Бесплатный фрагмент - Научно-техническая стратегия государства

А Н Н О Т А Ц И Я

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 приобретает особенную актуальность ввиду необходимости экстренной индустриализации России в масштабах и темпах, едва ли достижимых на основе ранее известных подходов.

Относиться к рассмотренным в книге методам, подходам и примерам следует не догматически, а использовать их в качестве вдохновляющего примера для поиска собственных решений сообразно ситуации.

Издание адресовано представителям органов власти, экспертам, преподавателям и студентам ВУЗов, а также широкому кругу читателей, интересующихся научно-технической политикой государства.

I. Введение

§1. Структура КНИГИ

В I части рассматриваются цели и функции государства, а также представление о статическом и динамического подходах к науке и технике. Статический подход принят сегодня в большинстве государств и рассматривает научно-техническое развитие как непредсказуемый и неконтролируемый процесс, не играющий существенной роли в политическом и экономическом планировании. Это естественным образом ведёт к политике сокращения населения в духе Т. Мальтуса, коррупции и инфляции. Этому противопоставляется динамический подход, основанный на знании и использовании объективных закономерностей развития техники для эффективного решения амбициозных политических, экономических и социальных задач. II часть посвящена конкретным законам развития технических систем.

III часть кратко характеризует текущее состояние дел в области стратегического планирования науки и техники в РФ. В IV части рассматривается содержание, сущность и основные понятия научно-технической стратегии, основанной на последовательности технологических платформ. Обсуждаются практические сценарии ее реализации и подходы к разработке. Технологическая платформа представляет собой множество автономных (и, в идеале, автоматических) универсальных научно-производственных комплексов, способных каждый произвести свою копию, весь ассортимент продукции, востребованный обществом и государством, и оборудование для перехода к следующей платформе, (основанной на свойствах более глубоких уровней строения материи).

V часть описывает связь научно-технической стратегии государства с его основными функциями, а также тенденции их развития в свете законов развития технических систем. VI часть посвящена практике разработки стратегии на примере современной России. Рассматриваются исходные предпосылки, формирование эскизного набора платформ, их взаимоувязка с целями и функциями государства, межплатформенные переходы, вопросы теории решения изобретательских задач, архитектуры, реализации, документирования и отладки платформ. Затрагиваются темы программно-аппаратного обеспечения, вопросы научно-технической информации и конкуренции.

Часть VII посвящена кадровой базе для разработки и реализации научно-технической стратегии. Рассматриваются теории развития творческой личности и научных коллективов, система культура-религия-этика и способы ускоренной высококачественной подготовки разработчиков.

Часть VIII содержит информацию о четырёх технологических платформах, разработанных в качестве примера (и предполагаемых переходах между ними). Платформы основаны на макроскопическом, микрометровом, атомно-молекулярном и ядерном уровнях строения материи. В конце приведён список рекомендуемой литературы.

§2. Цели и функции государства

Государство — это организованный в устойчивую систему народ. Цель — упорядоченное состояние реальности, признанное в данном обществе ценностью само по себе. Функция — специфическая работа того или иного механизма для достижения определённой цели

История знает государства, преследовавшие самые разные политические цели — от воплощения в жизнь религиозных норм до построения необычных экономических формаций. Цели эти бывали мирными и агрессивными, этническими и классовыми, идеалистическими и прагматическими, отражая взгляды людей на то, каким является мир и человек — и каким он должен быть.

В противоположность целям, функции всех государств совершенно одинаковы, и тождественны функциям живой клетки или сложной технической системы. Любое государство должно обеспечивать себя энергией и материалами, поддерживать свою целостность и упорядоченность, удалять отходы, управляться, воспроизводиться, защищаться и т. д. Это — общие заботы первобытного племени и ядерной сверхдержавы.

Общей для всех государств является и связь между функциями и целями. Достижение любой политической цели — от постройки пирамид до выдачи материальных благ «каждому по потребностям», от расширения территории до осуществления новых прав и свобод граждан обусловлено способностью государства целенаправленно принимать, перемещать, преобразовывать и применять энергетические, материальные и информационные ресурсы. А эта способность обеспечивается стандартными функциями государства.

Если цели описывают упорядочивание реальности в направлениях, признаваемых самоценными, то функции, представляют собой «необходимое зло», расходную часть, на которую приходится идти только потому, что целей иначе достичь нельзя. Никого не радуют расходы на оборону или ЖКХ, но их приходится нести, ведь иначе никакие цели достигнуты не будут. В конечном счёте, ради выполнения функций приходится мириться с разупорядочиванием реальности, возрастанием беспорядка в самом прямом физическом смысле этого слова: материалы превращаются в отходы, энергия, пригодная к использованию рассеивается в виде тепла, и так далее.

В соответствии со вторым законом термодинамики такая ситуация является неизбежной и общей для природы в целом — чтобы создать немного порядка там, где это нужно, приходится создавать значительно больше беспорядка где-то ещё. Однако наша цивилизация тем не менее развивается — наряду с живой природой — путём упорядочивания себя за счёт разупорядочивания окружающей среды.

Это имеет конкретное выражение в физической мере беспорядка — количестве энтропии и в мере порядка — количестве информации. Согласно современным воззрениям, объединяющим термодинамику и теорию информации, энтропию можно считать информацией со знаком «минус». В результате жизни организмов, работы машин и их систем, в частности, государств, количество информации (порядок) внутри их увеличивается, а вне — необратимо убывает.

Народное время — суммарное количество человеко-часов в государстве, которое может быть использовано для целенаправленной деятельности за данный период. Часть народного времени затрачивается гражданами не на свои личные цели, а на достижение целей и выполнение функций государства. Народное время не может быть использовано произвольным образом, так как для каждой задачи необходимы определённые компетенции, организация и оборудование и прочие ресурсы. Если их нет, народное время тратится впустую безвозвратно.

П.Г.Кузнецов (генеральный конструктор информационной системы советского космического корабля «Буран») научно обосновал в качестве критерия качества политических решений увеличение народного времени, складывавшееся из роста населения, продолжительности его жизни и доли времени, уделяемой на созидательное творчество.

Научно-техническая стратегия государства должна обеспечивать в каждый момент времени наличие ресурсов для наиболее полного использования народного времени. При этом оно в каждый момент направляется на создание тех ресурсов, которые понадобятся для выполнения задач в следующий период времени.

§3. Статический подход к науке и технике

Как бы ни расстраивал экологов факт жизни и развития за счёт окружающей среды, по другому — физически невозможно. Да и не нужно: природные ресурсы на самом деле практически неисчерпаемы. Страшилки об их дефиците берут начало от Томаса Мальтуса (начало XIX века) — яркого представителя статического взгляда на науку и технику.

Мальтус не понимал динамики освоения человечеством все новых и более богатых источников энергии и материалов по мере развития науки. Его теория о том, что с ростом населения «всего на всех не хватит» ведёт к официальным шагам в направлении сознательного снижения рождаемости и роста смертности: войн, эпидемий, разрушения семьи, агрессивной пропаганды нетрадиционных отношений, эвтаназии и абортов.

Хотя теория Мальтуса сразу же была раскритикована (одним из её противников был Карл Маркс), она по сей день очень широко распространена. Секрет её популярности — в её способности к цементированию status quo.

Действительно, с одной стороны — давно ясно, что вовлечение в хозяйственный оборот все новых природных ресурсов — угля, нефти, ядерного и термоядерного горючего, ископаемых, солнечной энергии, ресурсов Луны и планет способно обеспечить немыслимый уровень изобилия не одному или десяти миллиардам, а триллионам триллионов людей. С другой стороны, освоение этих богатств требует активного научно-технического развития, неизбежно ведущего к перестройке экономической — а значит, и политической структуры общества. А именно — к замене держащихся за старые, исчерпавшие возможности для развития процессы, элит, на новые, опирающиеся на вновь вводимые в хозяйственный оборот виды ресурсов и способы их обработки.

Припоминая плачевную судьбу феодальных землевладельцев и индейских вождей перед лицом индустриальной цивилизации, её наследники пытаются «быть умнее», чтобы избежать смены элит. Поскольку прямо скрыть ближайшие возможности науки и техники не представляется возможным, широко распространено их исключение из политической повестки дня и медиакультурного поля, ориентация в образовании и воспитании населения на подходы, консервирующие текущее состояние науки и техники.

Фокус внимания как масс, так и лиц принимающих решения смещается в сторону распределения уже освоенных нашей цивилизацией ресурсов (в итоге — войн и революций, направленных на их передел). Так получает свою популярность философия застоя, людей, остановившихся в развитии. Отсюда типичные болезни обществ, поражённых такой философией: недоиспользование интеллекта людей, попытки решения задач и проблем, требующих творческого подхода за счёт массовости, повышенного финансирования, излишнего усложнения системы и т. п. Именно в таких обществах рано или поздно возникают вопросы, что движет лицами принимающими решение: «глупость или предательство?». Но и то и другое имеет одинаковые причины — злую волю, и одинаковые следствия — застой или деградацию. Поэтому бессмысленен спор о том, какой из этого механизм в большей мере имеет место.

Вопреки этим явлениям, люди постепенно находят все более и более эффективные способы добычи и использования ресурсов, открывают или создают новые ресурсы. Примерами служат открытие способов добычи и применения металлов, использование энергии пара и электричества, повышения урожайности за счёт развития сельского хозяйства, использования удобрений и пестицидов, селекция растений и животных и т. п. За тысячи лет технологического развития мы видим не исчерпание, а, наоборот, постоянное умножение ресурсов за счёт улучшения организации работы, изобретений и научных открытий. Нет никаких оснований думать, что этот процесс остановится. Технология всегда сама становится лекарством от болезней, порождённых технологиями.

§4. Динамический подход к науке и технике

Противоположность мрачным перспективам и практикам мальтузианства представлена в отечественной традиции рассмотрения науки и техники в их динамике, закономерном развитии. При этом на каждом этапе социальные, экономические и политические задачи решаются не за счёт уменьшения числа людей или ограбления одной их части в пользу другой, а за счёт увеличения «блага для всех» путём ввода в хозяйственный оборот новых видов и объёмов природных ресурсов (освоение огня, металлов, электрической и ядерной энергии и т.д.)

Это направление мысли восходит ещё к М. В. Ломоносову и Д.И.Менделееву (известным не только своим вкладом в естественные науки, но и участием в решении вопросов государственной важности). Оба учёных оставили актуальные и поныне труды, посвящённые развитию научно-технической сферы государства и её связи с целями и функциями государства. Их идеи развил выдающийся экономист С. А. Подолинский. В настоящее время он малоизвестен, т.к. из-за спора с К. Марксом в советское время не издавался. Если, согласно «Капиталу» Маркса, источником ценности является затраченный труд, то, по Подолинскому, ценен не всякий труд, а только вовлекающий в хозяйственный оборот природные ресурсы и направляющий их на общественно важные функции и цели.

Сегодня широкие народные массы, воспитанные в марксистской если не философии, то психологии, оценивают ценность своего труда по затраченному времени и усилиям. Таким образом, учитель и продавец водки, получая одинаковую зарплату чувствуют себя внёсшими одинаково ценный вклад и заслужившими одинаковую награду.

Согласно же Подолинскому, обученные учителем люди вовлекут в экономику больше природных ресурсов и используют их более эффективно, а продавец водки лишь способствует прямому и косвенному уничтожению имеющихся в экономике ресурсов — его труд имеет отрицательную ценность. Эта жёсткая мерка встретила сопротивление ещё в царской России (ценность труда значительной доли граждан была сомнительной), но, в отличие от «Капитала», и уж тем более, либеральных экономических теорий, она является научно доказуемой, нравится это кому-либо или нет. Для опровержения физической экономики Подолинского, развитой в нашей стране П. Г. Кузнецовым, а на Западе — Л. Ларушем потребуется опровергнуть физику на уровне Ньютона и Джоуля, чего в обозримом будущем не предвидится.

Источником богатства является не деньги, а физическая продуктивность экономики. Основным ограничением для роста экономики являются не финансы, денежная масса или реклама, а технологии производства и источники энергии. Школа физической экономики критикует представление экономической деятельности в терминах упрощённых экономических моделей и предлагает взглянуть на экономику в целом, учитывая физические и технологические аспекты, в том числе взаимодействие с окружающей средой и ресурсами.

Не одно столетие продолжается дискуссия на тему «что же плохого в спекуляциях валютами и товарами» — ведь каждый волен продавать и покупать что ему угодно. Согласно же Подолинскому каждое целенаправленное действие связано с затратами определённого количества энергии. Не только перевозка грузов или заваривание чая, но даже мышление и речь. Но отнюдь не каждое действие вводит дополнительную энергию в хозяйственный оборот или способствует этому.

Выразителем динамического подхода к науке и технике в XIX—XX веках стала философия русского космизма, подразумевающая неограниченное расширение могущества человека и общества путём исследования и научно-технического преобразования просторов Вселенной и самих себя. Эта философия, несмотря на конфликт с официальной идеологией партии, двигала творцами наиболее грандиозных достижений советского периода. Сегодня, когда стало очевидным убожество и либеральной и консервативной политики, основанной на статическом взгляде на науку и технику, философия русского космизма вновь востребована и актуальна.

§5. Нравственная характеристика статического и динамического подхода

У человека, компании или государства есть только два способа получить какой-либо ресурс — взять у себе подобного или взять из природы. Сам по себе человек, как это ни прискорбно, ничего не создаёт, а только наоборот, интенсивно расходует все виды ресурсов — ради возможности направить их небольшую часть по своему усмотрению.

Действительно, с энергетической точки зрения человек потребляет в среднем около 100 Вт (а с приборами, обслуживающими его — отопление, бытовые функции и пр. — около 400 Вт). Полезную же работу в постоянном режиме человек может осуществлять примерно на 10 Вт (например, поднимать каждую секунду груз весом 1 кг на 1 метр), и отнюдь не круглосуточно.

Так, энергетический КПД человека составляет, в лучшем случае, единицы процентов. Аналогично, ценность потребляемых и выделяемых его организмом веществ несопоставима. Наконец, выдаваемая человеком — даже самым умным и учёным — информация составляет ничтожно малую долю от потребляемой им извне.

Человек является вовсе не двигателем экономики, а лишь не очень удачным «костылём», которым приходится «затыкать дыры» в процессе производства за неимением адекватных научно-технических решений — например, крутить какое-нибудь колесо (вместо электродвигателя, КПД которых достигает на сегодня 99%), стругать деревяшки (в миллионы раз медленнее токарного станка), вычислять математические примеры (в миллиарды раз медленнее компьютера при том же энергопотреблении).

Использование человека в экономике является необходимым злом эпох низкого технологического развития, и стремление некоторых политиков «создать больше рабочих мест» означает лишь «создать в экономике больше прорех, затыкаемых живым человеком, который больше ни на что не годен». Тем не менее, труд человека может быть очень ценным когда он работает над экономикой — а именно — вовлекает в неё новые потоки энергии, материи и информации из природы и выстраивает её максимально так, чтобы человек как конструктивный элемент в ней не требовался вовсе.

Абсолютно все материальные блага, окружающие современного человека, все что отличает в экономическом плане нашу цивилизацию от стаи обезьян — создано благодаря творческому вовлечению в экономику природных ресурсов, а не какой-либо форме их распределения и уж подавно не эксплуатации человека.

Кроме того, отбирание у себе подобных противоречит «золотому правилу нравственности» (поступай с другим так, как хочешь, чтобы поступали с тобой), а добыча из природы — нет. Наука и техника как раз и позволяют извлекать из природы и использовать то, что раньше было недоступным и бесполезным.

Поэтому остановка прогресса неминуемо ставит государственных деятелей перед выбором из двух зол: сокращения населения по Мальтусу или войны за перераспределение дефицитных ресурсов. Обычно первое достигается посредством второго.

Напротив, активное, осмысленное развитие науки и техники приносит столь великие плоды всем сторонам государственной жизни, что их подстройка под интересы научно-технического развития нередко оказывалась более плодотворной, чем замыкание в себе и концентрация на решении внутриотраслевых проблем при застое науки и техники.

Разительно отличается при статическом и динамическом подходе и отношение к развитию человека. Статический подход представляет лицам принимающим решения в выгодном свете меры, ведущие на самом деле к личностной деградации народа, низведению граждан до уровня животных. Динамический подход, напротив, требует активного массового передового образования, а также формирования у граждан волевых и психологических качеств творческой личности. Примером этого может служить введение массового образования в нашей стране в начале XX века раннесоветскими лидерами, признававшими динамический подход к науке и технике и его значение для подготовки ко II мировой войне.

§6. Статический подход к науке и технике как индикатор коррупции

Статический подход к науке и технике не является безобидным заблуждением, как может показаться. Он тесно связан с уровнем коррупции в обществе. Наиболее коррумпированные периоды характеризовались наиболее активным отрицанием возможности и необходимости целенаправленного технологического развития.

Таковы, например, периоды заката Российской империи в XIX — начале XX века, застоя в СССР во второй половине XX века и весь период существования постсоветской РФ. Отсутствие целенаправленной научно-технической политики сочеталось в эти периоды с пропагандой бессмысленности и бесперспективности развития науки и техники (и, соответственно, нужного для их развития образования), и превращением соответствующих министерств в систему «кормления» чиновников и их свиты.

Напротив, несколько десятилетий после большевистской революции дали пример яркого динамического подхода к науке и технике: уже в 1918 году в голодной и ведущей войну за выживание с сомнительным исходом РСФСР по личным указам Ленина создаются институты и организации для разработки вопросов атомной энергетики, электрификации, освоения месторождений, авиации, аэрофотосъёмки, радиотехники, и т. д. во главе которых оказываются талантливейшие люди своего времени: Жуковский, Вернадский, Ферсман и т. д. Последовавшие в середине века победа в Великой Отечественной войне, успехи механизации сельского хозяйства, гражданского строительства, атомной и космической отрасли были прямым следствием такого подхода.

Достижения СССР сходили на нет по мере регенерации разрушенной революцией коррупционной системы. В противоположность этому, государственный переворот 1991 года не разрушил коррупционной системы — и не привёл к научно-техническому подъёму.

Коррупционеры противятся инновациям (системным, а не декоративным) по целому ряду причин. Это и страх того, что новые технологии перенести власть и контроль на другие уровни и структуры. Это и боязнь разрушения сложившихся годами коррупционные связей и сетей вследствие кадровым перестановок и организационных изменений в госаппарате. Фундаментальные технологические сдвиги могут стать и причиной революций, тем с большей вероятностью, чем больше злоупотреблений имеет место в государстве.

Сказывается и привычка работы в традиционных, иногда неэффективных, но привычных и понятных условиях, которые коррупционеры «чувствуют» и могут использовать к своей выгоде. При необычных и непредсказуемых изменениях ситуации, система лжи рискует быть неожиданно нарушенной. Новые процессы могут требовать совершенно иных компетенций и менталитета. Сознавая свою неспособность к созданию сложных высокотехнологичных систем, коррупционные сообщества всячески избегают инициирования таких работ «сверху» или «снизу», чтобы избежать ответственности за проекты с чёткими критериями успеха и провала. Вместо этого, они стараются направить государственные ресурсы на старые проекты с максимально расплывчатыми критериями успеха (в идеале — абсолютно бессмысленные), по которым наработан как механизм их выполнения, так и механизм «откатов».

Получив конкретную инновационную задачу коррупционер оказывается перед дилеммой — потратить больше ресурсов по назначению (и проиграть в конкуренции с себе подобными) или больше украсть (создав одну лишь видимость работы). Невыгодно коррупционерам и поручение государством инновационных разработок сторонним организациям (и даже их волонтёрская работа за свой счёт) — деньги при этом проходят мимо них, а эффективность добросовестных исполнителей создаёт яркий контраст с их скромными результатами.

Сама перспектива достижения государством технологического лидерства является невыгодной и опасной для коррупционера — как биологические паразиты обычно заводятся в ослабленных организмах. Особенно когда коррупция заключается в предпочтении закупки иностранных товаров и услуг или сотрудничестве с иностранными спецслужбами. Ведь сильное государство постарается пресечь и расследовать эту деятельность сразу или в будущем. Для инновационного развития нужны активные волевые принципиальные люди с творческим, критическим мышлением. Трудно представить себе заинтересованность в подготовке таких людей со стороны коррупционеров.

Так коррупционное сообщество в широком смысле этого слова — от высокопоставленных казнокрадов и изменников, до мелких преступников и бездельников, занявших «хлебные места» — и всех, кто питается «с их руки», получая за свои услуги необоснованный доход — имеет коллективный интерес в научно-технической стагнации общества и непрерывно принимает на этот счёт меры различной степени активности вне зависимости от степени осознания этого. А так как в руках коррупционного сообщества сосредотачиваются значительные ресурсы, это не может не влиять на культуру, образование и информационную повестку общества. Именно здесь берет своё начало нескончаемый поток пропаганды статического подхода к науке и технике, в корне противоречащий интересам общества и государства.

Научно-техническая стратегия государства должна предусматривать механизм создания и гармоничной интеграции новых технологий в общество, не подверженный такого рода сопротивлению и не несущий разрушительных социально-политических последствий.

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.

III. Состояние дел в области стратегического планирования науки и техники в РФ

§23. Практика стратегического планирования в РФ

Стратегическое планирование в РФ основано на целях, которые, согласно Конституции определяет президент (Ст. 80 Конституции РФ: «Президент РФ в соответствии с Конституцией РФ и федеральными законами определяет основные направления внутренней и внешней политики государства». ).

Действующим на момент написания книги президентским Указом N 474 от 21.07.2020 «О национальных целях развития РФ на период до 2030 года» определён ряд национальных целей, а также количественные показатели, которые должны быть достигнуты по каждой из них.

В тексте Указа дана и мотивировка выбора «национальных целей» более глобальными целями, которые можно отнести к собственно политическим: «осуществления прорывного развития РФ, увеличения численности населения страны, повышения уровня жизни граждан, создания комфортных условий для их проживания, а также раскрытия таланта каждого человека».

Правительство разрабатывает национальные проекты, направленные на достижение национальных целей (в количественных показателя) и единый план их реализации. Эти разработки представляются в Совет при Президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам, который, собственно и занимается разработкой целей и количественных показателей их достижения, осуществляет координацию и мониторинг их выполнения.

Реализация национальных целей обеспечивается приоритетным порядком направления на их реализацию бюджетных ассигнований и дополнительных доходов федерального бюджета. Так же осуществляется стратегическое планирование на уровне субъектов РФ и муниципальных образований.

Некоторые регионы начали практику стратегического планирования по своей инициативе, а с принятием ФЗ «О стратегическом планировании в РФ» это стало обязанностью и постепенно орган государственной власти каждого уровня формирует свой пакет документов стратегического планирования, подлежащих обязательной государственной регистрации. При этом содержание, объем и глубина проработки стратегий различных регионов существенно отличаются.

Вероятностный характер планирования находит своё отражение во включении в стратегии различных сценариев развития: инерционный и инновационный, пессимистический и оптимистический и т. д. Отношение к этим сценариям зачастую имеет характер прогноза, пассивного ожидания — как дело пойдёт, так и пойдёт.

Для повышения качества работы по стратегическому планированию на всех уровнях, служит государственная автоматизированная информационная система (ГАС) «Управление» (https://gasu.gov.ru).

Проекты документов стратегического планирования выносятся на общественное обсуждение (онлайн), в ходе которого поступают замечания и предложения граждан, обязательные к рассмотрению (На момент написания книги это происходит на сайте ГАС «Управление» по адресу: https://gasu.gov.ru/stratpassport).

§24. Федеральный закон «О стратегическом планировании»

В 2014 году был принят ФЗ «О стратегическом планировании в РФ», устанавливающий правовые основы стратегического планирования на всех уровнях: федеральном, субъектов РФ и муниципальных образований.

По закону, система стратегического планирования должна основываться на принципах единства и целостности, разграничения полномочий, преемственности и непрерывности, сбалансированности, результативности и эффективности, ответственности, прозрачности, реалистичности, ресурсной обеспеченности, измеряемости целей, соответствия показателей целям и программно-целевом принципе.

Согласно ФЗ о стратегическом планировании в РФ: «цель социально-экономического развития — состояние экономики, социальной сферы, которое определяется участниками стратегического планирования в качестве ориентира своей деятельности и характеризуется количественными и (или) качественными показателями».

Законом предусмотрен прогноз научно-технологического развития, содержащий систему научно обоснованных представлений о направлениях и ожидаемых результатах научно-технологического развития РФ и её субъектов на долгосрочный период. А с 2016 года (в редакции Федерального закона от 03.07.2016 №277-ФЗ) — стратегия научно-технологического развития. Она определяет цели, задачи, направления, приоритеты государственной политики, «направленные на устойчивое, динамичное и сбалансированное научно-технологическое развитие Российской Федерации на долгосрочный период».

Для субъектов РФ и муниципалитетов обязательное стратегическое планирование в научно-технологической сфере не предусмотрено.

§25. Прогноз научно-технологического развития РФ до 2030 года

Прогноз научно-технологического развития РФ на период до 2030 года, подготовленный Минобрнауки, был утверждён председателем Правительства 3.01.2014.

Прогноз готовился по материалам большого количества организаций с учётом «приоритетных направлений» и «перечня критических технологий». Он составлен по следующим направлениям: информационно-коммуникационные технологии, биотехнологии, медицина и здравоохранение, новые материалы и нанотехнологии, рациональное природопользование, транспортные и космические системы, энергоэффективность и энергосбережение.

Для каждого направления выделены вызовы и окна возможностей, инновационные рынки и перспективные группы продуктов и услуг. Определены приоритеты научных исследований для создания выделенных продуктов и услуг, ответов на вызовы и окна возможностей.

В целом, прогноз носит характер перечисления научно-технологических решений, направленных на небольшие улучшения или удешевления уже существующих и, в целом, зрелых продуктов. То есть, даже полное внедрение и воплощение перечисленных там достижений не сулит какого-либо стратегического преимущества РФ, а лишь улучшение характеристик уже имеющейся продукции на единицы — десятки процентов. Ещё меньший вклад от данных решений ожидается в цели и функции государства.

Это обусловлено характером самого документа — линейной экстраполяцией в будущее уже идущих исследований и разработок — перечень которых складывался стихийно в предыдущие десятилетия. Ввиду этого, связи между направлениями исследований и продуктами, а также логические связи между различными направлениями исследования, как и между различными продуктами отсутствуют.

Так непонимание системного характера развития научно-технической сферы и законов развития технических систем приводит к вялотекущему совершенствованию её элементов по отдельности, по инициативам «снизу», без учёта системных эффектов, взаимосвязи и взаимозависимости их развития.

§26. Стратегия научно-технологического развития РФ до 2030 года

Стратегия научно-технологического развития РФ (Утверждена Указом Президента РФ от 1 декабря 2016 года N 642) разрабатывается на долгосрочный период в целях научного обеспечения реализации стратегии социально-экономического развития и стратегии национальной безопасности с учётом стратегического прогноза, прогноза социально-экономического развития на долгосрочный период, прогноза научно-технологического развития и утверждается Президентом.

Стратегия научно-технологического развития является основой для разработки отраслевых документов стратегического планирования в области научно-технологического развития, государственных программ, документов гос. предприятий.

Она содержит описание вызовов, ограничений и рисков, оценку текущего состояния, основных проблем, тенденций и возможных сценариев, целей и задач научно-технологического развития, направления, приоритеты, механизмы, принципы, меры политики в этой области, задачи, функции, порядок взаимодействия органов власти по реализации Стратегии.

В текущей (на момент написания книги) версии Стратегии признана ключевая роль науки и техники для достижения целей и решения задач, стоящих перед государством. В ней описан и ряд нерешенных проблем мешающих научно-техническому развитию страны, одной из которых является несогласованность приоритетов и инструментов поддержки научно-технологического развития РФ на национальном, региональном, отраслевом и корпоративном уровнях

Целью научно-технологического развития РФ объявлено обеспечение независимости и конкурентоспособности страны за счёт создания эффективной системы наращивания и наиболее полного использования интеллектуального потенциала нации. Перечислены принципы государственной политики в области научно-технологического развития: свобода творчества, системность поддержки, концентрация ресурсов, рациональный баланс, открытость, адресность поддержки и справедливая конкуренция.

В качестве инструмента преобразования научных исследований в продукты и услуги, способствующие лидерству российских компаний на перспективных рынках рассматривается Национальная технологическая инициатива.

В апреле 2023 года Президент РФ В. Путин поручил правительству совместно с президиумом Совета по науке и образованию до 15 октября представить предложения по изменениям в стратегию научно-технологического развития страны с учётом имеющихся и прогнозируемых вызовов.

§27. Национальная технологическая инициатива (НТИ)

Национальная технологическая инициатива — некоммерческая организация, созданная Постановлением председателя Правительства РФ Д.А.Медведева «для объединения представителей бизнеса и экспертных сообществ с целью развития в РФ перспективных технологических рынков и отраслей».

В 2007 году Президент РФ В. В. Путин в послании Федеральному собранию объявил, что развитие отраслей, которые должны стать важным звеном инновационной экономики, будет осуществляться на базе госкорпораций: Объединённой авиастроительной корпорации, Объединённой судостроительной корпорации и «Роснано». В том же году была создана и госкорпорация «Ростех» с целью содействия разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции. В 2009 году был введён инструмент кооперации между государством, бизнесом и наукой — технологические платформы, перечень которых был утверждён в апреле 2011 года.

Разработка НТИ (https://nti2035.ru/) началась в соответствии с поручением Президента России В. В. Путина по реализации послания Федеральному Собранию от 4 декабря 2014 года.

С точки зрения РАН цель НТИ должна была заключается в обеспечении глобального технологического паритета России и стран-технологических лидеров. Для её достижения было предложено в течение 5—7 лет решить проблемы импортозамещения, а затем осуществить переход к новой технологической структуре экономики и реиндустриализацию. Однако победила точка зрения АСИ и РВК, согласно которой цель НТИ заключается в том, чтобы вырастить национальные компании на принципиально новых отраслевых рынках, которых сегодня не существует.

Такой вывод был связан с предположением о том, что у российских компаний имеется шанс занять достойное место только на таких рынках, которые ещё не сформированы. А импортозамещение, осуществляемое в административном порядке несло риск демотивации к развитию качественных отечественных продуктов.

В 2017 году постановлением Правительства РФ от 29.09.2017 г. №1184 утверждено Положение о разработке и реализации планов мероприятий («дорожных карт») по совершенствованию законодательства и устранению административных барьеров в целях обеспечения реализации НТИ. В 2017 году 7 рабочих групп по направлениям НТИ «Автонет», «Аэронет», «Маринет», «Нейронет», «Технет», «Хелснет» и «Энерджинет» при поддержке АО «РВК» разработали проекты соответствующих «дорожных карт», которые в 2018 году были приняты Правительством РФ.

Эти «дорожные карты» имеют административный, а не научно-технический характер, фокусируясь на совершенствовании нормативно-правовых актов, а не собственно НИОКР (научно-исследовательских и опытно конструкторских работ). Инициация необходимых для освоения перспективных рынков широкомасштабных НИОКР ожидалась со стороны предпринимательского и научного сообщества. Основной причиной отсутствия этого считалось отсутствие кадров, прошедших обучение по современным методикам, использующимся за рынках стран Запада.

Были созданы Центры компетенций НТИ для подготовка лидеров разработки новых технологий и трансляции результатов фундаментальной науки в инженерные приложения. Фокус делался на «большие данные», искусственный интеллект, квантовые технологии, новые и портативные источники энергии, компоненты робототехники, технологии беспроводной связи, виртуальной и дополненной реальностей.

§28. Концепция технологического развития РФ до 2030 года

Обострение международной военно-политической обстановки вынудило правительство РФ обратить внимание на планирование технологического развития страны. Начало появляться понимание того, что эта сфера не должна быть пущена на самотёк.

Распоряжением от 20 мая 2023 года №1315-р Председатель Правительства РФ М. Мишустин утвердил Концепцию технологического развития страны до 2030 года, предполагающую достижение технологического суверенитета, переход к инновационно ориентированному экономическому росту, технологическое обеспечение устойчивого развития производственных систем.

Согласно документу, к концу третьего десятилетия XXI века Россия должна обладать собственной научной, кадровой и технологической базой критических и сквозных технологий. Предполагается, что в стране будут созданы условия для высокоинтенсивной инновационной активности корпораций и предпринимателей, которые будут работать в комфортной регуляторной среде. Кроме того, к 2030 году национальная экономика должна обеспечивать производство высокотехнологичной продукции — чипов и другой микроэлектроники, высокоточных станков и робототехники, авиакосмической техники, беспилотников, лекарств и медицинского оборудования, телекоммуникационной техники и программного обеспечения. Доля таких отечественных товаров в общем объёме потребления должна составить не менее 75%.

По каждой цели также определены основные механизмы её достижения. Это формирование технологических приоритетов для науки, образования и для отраслей экономики, фокусировка на собственных линиях разработки технологий, ключевых узлов и комплектующих, новые организационные формы взаимодействия науки, образования и бизнеса, развитие инфраструктуры трансфера технологий в экономику и кадровое обеспечение. План мероприятий по реализации концепции поручено разработать Минэкономразвития России совместно с Минобрнауки России.

Документ был разработан под руководством первого вице-премьера А. Белоусова по поручению Президента РФ, которое он дал в сентябре 2022 года по итогам заседания Совета по стратегическому развитию и национальным проектам.

Сам А. Белоусов так прокомментировал документ: «Сегодня мы находимся на пороге принципиально нового этапа технологического развития России. Как уже сказал Председатель Правительства России Михаил Мишустин, смысл и содержание данного этапа — в достижении технологического суверенитета. Очевидно, что в связи с санкциями прежняя модель воспроизводства технологических инноваций — с опорой на машиностроительный импорт и импорт технологий — перестала быть актуальной. По сути, впервые за 25 лет, начиная с 2000-х годов, у нас появляется самостоятельный предмет технологической политики. В утверждённой Правительством Концепции технологического развития сформулированы три взаимосвязанные цели достижения технологического суверенитета — обеспечение национального контроля над воспроизводством критических и сквозных технологий на основе собственных линий разработки, переход к инновационно активному росту экономики и обеспечение устойчивого развития производственных систем. Работа по этим технологическим направлениям уже ведётся. В ближайшее время необходимо обеспечить настройку системы управления для реализации задач технологического развития до 2030 года», — отметил первый вице-премьер.

Тем не менее, меры, предусмотренные Концепцией носят во многом формальный характер, отражая статический подход к науке и технике и отсутствие учёта законов развития технических систем.

§29. Критика практики стратегического планирования науки и техники в РФ

Несмотря на объективную оценку положения дел, представленную в Стратегии научно-технологического развития, практические меры по выравниванию ситуации оказались не вполне соответствующими обозначенным проблемам. По сути, они явились зеркальным отражением содержания Прогноза научно-технологического развития РФ.

В результате, огромная активность НТИ была направлена на поддержку и оптимизацию того, что и так уже происходило само по себе. Это было обусловлено самой философией, лежащей в основе разработки Прогноза и НТИ: представления о науке и технике как в первую очередь, питательной среде для «стартапов», тенденции к некритичному заимствованию практик США и Европы, рассмотрение научно-технического ландшафта как стихийного статического образования, не поддающегося сознательному формированию, занижение роли государства в реализации своих научно-технических интересов, игнорирование логических взаимосвязей между научно-техническими достижениями, непонимание значимости и фактическое игнорирования задачи достижения технологического суверенитета РФ, переоценка роли бизнеса как инициатора государственно значимых НИОКР.

Так, успешными инновационными действиями считались, например, и простое применение импортных высокотехнологичных продуктов, и установка импортного программного обеспечения на производстве традиционных продуктов (в том числе значимых для обороны и безопасности государства).

Тем не менее, данный этап явился прогрессивным по сравнению с предыдущими. Многие организации получили реальную и заслуженную поддержку, увеличили свои возможности, освоили новые рынки, в какой-то мере компенсировали вложения в свои разработки общегосударственного значения, нередко делавшиеся в предыдущие периоды за счёт собственных средств.

В целом, этот шаг оказался направленным скорее на сохранение имеющихся коллективов разработчиков, нежели на целенаправленное развитие науки и техники. Авторы НТИ чрезмерно старались избегать государственной инициативы в научно-технической сфере — то ли под впечатлением имевших место в прошлом «перегибов командно-административной системы», то ли смиренно признавая свою неготовность к активному руководству действиями такого масштаба и глубины.

В итоге, стратегических побед и преимуществ на научно-техническом фронте эти мероприятия государству не принесли, а потребность в них продолжает быстро нарастать, особенно в условиях конфронтации с коллективным Западом.

На самом деле, уже с 1960х, при Брежневе (партноменклатура которого не то что исповедовала статический подход к науке и технике, но зачастую искренне не понимала таких вещей как «зачем нужна спутниковая связь и разведка»), началось разложение научно-технической системы нашей страны. С каждым десятилетием этот процесс усиливался и ускорялся, а официозные отчёты содержали все больше фальши.

Это не могло не привести к архаизации научно технического потенциала РФ, и, следовательно, ослаблению её позиций на международной арене до уровня, уверившего правящие круги конкурирующих государств в высокой вероятности лёгкой победы над ней.

Результирующее обострение международных отношений уже отчасти обнажило слабые места отечественной науки и техники и все более заставляет обратить на это внимание на всех уровнях общества и государства. За последние десятилетия было потрачено более-менее впустую порядка миллиарда человеко-лет, которые могли бы быть потрачены на целенаправленные работы в рамках научно-технической стратегии.

На следующем этапе необходим принципиально новый, проактивный подход государства к развитию научно-технической сферы, характеризующийся:

— Динамическим, а не статическим рассмотрением научно-технического прогресса, с использованием объективных законов развития технических систем

— Учётом центральной роли научно-технических достижений, вокруг которых фактически в любом случае выстраиваются все стороны жизни государства и общества

— Детальным планированием и управлением сферой НИОКР со стороны государства не путём ограничений, а путём инициирования и контроля именно тех разработок и в таком порядке, который ведёт к достижению целей и выполнению функций государства

— Стремлением к абсолютному научно-техническому суверенитету не за счёт административных барьеров, а благодаря развитию собственных опережающих технологий.

— Учётом взаимосвязей между научно-техническими достижениями разных отраслей и использованием «дорожных карт» отражающих планы преобразования не административной, а технической реальности

Основным инструментом такого подхода является рассматриваемый в данной книге принципиально новый документ стратегического планирования — научно техническая стратегия — государства, субъекта РФ, муниципального образования, предприятия.

IV. Основные понятия научно-технической стратегии

§30. Содержание и сущность научно-технической стратегии государства

Научно-техническая стратегия государства (субъекта РФ, муниципального образования, предприятия) — документ стратегического планирования, содержащий:

— Политические цели государства

— Последовательность технологических платформ.

— Таблицу взаимоувязки платформ, иерархий, компонентов и функций государства.

— Структурно-функциональную и пространственно-временную модель государства

— Предварительные описания платформ и перечней продуктов

— Сценарий выполнения стратегии.

Ввиду чрезвычайно большого объёма и непрерывного развития документа, он составляется в виде цифровой базы данных.

Сущность научно-технической стратегии состоит в разработке и внедрении рациональной последовательности технологических платформ, использующих свойства все более глубоких уровней строения материи (и маршрутов перехода от одних платформ к другим).

Принципиальные различия между стратегией научно-технологического развития и научно-технической стратегией государства можно представить в виде таблицы:

Для разработки научно-технической стратегии прежде всего необходимо осмыслить, и при необходимости, согласовать между собой в непротиворечивую систему исходные предпосылки разработки стратегии — политические цели государства на всю обозримую перспективу. Они должны быть зафиксированы в документе (например, манифесте, резолюции) с обозначением предполагаемой очерёдности их достижения.

Перечень политических целей, известные уровни строения материи, административно-территориальная структура государства и перспективы ее реорганизации позволяют сформулировать предварительный вариант последовательности технологических платформ.

Ее следует соотнести с конструкцией характерных компонентов служебной части объектов, порядком развития функций и достижения целей государства. Соответствующим документом может быть таблица взаимоувязки платформ, иерархий, компонентов и функций государства.

На основе данной таблицы можно составить структурно-функциональную и пространственно-временную модель государства, что требует значительного объёма аналитической работы и консультирования. Модель, в свою очередь, позволяет составить предварительные описания платформ и перечней продуктов, а на их основе — практический сценарий выполнения стратегии.

§31. Технологические платформы

Нет необходимости внедрять все изобретения по мере их возникновения. Гораздо практичнее осуществлять планомерные дискретные переходы между технологическими платформами, каждая их которых включает в себя систему взаимосвязанных продуктов и технологий..

Все рассматриваемые к разработке и производству продукты группируются в платформы по признакам совместимости, взаимоусиления, и технологического единства. Это избавляет от огромной работы по согласованию «всего со всем», непрерывного переучивания пользователей и болезненной ломки сложившихся практик и технологий. Именно при смене технологической платформы, всё устаревшее и более ненужное перерабатывается и заменяется новым.

Используемый в данной книге термин «платформы» не относится к «национальным технологическим платформам» и означает лишь множество продуктов, которое может быть произведено при помощи некоторого своего подмножества (ядра платформы).

Платформы отличаются между собой способом упорядочения материи. Определяя в общих контурах состав цепочки перспективных платформ разработчик ориентируется на известные из физики и химии уровни строения материи. Появление каждой новой платформы подразумевает освоение человеком очередного нижестоящего уровня строения материи, и, несколько парадоксальным образом, позволяет технически и экономически осваивать все более вышестоящие уровни. Освоение каждого последующего уровня строения материи, кроме того, позволяет активизировать поисковые исследования на ранее недоступных дальнейших низких и высоких структурных уровнях материи, подготавливая основания для разработки перспективных технологических платформ.

Например, обработка материи на микроуровне (микрочипы, композитные материалы) дала возможность рассчитывать и строить гигантские мосты, небоскрёбы, корабли. А освоение обработки материи при помощи наномашин обещает лёгкое создание грандиозных космических конструкций.

Цели и задачи государства могут быть тяжёлыми, практически непосильными на одной технологической платформе, но тривиальными на другой. Постройка хотя бы в одном экземпляре ядра очередной технологической платформы практически гарантирует достижение всех важных политических целей соответствующего уровня. Поэтому намного целесообразнее работать над платформами, а не над частными целями.

Разработка последовательности платформ строится исходя из разумной периодичности их обновления, предполагаемых технических характеристик платформ и гипотез о возможных путях переходов между ними.

Каждая платформа характеризуются единством служебной части всех своих объектов (она может быть полностью одинакова или состоять из нескольких разных серий, уместных в различных случаях). Рабочие части объектов платформы и сам набор этих объектов соответствуют целям и функциям государства на этапе использования каждой платформы.

§32. Структура технологической платформы

Каждая технологическая платформа состоит из ядра и периферии. Ядро платформы — минимальная совокупность продуктов, с помощью которой можно произвести точно такую же совокупность. Периферия платформы — все множество продуктов, которое можно прямо или косвенно произвести при помощи ядра.

Ядро представляет собой репликатор — программно-аппаратный комплекс, способный воспроизвести собственную копию в естественной среде. Например, минимальная совокупность фрезерных, лазерных, литейных и прочих станков способная произвести точно такую же совокупность, является ядром определённой технологической платформы. А остальные изделия, которые может произвести данная совокупность станков — ее периферией.

Ядро содержит ряд необходимых компонентов: фабрикатор (универсальное средство производства), преобразователь природного сырья в материалы, с которыми работает фабрикатор, генератор энергии, устройство добычи энергоносителей и сырья, компьютер (включая средства коммуникации и взаимодействия с оператором) и мобильный манипулятор (транспортёр).

Фабрикатор, независимо от своей конкретной технологической природы включает в себя рабочий инструмент, устройство перемещения инструмента, мультиплексор материалов и систему калибровки. Инструмент включает в себя устройства сообщения энергии частицам материала, контроля их положения/состояния и рассеивания энергии в конечном положении. Мультиплексор материалов обеспечивает коммутацию и подачу всех видов материалов к одному или многим используемым инструментам. Система калибровки обеспечивает при репликации точность вновь произведённого фабрикатора как минимум не хуже чем у того, который его произвёл.

Ядро воспроизводится в свёрнутом виде, неспособном «с ходу» произвести всю периферию платформы, но способным самостоятельно развернуть для этого необходимые производственные мощности. В процессе развёртывания продукты ядра достраивают друг друга и допроизводят необходимое оборудования для производства периферии платформы.

Например, если нам нужно произвести ложку, то это можно сделать напрямую оборудованием ядра, а можно произвести с помощью ядра литейную машину, и на ней сделать нужное количество ложек.

Периферия делится на межплатформенную и внутриплатформенную. Межплатформенная периферия служит для создания ядра следующей технологической платформы, и включает, в основном, учебное, научное и экспериментальное оборудование.

Внутриплатформенная периферия в свою очередь делится на системную и прикладную. Системная периферия обеспечивает достижение целей и выполнение функций государства и содержит все виды продукции, необходимые для жизнеобеспечения (продовольственная, жилищная, медицинская…), внутренней и внешней безопасности и логистики (транспорт и связь). А все то, без чего страна может в принципе прожить и развиваться относится к прикладной периферии и разрабатывается гражданами и предпринимателями в инициативном порядке.

§33. Компактность платформ

Компактность — сравнительная характеристика платформ, отношение количества продуктов, составляющих системную периферию платформы к количеству продуктов, входящих в её ядро. Компактность является важным показателем экономической и технологической эффективности платформы, определяющим её гибкость, универсальность, темпы развёртывания и тиражирования, суммарную производительность, уязвимость от боевых действий и террористических угроз, мобильность, возможности развития, возможность фокусирования ресурсов на разработке малого числа продуктов, составляющих ядро.

Компактная платформа подразумевает высокую универсальность ядра, что даёт ей и гибкость, так как не все продукты могут быть предусмотрены заранее. Повсеместная доступность ядра также зависит от компактности платформы — будет ли расположено ядро в каждом регионе или в каждом доме.

Платформа с ядром из 10 станков, способная произвести 1 млн наименований продукции, в тысячу раз компактнее, чем платформа с ядром из 1000 станков, способная произвести 100 тыс. наименований продукции. Что при этом считать отдельными наименованиями, а что лишь исполнениями одних и тех же продуктов, определяется по ситуации, главное чтобы выбранный критерий позволял адекватно сравнивать альтернативные платформы. Речь может идти как о запланированных продуктах, так и фактически разработанных и производимых. Возможны и другие критерии компактности: по массе, по объёму, по стоимости и др.

§34. Свойства ядра платформы

Способность ядра к репликации (неограниченному воспроизводству своих копий) является крайне важной. Именно это позволяет быстро развёртывать платформы без каких-либо существенных инвестиций или затрат.

Одно ядро производит другое, два производят четыре, четыре — восемь и так далее. Это делает возможным экспоненциальный рост платформы (и, соответственно, ее производительности) в геометрической прогрессии.

Обычно, в природе и экономике явления экспоненциального роста редки и краткосрочны — вскоре рост упирается в те или иные ограничения, чаще всего — ресурсные или энергетические. Это предотвращается таким свойством ядра, как автономность, или способность к самообеспечению материальными и энергетическими ресурсами.

Действительно, большинство технологий прежних эпох очень зависимы от конкретного географического места — реки, на которой можно построить плотину или водяное колесо, залежей энергоносителей нефти, угля или урана, высококонцентрированных месторождений ценных химических элементов и т. д. Такие зависимости быстро полагают естественные пределы развитию и потому являются поводом для бесчисленных конфликтов и войн.

В противовес этому, ядро платформы должно сразу же разрабатываться автономным от такого рода мест. На практике это означает использование общераспространённых источников энергии и химических элементов в рассеянной форме. Так называемые общераспространённые полезные ископаемые — песок, глина, известняк и пр. содержат практически все химические элементы, тогда как природные концентраты элементов являются на самом деле редкостью и содержат ничтожные доли от их мировых запасов.

Другими мерами по достижению ресурсной автономии ядра являются комплексная переработка отходов, брака, вышедшей из строя техники. С точки зрения ядра мусор и минералы ничем не отличаются, тем более мусор содержит в более концентрированном виде используемые человеком элементы.

Такой подход позволяет платформам расширяться почти без привязки к конкретным местностям и исключает огромный пласт непродуктивной деятельности, связанной с ограничением друг другу доступа к тем или иным уникальным месторождениям. Также до предела упрощается логистика — ресурсы вообще не перемещаются между многочисленными экземплярами ядра, потому что они добываются везде.

Ядра платформ должны проектироваться с опорой на технологии распределенной автономной энергетики, чтобы сеть энергообеспечения масштабировалась и распространялась не менее быстро, чем сами платформы. А передача энергии на расстояния с помощью затратных и уязвимых коммуникаций — не требовалась.

Ядро должно работать, в том числе развёртываться и копироваться в максимально автоматическом, безлюдном режиме. Это с одной стороны, обеспечивает массу преимуществ — регенерация в случае повреждений, автоматический рост и т. д. С другой — предъявляет повышенные требования к используемым конструкторским решениям — надёжность, широкая универсальность, простота.

Вытеснение человека из научно-технического и производственного процесса является фактором повышения эффективности каждого этапа государственного развития. Значимые этапы такого вытеснения стоит также рассматривать в привязке к проектируемым технологическим платформам.

Прямое автоматическое извлечение из природы энергии и ресурсов (вместо их покупки) и их превращение в продукты означает нулевую себестоимость любой продукции и тем самым снимает экономические ограничения роста.

Реплицируемость, автономность и автоматизм обеспечивают массовое быстрое распространение ядер платформ, вокруг которых выстраиваются промышленность, экономика, наука, образование и т. д.

При проектировании ядра платформы приходится творчески решать противоречия между трудно изготовимыми машинами, закрывающими значительную часть технологических операций, и легко изготовимыми, но способными выполнить лишь небольшую часть требуемых технологических операций.

Разработчик может хотеть оснастить платформу всеми мыслимыми инструментами и технологиями обработки. Однако, по мере конкретизации проекта, для каждой технологии встаёт вопрос соотношения её возможностей и перечня технологий, необходимых для создания реализующего ее устройства. Более того, наличие дублирующих технологий для одной категории операций делает более удобным работу с конкретными, особенно, граничными случаями (одна технология позволяет делать быстро, другая точно, третья — в широком диапазоне…).

§35. Стремление к полной автоматизации платформ

Кроме способности к воспроизводству, необходимо стараться придать платформе как можно большую степень автоматизма, в идеале — до полного вытеснения человека. Ведь именно из затрат человеческого труда складывается стоимость любой продукции, а значит полная автоматизация позволяет неограниченно воспроизводить ядра и периферию платформ без каких-либо затрат вообще, подобно тому как живые организмы — например, бактерии, растения или животные заполняют доступное им пространство без всякой помощи человека.

Собственно, автоматическая способность к воспроизводству является существенным признаком живого и таким образом мы стоим на пороге создания искусственной природы, подчинённой нуждам человека. Сам факт существования громадных объёмов живого вещества на нашей планете (2.4 триллионов тонн) с производительностью около 150 млрд. тонн сухого вещества в год (вдвое больше всей мировой промышленности) без каких-либо кредитов, инвестиций, инфляций, да и самих денег, является прямым укором модным экономическим теориям.

Способность живых организмов работать в суровых условиях десятилетиями, а иногда и столетиями без особенных сбоев, восстанавливаться и адаптироваться, а также расширять своё присутствие обусловлена ни чем иным, как способностью к полностью автоматическому воспроизводству на разных уровнях: молекул, клеток, тканей, организмов.

Применительно же к технике полная автоматизация означает целый ряд преимуществ, ведущих к сокращению сроков, энерго- и материалоемкости и стоимости производства:

— Уменьшение ошибок и повышение качества продукции за счёт точности и стабильности производственных операций, строгого соблюдения стандартов, улучшения контроля качества, отслеживания индивидуальной истории каждого изделия.

— Высокая производительность и эффективность, работа в непрерывном режиме «24/7», уменьшение вероятности простоев, круглосуточная доступность сырья и продукции.

— Высокая степень синхронизации и планирования работ, ведущая к уменьшению запасов промежуточной продукции, обычно используемых для компенсации неравномерной и непредсказуемой работы различных стадий переработки.

— Повышение безопасности труда за счёт отсутствия человека в агрессивной среде — и, благодаря этому, дальнейшая интенсификация производства за счёт перехода к предельно агрессивным средам: сильные окислители, крайне высокие и низкие температуры, агрессивные биологические среды, громадные давления и плотности радиации и т. д. — не сдерживаемого и не удорожаемого необходимостью защиты от этих факторов человека. Возможность широкого использования процессов выходящих за рамки допустимых для человека по другим параметрам: масштаб, скорость, сложность, точность, параллелизм и т. д.

— Простота переналадки на другие технологические операции или выпуск другой продукции, внедрения новых технологий, без проблем связанных со специализацией и обучаемостью персонала, его мотивацией и готовностью переобучаться. Возможность частой и мгновенной перестройки на выпуск различных видов изделий.

— Отсутствие рисков, связанных с человеческим фактором: саботаж, шпионаж, коррупция, лень, ложь, недобросовестная конкуренция, конфликты, нездоровые отношения, интриги и пр. Отсутствие зависимости от персонала, обладающего специфическим опытом или компетенциями.