2020-09-26
190
Биология и законы развития техники. Петров В.М.
Петров В.М.
Биология и законы развития техники
Ленинград, 18.08.1976
Бытие вечно, ибо существуют законы, его охраняющие.
Иоганн В. Гёте
Предисловие
В середине 1976 года автор решил проверить возможность использования законов биологии для развития техники. С этой целью были проанализированы литературные источники. В то время автор не обнаружил работ, в которых содержались бы все законы биологии вместе и которые объединяли бы эти законы в единую систему. Систематизация законов биологии проводилась с «оглядкой» на технику, поэтому автор не претендует на ее правильность с точки зрения биологии.
Результаты работы были доложены наЛенинградском семинаре преподавателей и разработчиков ТРИЗ в 1977 г.[1] Материалы содержали небольшую статью и картотеку по законам.
Статья включала найденные в литературе биологические законы, их соответствия в технике и систему законов развития техники.
Картотека насчитывала более 100 единиц информации. Под единицей информации автор понимает название закона или правила, его формулировку, автора закона и год его появления, следствия, уточнения и расширения закона, пояснения и комментарии к нему, термины, используемые в законе и применение данного закона для развития технических систем. Карточка содержала все выявленные нами формулировки закона. Не к каждому из биологических законов автор смог сформировать аналогичный закон развития технических систем.
|
|
|
В 1979 г. материалы впервые были опубликованы в виде тезисов.[2]
Данная работа включает статью и большую часть биологических законов из картотеки, приведенных в приложении. Картотека содержала несколько вариантов формулировок законов, собранных из разных источников. Здесь приводится только одна формулировка.
С позиции сегодняшнего дня работа выглядит достаточно наивной, но она содержит материал, который еще не полностью использован в законах развития технических систем. Поэтому автор советует рассматривать эту работу не только как историю создания системы законов развития техники, но и как материал для дальнейших разработок.
С пожеланием успехов
Владимир Петров, Израиль
vladpetr@netvision.net.il
9.06.2008
Статья
Введение
Техника создавалась и развивалась путем использования метода проб и ошибок. «Выживала» только та техническая система, которая проходила «естественный отбор» (условия эксплуатации, удобство для человека, эффективность применения, конкурентоспособность и т.п.).
Г.С.Альтшуллер использовал накопленный «генетический фонд» техники (патентный фонд) для выявления законов развития технических систем.
|
|
|
Рекордсменом в использовании метода проб и ошибок, видимо, следует считать природу, которая в процессе эволюции делала колоссальное количество проб в течение миллиардов лет и создала механизм саморазвития – естественный отбор
В связи с этим автор решил исследовать законы природы, для возможного их переноса на развитие техники, чтобы сформулировать систему законов развития техники.
Материалы исследования в сокращенном виде представлены ниже.
Перенос законов биологии в технику
| Законы биологии | Законы развития техники, предложенные В.М.Петровым |
| Основной закон эволюции. Развитие любой системы должно осуществляться в сторону увеличения жизнеспособности (устойчивости) и эффективности системы и возможности дальнейшего самосовершенствования. | |
| Закон естественноисторический. Внутренняя устойчивая связь предметов и явлений, обуславливающая их существование и развитие. | Закон естественноисторический(развития техники) Устойчивая связь техники с окружением, обуславливающая ее существование и развитие. |
| Закон (правило) необратимости эволюции Л. Долло. Организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже существовавшему в ряду его предков. | Правило необратимости эволюции. Техническая система не может вернуться к прежнему состоянию, уже существовавшему в ряду ее предыдущих поколений. |
| Закон роста организованности в живой системе Фишера. В процессе естественного отбора повышается информационное содержание органического мира, степень его организованности. Приспособляемость – биологическая форма организации. | Закон повышения степени организации ТС. Техническая система стремится к повышению степени организованности. Это выражается в увеличении ее информационного содержания. Таким образом, происходит упорядочение формы организации (уменьшение энтропии ТС). Уровень организации определяется количеством поглощаемой и выделяемой (перерабатываемой) информации. Высшая степень организации – самоорганизация. ТС помимо информации поглощает и выделяет вещество и энергию. |
| Закон отбора (обмена) информацией Каждое взаимодействие обязательно сопровождается отбором лишь той информации, которая соответствует структуре взаимодействующих компонентов. Извлекать информацию из окружения, очевидно, определяется особенностями взаимодействующих компонентов. Информационная ценность предмета или явления зависит не от количества заключенной в ней информации (оно бесконечно!), но от того, кто иличто этой информациейпользуется. | Организация структуры. (Закон отбора информации) Структура технической системы должна быть организована так, чтобы при взаимодействии компонентов отбиралась и выделялась только та информация, которая необходима. Информационная ценность технической системы или процессов зависит не от количества заключенной в ней информации, а от способов и методовиспользования этой информации. |
| Постулаты организации. Все предметы и процессы Вселенной, как и сама Вселенная, представляют собой тройственное единство вещества, энергии и организации. В процессе взаимодействия предметы обмениваются между собой веществом, энергией, информацией. В информации находят отражение особенности организации взаимодействующих предметов. При взаимодействии предметов и процессов специфичность обмена информацией обусловлена особенностями организации взаимодействующих объектов. Более организованные объекты способны извлекать из окружения большую информацию, одновременно они сами служат источником большей информации. Поскольку каждая организация может быть охарактеризована бесконечным количеством свойств, поскольку бесконечно и количество информации, которое в принципе может быть из нее извлечено. Однако отдельные аспекты информации поддаются математической обработке, что влечет надежду на то, что не только вещество и энергия, но и степень организации, в конце концов, получит удовлетворительную количественную оценку. Организация характеризуется тремя моментами: - наличие нескольких компонентов (сходных или различных); - существование связей между ними; - организацией связей, придающей определенную форму и устойчивость. | Организация технических систем (ТС). Все технические системы – это единствовещества(В), энергии(Э), организации(О). Процесс взаимодействия технических систем – это обмен веществом(В), энергией (Э) иинформацией (И). В способах обмена информацией заключаются их особенности. При взаимодействии систем специфичность обмена информацией обусловлена особенностями организации взаимодействия между системами или ее частями. Более организованная техническая система способна извлечь больше информации из окружения и больше дать. Уровень организации в принципе возможно оценить количественно. Об уровне организации технической системы можно судить по количеству потребляемой и выдаваемой (перерабатываемой) информации. (Закон отбора информации). Организация характеризуется: - наличием необходимого количества и качества компонентов (сходных или различных); - наличием энергии (источник и преобразователь энергии); - организацией связей между компонентами. Принципиальной возможностью (способностью) компонентов к образованию связей; - организацией, обеспечивающей определенную структуру и устойчивость; - обеспечением управления, путем сбора, обработки и передачи информации. |
| Аксиома Сочавы об иерархической структуре биосферы Биосфера представляет собой систему, организованную в виде множества подсистем различного уровня. | Иерархическая структура ТС Техническая система имеет иерархическую структуру, состоящую из уровней подсистем и надсистем. |
| Условия успеха формообразования. Сравнительно медленное изменение абиотической среды. Благоприятные условия питания, обеспечивающие достаточно высокую численность особей вида. Наследственная изменчивость, позволяющая не отставать от преобразования биосферы. Отсутствие потребителей подавляющей мощности. Наличие потребителей, уничтожающих мало жизнеспособных. Разнообразие связей с организмами других видов, позволяющие приспосабливаться к изменяющимся условиям, вытесняя из них менее приспособленных. Способность по достижению определенного уровня развития изменять связи с окружением. Наличие в среде непосредственного потенциала вещества, энергии и информации. | Условия успеха формообразования ТС. Поместить техническую систему в пригодную для нее среду или создать такую среду. Обеспечить техническую систему всеми составляющими для ее работоспособности частями (энергия, заменяемые или расходуемые элементы и вещества, обслуживание и т.п.). Иметь возможность видоизменяться при изменении среды или требований. Создание наиболее конкурентной технической системы, способной вытеснить конкурентов. Наличие конкурентов с лучшей и/или более дешевой техникой. Наличие потребителей для созданной технической системы или создание потребности в данной ТС. Разнообразие выпускаемой технической системы (типовой ряд). Наличие в среде непосредственного потенциала вещества, энергии и информации, необходимого для создания и существования ТС. |
| Правило викариата Ареалы близкородственных видов или подвидов животных обычно занимают смежные территории и существенно не перекрываются. При этом родственные формы, как правило, географически замещают друг друга. Викарирующие виды (от лат. викариус-замещающий). Близкородственные виды животных и растений, географически или экологически замещающие друг друга. Географический викариат - явление, при котором близкие виды растений или животных (викарирующие виды) занимают не перекрывающиеся между собой ареалы. Экологический викариат - обитание близких видов на одной географической территории, но в различных экологических условиях. | Создание викарирующих (замещающих) ТС Чтобы избежать конкуренции близких по типу ТС, они должны: - распространяться на смежных, не перекрывающихся территориях - должны использоваться в разных условиях. |
| Закон Бэра Обобщение закономерностей зародышевой организации и эмбрионального развития различных классов позвоночных животных: 1) общее образуется в зародыше раньше, чем специальное; 2) из более общего образуется менее общее, пока не возникнет самое специальное, т.е. вначале проявляются черты систематического типа, затем класса, отряда и т.д., в конце развития - индивидуальные признаки особи; 3) зародыши разных классов вначале сходны, а затем отклоняются в своем развитии друг от друга; 4) "... Зародыш высшей животной формы никогда не бывает, похож на другую животную форму, а лишь на ее зародыша". | Этапы разработки (образования) ТС 1.Разработка принципа работы и общего вида ТС. 2.Разработка подсистем. 3.Разработка частей подсистем. 4.Принципы работы и общие виды определенного класса ТС более похожи, чем их детализация. |
| Закон усложнения (системной) организации организмов (К.Ф. Рулье, 1837) Историческое развитие живых организмов (а также всех иных природных систем) приводит к усложнению их организации путем нарастающей дифференциации (разделения) функций и органов (подсистем), выполняющих эти функции. | Закон усложнения (системной) организации ТС Историческое развитие ТС приводит к усложнению их организации путем нарастающей дифференциации (разделения) функций и подсистем, выполняющих эти функции. |
| Закон Менделя Закон Менделя первый Закон единообразия гибридов в первом поколении Закон доминирования признаков Закон единообразия гибридов в первом поколении и проявление у гибридов только доминантного признака. Закон Менделя второй Закон расщепления гибридов второго поколения. Закон Менделя третий Закон независимого комбинирования признаков (независимого расщепления). | Этапы разработки (образования) гибридных ТС 1. При разработке гибридных технических систем первого поколения используют только один преобладающий признак (одну главную полезную функцию). 2. При разработке гибридных технических систем второго поколения выделяют и используют несколько признаков (несколько полезных функций). 3. Комбинация независимых признаков. Система сочетает признаки различных ТС. |
| Закон взаимодействия экологических факторов В организмах вещество, имеющее более высокую концентрацию, частично может заменить вещество, концентрация которого меньше (например, если кальций находится в дефиците, то его может заменить стронций). | Замещение частей ТС В ТС замена ее частей может осуществляться на аналогичные или имеющие более высокую организацию (в частности, использование подсистем с большими удельными параметрами). |
| Закон Гаузе. Правило Гаузе. Теорема Гаузе. Принцип исключения Гаузе. Принцип Лотки-Вольтерры Принцип экологической несовместимости Принцип конкурентного исключения. Два вида со сходными экологическими требованиями не могут длительное время существовать в одной и той же местности, если они занимают одну и ту же экологическую нишу; экологическое разобщение, наблюдаемое при конкуренции тесно связанных или сходных в иных отношениях видов в отсутствие хищничества. В связи с этим принципом при ограниченности возможностей пространственно-временного разобщения один из видов вырабатывает новую экологическую нишу или исчезает. Не имеет абсолютного характера. | Принцип исключения Принцип конкуренции Принцип конкурентного исключения Две ТС со сходными характеристиками не могут длительное время существовать в одной и той же местности, если они занимают один и тот же рынок сбыта. При ограниченности возможностей пространственно-временного разобщения для одной из технических систем выбирают новый сегмент рынка или она исчезает. |
| Принцип плотной упаковки Р.Макартура Виды в экосистеме используют возможности среды с минимальной конкуренцией между собой и с максимальной биологической продуктивностью, при этом пространство заполняется с максимальной полнотой. | Принцип успешной реализации Реализация (продажа) ТС (продукции) будет тем успешнее, чем меньше ей конкуренция с другими ТС в месте их реализации и чем эффективнее она работает. При этом данный рынок максимально заполняется такой продукцией. |
| Закон Харди-Вайнберга Принцип Харди-Вайнберга. Уравнение Харди-Вайнберга Частота генов в популяции остается постоянной в отсутствие отбора, неслучайного спаривания, случайностей выборки, при очень большой постоянной численности в течение многих поколений и в которой не возникают мутации. | Закон постоянства свойств (функций) Гипотеза Число свойств или функций технической системы, выпускаемой массовым производством в течение длительного времени, без отсутствия конкуренции и других внешних факторов, воздействующих на развитие системы, остается постоянным. |
| Закон корреляции частей организма или соотношения Организм представляет собой целостную систему, каждый орган (часть) которой соответствует др. Органам по строению (соподчинение органов) и функциям (соподчинение функций). | Соответствия частей системы Для каждой ТС должны быть присущие ей части системы, которые соответствуют друг другу, как по строению, так и по выполняемым функциям.Соподчинение подсистем и соподчинение функций. |
| Повышение неравномерности развития живого – основное направление эволюции биосферы. Неравномерность эволюции происходит вследствие развития биосферы. На эволюцию отдельных видов (групп) влияет эволюция биосферы, в результате которой происходит изменение среды жизни каждой эволюционной группы, а, следовательно, и приспособление к ней. | Неравномерность развития технических систем. Происходит вследствие эволюции социальной сферы и приспособления к ней ТС и т.д. |
| Закон толерантности В. Шелфорда. Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазоном между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору. | Закон толерантности Лимитирующим фактором жизнедеятельности ТС может быть как минимум, так и максимум воздействующих на нее факторов, диапазон между которыми определяет величину жизнеспособности (устойчивости) системы к данному фактору. |
| Закон минимума Ю.Либиха. Существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, т.е. лимитирует тот экологический фактор, количество которого близко к необходимому организму или экосистеме минимуму, дальнейшее снижение которого ведет к гибели организма или деструкции экосистемы. Дополнительное правило воздействия факторов: организм способен заменить дефицитное вещество или другой действующий фактор иным функционально близким веществом или фактором (одно вещество другим, химически близким). Закон компенсации факторов Э.Рюбеля Закон взаимодействия экологических факторов Отсутствие или недостаток некоторых (не фундаментальных) экологических факторов могут быть компенсированы другими близкими факторами. | Закон выживания. «Выживание» системы определяется самым слабым звеном (элементом) в процессе ее существования (работы, эксплуатации). Таким образом, лимитируется как минимум качества работы этой системы, дальнейшее снижение, которого ведет к неработоспособности (гибели) системы. Правила: Система жизнеспособна тогда, когда она способна «отжившую» часть или функцию системы заменить такими же или аналогичными им (дублирование, резервирование, адаптация). Все части системы необходимо выполнять с одним и тем же сроком жизни и одинаковым (по уровню) их качеством. |
| Закон совокупного действия факторов. (Закон Митчерлиха-Бауле) Величина урожая или благополучие вида, популяции, организма зависит не только от какого-нибудь одного (пусть даже лимитирующего) фактора, но и от всей совокупности действующих факторов одновременно. Поправка к закону минимума Либиха. | Дополнение к правилам закона выживания Техническую систему необходимо рассматривать при воздействии всей совокупности факторов. Это необходимо учитывать при проектировании новых технических систем. |
| Закон незаменимости фундаментальных факторов, закон Вильямса Отсутствие в окружающей среде фундаментальных экологических (физиологических) факторов (света, воды, CO2, питательных веществ) не может быть заменено (компенсировано) др. факторами. | Незаменимость фундаментальных факторов Отсутствие в технической системе фундаментальных факторов (например, энергии: электричества, топлива и т.п.) не может быть заменено (компенсировано) другими факторами. |
| Закон неоднозначного действия (фактора на разные функции) Каждый экологический фактор неодинаково влияет на разные функции организма; оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. | Закон неоднозначного действия (фактора на разные функции) Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции технической системы, оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. |
| Закон лимитирующих факторов. Закон ограничивающих факторов. Факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, т. е. наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий. | Закон лимитирующих факторов. Закон ограничивающих факторов. Факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, т. е. наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существования технической системы в данных условиях, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий. |
| Закон критических величин фактора Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных величин, особям грозит смерть. Такие сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или его популяций в каждый конкретный отрезок времени. Фактор экстремальный Любой фактор, сила, воздействия которого превышает приспособительные реакции организма или системы, но не настолько, чтобы вызвать летальный исход. Наличие экстремального фактора создает экстремальные условия существования. | Закон критических величин фактора Если хотя бы один из факторов воздействия на техническую систему приближается или выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных величин, ТС может потерять работоспособность или сломаться. Такие сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни ТС в каждый конкретный отрезок времени. Наличие экстремального фактора создает экстремальные условия существования. |
| Закон Блекмана Общее влияние лимитирующих факторов может превысить суммарный дополнительный эффект от влияния других факторов. | Влияние лимитирующих факторов Общее влияние лимитирующих факторов может превысить суммарный дополнительный эффект от влияния других факторов. |
| Закон относительнойнезависимостиадаптации Степень выносливости к какому-либо фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. | Закон относительной независимости адаптации Степень выносливости ТС к какому-либо фактору не означает соответствующей толерантности по отношению к остальным факторам. |
| Закон внутреннего динамического равновесия. Природная система обладает внутренней энергией, веществом, информацией и динамическими качествами, связанными между собой настолько, что любое изменение одного их этих показателей вызывает в других или в том же, но в ином месте или в другое время, сопутствующие функционально-количественные такие же перемены, сохраняющие сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических показателей всей природной системы. | Закон динамической адаптации. Техническая система должна иметь возможность адаптироваться при любых внутренних или внешних изменениях вещества, энергии и информации. Любое изменение одного их этих показателей вызывает в других или в том же, но в ином месте или в другое время, сопутствующие функционально-количественные такие же перемены, сохраняющие сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических показателей всей технической системы. |
| Правило взаимоприспособленности Виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутренне противоречивое, но единое и взаимно увязанное системное целое. | Адаптация к другим системам Различные виды технических систем должны быть приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутренне противоречивое, но единое и взаимно увязанное системное целое. |
| Правило замещения экологических условий Любое условие среды в некоторой степени может замещаться другим; следовательно, внутренние причины экологических явлений при аналогичном внешнем эффекте могут быть различными. | Замена условий Условие среды в некоторой степени может замещаться другим; следовательно, внутренние причины явлений при аналогичном внешнем эффекте могут быть различными. |
| Закон максимизации энергии В соперничестве с другими системами выживает (сохраняется) та из них, в которой наилучшим образом обеспечивается поступление энергии и максимальное ее количество используется наиболее эффективным способом. | Минимизация энергии Техническая система тем идеальнее, чем более эффективно используется поступающая к ней энергия. |
| Закон сохранения массы Фундаментальный закон нерелятивистской ньютоновской механики. Масса вещества, поступающего в замкнутую систему, либо накапливается в ней, либо покидает ее, т.е. масса поступающего в систему вещества минус масса выходящего из системы вещества равна массе накапливаемого в системе вещества. | Закон сохранения массы Масса вещества, поступающего в замкнутую систему, либо накапливается в ней, либо покидает ее, т.е. масса поступающего в систему вещества минус масса выходящего из системы вещества равна массе накапливаемого в системе вещества. |
| Закон константности Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. | ??? |
| Законсохраненияэнергии Первый закон термодинамики При всех изменениях, происходящих в изолированной системе, общая энергия системы остается постоянной. Другая формулировка: при всех макроскопических химических и физических процессах энергия не создается и не исчезает (не разрушается), а только переходит из одной формы в другую. | Законсохраненияэнергии Первый закон термодинамики При всех изменениях, происходящих в изолированной системе, общая энергия системы остается постоянной. Другая формулировка: при всех макроскопических химических и физических процессах энергия не создается и не исчезает (не разрушается), а только переходит из одной формы в другую. |
| Закон снижения энергетической эффективности природопользования С течением времени при получении полезной продукции и/или информации из природных систем на ее единицу затрачивается все большее количество энергии. | Закон снижения энергетической эффективности производства С течением времени при получении полезной продукции и/или информации из технических систем на ее единицу производства затрачивается все большее количество энергии. |
| Закон деградациикачества энергии В процессе накопления или использования энергии часть ее рассеивается (обесценивается, т.е. становится энтропичной), теряя способность производить работу. | Закон деградациикачества энергии В процессе накопления или использования энергии часть ее рассеивается (обесценивается, т.е. становится энтропичной), теряя способность производить работу. |
| Открытые системы. Организм непосредственно взаимодействует с окружающей средой, поэтому их можно рассматривать как открытые системы. Стационарное состояние в них поддерживается, потому, что открытые системы непрерывно получают свободную энергию из внешней среды в количестве, компенсирующем ее уменьшение в системе. | Открытые системы. Техническая система непосредственно взаимодействует с окружающей средой, поэтому их можно рассматривать как открытые системы. Стационарное состояние в них поддерживается, потому, что открытые системы непрерывно получают свободную энергию из внешней среды в количестве, компенсирующем ее уменьшение в системе. |
| Закон (правило) 10% Среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10% (от 7 до 17) энергии (или вещества в энергетическом выражении), как правило, не ведет к неблагоприятным для экосистемы (и теряющего энергию трофического уровня) последствиям. | Условия вывода технической системы из равновесия Собрать информацию по изменениям в ТС веществ, энергии и информации. Каков %??? |
| Закон (правило) 1% Изменение энергии природной системы в среднем на 1% (от 0,3 до единицы процентов) выводит систему из статического (равновесного) состояния. | Условия вывода технической системы из равновесия Собрать информацию. Каков %??? |
| Закон необходимой избыточности. | Закон необходимой избыточности. 20% частей системы выполняют 80% работы. В связи с этим при проектировании системы необходимо учитывать, что для выполнения (осуществления) какой-либо работы кроме основных частей системы необходимо еще приблизительно 80% вспомогательных частей системы, причем они, как правило, выполняют только 20% основной работы. В соответствии с этим и расход энергии на основные части системы 20% и 80% - на вспомогательные. |
| Закон экологии Б.Комменера. Все связано со всем. Все должно куда-то деваться. Природа знает лучше. Ничего не делается даром. | Закон системности, целостности. При разработке технической системы необходимо учитывать ее влияние на надсистему и окружающую среду, и обратное воздействие надсистемы и окружающей среды на систему. |
| Закон соответствия условий среды генетической приспособляемости Вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям. Каждый вид возник в определенной среде, и дальнейшее его существование возможно лишь в ней. Резкое изменение среды жизни может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточным и для приспособления к новым условиям жизни. В связи с этим коренные преобразования природы человеком опасны для ныне существующих видов, в том числе для самого человека, также представляющего собой хотя и особый, но биологический вид. | Закон соответствия технической системы условиям среды, в которой она работает. ТС должна создаваться для определенной среды, в которой она работает. Изменение среды работы ТС может привести к изменению эффективности ее работы или к неработоспособности. Возможно, что и ТС будет вредно действовать на среду. |
| Закон единстваорганизм — среда Между живыми организмами и окружающей их средой существуют тесные взаимоотношения, взаимозависимости и взаимовлияния, обусловливающие их диалектическое единство. Постоянный обмен веществом, энергией и информацией между организмом и средой материализует и делает пластичным такое единство. Биологические системы на любом иерархическом уровне являются открытыми системами, они получают для своего существования из окружающей среды вещества (химические элементы), энергию (солнечную и химическую) и информацию и отдают в окружающую среду трансформированные вещества, энергию и информацию, таким образом, активно воздействуя (количественно) на нее, изменяя ее. В системе организм — среда наиболее активным является организм (живое вещество) — закономерность, впервые показанная и сформулированная (в форме биогеохимичических принципов) В. И. Вернадским. Единство организм-среда представляет собой один из фундаментальных аспектов уникальности биологической формы движения материи. З. е. о.-с. лежит в основе познания функционирования биосферы, являющегося теоретическим и практическим фундаментом экологии. | Закон единстваТС — среда Между техническими системами и окружающей их средой существуют тесные взаимоотношения, взаимозависимости и взаимовлияния, обусловливающие их диалектическое единство. Постоянный обмен веществом, энергией и информацией между ТС и средой материализует и делает пластичным такое единство. Закон единства ТС — среда лежит в основе познания функционирования техносферы, являющегося теоретическим и практическим фундаментом экологии – баланса техники и природы. |
| Закон увеличения веса и роста организмов в филогенетической ветви Коп. Денера. По мере хода геологического времени выживающие формы увеличивают свои размеры (а, следовательно, вес) и затем вымирают. | Собрать информацию??? |
| Закон биогенной миграции атомов В.И.Вернадского. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. | ??? |
| ЗаконЛундегарда—Полетаева. Закон относительности действия лимитирующих факторов Форма кривой роста численности (объема) популяции (биомассы) зависит не только от одного химического фактора с минимальной концентрацией, но и от концентрации и природы др. ионов, имеющихся в среде. | ??? |
| Закон одностороннего потока энергии в ценоэкосистемах (биоценозах) Энергия, получаемая биоценозом, путем эндотермического фотосинтеза автотрофными огранизмами-продуцентами вместе с их биомассой передается гетеротрофным организмам-консументам (сначала фитофагам, от них зоофагам первого порядка, затем второго и третьего порядков) и микроорганизмам-редуцентам. Направление всего этого энергетического потока необратимо и выражено в виде экологической пирамиды. | ??? |
| Законпокровов (покрытия) тела Плотность покровов тела млекопитающих и птиц достигает максимума в холодных и засушливых областях. Эта особенность отражает своеобразные адаптации животных — механизмы терморегуляции в условиях экстремального температурного режима. | ??? |
| Правило Аллена Выступающие части тела теплокровных животных (конечности, хвост, уши и др.) относительно увеличиваются по мере продвижения от севера к югу в пределах ареала одного вида. Явление вытекает из принципа уменьшения теплоотдачи при сокращении отношения поверхности тела к объему. | ??? |
| Правило Бергмана В пределах вида или достаточно однородной группы близких видов животные (теплокровные) с более крупными размерами тела встречаются в более холодных областях (подтверждается у позвоночных животных в 50% случаев, из которых 75—90% — птицы). | ??? |
| Правило Поверхностей Отношение продуцируемого тепла к единице поверхности тела (в м2) большинства гомойотермных животных выражается приблизительно одинаковыми величинами (порядка 1000 ккал/24 ч). Эмпирически доказано, что средняя величина теплопродукции, которую можно оценивать по количеству потребляемого кислорода, связана с величиной теплоотдачи; последняя тем больше, чем меньше животное. В связи с тем, что масса (объем) растет пропорционально кубу, а поверхность — лишь квадрату поперечника (диаметра), у мелких животных на единицу массы приходится относительно большая поверхность, нежели у крупных. В связи с этим относительная отдача тепла в окружающую среду мелкими животными выше, что и компенсируется увеличенной теплопродукцией. | ??? |
| Закон Глогера Виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще всего черную или темно-коричневую), чем обитатели тёплых и сухих областей, что позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла. | ??? |
| Биоклиматический закон По мере продвижения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов запаздывает на четыре дня на каждые 1! широты, 5! долготы и примерно 100 м высоты. | ??? |
| Принцип Олли Для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции. | Для каждого вида технических систем существуют оптимальное количество подвидов и количество выпускаемых единиц. |
| Закон влияния масс Закон химической кинетики Эффект химического вещества прямо пропорционален его концентрации и реакция А + В = С достигает равновесия сразу, если реализуется условие [C] К = ———— [A] + [B] Экстраполируя это отношение на экосистемы, можно заменить концентрацию веществ на степень доминирования видов в системе, и тогда можно выявить соотношения видов в биоценозе. | ??? |
| Закон биогенетический – Э.Гекклера, Ф.Мюллера. Организм в индивидуальном развитии (онтогенез) повторяет (в сокращенном и закономерно измененном виде) историческое (эволюционное) развитие его вида (филогенез). | Закон отрицания отрицания Техническая система в своем развитии сначала отрицает существующую структуру, идею или принципы, а затем повторяет в измененном виде эволюционное развитие этой системы. |
| Закон гомологических рядов Н.И Вавилова (1921г.). Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. | Закономерности развития технических систем Зная закономерность развития определенного вида ТС, можно предсказать определенные особенности появления новых систем и в целом особенности данного вида ТС. |
| Закон Ковалевского В процессе эволюции пальцы конечности парнопалых копытных подвергаются редукции, а конечность упрощается. | ??? |
| Закон Копа Новые группы организмов происходят не от высших глубоко специализированных представителей предковых групп, а от малоспециализированных форм, сохраняющих эволюционную пластичность. | Специализация ТС Новые виды технических систем появляются путем специализации универсальных ТС. |
| Закон Копа – Депере В процессе эволюции филогенетических ветвей происходит увеличение размеров тела организмов. Увеличение размеров тела, как правило, ведет к повышению активности организмов в захвате пищевых ресурсов, борьбе с конкурентами и хищниками, к снижению плодовитости. | Увеличение удельных параметров ТС В процессе эволюции технические системы увеличивают свои удельные параметры. |
| Закон однонаправленности потока энергии Энергия, которую получает сообщество (биогеоценоз, экосистема) и которая усваивается продуцентами, вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. Порядков, а затем редуцентам, с падением потока на каждом из трофических уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам и консументам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (не более 0,24%), говорить о "круговороте энергии" нельзя. | ??? |
| Закон последовательности прохождения фаз развития Фазы развития природной системы могут следовать лишь в эволюционно закрепленном (историческом, экологическом обусловленном) порядке, обычно от относительно простого к сложному, как правило, без выпадения промежуточных этапов (но, возможно, с очень убыстренным их прохождением или эволюционно закрепленным выпадением). Например, метаморфоз насекомых с полным превращением может идти лишь в направлении яйцо - личинка - куколка - взрослое насекомое, без выпадения или смены последовательности любой из фаз. Этот закон - логическое следствие диалектической историчности природы: ничто не может индивидуально сначала умереть, а потом лишь родиться или пройти развитие от старости к молодости. Его следует особенно четко осознавать при рассмотрении экологических процессов типа сукцессии. | ТС имеет определенные этапы своего развития Идея, моделирование, разработка и испытание опытного образца, проектирование серийного образца и технологии его производства, производство серийного образца, разработка образца массового изготовления и технологии его производства, реализация (продажа) образца, эксплуатация образца, снятие с выпуска, утилизация. |
| Закон Северцова Закон смены фаз эволюции Правило чередования главных направлений Существует закономерная смена фаз эволюционного процесса, характерная для всех групп организмов, а именно: ароморфозыи аллогенезывзаимосвязаны — после арогенных преобразований (крупных эволюционных перестроек) и выхода в новую адаптивную зону начинаются интенсивная аллогенная эволюция (период частых приспособлений), означающая освоение новой среды, и дифференциация материнского таксона на множество дочерних. Биологическийпрогресс Биологическое процветание таксона — повышение численности особей, расширение ареала, увеличение количества дочерних таксономия, единиц и др. Биологическийрегресс Преобразование видов и выработка у них новых приспособлений | Переход количественных изменений в качественные Создание принципиально новой технической системы. Внедрение этой ТС. Создание инфраструктуры для этой ТС. Распространение ТС. Количество данного вида ТС увеличивается в продаже и применении. Данный вид ТС приспосабливают к новым условиям. Появление принципиально новой технической системы. |
| Закон увеличения размеров организмов филогенетического Правило Деперэ. Закон филогенетического роста. По мере хода геологического времени выживающие формы увеличивают свои размеры (а, следовательно, вес) и затем вымирают Рассматриваемый закон не универсален и справедлив лишь для некоторых систематических ветвей. Часто особи видов, наоборот, эволюционно мельчают, компенсируя потери энергии при непаразитическом образе жизни высокой активностью в поисках корма. | ??? |
| Закон физико-химического единства живого вещества Живое вещество физико-химически едино. При всей разнокачественности живых организмов они настолько физико-химически сходны, что вредное для одних из них не может быть абсолютно безразлично для др. (может быть лишь различная степень выносливости к рассматриваемому агенту). | Единство частей технической системы При всей разнообразности технических систем, отдельные части, вещества или поля, могут быть полезны для других. Идеи и технологии их одних областей техники могут быть перенесены на другие. |
| Закон чистоты гамет Менделя Гамета диплоидного гибрида (аа) может нести лишь один из двух аллелей данного гена (а или а), привнесенных при оплодотворении разными родителями (аа и АА), т.е. гамета не может быть гибридной, поскольку она несет аллель одного из родителей в чистом виде, в котором он был привнесен гаметой этого родителя в гибридную зиготу. Это закон не смешивания каждой пары в гаметах гибридного организма. В его основе лежит цитологический механизм мейоза. | ??? |
| Закон экологической корреляции В экосистеме все входящие в нее виды функционально соответствуют друг другу, и уничтожение одного вида или их группы всегда в конечном итоге ведет к исчезновению взаимосвязанных др. Видов живого. При полном истреблении или вымирании вида он никогда не исчезает один, но всегда вместе с взаимосвязанными формами. | Системность В техносфере одни виды ТС тесно связаны и функционально соответствуют другим. Уничтожение одного вида приводит к исчезновению взаимосвязанных других. |
| Закон Амбера Исчезнувшие в процессе эволюции признаки филогенетически не восстановимы. | ??? |
| Законы Бауэра Принципы общебиологические Бауэра. 1) развитие биологических систем есть результат увеличения эффекта внешней работы биосистемы (воздействия организма на среду) в ответ на полученную из внешней среды единицу энергии (стимул); для этого биосистемы, в отличие от систем неживой природы, должны обладать свойством постоянно поддерживать свою структуру вне зависимости от внешней среды; 2) поскольку живые системы постоянно совершают работу и разрушаются, то они должны одновременно и самовосстанавливаться, черпая из окружающей среды необходимые материалы, энергию и информацию; благодаря процессу самовосстановления биосистемы сохраняют по отношению к среде обитания антиэнтропийное состояние. | Принципы адаптации и самовосстановления Принцип адаптации ТС постоянно взаимодействует с внешней средой (в том числе и надсистемой), воздействуя на нее и внешняя среда воздействует на ТС. Техническая система должна изменять свои параметры и структуру так, чтобы быть не зависимой от внешней среды Принцип самовосстановления ТС постоянно совершает работу и разрушаются, поэтому она должна самовостанавливаться, черпая из окружающей среды необходимые материалы, энергию и информацию. |
| Биогеохимические принципыВернадского 1) биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению; 2) эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы. | ??? |
| Закон анатомической корреляции Закон Кювье Специализация отдельного органа какого-либо животного организма к определенному o6paзy жизни вызывает соответствующие модификации других органов того же организма, что позволяет ему более успешно выполнять определенные функции. | Системность и специализация Изменение или специализация одной части ТС к определенным условиям требует согласования или модификации других частей для повышения эффективности системы. |
| Закон вертикальнойзональности Вертикальная зональность растительности. Смена зон растительности, связанная с изменением климата и почв в зависимости от высоты над уровнем моря. Так, в аридных зонах пустынная растительность при подъеме в горы последовательно сменяется зонами (поясами) степей, лесов, субальпийских и альпийских лугов, высокогорных тундр и вечных снегов. | Специализация Создание специализированных технических систем для разных потребителей Учет различных особенностей: национальной, территориальной, возрастной, образовательной, тематической, эстетической и т.п. |
| Закон зональности Закономерность строения геосферы, проявляющаяся в упорядоченном расположении географических зон на суше и географических поясов в океане. | Создание специализированных технических систем для разных потребителей. Учет различных особенностей: национальной, территориальной, возрастной, образовательной, тематической, эстетической и т.п. |
| Закон природнойзональности Закономерное распределение растений и животных на земной поверхности в зависимости от температуры. Обобщение влияния широтной и вертикальной зональности на весь природный комплекс, включающий климатические факторы, почву, растения и животных. | Создание специализированных технических систем для разных потребителей. Учет различных особенностей: национальной, территориальной, возрастной, образовательной, тематической, эстетической и т.п. |
| Закон необратимости взаимодействия человек — биосфера Часть возобновимых природных ресурсов (животных, растительных) может стать исчерпаемой, невозобновляемой, если человек при нерациональных сельскохозяйственных, гидротехнических, промышленных и др. мероприятиях сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство. | Системность. Влияние человека и технических систем на природу. |
| Законобратной связи взаимодействия человек — биосфера Любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, “возвращается” и имеет нежелательные последствия, влияющие на экономику, социальную жизнь и здоровье людей. | Системность. Влияние человека и технических систем на природу. |
| Закон обратимости биосферы Биосфера после прекращения воздействия на ее компоненты антропогенных факторов обязательно стремится завоевать “утраченные позиции”, т. е. сохранить (восстановить) свое экологическое равновесие и устойчивость. | Системность. Влияние человека и технических систем на природу. |
| Законноосферы Вернадского Превращение биосферы, согласно которому на современном уровне развития человеческой цивилизации она неизбежно превращается в ноосферу, т. е. в сферу, где разум человека играет важнейшую роль в развитии природы. | Системность. Влияние человека и технических систем на природу. |
| Закон обеднения разнородного живого вещества в островных его сгущениях Индивидуальная система, работающая в среде с уровнем организации более низким, чем уровень общей системы, обречена на вымирание. Таким образом, постепенно теряя свою структуру, система через некоторое время растворится в окружающей среде. | Закон соответствия Техническая система должна работать в среде соответствующей ее уровню. Необходимо согласование уровней системы и среды. В более низкой или более высокой по уровню среде система может не работать или работать не эффективно. |
| Закон ограниченногороста Дарвина Не существует ни одного исключения из правила, по которому любое органическое существо естественно размножается в столь быстрой прогрессии, что, не подвергайся оно истреблению, потомство одной пары очень скоро заполнило бы весь земной шар. | Закон конкуренции Без конкуренции (монополизм) все ниши заполняет один вид ТС. |
| ДАВЛЕНИЕ СРЕДЫ, совокупность условий среды, играющих лимитирующую (неблагоприятную) или стимулирующую (благоприятную) роль (напр., на рождаемость, смертность, численность и плотность популяции, продуктивность экосистем). Д. с. всегда действует в сторону установления определенного состояния равновесия между различными компонентами экосистем. | |
| Закон убывающего плодородияпочв 1) естественный закон снижения плодородия почвенного покрова после каждого изъятия урожая и (дополнительно) нарушения процессов почвообразования на культивируемых землях. Потери плодородия почвы восполняются частично самой почвой, внесением удобрений, соблюдением надлежащих агротехнических правил при ее обработке; 2) природные ресурсы не могут удовлетворить потребности возрастающего народонаселения, плодородие почвы убывает пропорционально росту народонаселения. | |
| Закон предельной урожайности Повышение урожайности имеет тенденцию к замедлению по мере того, как необоснованно растет количество вносимого удобрения. | |
| Закон фазовыхреакций Малые концентрации токсиканта действуют на организм в направлении усиления его функции (стимуляция), более высокие — в направлении угнетения (ингибирование), еще более высокие приводят к смерти организма. | |
| ЗаконМайра Чем больше клин встречается в данной области, тем менее вероятно возникновение нового вида. | |
| Закон Бауэра—Вернадского Выражает сущность организации и эволюции живого вещества. Данный закон может быть связан с принципом дополнительности Н. Бора, если последний рассматривать как характеристику самой объективной реальности — взаимодействие двух материальных систем (живое вещество и косное) в единстве и противоположности. | Организация и эволюция ТС |
| Биогеоценоз Совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий, растительности, животного мира и мира микроорганизмов), имеющая свою, особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы, представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии. Часто используется как синоним экосистемы, однако эти понятия не всегда совпадают, хотя в обоих случаях это взаимодействие совокупности сообщества живых организмов (биоценоза) и среды (биотопа). Б. — экосистема, границы которой определены фитоценозами. Иногда Б. рассматривается как частный случай, определенный (элементарный) ранг экосистемы. Совокупность Б. земного шара составляет биогеоценотический покров Земли. | Системность Единство и борьба противоположностей. |
| Закон генетического разнообразия Все живое генетически разнообразно и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности. | Разнообразие технических систем Технические системы должны быть разнообразны, чтобы удовлетворять растущие потребности человека. (Закон возрастания потребностей). |
| Биологическое разнообразие Вариабельность живых организмов из всех источников, включая, наземные, морские и иные водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются. Биологическое разнообразие включает в себя разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие экосистем. | Разнообразие технических систем Технические системы должны быть разнообразны, чтобы удовлетворять растущие потребности человека. (Закон возрастания потребностей). |
| Генетические ресурсы Наследственная генетическая информация, заключенная в генетическом коде живых существ. | |
| Закон генетического разнообразия Все живое генетически разнообразно и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности. | Разнообразие технических систем Технические системы должны быть разнообразны, чтобы удовлетворять растущие потребности человека. Имеется тенденция к увеличению разнородности ТС. (Закон возрастания потребностей). |
| Сохранение "Ex situ" Сохранение компонентов биологического разнообразия вне их естественных мест обитания, в питомниках, зоопарках и т.д. | Сохранение разнообразия ТС. |
| Сохранение "In situ" Сохранение компонентов биологического разнообразия: - в их естественной среде обитания; или - применительно к одомашненным или культивируемым видам - в той среде, в которой они приобрели свои отличительные признаки. | Сохранение разнообразия ТС. |
| Устойчивое использование Использование компонентов биологического разнообразия, таким образом, и такими темпами, которые не приводят в долгосрочной перспективе к истощению биологического разнообразия. | Сохранение разнообразия ТС. |
| Экологическое разнообразие Соотношение между числом видов и численностью особей одного вида в экосистеме. Экологическое разнообразие подчиняется принципам Тинемана. | |
| Альфа-разнообразие Характеристика разнообразия внутри местообитания или внутри сообщества на видовом уровне. | |
| Бета-разнообразие Показатель, измеряющий степень дифференцированности видов по градиентам местообитаний. | |
| Гамма-разнообразие Показатель разнообразия на территориальном уровне, объединяющий альфа- и бета-разнообразие. | |
| Видовое богатство Видовое богатство - характеристика сообщества, определяемая относительным или абсолютным числом видов. | |
| Видовое разнообразие Видовое разнообразие - многообразие (число) видов в биоценозе определенной экосистемы. | |
| Индекс видового разнообразия Индекс видового разнообразия - соотношение между числом видов и показателем значимости: численностью, биомассой или продуктивностью. |
Система законов развития техники
|
|
|
|
|
|
Систему законов автор разделил на три группы:
– жизнеспособность новой системы (законы организации),
– эффективность,
– эволюция.
Законы организации
Законы организации технических систем определяют их жизнеспособность. Они необходимы при построении новой жизнеспособной системы.
Организация технических систем (ТС) – системность
Принципы организации
Техническая система – это единство вещества, энергии и организации.
Процесс взаимодействия технических систем – это обмен веществом, энергией и информацией. В способах обмена информацией заключаются их особенности.
При взаимодействии систем специфичность обмена информацией обусловлена особенностями организации взаимодействия между системами или их частями. Более организованная техническая система способна извлечь больше информации из окружения и больше дать.
Уровень организации в принципе возможно оценить количественно. Об уровне организации технической системы можно судить по количеству и качеству потребляемой и выдаваемой (перерабатываемой) информации.
Структура технической системы представляет собой организацию компонентов (веществ) и связей между ними.
Организация структуры
Техническая система имеет иерархическую структуру, состоящую из уровней подсистем и надсистем.
Структура технической системы должна быть организована так, чтобы при взаимодействии компонентов отбиралась и выделялась только та информация, которая необходима.
Информационная ценность технической системы или процессов зависит не от количества заключенной в ней информации, а от способов и методов использования этой информации. Эти функции выполняет система управления.
Техническая система характеризуется:
- наличием необходимого количества и качества компонентов;
- наличием энергии (источника и преобразователя энергии);
- организацией связей между компонентами;
- системной организацией, обеспечивающей определенную структуру, устойчивость и жизнеспособность;
- обеспечением управления технической системой,путем сбора, обработки и передачи информации.
Общие принципы
Незаменимость фундаментальных факторов
Отсутствие в технической системе фундаментальных факторов (например, энергии: электричества, топлива и т.п.; необходимых веществ) не может быть заменено (компенсировано) другими факторами.
Неоднозначность действия (фактора на разные функции)
Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции технической системы, оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других.
Лимитирующие (ограничивающие) факторы
Факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, т. е. наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существования технической системы в данных условиях, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий.
Требования к компонентам
К компонентам технических систем предъявляются требования по их количественному и качественному составу.
Количество компонентовопределяется составом выполнения необходимых функций.
Качество компонентов определяется функционированием и толерантностью.
Функционирование определяется:
§ выполнением необходимых функций;
§ образовыванием связей;
§ отзывчивостью на управляющее воздействие, т.е. восприятие его и выполнение.
Толерантность определяется выносливостью компонентов к факторам воздействия.
Требования к энергии
Работа технической системы определяется уровнем ее энергообеспечения. При потере или превышении энергии (на 10%?) система теряет свою эффективность, перестает работать или портится. (Не уточнены проценты, при которых система становится неэффективной, когда перестает работать и когда ломается!!!)
Требования к организации
Техническая система должна быть организована так, чтобы обладать системными свойствами, т.е. организация должна быть системной, определяемая системностью.
Для обеспечения работоспособности система должна обладать необходимой избыточностью.
