Живучесть паропроводов стареющих ТЭС - Основы познания

ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Основы познания
Локальна Мощь: во Времени, Пространстве и Действии своем.
Все так: ценоз, разлом и царство,
Гора и водоем.

Введение

Чем дальше и глубже отечественная тепловая энергетика втягивается в процесс эксплуатации ТЭС за пределом паркового ресурса, тем опаснее промедление в преобразовании ее в метролого-технолого-нормативную систему. Первый известный авторам образец такой системы создается на Костромской ГРЭС в виде интерактивного норматива.
Создание высоких технологий для индивидуального контроля наиболее ответственных элементов оборудования, зданий и сооружений определило необходимость освоения в основах теории живучести (ОТЖ) — разд. «Личностно-экспертное знание» — аксиоматических понятий, характеризующих суть процесса познания. Эта суть раскрывается далее.
Наиболее существенная отличительная особенность ОТЖ — создание и систематическое совершенствование организменной модели контроля, восстановления и определения живучести ответственной части оборудования, зданий и сооружений. Этот организм — интерактивный норматив (ИАН), позволяющий учитывать все известные факторы, в том числе те, роль которых трудно оценить. Достоверность такого процесса накопления и преобразования информации повышается во времени.
Это приближение к истинному решению — суть обратной, достоверно формулируемой когнитивно-математической задачи.
Таким образом, в области познания, традиционно понимаемой как прикладная теория живучести, методически и практически решается коренная проблема приближения к истине: гармонизация процессов достаточного разнообразия средств познания; выбор решений на основе принципа минимума (экстремальных принципов), определение зон и условий действия своей (родной), чужеродной, в том числе до враждебности, и нейтральной (хаос) систем (сред).

Π6.1. Аксиоматика

ЧЕМ МОЩНЕЕ СВОЙСТВО, ТЕМ В БОЛЬШЕЙ МЕРЕ ОНО ЛОКАЛИЗОВАНО ВО ВРЕМЕНИ, ПРОСТРАНСТВЕ И ДЕЙСТВИИ — ОТКЛИКЕ.
У этой аксиомы число следствий неисчерпаемо. Приведем лишь некоторые, наиболее характерные.

1. Статистические распределения.
2. Принцип Сен-Венана.
3. Концентраторы напряжений и трещины.
4. Резонансные кривые (АЧХ). См. также далее П5.5.

Свойство локализации сущностно и для жизни и для смерти, т.е. для всех процессов жизнедеятельности и повреждения жизни, процессов культуры, антикультуры и массовой культуры. При этом локализация — особь, узор, гроздь, характер, поток (такие сгустки в современной науке названы «странными аттракторами», от англ, to attract — притягивать ... тяготение ... тяготеть может только живое).
Такие важнейшие проявления локальности в естественной и искусственной природе, как гроздь, узор, особь (характер), поток, техноценоз (в толковании Б. М. Кудрина) — реализация принципа минимизации не содействия. Их разнородность, различие — проявления принципа разнообразия.
Универсальность принципа минимума имеет естественные пределы, которые кратко можно охарактеризовать как пределы однородности и локальности. Вне этих пределов, в основном, царствует принцип разнообразия. Переходы через указанные пределы — предельные преобразования — характеризуют то, что в философии принято называть экзистенциями — высшими сущностными переживаниями, наиболее ценным, наиболее информативным жизненным опытом.
Древняя аксиома утверждает подобие микрокосма (человека) и макрокосма (вселенной). В иной формулировке эта аксиома может быть осознала как подобие резонансного и статистического процессов (распределений).

П6.2. Аксиома живучести

Основная метрологическая аксиома живучести:
ИЗМЕРЯЙ ПОДОБИЕМ, РАЗЛИЧИЕМ И ПРЕДЕЛЬНОСТЬЮ.
Краткое истолкование основных понятий аксиомы.
Термин «подобие», определенный в качестве одного из основных в научно- технических, философских, мистико-религиозных и гуманитарных типах знания, дополнительных разъяснений не требует.
Термин «различие» понимается здесь как разнородность и то, что в патентной литературе принято характеризовать как «существенные отличия».
Термин «предельность» характеризует процесс предельных переходов, а также того, что школа И. Пригожина, обобщая процессы неравновесной термодинамики на социум, называет параметрами порядка. В теории познания и философии аналогом «предельности» является «экзистенция» — предельные испытания, выявляющие фактические пределы возможностей системы.
В аксиоме характер взаимодействия указанных трех способов измерения является, по сути своей, триединым, нераздельно-неслиянным.
Критерии живучести:

1. Преобразование враждебной, консервативной и нейтральной среды в родную, свою. Это преобразование определяет для нового творческого измерения модели выживания.

Вместо порога торможения, свойственного отклику чужеродной среды на внешнее воздействие, в среде, ставшей родной, отклик на раннее, детское воздействие отличается оберегающим, охранительным характером. Отсюда утверждение: только родной рай является раем.

1. Повреждение - духовность.

Закрытость, неподверженность испытаниям внешним воздействием позволяет сложным физическим системам жить почти вечно. Можно утверждать, что чем больше мера ранимости, повреждаемости одушевленной системы, тем больше ее мера духовности.
Одушевленная система, в отличие от физической, при отсутствии испытаний, т. е. оказавшись фактически закрытой, без взаимодействия, — гибнет. Этим выявлена сущностная мощная связь духовности и повреждаемости. Жизненная мудрость — минимизация повреждений в процессе воплощения своего предназначения.
Знание о природе неисчерпаемо. Еще Ньютон говорил, что естествоиспытатель подобен ребенку, играющему камешками на берегу океана. Оказалось, что вещество имеет двойственную природу — частица-волна, не укладывающуюся в наглядные представления. Пустота — вакуум имеет основополагающие и раскрываемые сейчас свойства. В частности, пустота пропускает через себя кванты — волны света, неизменяемые в течение миллиардов лет — излучение далеких галактик.
Тождественны (вернее, абсолютно тождественны) свойства атомов. В частности, построены атомные часы, погрешность хода которых составляет 1 секунду за 1 млрд лет («Знание — сила». — 1997. №9. С. 6).
Представление о Боге (тем человек отличается от зверей) является вторым крылом птицы реальности и сопутствует человеку с древних времен. Можно принять, что точность законов, именуемых Богом, не ниже, а скорее обширнее точности, достоверности отмеченных выше законов неживой природы.

Π6.3. Об устойчивых совокупностях объектов

Наблюдаемая способность явлений в природе и обществе характеризуется концентрацией их экстремальных проявлений во времени, пространстве и математическом анализе.
Такое свойство природы философы склонны рассматривать как аксиому, хотя жизнь показывает, что это — мера действительности, для которой можно указать следующие проявления:

1. Чередование палеонтологических (исторических) циклов развития — всплески и упадки в неживой и живой природе.
2. Взлеты государственного и семейного уклада на фоне его общей деградации — еврейские, христианские и иные культуры, а также мир буддизма, еще не достигший своей высшей точки.
3. Взлеты детерминированного и непрогнозируемого (нелогичного) мышления — древняя наука, средние века, эпоха возрождения, современная эпоха, склоняющаяся к непредсказуемому мышлению.
4. Резонансные и им подобные, в том числе статистические явления, получившие в настоящее время свое высшее выражение в квантовой механике и ядерной физике, где состояния, сопровождаемые квантовыми переходами, являются наиболее яркой иллюстрацией принципа экстремальных ситуаций.
5. Явления, отмеченные в п. 4, а также абсолютная идентичность элементарных частиц порождают глубокие философские проблемы типа: признание того, что механическая детерминированность неминуемо ведет к деградации всей природы. В еще большей степени сказанное относится к живой природе, ее устойчивости — живучести на протяжении миллионов, миллиардов лет.
6. В металловедении концентраторы напряжений, локальные очаги разрушения, принцип локального близкодействия Сен-Венана является также иллюстрацией рассматриваемого принципа.
7. Сходные черты действительности в области массовой техники, распространяемые и на природу, были подмечены и проанализированы Б. М. Кудриным («Введение в технетику». — Томск. — 1993), установившим связь между разнообразием объектов и устойчивостью совокупности таких объектов. Книга не дает полного анализа этой зависимости, однако делается вывод о настоятельном требовании Природы к соблюдению принципа разнообразия. В частности, показана бесперспективность строительства однотипных больших или малых объектов.
8. Признак концентрации — резонансность его распределения не обязательно характеризуется одной экстремальной зависимостью от времени или пространства. Могут рассматриваться экстремальные (резонансные) явления на двумерной плоскости или в пространстве с большим числом измерений, характеризуемые иными параметрами (А и γ в работе Б. М. Кудрина, набором квантовых состояний в микромеханике).

Π6.4. Принцип минимума: основные области применения

Информационный аспект взаимодействия естественных и искусственных систем

Известное разнообразие экстремальных принципов, система которых в целом далее кратко именуется «принцип минимума» (не содействия, действия, экономии, оптимизации, гармонизации) является, в том числе, согласно Г. А. Голицыну (см. его монографию «Информация и творчество: на пути к интегральной культуре». М.: Ин-т искусствознания Минкультуры РФ. — 1997. С. 10, 16-17), основой информационных процессов и взаимодействий в естественной и искусственной природе.
В классической механике три закона Ньютона были позднее сведены к одному — принципу наименьшего действия. В оптике этот принцип известен как «принцип скорейшего пути» Ферма, а в термодинамике — как «принцип максимума энтропии».

Исторические фрагменты

1. Герон Александрийский выводил закон отражения света из принципа кратчайшего пути.
2. Бритва Оккама — когнитивный метрологический вариант принципа минимума, толкуемый: отсекай лишнее! У. Оккам (1285-1349) фразой «не умножай сущностей» определял необходимость удаления из науки всего, что не подтверждалось опытным и интуитивным знанием.
3. И. Ньютон в «Началах» дает, по сути, аналогичную, более развернутую формулировку: «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений. Природа ничего не делает напрасно, а было бы напрасным совершать многим то, что может быть сделано меньшим. Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей».
4. Я. Бернулли (1654-1705): «Природа действует простейшим образом — наиболее экономно».
5. В 1662 г. П. Ферма дал формулировку принципа минимума (времени), действующую и ныне: «Истинный путь светового луча отличается от всех возможных (мыслимых) путей тем, что время движения вдоль него минимально». Согласно Г. А. Голицыну, вся геометрическая оптика развертывается из этого принципа, как из семени.

Система всех вариационных принципов основана на том, что функционал, целевая функция принимает экстремальное (минимальное или максимальное) значение, соответствующее истинному решению.

1. В 1774 г. принцип наименьшего действия был представлен в парижской Академии П. Мопертюи в следующем виде: истинное движение системы отличается от всех возможных тем, что величина действия для него минимальна. Этот принцип был провозглашен П. Мопертюи как наиболее общий закон Природы.
2. Л. Эйлер, признавая принцип минимума как высшую универсалию, выделил в качестве важнейшей задачи познания нахождение явного вида соответствующих функционалов, целевых функций (времени, пути, действия, движения, свободной энергии, кривизны — принцип Герца).
3. Даламбер в 1743 г., обобщив принцип равновесия, сформулировал принцип минимума движения свободной энергии, а Гаусс — принцип минимума принуждения. При этом в движущемся теле (нагруженном) из бесконечного многообразия перемещений истинным является то поле перемещений (деформаций) тела, при котором его свободная энергия минимальна. В дальнейшем принцип Даламбера стал известен как вариационный принцип Даламбера-Лагранжа.
4. В химии принцип минимума известен как закон Ле Шателье; А. Лотка распространил этот принцип на биоту и биохимические круговороты вещества в природе.

Система обобщенных вариационных принципов, характеризующая изложенную здесь трактовку принципа минимума, является столь же существенной в термодинамике, квантовой механике, теории относительности и иных ветвях научно- технического знания. Так, в термодинамике для открытых и закрытых термодинамических систем существует функционал, характеризующий процесс изменения состояния системы. Например, в процессах, происходящих при постоянной температуре (постоянном давлении), минимума достигает функционал свободной энергии (термодинамический потенциал).
В квантовой механике известна фундаментальность резонансных явлений. Они могут рассматриваться как реализация принципа минимума взаимодействующих систем. Одной из модификаций этого принципа является вариационный принцип Швингера.
Выявлено, что соотношения общей теории относительности могут быть получены из вариационного принципа, аналогичного принципу Лагранжа в механике твердого тела.
В математике, статистике, теории измерений принцип минимума реализуется под именем метода наименьших квадратов.

Гуманитарный аспект культуры

1. Древнейшим вариантом принципа минимума является принцип ненасилия, известный в древней Индии как ахинса (ахимса), а также золотое правило философии и его эквиваленты во всех верованиях и мистических учениях.
2. В современной герменевтике и психоанализе принцип минимума принуждения — регулятивный принцип истинного знания.
3. В экономике принцип минимума признан как закон рынка (закон минимизации несоответствия между спросом и предложением).
4. Принцип экономии мышления введен Махом как основная характеристика процесса познания.
5. Обобщая подход Маха, Ципф ввел, по существу, принцип выживания, живучести всякого организма, сформулированный им как способ осуществленной и намечаемой жизнедеятельности при минимизации затрат (работы).

П6.5. Сравнение форм статистических и иных распределений

Формы распределений взяты из книги: Справочник по теории вероятностей и математической статистике / Под ред. В. С. Королюка. — Киев: Наукова думка. — 1978.
Мы рассмотрим некоторые виды распределений: нормальное (стр. 109), распределение Коши (стр.113), логистическое распределение (стр.119), резонансное распределение (не по книге), распределение Лапласа (стр. 113), симметризированное логарифмическое распределение (не по книге).
Эти распределения масштабируются так, чтобы максимум функции распределения был при х = 0:f(0) = 1, а половинное значение — при х=±1:f(±1)=0,5. После масштабирования распределения имеют вид:
Численные значения этих распределений приведены в ниже:

При |х| < 1,25 распределения 1-4 группируются достаточно кучно, а распределения 5 и 6 представляют крайние случаи быстрого и медленного спада в окрестности х = 0. Эти распределения представлены графически на рис. П6.1.
В указанных пределах изменения параметра х различие в ходе первых четырех кривых распределения не превосходит обычную погрешность измерений и, следовательно, может быть принято несущественным.
Другие приведенные в указанной книге распределения: логнормальные (с. 118), гамма-распределение (с. 111), бета-распределение (с. 112), кси-квадрат распределение (с. 114), кси-распределение (с. 115), распределение Стьюдента(с. 116), F-распределение (с. 117), распределение Парето (с. 120), распределение Шермана (с. 120), дисперсионное распределение Фишера (с. 121), распределение Вейбула-Гнеденко (с. 121), распределение Бёрра (с. 122) зависят от одного или двух параметров, не могут быть представлены единой зависимостью и здесь не рассматриваются.

Рис. Π6.1. Графическое представление распределений 1-6