Крупномасштабное внедрение техники дало основу индустрии, что привело предприятия к их современному виду, где количество единиц техники практически бесконечно. Крупное промышленное предприятие имеет в своем составе сложное электрическое хозяйство, которое можно охарактеризовать следующими цифрами: максимум нагрузки достигает десятков МВт, количество установленных двигателей — тысячи штук, сотни силовых трансформаторов, сотни километров кабеля, десятки тысяч километров провода, тысячи низковольтных аппаратов, сотни счетчиков, численность электротехнического персонала – 100 — 200 человек. Значительную часть (до 70% нагрузки) составляют электроприемники напряжением ниже 1 кВ, подключаемые к цеховым трансформаторам 6 — 10/(0,4 — 0,23) кВ.

Это электрохозяйство является системой нового типа, где свойства электрической системы не вытекают из совокупности свойств ее отдельных элементов. Подобные системы такой сложности рассматриваются в других направлениях науки как ценозы (биоценозы, социоценозы, бизнесценозы).

В 1877 г. при исследовании свойств отдельных особей и совокупностей живых организмов Клаус Фердинанд Мебиус ввел понятие «ценоз». Биоценоз – совокупность живых организмов, обитающих на определенном участке, где условия внешней среды определяют его видовой состав.

Информационное (постиндустриальное) общество определяется самоорганизацией изделий, что идентифицируется как образование ими своеобразных сообществ – технических ценозов. Термин «техноценоз» и ценологический подход к исследованию сложных технических систем предложены замечательным ученым Б.И. Кудриным [1]. В его теории имеется четкая аналогия между развитием техники и живой природы (табл.1). Он обосновал использование модели H-распределения для математического описания видового и рангового распределения.

Законы развития техники, включающей отдельные элементы, и живой природы, состоящей из отдельных особей, имеют много общего (табл.2) [2]. Поэтому представляется возможным описывать сложные электрические системы на основе ценологических понятий.

Основу научных исследований Б.И.Кудрина, ведущихся с 1971 г. и концептуально завершённых в области электрики к 1976 г., а философии – к 1996 г., составил опыт проектирования и строительства крупных заводов и их хозяйств, цехов; отдельных комплексов, зданий, сооружений и сетей. Сами ценологические свойства цехов (предприятий) и городов (квартир) стали проявляться в нашей стране в 50-е годы и были замечены Б.И.Кудриным в 70-е годы [3].

Таблица 1

Основные термины описания параллелизма био- и техноэволюции

Таблица 2

Исследование технических систем предполагает адекватный математический аппарат для выделенной целостности – технического ценоза и для каждого из фрагментов созданного человеком материального и идеального миров.

Применительно к промышленным предприятиям, как правило, определяют связь между количеством видов продукции и электропотреблением.

где - электропотребление особи с рангом r, W1 - электропотребление особи с рангом r = 1 (максимальное электропотребление); r - ранг, b - ранговый коэффициент, характеризующий форму кривой распределения.

Теория предполагает существование некоторого идеального распределения элементов техноценоза, причем стабильность системы характеризуется значением рангового коэффициента, находящегося в пределах от 0,5 до 1,5. Эти данные были получены Б.И. Кудриным и его учениками эмпирически.

В работах В.И. Гнатюка предполагается, что оптимальным является такой техноценоз, который по своим функциональным показателям характеризуется максимальной энтропией и обеспечивает выполнение поставленных задач, т.е. идеальное выполнение своего функционального назначения [4,5].

Функциональное выполнение своего назначения и понятие идеальная техническая система уже нашли свое применение в электроэнергетике [6]

Поясним существование идеальной технической системы с точки зрения гармонии. В технике существует понятие «Золотое сечение» – деление отрезка на две части, при котором длина отрезка так относится к большей части, как большая часть относится к меньшей. Это определение предложено Леонардо да Винчи в XV веке.

Платон (427-347 гг. до н.э.) приводит определение гармонического деления – одно из древнейших, дошедших до наших дней. Для соединения двух частей с третьей совершенным образом необходима пропорция, которая бы скрепила их в единое целое. При этом одна часть целого должна относиться к другой, как целое к большей части.

Будем считать, что гармония и идеальное распределение ценоза как системы, выполняющей свое функциональное назначение, подчиняются «Золотому сечению», а понятие «Золотое сечение» неразрывно связано с числами Фибоначчи.

В 1202 г. итальянским купцом и математиком из Пизы Леонардо Фибоначчи была написана «Книга об абаке», в которой помещена задача про кроликов. Решая эту задачу, Фибоначчи обнаружил последовательность чисел, где последующее число равно сумме двух предыдущих чисел: 1; 1; 2; 3; 5; 8; 13; 21; 34 и т.д. Отношение последующего члена ряда к предыдущему с ростом последовательности стремится к коэффициенту золотого сечения Ф = 1,618.

Если взять числовой ряд, состоящий из чисел с коэффициентом 1,618 («Золотое сечение») 1,0; 0,62; 0,38; 0,24; 0,15; 0,09 и т.д. (что сильно напоминает шкалу мощностей трансформаторов), то получим гиперболическую кривую (рис.1), которая описывается следующей формулой [7]:

Рис.1 Гиперболическая кривая

С учетом опыта развития живой природы, можно предполагать, что кривая рис. 1 отражает идеальное соотношение количества видов и численности каждого вида. Поэтому при определении основных показателей и количества установленного оборудования целесообразно использовать понятие «Золотое сечение» и числа Фибоначчи. Поскольку эти соотношения существуют в природе, то человек бессознательно создает техноценозы таким образом, что их оптимальная структура определяется этими постоянными.

Литература:

1. Кудрин Б.И. Введение в технетику. 2-е изд. переработ. и доп. Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та, 1993. 552 с.
2. Кудрин Б.И. Применение понятий биологии для описания и прогнозирования больших систем, формирующихся технологически // Электрификация металлургических предприятий Сибири. Вып. 3. — Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та, 1976. — С.171-204.
3. Кудрин Б.И. Организация, построение и управление электрическим хозяйством на основе теории больших систем. – Вып. 24. Ценологические исследования. – М.: Центр системных исследований, 2002. – 368 с.
4. Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. – Вып. 29. Ценологические исследования. – М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 2005. – 384 с.
5. Гнатюк В.И. Ранговый анализ техноценозов // Электрика. – № 8. – М.: Наука и технологии, 2001. – С. 14 – 22.
6. Южанников А.Ю. Полезность и плата за полезность при выборе компенсирующих устройств. Межвуз. сб. науч. трудов НЭТИ. Новосибирск: НЭТИ, 1990. С.42-45.
7. Южанников А.Ю. Золотое сечение, числа Фибоначчи и ценологические параметры электропотребления промышленного предприятия. //Вестн. Ассоц. Выпуск. КГТУ. Вып. 12 / Под ред. А.А.Михеева. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. С.165-169.