапе идеальность начинает падать, развитие сменяется регрессом, который чаще всего приводит к смерти системы, прекращению ее производства и продаж, нередко — банкротству или перепрофилированию компании, ее производившей.

Каждая из подсистем, входящих в сложную систему, рассматриваемая по отдельности, в своём развитии проходит через те же самые этапы. Поэтому S—кривые для сложных систем являются интегральными, состоящими из пучка отдельных S—кривых. Развитие обычно лимитирует самая «слабая» подсистема, ресурсы которой исчерпываются первыми. Она становится тормозом для своей системы, и дальнейшее развитие возможно только после её замены.

§19. Рождение и детство технической системы

Рождение системы становится возможным когда появляются элементы, необходимые для выполнения ее основной функции. В то же время, объединить подсистемы и заставить их совместно работать обычно нельзя без решения серьёзных творческих задач, часто — изобретения новых элементов.

Главное — появление хотя бы одного человека глубоко (а не просто в плане выполнения некоторого задания или поручения) заинтересованного в новой системе. Только благодаря ему и вокруг него формируется соответствующее серьёзное, имеющее шансы на успех Дело.

Противостоят развитию мощные силы торможения. Появление новой системы всегда встречает недоверие и сопротивление, которое усугубляется в тех случаях, когда новая система не пионерная, а идёт на смену старой. К обычной психологической инерции общества тогда добавляется сознательное сопротивление специалистов, разработавших и или использующих старую систему.

Нередко новорожденная система плохо выглядит, обладает очень низкими параметрами, не обеспечивает множества важных вспомогательных и вторичных функций и т. п. Она — как новорожденный ребёнок, которому предстоит ещё длительный путь чтобы вырасти и научиться быть полезным.

Постепенно система привлекает некоторых «ранних пользователей», энтузиастов, а также венчурных инвесторов, готовых рискнуть для будущей прибыли. Начинается поиск наилучшей конструкции, увеличивается надёжность, безаварийность, удобство эксплуатации.

Когда полезность системы осознаётся обществом, а уровень расплаты снижается до приемлемого, начинается новый этап в её развитии. Нередко толчком к этому становится изобретение новых функций и новых неожиданных применений, которые совсем не предвидели создатели системы.

На переходе ко второму этапу делается больше всего ошибок. В истории нашей страны, к сожалению, можно найти примеры таких ошибок почти по каждой системе. Но на самом деле, это характерно и для Запада:

— Развитие радиотехники позволяло обеспечить качественную передачу речи и музыки уже в 1912 — 1914 годах, но никто этим даже не заинтересовался — радио рассматривали только как «беспроволочный телеграф». Лавинообразное развитие коммерческого радиовещания началось только в 1922.

— Более 10 лет Честер Карлсон не мог никого заинтересовать изобретённым им процессом ксерографии, в результате первый коммерческий копировальный аппарат был продан через 20 лет после изобретения.

— Фирма IBM настолько не верила в перспективность персональных компьютеров, что не позаботилась сохранить за собой права на MS-DOS, что и позволило родиться Майкрософту.

— Фирма Xerox разработала все черты графического мышиного интерфейса с иконами, но разгласила эту идею, потому что не увидела возможности коммерциализации. На этой базе родились графические интерфейсы Apple и Windows.

— Идеи пионеров нанотехнологии Эрика Дрекслера и Роберта Фрайтаса, разработанные еще в 1990-х оказались не понятыми ни бизнесом, ни военными США, из огромной программы NNI ни цента не пошло на создание самовоспроизводящихся наномашин. Этот же «подвиг» был повторен в России в рамках «Роснано», и, по-видимому, в десятках других государств.

Многими компаниями потеряны огромные деньги из-за непонимания эволюции техники, попыток поддержки устаревающих систем, борьбы против новых идей и продуктов:

— Эдисон отчаянно воевал против применения переменного тока и против развития кинотеатров, приводя доводы о «безнравственности» идей изобретателей — конкурентов.

— Американский автопром потратил кучу денег, противопоставляя свои неэкономичные, дорогие, низкокачественные и опасные автомобили японским машинам нового поколения.

— Известны дорогостоящие попытки сохранить производство больших винтомоторных самолётов, электромеханических касс, музыкальных пластинок, видеокассет и других старых систем, вытесняемых новой техникой.

§20. Расцвет технической системы

Второй этап развития начинается когда имеются все предпосылки к широкому внедрению: система приобрела достаточно высокую степень идеальности (отношения полезных функций к факторам расплаты), отработаны эффективные технологии тиражирования, имеется коллектив I этапа (разработчики), способный стать ядром коллектива II этапа (производственники и эксплуатационники), оформилась конкретная большая потребность, которую может удовлетворить система, сопротивление общества существенно уменьшилось, появились представительные группы с позитивным отношением к внедрению.

Характерной чертой этого этапа становится активная экспансия новой системы — она вытесняет из экологических ниш другие, устаревшие, порождает множество модификаций и разновидностей, приспособленных для разных условий и целей. Главной движущей силой развития на втором этапе становится общественная потребность, которая проявляется в виде определённого рода требований или претензий к системе со стороны надсистемы, окружающей среды.

Часто из—за взаимного влияния систем друг на друга возникает ускоренное развитие по типу положительной обратной связи. Развитие пушек и снарядов способствует ускоренному совершенствованию брони, а это, в свою очередь, вызывает ускорение развития пушек и снарядов и т. д. Аналогичные положительные обратные связи возникают в развитии конструкции и технологии производства разного вида изделий — новые конструктивные решения требуют развития технологии, а улучшение технологии позволяет реализовать новые конструктивные решения.

На втором этапе техническая система становится экономически выгодной, приводя к лавинообразному росту спроса. При этом лавина развития захватывает не только основной продукт, но и ореол продуктов, с ним связанных или ему сопутствующих.

Силы торможения, характерные для первого этапа, ослабляются и постепенно исчезают. Появляются новые тормозящие развитие факторы: недостатки инфраструктуры, нехватка обученных людей, нужного оборудования, ресурсов, информации для потребителей и т. п. Возникают и технические трудности: неразрешенность некоторых важных вопросов, отсутствие теоретического обоснования и т. п. В этом случае общество мобилизует силы и средства для преодоления трудностей.

Устанавливается некоторая (достаточно большая) постоянная скорость роста, ограниченная скоростью развёртывания производства и системы продаж, разработки новых модификаций системы и улучшения продукции, распространения знания о системе среди потенциальных потребителей и осознания ими своей потребности в ней.

Замедление развития начинается достаточно неожиданно и всегда связано с началом исчерпания ресурсов. Ресурсов может быть еще и достаточно много, но скорость их «поступления» и «освоения» начинает падать. Исчерпание ресурсов, ведущее к застою, чаще экономическое, чем физическое. Ресурсы еще есть, но дальнейшее развитие системы в рамках устоявшейся концепции приводит к слишком сильному ее удорожанию, такому, что потребители не хотят за это платить.

К концу второго этапа, несмотря на все возрастающий вклад сил и средств в развитие системы, рост важнейших её характеристик замедляется. Обычно это происходит из—за того, что исчерпываются ресурсы развития для данной концепции продукта или резко, нелинейно начинает увеличиваться та или иная вредная функция, какой—то из факторов расплаты.

Спасти от этого мог бы переход к новым принципам работы, новым поколениям продуктов, но, как правило, достигшие успеха в конкретном бизнесе компании не идут на это или идут крайне неохотно, под сильным нажимом и с большим опозданием. Поэтому вместо перехода на новую кривую развития большинство систем «проваливается» на третий этап развития. Развитие все более мощных луков, арбалетов и огнестрельного оружия вело к росту толщины брони рыцарей, пока она не стала неприемлемо тяжёлой.

§21. Старость и застой технической системы

С переходом на третий этап когда устанавливается постоянный уровень производства, стабильный рынок со стандартной структурой. Система очень стабильна, ее менеджмент, работники, акционеры и, что самое важное, потребители удовлетворены и совсем не жаждут радикальных изменений.

Основным содержанием этого этапа является стабилизация параметров системы. Небольшой прирост характеристик еще наблюдается в начале этапа, но в дальнейшем практически сходит на нет, несмотря на то, что вложение сил и средств растёт. Резко увеличивается сложность, наукоемкость системы, даже небольшие улучшения параметров требуют очень серьёзных исследований, испытаний, согласований, перестройки производства и маркетинга. Вместе с тем экономичность системы остаётся еще достаточно высокой, потому что даже небольшое усовершенствование, помноженное на массовый выпуск, оказывается прибыльным.

Поскольку системы, находящиеся на третьем этапе в любой исторический период занимают в экономике, структуре занятости и т. д. львиную долю, то большинство исследований и освещения в СМИ посвящено им, и именно они обычно принимаются за эталон практик труда, менеджмента и т. д. который, как правило, проецируется на все системы вообще. Отсюда в народных массах (работающих в основном в компаниях по производству систем, находящихся на третьем этапе) бытует устойчивое представление о чудовищной затратности и невозможности развития, а также привычка к шаблонам поведения и мышления, практически исключающим развитие.

Социальные структуры на каждом этапе развития различны, оптимальны для своего этапа. Если тем или иным путём «наложить» на «команду», связанную с системой, находящейся на втором этапе, типичную для третьего этапа инфраструктуру, система преждевременно перейдёт на 3-й этап, вовсе не исчерпав ресурсов своего развития. Довольно характерная ситуация: успешный стартап покупается большой компанией в расчёте на «раскручивание» массового производства. Естественно, создаётся новое руководство, новая менеджерская команда, которая часто не может ужиться с «дикими» основателями, меняются отношения людей внутри компании — и развитие резко затормаживается

Типичная история. В начале 1970-х молодой изобретатель построил систему, которая случайно попалась на глаза крупному партийному боссу. Был отдан приказ — внедрить; создали специальный институт. Но кто поставит директором института молодого беспартийного кандидата наук? Подобрали «крепкого руководителя» — он привёл свою команду. Изобретателя выкинули через 3 месяца, далее делалось все, чтобы не внедрить его «чуждые» идеи, а главное — получать побольше финансирования. Когда изобретатель получил авторское свидетельство, институт начал его оспаривать и добиваться аннулирования. Тем временем, по исходной идее сделали систему в Японии, и институт вышел с предложением закупить у японцев лицензию.

§22. Отступление технической системы

В один прекрасный день система нового поколения, со свежими ресурсами и большими по сравнению с данной системой потенциальными возможностями выходит на второй этап, вытесняя прежнего «короля рынка». Это не происходит мгновенно, так как потребители достаточно инерционны, а новая система еще недостаточно развита, чтобы удовлетворить все категории потребителей и занять все сектора рынка. Старая система, защищаясь от «пришельца», мобилизует «последние ресурсы» и после долгого периода застоя начинает развиваться опять.

Эта «агония» вызывает вспышку творчества, способную в некоторых случаях обновить систему, хотя и ценой серьёзной перестройки, но в большинстве случаев уже бесполезную. Такие вспышки творчества и создания новых технических систем — реактивных самолётов, ракет, «фауст-патронов», очень совершенных подводных лодок и танков и т. п. наблюдались в Германии и Японии накануне их поражения.

Но чаще всего попытки «самозащиты» сводятся к тупому наращиванию размеров и сложности систем. Возникает «гигантизм» — значительное увеличение размеров технических систем. Эти попытки любыми путями поднять экономичность старой системы прекращаются, когда факторы расплаты становятся недопустимыми для общества, либо наступает физический предел — например, нет материалов, способных выдержать нагрузки, либо когда новые системы демонстрируют своё абсолютное превосходство.

На этом этапе незнакомые с законами развития техники инвесторы, управленцы и государственные мужи, увидев, что, казалось бы, старая, стабильная система снова «пошла в рост», охотно вкладывают в неё ресурсы. Но если новая система существенно лучше старой, временное оживление развития «старушки» только несколько задерживает развитие новой, но не может его остановить. И те, кто поставил на старую систему, бывают сильно наказаны…

Появление системы нового поколения может быть связано с новыми изобретениями, но, чаще всего, оно является следствием того, что в самом начале развития данной системы пробуются разные варианты выполнения основной функции новой системы, «разрешённые» существующим уровнем развития науки и техники. В какой-то момент один из вариантов признается наиболее перспективным; он начинает развиваться, «прорывается» на маркет, начинает переходить от этапа к этапу. Появление «чемпиона» фактически останавливает развитие остальных вариантов, отнимая у них ресурсы.

Рано или поздно «чемпион» достигает предела своего развития. И тогда начинает активно развиваться его возможный «заместитель», который рано или поздно побеждает, выталкивая бывшего «чемпиона». Во многих случаях переход к новому поколению систем происходит более «благополучно» для бывшего «чемпиона», за счёт создания гибридной системы, в которой «чемпион» объединяется с «претендентом». Пример: конкуренция бензиновых и электрических автомобилей.

С технической точки зрения переход к новой системе в большинстве случаев становится возможным уже в начале третьего этапа. Но отмирание старой системы — довольно длительный процесс. Достигая этапа стабилизации, система обладает огромной инерцией, её совершенствованием занимаются тысячи людей, которые вовсе не в восторге от перспективы серьёзной переквалификации. Существование достигшей «загиба» системы нередко затягивается за счёт паразитирования на других системах, иногда — хищнического уничтожения окружающей среды и других все менее и менее этичных действий.

Почти в любой момент в экономике доминируют системы третьего этапа и те кто за ними стоит, справедливо опасающиеся вытеснения со стороны новых систем (и стоящих за ними новых лиц). Это является основным источником давления в общественно-политической сфере, культуре, искусстве в сторону статического подхода к науке и технике, подавляющего интерес и доверие к новым идеям.

Старая система вытесняется из основных ниш, оставаясь в каких-то особенных областях, где сменившая ее система непригодна или невыгодна. Чаще всего, перестав быть основным средством выполнения некоторой функции и упростившись, система остаётся в качестве вспомогательного средства, игрушки, спортивного снаряда. Луки и арбалеты, шпаги и рапиры, парусные суда, скаковые лошади утеряв свои прежние функции, превратились в элементы развлечений и соревнований.

Иногда система эффективно работает в некоторых специализированных экологических нишах. Потомки воздушных шаров — метеорологические зонды прекрасно служат и сегодня. В проектировании замкнутых автономных технологических платформ могут оказаться предпочтительными давно забытые простые «дедовские» технологии, так как в этих системах независимость от сложного оборудования и цепочек поставок намного важнее эффективности.