Автор : инженер Д.В. Петров.
Системный подход в исследовании и использовании
биологических объектов.
refdb.ru
Наука — это часть культуры, способ познания мира, процесс, при котором вырабатываются и теоретически систематизируются знания, допускающие доказа- тельство или эмпирическую проверку. Научные знания представляют собой слож- ную развивающуюся систему, в которой по мере эволюции возникают новые уров- ни организации. Они оказывают обратное воздействие на ранее сложившиеся уров- ни знания и трансформируют их. В этом процессе постоянно возникают новые приёмы, методы и способы теоретического исследования, меняется стратегия научного поиска.
Аристотель (384 до н. э. — 322 до н. э.) стал первым мыслителем, создавшим всестороннюю систему философии, охватившую все сферы человеческого развития — социологию, философию, политику, логику, физику.
Труды И.Ньютона (1643 – 1727) и К.Линнея (1707 — 1778) заложили основы естествознания, как системы наук о природе, взятых в их взаимной связи, как целое. Созданная К.Линнеем система растительного и животного мира завершила огромный труд ботаников и зоологов первой половины 18 века. Историческая заслуга К.Линнея в том, что созданием искусственной системы природы он подвел ботанику и биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала с общих позиций системного подхода.
До конца XIX в. естественные науки основывались на концепциях физики с её основным принципом исследования: редукцией — разделением любой системы на отдельные части. Прорыв в научном мышлении в определенной степени связан и с открытиями австрийского биолога Карла Людвига фон Берталанфи (1901 — 1972) в области биологии организмов. Первооснователь обобщённой системной концепции под названием «Общая теория систем», Л. Берталанфи значительно ускорил развитие нового системного направления в современной научной методологии. Теория открытых систем оказала самое серьезное влияние на основы других дисциплин, в частности биологии и медицины, и способствовали возникновению междисциплинарных научных направлений таких как синергетика, кибернетика и др. В ХХ веке изменилось место биологии в системе наук, биология постепенно становится лидером естествознания . Главными формами выражения этих тенденций являются следующие процессы:
— установление диалектического единства ранее противопоставлявшихся друг другу методологических подходов: единство операций расчленения, редукции к более элементарным компонентам с процессами интегрирующего воспроизводства целостной организации;
— единство эмпирических исследований с процессом интенсивной теоретизации биологического знания, включающего его формализацию, математизацию, аксиоматизацию и др.
В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого — это грандиозная Система высокоорганизованных систем . Любая система состоит из элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое.
Такая сложная организация немыслима без целостности. Целостность порождает- ся структурой системы, типом связей между ее элементами.
Целостность биологических систем качественно отличается от целостности неживого, и прежде всего тем, что целостность живого поддерживается самоорганизацией в процессе развития. Физические системы отличаются от живых образований тем, что закрыты по отношению к внешней среде, тогда как живые организмы являются открытыми и вступают в обменные процессы с окружающей средой по веществу , энергии и информации. Биологическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними, зачастую усложняющиеся антропогенным фактором, поэтому особую актуальность приобретает системный подход в прикладных биологических науках различных отраслей сельского хозяйства. Сельскохозяйственные науки, как совокупность наук, изучающих с.-х. производство, — агрономия, зоотехния, экономика сельского хозяйства, ветеринария, инженерно-технические науки, способствуют всемерному развитию и совершенствованию всех отраслей с.-х. в целях увеличения производства высококачественных с.-х. продуктов с наименьшими трудовыми и материальными затратами и, в условиях научно-технического прогресса, превращаются в непосредственную производительную силу. Показательным примером может послужить пчеловодство, современное состояние которого характеризуется глубоким и продолжительным застоем. Применение системной методологии, привлечение современных теоретических междисциплинарных наук (синергетики, биокибернетики и др.) неизбежно приведёт к прогрессивным изменениям: реформированием пчеловодства, как прикладной биологической научной дисциплины и технологической модернизации пчеловодства, как отрасли с.х.
Понятие «пчеловодство» определяется основным нормативным документом любого государства –государственным стандартом на термины и определения. Примечательно то, что последователи постсоветской(общей, в недалёком прошлом), с.-х. науки определяют пчеловодство, как принципиально различные понятия.
Государственный стандарт Российской федерации . Пчеловодство . Термины и определения . ГОСТ Р52001-2002 . 1. Пчеловодство – отрасль сельского хозяйства, занимающаяся разведением , содержанием и использованием пчёл для производства продуктов пчеловодства* и опыления энтомофильных сельскохозяйственных культур.
Національний стандарт України . Бджильництво . Терміни та визначення понять. ДСТУ 2154 – 2003. ДСТУ 2154 – 2003. 4.1.1. Бджільництво. Галузь сільського господарства , яка розводить, утримує і використовує бджіл для одержування продукції * та запилювання сільскогосподарских рослин. Между понятиями «производить » и «получать » есть существенная смысловая разница .
Получение – это изменение состояния принадлежности объектов с перемещением в пространстве при сохранении их качественных и количественных характеристик. Производство – это процесс изготовления продуктов посредством изменения качества и количества сырья, на которое воздействуют производительные силы, включающие рабочую силу и средства производства. Получение и производство – это технологически и хронологически разные и несовместимые процессы. Производственный акцент пчеловодства, доминирующий в Государственном стандарте Российской федерации ГОСТ Р 52001-2002, полнее определяет целе- вую направленность пчеловодства, как отрасли с.х. в то время, как его украинский «коллега» — ДСТУ 2154 – 2003, процесс производства продуктов пчеловодства оставляет в неопределённой области. Стандарты не должны содержать неточных терминов и двусмысленных определений, тем более основополагающих понятий.
Однако главным недостатком пчеловодства, включая содержание вышеупомяну- тых стандартов, является неопределённость объекта эксплуатации, в связи с чем в пчеловодстве научная и практическая деятельность обречены на посредственные результаты.
Возможность преодоления кризисных явлений заключается в первую очередь в системном подходе к изучению и эксплуатации пчёл, который определяет основной объект пчеловодства как биотехническую систему — «колонию пчёл».
Определение : «Апиколония — сложное, организованное единство семьи ,
гнезда и искусственного жилища пчёл».
Логику взаимодействия человека, пчёл и технических средств, в аспекте биологи- ческой кибернетики, отражает схема апиколонии, как биотехнической системы. Биотехническая система ( Б т С) – это сложная система , состоящая из биологи- ческой и технической подсистем (обязательно включающая человека и ЭВМ ), объединённых алгоритмом функционирования(см. схему). При этом каждая подсистема имеет многоуровневую структуру в функциональном , организационном или каком-либо ином плане , что предполагает возможность и необходимость их изучения как системных объектов.
Биотехническая система — (БтС) содержит:
— биологическую подсистему — (БП);
— техническую подсистему — (ТП).
Биологическая подсистема включает :
— антропоимперативный субъект(АИС) – пчеловод;
— биологический объект применения (БОП) – семья пчёл.
Техническая подсистема содержит:
— компьютер — (ЭВМ);
-производственно – жилищный комплекс колонии – (ПЖК);
— технические средства механизации, инструменты и т.д. – (ТС).
— Банк знаний – (БЗ) – индивидуальные, локальные и глобальные ресурсы,
специализирующиеся на информационном обеспечении пчеловодства.
Информация антропоимперативного субъекта, наряду с содержимым памяти ЭВМ входят составной частью в БЗ . Таким образом БтС получает возможность использовать вероятностные свойства своих подсистем для гибкой реализации алгоритма функционирования(АФ) в достижении своей цели. Удачные решения, принятые АИС, и вероятностные способы поиска таких решений могут пополнять данные банков методов , моделей и решённых задач ЭВМ . Взаимодействие всех этих банков даёт возможность выбрать конкретный АФ для данной конкретной задачи . Схему БтС в таком виде удобно использовать для задач исследования и управления не только апиколонией, но и любыми биологическим объектами[ 1 ]. Математическое моделирование, как основной метод исследований биологической кибернетики, неизбежно приведёт к созданию компьютерных прог- рамм, реализующих алгоритмы функционирования апиколонии в естественных условиях. Математическая модель апиколонии, как биотехнической системы, может быть использована в качестве основы для автоматизации процессов выработки управленческих решений, оставляя за человеком императивные права для их реализации. Предполагается создание программного обеспечения персонального компьютера для исследования наиболее вероятных алгоритмов функционирования биотехнической системы и создание спектра управленческих решений со специфи- ческими обоснованиями каждого варианта. Моделирование апиколонии облегчает- ся тем , что специализация рабочих пчёл является функцией времени, поэтому основную массу апиколонии (производителей продукции — рабочих пчёл) можно представить как функцию репродуктивного ресурса во времени с учётом влияния внешних факторов. Следовательно моделирование одной апиколонии определяется, в основном, генетикой репродуктивного ресурса (одной особи — пчелиной матки) . Учитывая компактность расположения апиколоний одной пасеки, можно допустить равенство влияния факторов окружающей среды на функционирование всех одинаковых апиколоний данной пасеки. Параметры контрольной апиколонии (ежесуточное взвешивание) и метеорологические данные(температура и влажность воздуха, скорость ветра и др.) в районе пасеки могут измеряться автоматическими датчиками и интерактивно, используя беспроводные каналы (GPRS), экспортируются непосредственно в компьютер. Аналогично автоматическим системам контроля, могут быть реализованы автоматические системы управления апиколониями. Программирование целесообразно дополнить общепринятыми для крупных предприятий методиками решения задач распределения ресурсов и резервов (линейное программирование), элементами теории массового обслужива- ния и пр. Целесообразно создание в Интернете локальных и глобальных ресурсов, специализирующиеся не только на информационном обеспечении пчеловодства (метеорология, электронные библиотеки, статистика…), но и позволяющие осуществлять коммерческую деятельность(консалтинг, посредничество, торговые операции …). Учитывая вышеизложенное, определить пчеловодство в биокибернетическом аспекте можно следующей формулировкой.
Определение : «Пчеловодство – есть искусство перемещения апиколоний в
пространстве состояний».
Вопрос: «Могут ли пчёлы быть объединены более высоким рангом
биологической организации?»
Критерием выделения основных уровней организации живых систем выступают специфические дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия. На основании таких критериев достаточно четко выделяются: молекулярно-генетический, онтогенетический, колониальный, популяционно- видовой, биогеоценотический и др. уровни организации живого. Системный анализ и системная методология теоретически предполагают существование надколониальных образований у пчёл — апифедераций. Примеры образования федераций в естественных условиях наблюдаются у некоторых видов насекомых: например, у муравьёв в условиях территориальной конкуренции (перенаселения и нехватки охотничьих угодий). В федерации каждая колония сохраняет свою структуру, но между колониями устанавливается определенный тип отношений: происходят межколониальные обменные процессы [ 2 ].
Определение : «Апифедерация — биотехническая система из двух и более апиколоний, осуществляющих межколониальные обменные процессы в общем пространстве пчелиного жилища .»
www.pchelovod.info
В 1892году в журнале «British Bee Journal» Г.Вельс опубликовал свою работу «Новая система пчеловодства с двумя матками в одном улье» Вельсом открыта возможность не только мирного сосуществования, но и более продуктивного сотрудничества двух апиколоний при условии пространственной изоляции репродуктивных ресурсов(маток пчелиных семей) [ 3 ]. Но это открытие не получило достойной оценки, глубоких научных исследований и развития ни у биологов, ни у пчеловодов. Практическое применение двухматочной технологии содержания пчёл также не получило широкого распространения по нескольким причинам, главной из которых явилась попытка внедрения новой технологии с использованием старого, оборудования. Другая причина – вес и габариты элементов двухматочного пчелиного жилища увеличились настолько, что работать с ними вручную стало невозможно, поскольку физические нагрузки превышали возможности человеческого организма. Во второй половине прошлого века в экономически развитых странах значительно ускорился процесс интенсификации сельского хозяйства, который сопровождался притоком государственных и частных инвестиций, что способствовало созданию крупных пчеловодческих хозяйств и, в национальных масштабах, промышленных секторов пчеловодства. Технологическое совершенство общепромышленных средств механизации позволили современному фермерскому пчеловодству решить проблемы погрузочно-разгрузочных работ, транспортировки и существенного снижения уровня применения ручного труда в отрасли. Использование автомобильных погрузчиков решило проблему перемещения крупногабаритных и тяжёлых грузов, что создаёт предпосылки успешной эксплуатации апифедераций. Очередным шагом на пути развития пчеловодства в третьем тысячелетии может стать создание биотехнической надсистемы , которая объединяет в апифедерацию несколько апиколоний.
Внедрение в практику промышленного пчеловодства апифедераций позволит решить две основные проблемы современного пчеловодства:
1. повышение продуктивности апиколоний, за счёт применения
многоматочных технологий;
2. повышение производительности труда пчеловодов, за счёт укрупнения
объёмов одноразовых производственных операций;
Следовательно, для практической реализации апифедерации, необходимо создание нового поколения пчёлиных жилищ – трансформеров, архитектура которых позволяет реализовывать одноматочные и многоматочные технологии, при этом осуществлять смену технологий быстро, просто и легко.
Вес элементов, перемещаемых пчеловодом вручную не должен превышать – 20кг. Вес и габариты элементов, перемещаемых механизмами, должны соответствовать техническим характеристикам последних. Архитектурный проект нового поколения пчелиных жилищ получил название – «Микропасека». Микропасека сочетает использование современных технических средств механизации трудоёмких процессов с технологией многоматочного пчеловодства и представляет собой многосемейное жилище – трансформер, конструкция которого позволяет применять все современные технологии пчеловодства с минимальными трудозатратами. Стандарт Микропасеки «Спасовский бульвар» позволяет создать апифедерацию составом от 4-х до 9-ти апиколоний. [ 4 ].
Архитектура Микропасеки позволяет создавать пчелиные жилища с использованием рамок и корпусов любых стандартов многокорпусных ульев, что отличает её от других эксклюзивных проектов и создаёт благоприятные условия для внедрения Микропасеки в промышленном секторе мирового пчеловодства.
Системная методология, синергетика, биологическая кибернетика в сочетании с автоматизацией процессов контроля и управления апиколониями, позволят пчеловодству в третьем тысячелетии осуществить прорыв в область высоких технологий и соответствовать общему высокому уровню продуктивности и производительности труда в с\х, наращивать темпы роста рентабельности и динамично развиваться как прикладная естественная наука.
Литература.
1. Словарь по кибернетике . Под ред . В.С.Михалевича .2–е изд . К. Гл. ред. УСЭ им. М.П. Бажана , 1989 – 751 с.
2. А.А.Захаров. Муравей, семья, колония. М. : Наука, 1978.
3. Г.Вельс. Новая система пчеловодства с двумя матками в одном улье. Пер. с англ. Ред. В.М.Изергин. ; 4-е изд. Петроград. Изд. А.Ф.Девриена. 1917.
4. Патент на винахід № 91765 Мікропасіка Петрова. Україна. 2010р.
