Инноватика

Глава 1. Системотехнические основы инноватики

− гомеостазиса, т.е. устойчивости, которую система при наличии внешних возмущающих факторов стремится поддерживать для самосохранения.

Сущность таких новых свойств создаваемых человеком систем можно пояснить путем описания жизненного цикла развития (онтогенеза) любой технологической (технической) системы, рис. 1.2.

F

развития технической системы после названной точки перегиба до стадии ее стагнации – C t, можно использовать S-образные кривые развития технической системы, которые характеризуют улучшение главных параметров технического уровня или качества (F). Такое математическое моделирование позволяет утверждать, что в точке перегиба S-образной закономерности при переходе от стадии интенсивного развития в стадию дефлирующего развития желательно приступать к началу научно-исследовательских работ по переходу к новой S-образной кривой развития, основанной на применении в анализируемой технической (технологической) системе нового принципа действия. Данное решение позволяет осуществить

15 От лат. deflare – сдувание, процесс характеризуемый уменьшением темпа роста.

21

Раздел 1. ИННОВАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

профилактические меры, которые не допускают переход технической системы в стадии стагнации – C t, последующей деградации – Дt и гибели – Гt.

Для описания заключительного этапа жизненного цикла – деградации и гибели системы – может быть использована математическая теория катастроф. Катастрофами в их математическом представлении принято называть скачкообразные изменения главного параметра системы F в ответ на плавные, малозаметные изменения критерия целевой функции или параметров функционирования. Примерами катастроф могут быть не только гибель кораблей из-за потери устойчивости, разрушение зданий при землетрясениях, но также банкротство предприятия из-за низкой конкурентоспособности производимой продукции или существенного уменьшения объемов ее производства и продаж.

Таким образом, воспользовавшись вытекающими из естественнонаучного закона онтогенеза S-образными кривыми развития технологических систем для разработки системотехнических принципов инноватики, можно осуществить проекцию их действия на проявление закона гомеостазиса (устойчивости) систем. Закон гомеостазиса формулирует граничные условия существования системы (целесообразного единства целостности, устойчивости состава и свойств, их динамического постоянства).

Закон гомеостазиса (устойчивости) можно сформулировать следующим образом: системы, эффективно мобилизующие свои ресурсы на поддержание равновесия или целенаправленного движения при возникновении внешних и внутренних возмущающих воздействий, – устойчивы. Способность системы оставаться в названной области значений параметров состояния нередко называют живучестью системы, а приспособляемость к изменениям во внешней среде на основе изменения структуры или функции системы называется адаптацией. Адаптация16 – это один из критериев самосохранения в случае потери устойчивости. Формами приспособления системы к изменению условий ее функционирования во внешней среде является развитие. Критерии адаптации развивающейся системы характеризуют не только ее приспособленность к изменению своей структуры или функционирования в изменяющихся

16 от лат. adaptatio – приспособление

22

Глава 1. Системотехнические основы инноватики

условиях, но также наличие резервов и ресурсов для таких перестроек. Такие резервы таят в себе:

−различные способы модификации систем в целях улучшения главных параметров конкурентоспособности, технического уровня или качества в рамках постоянного принципа действия такой системы;

−более прогрессивные принципы действия систем, которые основаны на новых физических, химических и других эффектах, их использование приводит к смене поколений техники и технологий,

технологических укладов и к другим масштабным инновациям. Модификация системы в рамках постоянного принципа

действия, как правило, вызывает ее продвижение вверх по S-образной кривой, а изменение принципа действия – смену S-образной кривой развития (рис. 1.3). Если такие изменения не выходят за пределы определенной «трубки траекторий», то мы вправе констатировать устойчивое развитие системы.

F

«трубка траекторий»

точки

потери

устойчивости

технической

системы

T

Рис. 1.3. Трубка траекторий устойчивого развития системы

23

Раздел 1. ИННОВАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Критерий устойчивости любой системы можно аналитически определить по Ляпунову17 следующим образом: «Если хотя бы одно движение системы (изменение ее параметров состояния – pi) с течением времени выходит за пределы некоторой окрестности Gk, то система неустойчива». В нашем случае окрестность Gk – это трубка траекторий, а параметры состояния (pi) – это векторы главной целевой функции развивающейся технической (технологической) системы F в виде параметров, например, ее технического уровня и качества.

Анализ изменения целевой функции технологической системы в границах «трубки траекторий», ее устойчивого развития характеризует волновую динамику ее роста (рис. 1.3). Этот факт очевиден в рамках общей теории систем (системотехники), т.е. при использовании научного метода дедукции, когда частные положения логически выводят из общих положений научных законов или принципов. Но явления волновой динамики в прошлом веке были совершенно неочевидными при использовании классической экономической теории в приложении к разработке специальной теории экономического роста, когда использовали научные методы индукции, т.е. основанные на умозаключениях выводы, которые следуют от единичных случаев к общему выводу, от отдельных фактов – к обобщениям.

Рассмотренные выше научные законы позволяют объяснить многие актуальные приложения инноватики для развития систем различного иерархического уровня:

−государства – средствами его научной, технологической или инновационной политики;

−экономики – для этого в различных государствах активно разрабатывают так называемую инновационную экономику, которая пришла на смену неоклассической рыночной экономике;

−техники и технологий – в этом плане широкое применение

находят высокие и принципиально новые – критические18

17Справочник по теории автоматического управления / под ред. А.А. Красовского. М.:

Наука, 1987. С. 94 – 98.

18В Германии их нередко называют «ключевыми», во Франции – « креативными», в России – «директивными» или «перспективными» и т.д.

24

Глава 1. Системотехнические основы инноватики

технологии, техника новых поколений, разрабатывают методы смены технологических укладов, создают методы организации и управления инновационными проектами;

−креативной педагогики – творческой педагогики19, которая на основе инновационных образовательных программ обеспечивает подготовку специалистов, способных создать технику и технологии новых поколений, обеспечивая тем самым конкурентоспособность государства, экономики, техники и технологии на любых рынках.

1.3.Концепции производственных функций

Смену технических систем20 (рис. 1.4) в границах рассмотренной на рис. 1.3 «трубки траекторий» и развитие технологий как любых средств преобразования материалов, энергии и информации для получения продукции или услуг, описывают с помощью различных математических моделей производственных функций.

а б Рис. 1.4. Схемы переходных процессов в системах управления:

19От англ. creative творческий; лат. creation создание.

20Технологических укладов, поколений техники, замены технологий, внедрения проектных, перспективных и директивных технологических процессов.

25

Раздел 1. ИННОВАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Производственная функция21,22 (production function) устанавливает зависимость между количеством применяемых ресурсов и максимально возможным объемом выпускаемой продукции в единицу времени, она обобщенно описывает всю совокупность технически эффективных способов производства (технологий). Ресурсы при этом рассматривают как аргументы, а валовой выпуск или валовой внутренний продукт – как целевую функцию. Если рассматривать производственную функцию в виде «черного ящика», то можно представить следующие две группы концепций23 математического моделирования производственных функций – эмпирические и системотехнические (рис. 1.5)

Математические модели производственных функций

а – эмпирические концепции; б – системотехнические концепции (Фj – входные переменные; Фi – факторы внешней среды;

Фq – параметры состояния)

21Производственные функции в анализе мировой экономики / Ю. Лукашин, Л. Рахлина // Мировая экономика и международные отношения. Б.м. 2004. №1. С. 17 – 27.

22Клейнер Г.Б. Производственные функции: теория, методы, применение. М.: Финансы и статистика, 1986. 239 с.

23Селиванов С.Г., Паньшина О.Ю. и др. Математические модели смены технологических укладов средствами критических технологий / Вестник УГАТУ. 2005. Т. 6. №2 (13).С. 91–101

26

Глава 1. Системотехнические основы инноватики

Эмпирические концепции производственных функций в инноватике в качестве ресурсов (факторов производства) на макроуровне наиболее часто рассматривают накопленный труд в форме производственных фондов (капитал) K и настоящий (живой) труд L, а в качестве результата – валовой выпуск X (либо валовой внутренний продукт Y, либо национальный доход N). Накопленный прошлый труд проявляется в основных и оборотных, производственных и непроизводственных фондах. Выбор состава фактора K определяется целью исследования, характером развития производственной и непроизводственной сфер в изучаемый период. Таким образом, можно любую отрасль или даже всю экономику страны исследовать с помощью математической модели в форме нелинейной производственной функции:

неоклассической, если она является гладкой и удовлетворяет следующим условиям:

1)F(0,L) = F(K,0) = 0, – при отсутствии одного из ресурсов производство невозможно;

2)∂F > 0, ∂F > 0 – с ростом ресурсов выпуск растет;

∂K ∂L

роста выпуска замедляется;

4) F(+∞,L) = F(K, +∞) = +∞ – при неограниченном увеличении одного из ресурсов выпуск неограниченно растет. Мультипликативную производственную функцию часто задают

где A – коэффициент нейтрального технического прогресса; α1, α2 – коэффициенты эластичности по труду и фондам

(α1 > 0, α2 > 0,).

Если α1 > α2, то имеет место трудосберегающий или интенсивный рост за счет улучшения использования основных производственных фондов, в противном случае – фондосберегающий, т.е. экстенсивный

27

Раздел 1. ИННОВАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

рост за счет увеличения затрат трудовых ресурсов. К частным случаям данной производственной функции относят:

1) производственную функцию Кобба-Дугласа, которая

учитывает только параметры состояния системы:

F (K , L)= A × K α1 × Lα2 ;

2) производственную функцию Терехова, она является разновидностью производственной функции Кобба-Дугласа, которая была представлена в численном виде только для России

F (K , L)=1,078× K 0,667 ×L0,33 .

Системотехнические концепции производственных функций в инноватике. Развитие методов математического моделирования производственных функций привело к необходимости учета не только труда (L) и капитала (K), но и других – входных переменных (инвестиций, т.е. капиталовложений, и притока рабочей силы), факторов внешней среды (социальных, политических, природноклиматических и др.) и параметров состояния производственной системы (рис. 1.5). При этом научно-технический прогресс (НТП), обеспечивающий прирост выпуска продукции на основе инновационной деятельности в системотехнических концепциях производственных функций рассматривается по всем группам факторов входных переменных, внешней среды и состояния системы. Результативность научно-технического прогресса проявляется в росте эффективности ресурсов. Обобщенно такие математические модели производственных функций представлены на рис. 1.6.

Математические модели производственных функций, учитывающие факторы внешней среды, рассматривают, например, социально-политическое и географическое положение страны, состояние природных ресурсов. Исследованиями данного типа производственных функций занимаются социологи, политологи, специалисты по экономической географии и другие ученые. Математические модели производственных функций, которые учитывают входные переменные и параметры состояния, мы рассмотрим более подробно в следующем параграфе.

28

Глава 1. Системотехнические основы инноватики

Математические модели производственных функций

эмпирические концепции

Фi≠0

К, L, …

Х

Фj≠0

Фq ( K, L, …) ≠0

Рис. 1.6. Классификация математических моделей производственных функций, построенных по системотехнической концепции

1.4. Математические модели производственных функций

Математические модели производственных функций, учитывающие входные переменные и переменные состояния производственной системы, часто включают факторы научнотехнического прогресса (НТП) (рис. 1.7). В математических моделях под научно-техническим прогрессом обычно понимают совокупность всех явлений, которые приводят к увеличению количества продукции без роста объемов используемых ресурсов. На рис. 1.7 представлены эндогенный и экзогенный научно-технический прогресс.

29

Раздел 1. ИННОВАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Рис. 1.7. Математические модели, которые учитывают научно-технический прогресс

Экзогенный (автономный) прогресс заключается в том, что технологические изменения не обусловлены моделью производственных функций, а только учитываются ею. Параметры модели описывают как заданное извне повышение эффективности использования основных фондов или повышение квалификации рабочей силы. К данному типу моделей производственных функций относят:

−Модель Хикса, в которой научно-технический прогресс учитывают как функцию времени и не связывают

непосредственно ни с капиталом, ни с трудом (нейтральный НТП). Она имеет вид Х = А(t) f (K, L) = AejtKαLβ, где А(t) = Aejt –

функция, отражающая влияние научно-технического прогресса на эффективность факторов, А – коэффициент, характеризующий эффективность производства; α, β – коэффициенты эластичности производства по K и L соответственно, которые отражают роль каждого фактора производства в приросте конечного продукта.

−Модель Р. Солоу, согласно которой эффективность использования трудовых ресурсов растет с течением времени, а эффективность использования капитала остается неизменной (трудосберегающий научно-технический прогресс). Данная модель производственной функции имеет вид Х = f (K , L, ε) , где

30