Logistical space and its topology

Д.А. Прокопович

ЛОГИСТИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО И ЕГО ТОПОЛОГИЯ

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнёва,

Россия, 660037, г. Красноярск, пр. имени газеты «Красноярский рабочий», 31

Развитие технологий преобразования вещества природы требует создания адекватных конфигураций логистического пространства. Плоская поверхность перестаёт быть необходимой и становится недостаточной для производства продуктов, обладающих внутренним метаболизмом. Фрактальная пирамидальная структура логистического пространства позволит внедрить принцип биологической эволюции в производственные процессы, обеспечивая формообразование изделия одновременно по всему его объёму.

Фрактальная топология логистического пространства, изделие с внутренним метаболизмом, одновременное трёхмерное формообразование изделия

D. Prokopovich

LOGISTICAL SPACE AND ITS TOPOLOGY

Reshetnyov Siberian State Aerospace University

31, prosp. named after newspaper “Krasnoyarsky Rabochy”, 660037. Russia

[email protected]

The progress in natural substance transformation technologies requires an appropriate logistical space configuration elaboration. The flat surface is not sufficient for constructing products with inner metabolism. The pyramidal fractal structure of logistical space allows to implement the principle of biological evolution in manufacturing processes, providing simultaneous 3D-shaping of a product.

Fractal topology of logistical space, manufactured goods with inner metabolism, simultaneous synchronous 3D-shaping of a product.

Ключевыми событиями в «жизни» материального потока являются его пространственное перемещение и структурное изменение. Двигаясь по пути научно-технического развития, человечество преуспело в обогащении своей деятельности как новыми способами управляемого перемещения материи, так и более глубокими возможностями структурных преобразований вещества.

Сами процессы перемещения (транспортировки) и изменения (трансформации) материи при внешней противоречивости обладают глубоким диалектическим единством: структурная трансформация некоторой системы является результатом проявления физических, химических, биологических или социальных свойств, возникающих в ходе пространственного передвижения образующих эту систему элементов. Причём, само это передвижение осуществляется на уровне, ином по отношению к исходному перемещению. Например, формообразование деталей в производственных процессах (ковка, литьё и другие, включая трёхмерную печать, а также разные виды сборки) представляет собой передвижение частиц вещества с последующей их фиксацией друг относительно друга, возникающее вследствие термических и механических воздействий. А, скажем, происходящие в настоящее время социально-культурные трансформации в Западной Европе являются результатом массового перемещения в данное культурное пространство носителей другой ментальности и системы ценностей.

Приведённые примеры иллюстрируют, что трансформация может представлять собой движение как на микроуровне, так и на макроуровне по отношению к процессу перемещения в привычном его понимании.

В этой связи можно говорить о фрактальном характере перемещения: перемещения на разных уровнях связаны и имеют общие атрибуты, такие как маршрут, скорость, пропускную способность, инициацию движения и его прекращение, а также общее требование к качеству реализации этих атрибутов. В частности, маршрут движения потока расплавленного металла в форму должен быть таким, чтобы избежать раковин, а маршрут и скорость охлаждения отливки должны предотвратить образование чрезмерных напряжений в структуре металла. Аналогично, маршрут взаимного движения потенциально конфликтных пластов массового сознания должен снизить вероятность возникновения асоциальных действий.

Фрактальное понимание процесса перемещения материи облегчает поиск новых форм и методов воздействия на пространственное положение вещества, порождающее требуемые структурные изменения образуемой им системы. Вовсе не обязательно механически давить на «задние» атомы, чтобы они заставили «передние» принять необходимое положение в отливке, штамповке или поковке, ведь в природе существуют и другие возможности управляемой транспортировки и фиксации мельчайших частиц вещества.

Инструментализация пространства идёт в двух взаимосвязанных направлениях:

разработка и внедрение новых способов организации деятельности в освоенном пространстве;

освоение новых видов пространств.

К первому направлению можно отнести развитие новых видов транспортировки (беспилотные летательные аппараты, струнный транспорт, транспорт типа “HyperLoop”, доставку материи с помощью трёхмерной печати).

Яркие представители решений второго направления – ближний и дальний космос, толща (как твёрдая, так и жидкая и газообразная) Земли и других планет, тела и полости живых организмов, наномир).

Определяющим вектором освоения пространства деятельностью человека следует признать повышение значимости факторов внутренних закономерностей технико-социально-экономической системы над внешними, природными условиями при решении вопроса о месте размещения её элементов. Другими словами, точечный или линейный объект размещается не обязательно там, где это удобнее с позиции физико-географических предпосылок, а там, где этого требует логика функционирования системы и стратегия её развития. Например, размещение космодрома «Восточный» не очень удобно с точки зрения «голой» географии, но принципиально выгодно с позиций создания сильной опорной точки на Дальнем Востоке. Значимость климата, рельефа, гидрогеологии и других физических факторов при проведении современных путей сообщения и организации стационарных объектов снижается, свидетельством чему является, в частности, обсуждение сухопутного моста между Евразией и Северной Америкой через Берингов пролив на серьёзном уровне. Образно говоря, потенциал линейки, посредством которой император Николай повелел соединить железной дорогой две столицы, обнаруживает и по сей день колоссальные резервы.

Целевой ориентир в технологиях структурного преобразования материи (они же производственные технологии) – внедрение механизмов биологической эволюции в конструкцию изделия. Большинство современных изделий повседневного пользования способны эволюционировать в самой примитивной форме – посредством замены (апгрейда) подсистемы на более мощную, производительную, надёжную, экономичную и т.п. с помощью внешнего воздействия (как правило, самого пользователя или соответствующего специалиста). Появляются предметы, способные восстанавливать некоторые свойства (например, очищаться от грязи) самостоятельно в процессе эксплуатации. Перспективной является идея «перепечатки» изделий в зависимости от текущей потребности (например, перед уикэндом небольшой городской автомобиль «перепечатывается» во вместительный внедорожник для загородного пикника, а по возвращении опять принимает форму экономичного ситикара).

Хотя трёхмерная печать несколько повысила эволюционно-приспособительные возможности изделия, она обладает неустранимым недостатком, определяющим «потолок» такой технологии – послойность процесса формообразования. С помощью 3D-принтера нельзя совершать преобразования одновременно по всему объёму изделия. Изделие сначала приобретает заданную форму и структуру, и лишь потом начинает функционировать. Никакой принтер не позволит «перепечатать» малолитражку во внедорожник прямо на ходу. При этом природные процессы, являясь идеальным ориентиром для современных технологий, свободны от временн о го противоречия между формообразованием и «функционированием». Природа демонстрирует нам непрерывное становление, единство процессов структурной динамики и жизнедеятельности. Очевидно, что условием преодоления временн о й несовместности этих процессов является принципиальная возможность синхронного управляемого осуществления трансформации объекта во всём его объёме. Это приводит к мысли о необходимости создания некоей дорожной сети внутри претендующего на эволюционность техногенного объекта, которая проводила бы управленческие команды, содержала бы полчища агентов изменения (пусть они называются нанороботами) и давала бы возможность доставлять из внешней среды требуемое для «апгрейда» вещество и эвакуировать вовне ненужные «нанокирпичики».

Перспективной формой очеловечивания вещества природы становится создание продуктов труда, обладающих собственным метаболизмом, который позволяет как реализовать свой функционал, так и обеспечить приспособляемость к потребительским требованиям и условиям эксплуатации. Осуществить это можно двумя принципиальными подходами:

через выработанный природой механизм клеточного деления (продукт «выращивается» в течение какого-то времени);

через послойное объёмное формообразование (сначала формируется базовый слой по всему объёму изделия, своего рода скелет, потом объёмно-синхронно «печатаются» всё более сложные слои, заканчивая теми, поддержание структуры которых возможно лишь при условии организации непрерывных обменных процессов в «организме» изделия).

Во втором случае сразу получается «взрослая» «особь» изделия, свободная от недостатков клеточной структуры.

На другом «полюсе» развития представлений об очеловеченном пространстве находится космос, в частности, внепланетная организация деятельности. Не смотря на то, что и по сей день человечество остаётся привязанным к одной-единственной планете, для ряда видов деятельности становятся критическими такие обстоятельства планетной локализации, как гравитация, вращение, тектонические, климатические и биологические воздействия, образование вредных и опасных веществ в процессе эксплуатации, человеческий фактор, в конце концов. Следует признать перспективную потребность в геометрически жёстких структурах, способных стать платформой для выполнения функций по энегрогенерации, обработке информации, трансформации вещества и др. на высокой Земной и даже Солнечной орбитах.

Вовлечение в хозяйственный оборот новых пространств, потребность в рутинизации и рационализации соответствующих задач обусловливают потребность в логистическом подходе в данном вопросе.

Для этого, прежде всего, необходимо ввести понятие логистического пространства.

Простейшим способом определения логистического пространства является его отождествление с частью физического пространства, в которой происходит движение материального потока.

Реляционное определение логистического пространства представляет собой серьёзную научную проблему, разрешить которую автор в настоящей статье не берётся, ограничившись постановкой ряда вопросов, позволяющих приблизиться к сути данной категории:

Что является средой логистического пространства, т.е. субстанцией, с которой взаимодействует материальный поток, и каковы формы этого взаимодействия?

Каков критерий принадлежности некоей точки физического пространства пространству логистическому, и может ли он быть нечётким (fuzzy)?

Как характер движения материального потока определяет свойства логистического пространства?

Какова структура логистического пространства?

Непрерывность движения материи во всех уровнях пространства – от звёздных систем до микромира – дают право на применение топологического подхода к исследованию логистического пространства[1].

Основными конфигурациями логистического пространства нам представляются следующие:

поверхность и проводящая сеть на поверхности (могут быть пересечения элементов проводящей сети и в разных уровнях);

поверхность и проводящая сеть рядом с поверхностью (например, пути сообщения приподняты над поверхностью и опираются на неё (в случае наличия гравитации) в отдельных точках (столбах), а не по всей длине);

сеть с узлами (макроперемещение материального потока осуществляется по рёбрам сети, а его преобразование происходит в её узлах);

сеть – объёмная окрестность её рёбер (преобразование осуществляется в части пространства, находящейся в непосредственной близости к ребру).

Каждая из представленных топологических конфигураций допускает реализацию фрактального принципа.

Перспективное проникновение человека в непланарные среды (в дальний космос, под воду, в микромир и т.д.) побуждают задаться вопросом о функционале поверхности как части логистического пространства.

Нам видятся всего два обстоятельства, оправдывающие существование поверхности:

способность улавливания полевого и порождаемого им рассеянного материального воздействия, необходимого для целевого преобразования материи (в условиях Земли это, прежде всего, солнечное излучение, инициирующее фотосинтез и круговорот веществ с сопровождающими его термодинамическими и другими процессами);

опора, необходимая для осуществления движения и размещения объектов преобразования материи.

В условиях же автономного существования логистической системы, то есть когда она работает за счёт внутреннего источника энергии и не требуется внешнее полевое энергетическое воздействие (а так происходит, например, в космосе, в морских глубинах, внутри природного или техногенного организма), необходимая для функционирования жёсткость конструкции может быть поддержана фрактальной треугольно-пирамидальной структурой (рис. 1).

Рисунок 1. Фрагмент фрактальной треугольной структуры логистического пространства.

Такая структура напоминает прямоугольную (манхэттенскую) метрику, однако в отличие от неё обладает жёсткостью. При этом среднее удлинение пути по сторонам треугольников составит всего 10% (1) по сравнению с евклидовой метрикой, для поквартального же движения соответствующий показатель достигает 27% (2).

(1)

(2)

Фрактальная треугольная структура позволит объединить жёсткость и проводимость логистической системы хоть в двух, хоть в трёх пространственных измерениях. Сама проводимость может быть как механической, подобно муравьям, двигающимся по сети и переносящим груз, так и волновой – при генерации колебаний разной частоты резонируют разные уровни фрактала, активизируя соответствующие процессы структурообразования изделия. Образно говоря, сонатная форма становится технологической картой сборки изделия: экспозиция задаёт базовую структуру, разработка обеспечивает взаимное согласование частей более тонких слоёв структуры, наконец, реприза закрепляет результат производственной эволюции, своего рода внутриутробного развития изделия, активизируя в нём метаболизм и подготавливая продукт труда к функционированию.

Таким образом, сложно организованная антропогенная материя обладает двумя типами структур. Первая непосредственно поддерживает функционирование системы, вторая же обеспечивает возможность осуществления синхронных управляемых изменений на наноуровне по всей толще изделия на любой стадии его жизненного цикла вплоть до смены метаболизма.

[1] Автор далёк от мысли об использовании в обозримом будущем «кротовин» как части маршрута материального потока, поэтому гипотетическую возможность прерывной траектории движения средств, предметов и продуктов труда по «обычному» трёхмерному пространству считает не актуальной