Инновационная сложность - Коллектив авторов

Таким образом, уже в теории электрических цепей наметилось обобщение, приведшее к выработки системного представления сложных технических систем.

К середине двадцатого столетия в теории цепей формируется новый этап, связанный с междисциплинарным исследованием различных типов цепей не только электрических и кинематических, но и гидравлических, пневматических и т. п. В результате такого расширения области исследования происходит обмен методами и представлениями различных дисциплин, их изучающих, и обобщение этих технических теорий в теории автоматического регулирования (следящих систем). Первоначально все они исследовались и рассчитывались по-разному. Однако постепенно формируются общие методы расчета, анализа и синтеза следящих систем. Классическая теория цепей стала постепенно областью науки, которая отходит от анализа и синтеза лишь электрических цепей, содержащих стандартные элементы, превращаясь в специализированный раздел знания более широкой научной дисциплины – теории систем. Главным здесь является математические соотношения между переменными, описывающими поведение системы (см. рис. 2).

Рис. 2. Таблица соответствия, механических, электрических и гидравлических регуляторных цепей[346]

Развитие системного подхода и системных представлений в области технических наук происходило за счет обобщения теоретических описаний объекта их исследования и проектирования при переходе от относительно простых технических систем к сложным системных комплексам.

Сложные технические системы – объект исследования и проектирования в системотехнике

Основное значение системотехники заключается в повышении эффективности инженерного труда, который реализуется большими коллективами специалистов различного профиля. Системотехника представляет собой особую деятельность по созданию сложных технических систем и в этом смысле является прежде всего современным видом инженерной, технической деятельности, но в то же время включает в себя и научную деятельность, поскольку является не только сферой приложения научных знаний. Над созданием проектов противовоздушной обороны, коммуникационных, энергетических, ирригационных систем, градостроительных и производственных комплексов, автоматизированных систем управления трудится целая сеть институтов, насчитывающих сотни высококвалифицированных специалистов. Особое значение в ней приобретает деятельность, направленная на организацию, научно-техническую координацию и руководство всеми видами системотехнической деятельности: с одной стороны, это – проектирование компонентов, конструирование, отладка, разработка технологии, а с другой – радиоэлектроника, химическая технология, инженерная экономика, разработка средств общения человека и машины и т. п. Системотехника возникла в результате усложнения процесса инженерного проектирования, необходимости его рациональной и научной организации. Но главная ее задача – стыковка и интеграция частей проектируемой системы в единое целое (рис. 3). Наряду с прогрессирующей дифференциацией инженерной деятельности по различным ее отраслям и видам, нарастает процесс ее интеграции. А для осуществления такой интеграции требуются особые специалисты – инженеры-системотехники. В системотехнике сама инженерная деятельность становится объектом планирования, организации и проектирования и должна поэтому также рассматриваться как особая система. Иначе говоря, большие системные проекты требуют организации и управления, а значит системного представления и описания самой системотехнической деятельности.

Рис. 3: Системотехника и социотехника: модель интеграции сложной системы

В системотехнике формируется новый тип технических систем, в которых произошло не только количественное увеличение числа компонентов и связей, но и сама эта система стала рассматриваться как целостная, хотя и состоящая из разнородных элементов, процессов, связей и отношений. Сложность технической системы обусловлена переходом от простой системы к составной и от акцента на анализе ее частей к рассмотрению целого. Сложность современных технических систем заключается в разнообразии и неоднородности их компонентов, связей между ними, их свойств. Использование в технической системе совместно даже только электрических и механических компонентов вызывает резкое усложнение связей между ними и нелегкие проблемы синтеза знаний в процессе моделирования и теоретического объяснения функционирования этих компонентов в системе. Объектом же современной инженерной деятельности становятся связи между человеком и машиной, экономические и в определенной степени социальные связи. Показателем сложности современных технических систем является также и то обстаятельство, что при их проектировании необходимо учитывать окружающую среду системы, рассматриваемую в качестве ее внешнего элемента. Вместо отдельного технического устройства, механизма, машины и т. д. объектом исследования и проектирования становится сложная человеко-машинная система.

Целостное описание сложной технической системы в системотехнике основывается на использовании методов и средств системного подхода. Таким образом здесь мы наблюдаем новый виток эволюции сложности, поскольку техническая система начинает рассматривать как социотехническая. Тогда фактически исследуются и проектируются системы деятельности с включенными в них машинными компонентами. Такой подход особенно рельефно выразился в разработках автоматизированных систем управления отраслями промышленности, особенно интенсивно развивашийся в нашей стране в 1970-е гг. в связи с задачей внедрения вычислительной техники в системы управления оборонных отраслей. В процессе внедрения такого рода автоматизированных систем (АСУ) стало очевидно, что прежде чем начать разработку АСУ предприятием или целой отраслью промышленности, необходимо провести анализ существующих организационных структур управления, т. е. проектировать систему управленческой деятельности. Причем управление не может быть полностью рудуцировано к его кибернетической модели, а должно рассматриваться как сложный динамический социально-экономический и организационно-технический процесс. Такая редукция была возможна лишь на первом этапе внедрения АСУ, когда направление автоматизации определялось не столько необходимостью и важностью выбранных задач, сколько их подготовленностью к автоматизации и возможностями реализации на существующей информационной и технической базе, т. е. так называемых «рутинных» процессов (типа бухгалтерского учета). Процесс создания АСУ становится сложной деятельностью, что стимулировало появление особых системотехнических групп и отделов, главная задача которых – стыковка деятельностей других инженерных групп, забота о создаваемой системе в целом. Поэтому именно в это время в различных российских вузах организуются кафедры системотехники, одной из главных задач которых является подготовка такого рода специалистов (точнее «универсалистов»), обладающих широким системным мышлением. Основными задачами таких инженеров-системотехников при разработке АСУ становятся интеграция системы в единое целое и системная организация процесса ее проектирования. Именно для решения такого рода системных задач и создавались в проектирующих эти системы организациях специальные подразделения – системного обеспечения АСУ. Главным образом системное обеспечение АСУ должно было быть сконцентрировано на научно-исследовательской деятельности, направленной на развитие и разработку системных проектных решений, обеспечивающих интеграцию системы, т. е. стыковка и обеспечение совместимости отдельных задач и подсистем, а также с системами верхнего и нижнего уровней управления.

Необходимость системного обеспечения АСУ стала очевидной на тех этапах развития, когда были уже созданы различные автоматизированные системы, появлялись все новые задачи, подлежащие автоматизации, и весь процесс становился трудно обозримым. Поэтому системное обеспечение разработки должно было быть направлено на решение тех задач, которые не могли быть предметом специального рассмотрения ни в одной из подсистем. Центральным звеном разработки АСУ становится именно системное проектирование, которое состоит из двух основных частей – создания системной модели АСУ и разработка системной модели деятельности по созданию АСУ. Следующий виток эволюции сложности в описании и проектировании технических систем связан с развитием наносистемотехники, наряду с макросистемотехникой.

Обычно системотехнику переводят как теорию сложных систем – large-scale systems (многоразмерные системы) – и этот термин сегодня часто применяют по отношению к наносистемам, рассматриваемым как сложные системы на наноуровне. В наносистемотехнике проблематика соотношения простоты и сложности нашла наиболее яркое выражение в концепции квантовых точек, которые являются такими крошечными частицами, как будто они – отдельные атомы, но в то же самое время «состоят из массива атомных кластеров», имеют сложную структуру, хотя и «представляют собой предельный случай систем с пониженной размерностью», т. е. являются «нульмерными системами». «Хотя кластеры, или островки, обладают определенной формой и конечными размерами (единицы или десятки нанометров), для данного типа структур принят термин «наноточки»»[347]. Например, один из видов наноточек, так называемые «корнельские наноточки» (см. рис. 4), являются «наночастицами, состоящими их ядра примерно в 2,2 нанометра в диаметре, в свою очередь содержащего несколько цветных молекул, которые окружены защитной кремниевой оболочкой, делающей целую частицу размером около 25 nm в диаметре. Исследователи назвали ее «ядерно-оболочковой архитектурой»[348]. Центральным понятием здесь является понятие элемента, который в общем виде лишь относительно неделим, но для данной системы он может рассматриваться как абсолютно неделимый. Если же элементы в свою очередь рассматриваются как системы, то это уже будут системы другого уровня, чем данная исследуемая система. Точно также и в нанотехнологии нанотрубки, с одной стороны, являются простейшими единицами более сложных наноструктур («при синтезе получается смесь нанторубок разных типов с различным характером и величиной электропроводности»), с другой – «нанотрубки могут иметь различную атомную структуру, причем трубки разной структуры имеют разные свойства», например, с точки электропроводности в зависимости от их структуры «они могут быть металлическими или полупроводящими».[349]