Системность мышления вытекает из системности мира. Современные научные данные позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем, находящихся в развитии, на разных уровнях системной иерархии [1].
Однако, несмотря на врожденную системность мышления человека и системность мира, системные представления в науке и технике получили развитие, в основном, в XX веке. Одной из предпосылок развития системного подхода в современной науке является бурный рост количества информации. Преодоление противоречия между ростом количества информации и ограниченными возможностями ее усвоения может быть достигнуто с помощью системной реорганизации знания [2].
Аналогично и в технике необходимость использования системного подхода, системных исследований связана с непрерывным усложнением техники и соответственным ростом количества информации, которую необходимо перерабатывать для обеспечения дальнейшего технического прогресса. О степени этого усложнения можно судить на основе краткого обзора эволюции орудий труда.
Качественный анализ истории развития техники позволяет выделить следующие этапы этого развития.
Первым этапом, очевидно, является использование человеком для облегчения своего труда простейших приспособлений - таких, как палки, камни, топоры, ножи, копья и т.д. Несмотря на примитивность этих орудий и выполняемых ими функций, во взаимоотношениях человека с ними, по существу, уже была заложена программа их дальнейшего развития. Ведь больше шансов для выживания было у тех, кто обладал лучшими орудиями.
Вторым этапом развития орудий труда принято считать изобретение человеком механизмов. Механизмы обладали значительно более широкими функциями, поскольку они были уже способны выполнять отдельные операции созидательного процесса. Новым, по сравнению с первым этапом, было то, что с их помощью появилась возможность трансформировать физические усилия человека. Примерами таких механизмов являются рычаг, ворот и т.д.
Третий этап развития техники характеризуется созданием качественно нового вида орудий труда - машин. Машиной называется комплекс механизмов, предназначенный для выполнения заданной работы.
По назначению машины подразделяются на преобразователи энергии - двигатели, преобразователи движения - передаточные механизмы, рабочие машины. Машины, как вид орудий труда, явились чрезвычайно важным фактором в эволюции системы: человек - орудия труда. Их качественные показатели обусловили бурный рост производительности труда и эффективности функционирования этой системы в целом.
Дальнейшее усовершенствование конструкции машин, расширение и усложнение их функций позволили комбинировать из них системы, способные перерабатывать сырье по полному циклу - до получения готового продукта.
Таким образом, четвертый этап развития техники характеризуется созданием систем машин, что позволило еще более повысить производительность труда, интенсифицировать процесс производства.
На этом этапе развития орудий труда особенно усложняются функции людей, управляющих такими системами. Следствием этого стало появление устройств, позволяющих автоматически поддерживать заданные параметры отдельных операций, осуществляемых машинами, изменяющих, таким образом, характер управляющих функций человека.
Следовательно, пятый этап развития техники характеризуется формированием новой совокупности орудий труда - автоматических систем машин.
Шестой этап характеризуется широким внедрением ЭВМ в технологию, управление и планирование производства, т.е. является этапом кибернетизации.
Следует заметить, что приведенное деление процесса эволюции техники на этапы незначительно отличается от периодизации, принятой в истории техники, гае в основу периодизации положен, прежде всего, основной вид используемых энергетических ресурсов, Однако для анализа последовательного усложнения техники принятая здесь периодизация ее эволюции удобна.
Г.Н. Поворов, А.И. Половинкин [3], Б.С. Флейшман [4] попытались ввести перечисленные выше этапы в хронологические рамки, дать количественную оценку сложности технических объектов и прогнозировать появление новых классов систем в будущем.
Обобщенные результаты их исследований приведены в табл.6.1, в которой использована для оценки сложности так называемая теоретико-множественная концепция [1], т.е. сложность системы определяется количеством входящих в эту систему элементов.
По мнения А.И. Половинкина [3], кроме количества входящих в систему элементов необходимо учитывать также трудоемкость их изготовления, ремонта и т.д., то есть наряду со сложностью системы в целом, учитывать сложность составляющих ее элементов.
Таблица 6.1
Эволюция сложности технических и естественных объектов и систем
| Этап | Уровень сложности | Вербальная характеристика | Приблиз кол-во классов ТО | Среднее число элементов (деталей) | Время возник-новения | Примеры технических объектов и систем | Примеры естест-венных объектов |
| 1. | Простые предметы | Одноэлементные орудия | 5 20 | 1 | 2600 - 100 тыс. лет назад 40-19 тыс. лет до н.э. | Галечные орудия, рубило | Речная галька |
| 1а. | Сложные предметы | Составные орудия из жестко соединенных деталей | 50 | 10 | 15-10 тысячелетие до н.э. | Вкладышевые орудия, ткани | Паутина |
| 1б. | Превращающиеся предметы | Предметы, меняющие физические свойства при термическом и др. воздействии | 1 | 7 тысячелетие до н.э. | Обожженная керамическая посуда | Горная смола | |
| 2. | Простые системы элементов | Механизмы | 100 | 10-100 | 1000 лет назад | Ворот | |
| 3. | Простые системы механизмов | Машины и устройства с детерминированным взаимодействием элементов | 10-103 | XV XIX в. в. | Станки и др. машины | Скелеты высших животных | |
| 4. | Простые системы машин | Системы, обеспечивающие полный цикл переработки сырья | 50000 | 104 | ХХ в. | Станки "Обрабатывающий центр" | |
| 5. | Автоматические системы | Системы, однозначно реагирующие на ограниченный набор внешних воздействий. Внутренняя организация приспособлена к переходу в равновесное состояние при выводе из него. | 104-105 | ХХ в. | Атомные часы | Солнечная система | |
| 6а. | Сложные системы | Системы с массовым случайным взаимодействием элементов. | 104-107 | ХХ в. | Автоматическая телефонная станция | ||
| 6б. | Сложные решающие системы | Системы, имеющие постоянные критерии различения сигналов и постоянные реакции на широкие классы внешних воздействий. | 104-109 | середина ХХ в. | Радар, МЭСМ (6000 ламп) - 1951 г. | Аппарат зрения | |
| 6в. | Самоорганизующиеся, превращающиеся сложные системы | Системы, имеющие гибкие критерии различения сигналов и гибкие реакции на внешние воздействия, приспосабливающиеся к заранее неизвестным сигналам. | 104-1010 | Конец ХХ в. | Кибернетические устройства на основе микроэлектроники (106 элементов на одном чипе, в 2000 г. - 109 элементов) или 1011 в ЭВМ | Простейшие организмы | |
| 6г. | Самоорганизующиеся предвидящие сложные системы | Системы, способные к росту, развитию. Сложность их поведения начинает превосходить сложность воздействия на них индифферентного внешнего мира. | 108-1030 | Человек | |||
| 7. | Парадоксальные системы (перевоплощающиеся) | Системы столь обширные и сложные, что они способны управлять -пространством и временем, изменять космические формы своего бытия. | 1030-10200 |
Логику подобных предложений нетрудно понять при взгляде на табл.6.1. Так, превращающиеся одноэлементные предметы, в частности, обожженная керамическая посуда, появились в более поздний исторический период и, по-видимому, были технологически более сложными, чем сложные многоэлементные предметы.
Помимо технологической сложности теоретико-множественная концепция не учитывает и функциональную сложность систем, которая, например, в химической аппаратуре и биологических объектах, в отличие от механических систем, является определяющей.
В качестве иллюстрации в табл.6.2 приведено количество деталей в некоторых видах химической аппаратуры.
При оценке сложности приведенных в табл.6.2 аппаратов на основе теоретико-множественной концепции получится, что контактные аппараты менее сложны, чем теплообменники. Однако функционально дело обстоит наоборот.
Помимо процессов теплообмена, свойственных как теплообменным, так и контактным аппаратам, в последних одновременно протекают процессы массообмена (диффузия реагентов к поверхности катализатора, абсорбция на ней, десорбция продуктов реакции, их диффузия от катализатора) и собственно химические превращения.
Таблица 6.2
Сложность некоторых химических аппаратов
| Аппарат | Количество деталей |
| Мерник неупаренной пульпы производства аммофоса | 213 |
| Холодильник кожухотрубчатый ОСТ 26-291-78 | 480 |
| Теплообменник спиральный | 3577 |
| Теплообменник синтез-газа производства аммиака | 5233 |
| Абсорбционная башня производства нитрита натрия | 672 |
| Скоростной аммонизатор-испаритель | 500 |
| Контактный аппарат производства нитрита натрия | 543 |
| Контактный аппарат ВК-100-У-01 для поглощения сернистых соединений в производстве аммиака | 2500 |
По мнению А.К. Хазена [5], еще серьезнее выглядит проблема оценки сложности природных биологических объектов. Вот, что он пишет по этому поводу.