Коллектив авторов - Инновационная сложность
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]
Рис. 4. Схематическое представление «корнельской наноточки» (Cornell Dot), в которую входит несколько молекул флуоресцентного родамина, окрашенного и включенного в центр капсулы. Окраска может изменяться в совокупности с кремнием, показанным слева в капсуле[350]
Таким образом, в системотехнике происходит возрастание сложности технических систем не только на уровне описания, но и в реальной технической практике.
С одной стороны, сложность технической системы связана с ее превращением сначала в человеко-машинную, а затем в социотехническую систему. В этом случае при их исследовании и проектировании становится необходимым учитывать внешние по отношению к технической системе факторы – социальную и природную среду. Деятельность использования и деятельность создания и совершенствования таких систем становятся неразрывно связанными с самими этими системами. Наиболее ярко эта тенденция проявляется в сфере социально-инженерных разработок. Проектирование не прекращается тогда, когда система уже создана, а поскольку система может устареть еще до того, как она создана, в проекте должны быть предусмотрены ее возможные будущие модификации. В проекте сложной человеко-машинной системы невозможно заранее учесть все параметры и особенности ее функционирования (можно лишь предсказать их с определенной степенью вероятности), поэтому в современной инженерной деятельности становится необходимой особая деятельность внедрения. Эта деятельность направлена на корректировку проектных решений в процессе отладки системы и в соответствии с изменениями социальных, природных, экономических, технических и т. п. условий, поскольку окружающая среда включается в проектируемую систему в качестве особого элемента. Продукт социотехнической деятельности – сложную систему – нельзя пощупать как штучное изделие – продукт традиционной инженерной деятельности. Однако это не значит, что он не существует реально. Он принадлежит к иным – социальным и психологическим реалиям, не регистрируемым с точки зрения традиционной инженерной позиции, основывающейся лишь на естественнонаучных знаниях и представлениях. «Социальные компоненты социотехнических систем не только нельзя игнорировать, но их необходимо учитывать в первую очередь. Для этого требуется проведение особых исследований. Действительно сегодня уже недостаточно говорить лишь об оценке последствий встраивания готовых технических систем в социальную среду. Социальные и технические компоненты социотехнических систем становятся объектом системного проектирования. Вероятно, правильнее даже говорить об социоэкологически-технических системах, поскольку экологическая проблематика в плане применения сложных технических систем приобретает с течением времени все большее значение»[351].
С другой стороны, глубина анализа и синтеза технических систем в наносистемотехнике простирается вплоть до уровня атомарных и квантовомеханических процессов при плавном переходе от макро к микро и нано подсистемам. «Область микросистем охватывает широкую сферу технологий и микроэлектроники, объединившую микромеханику, микроструйную технику и микрооптику с целью фабрикации сложных, многофункциональных интегральных микросистем»[352]. Наносистемотехника, как и макросистемотехника, включает в себя системное исследование и системное проектирование наносистем и с самого своего зарождения направлена не только на исследование, но и на реструктурирование материи.
Переход на наноуровень, его срединное положение между макро– и микропроцессами, порождает и новые проблемы, ранее неизвестные в классической электронике и требующие обращения за их разъяснением к неклассической физике. Созданный учеными Токийского технологического института «наноамперметр» для обнаружения единичного электрона, с одной стороны, аналогичен классическому амперметру, а с другой – сталкивается с иными закономерностями микромира. Этот прибор, по мнению его создателей, поможет «глубже изучить транспорт электронов в биологических наноструктурах» и пригодится в наноэлектронике. Интересно, что он может одновременно следить за отдельным электроном (что относится к сфере микрофизики и микроэлектроники) и в определенных пределах «измерять с высокой точностью протекающий через него ток». А это уже уровень классической физики и классическойй теории электрических цепей[353]. Отдельные молекулы или атомы могут образовывать кластеры, которые являются переходной единицей между макро– и наносистемами. Причем при определенных условиях кластер начинает вести себя как объемное вещество: «разные физические свойства кластеров достигают значений, характерных для объемных материалов при разных размерах кластера. Размеры кластера, при которых происходит переход к поведению объемного материала, оказывается зависящим от измеряемой характеристики»[354].
Заключительные замечания: эволюция сложности в условиях роста технологических рисковУвеличение сложности технических систем влечет за собой рост рисков техногенных катастроф, а попытка преодоления этих рисков в свою очередь ведет к усложнению технических систем. «Уязвимость нашей техногенной цивилизации, повсеместно окружающих и включающих нас сложных технических систем становится все более очевидной… к таким системам относятся не только чисто технические системы. Речь идет фактически о социотехнических системах. К ним относятся, например, и различные инфраструктуры, разнообразные сетевые взаимосвязи, в которые мы включены вместе с самыми современными техническими устройствами и промышленными процессами, производящими эти устройства и поддерживающими их функционирование и использование. Именно сегодня, как никогда раньше, эти системы стали весьма уязвимыми. Естественно, что с целью уменьшения этой уязвимости, общество пытается уменьшить технологические риски всякого рода неполадок, ошибок, несчастных случаев, избежать техногенных катастроф. Для этого, например, сооружают многоступенчатые системы защиты и предохранительные устройства, как это имеет место, например, в энергетике. Но это, в свою очередь, еще больше усложняет как сами эти системы, так и возможность контроля и управления ими. Несмотря на все эти меры, можно констатировать, что проблематика технологических рисков, вопросы ответственности и безопасности сложных систем не только не снимаются с повестки дня, но становятся еще более актуальными и обсуждаемыми, чем это можно было бы себе представить пару десятилетий назад»[355]. В то же время стало ясно, что управление рисками, т. е. обращение с ними в современном обществе, и знания, на которых основываются решения по поводу технологических рисков, всегда остаются спорными, а изначальное стремление сделать их научно точно калькулируемыми является иллюзией.
