Teleologia serc i pomp Studium przypadku Paweł Garbacz

Katedra Logiki KUL

funkcje

natura

kultura

Zarys wystąpienia
Funkcje w naturze i funkcje techniczne - „pogląd naiwny”
A. Woutersa klasyfikacja funkcji biologicznych
Koncepcja funkcji technicznych w Functional Representation
Koncepcja funkcji technicznych w Functional Modeling
Funkcje w naturze i funkcje techniczne - porównanie

Unifikujący charakter pojęcia „funkcji”?
„Pogląd naiwny”:
funkcje naturalne są funkcjami struktur biologicznych
funkcją serca jest pompowanie krwi
serce jest po to aby, pompować krew


serce powinno pompować krew
serce, które nie pompuje krwi, źle funkcjonuje


funkcje techniczne są funkcjami artefaktów (technicznych)
funkcją pompy pływakowej jest pompowanie wody
pompa jest po to, aby pompować wodę
pompa pływakowa powinna pompować wodę
pompa, która nie pompuje wody, źle funkcjonuje


pojęcie „funkcji” simpliciter
podobne struktury reprezentacji
funkcją x-a jest y
y=proces+przedmiot


podobne procesy
charakter normatywny
charakter teleologiczny

Unifikujący charakter pojęcia „funkcji”? (2)
Problem intencjonalności
projektant/inŜynier/uŜytkownik/… chce/wymaga/…, aby pompa pływakowa pompowała wodę
??? chce/wymaga/…, aby serce pompowało krew

Strategie unifikujące
generalizacyjne:
R. Cumminsa teoria funkcji jako kauzalnej roli w systemie
organy przyczyniają się do dyspozycji organizmów
artefakty-części przyczyniają się do dyspozycji artefaktów-całości
intencjonalność zignorowana


naturalizacyjne:
R. Millikan teoria funkcji technicznych jako podtypu tzw. funkcji pochodnych
pragnienia/poŜądania pełnią swoistą (pochodną) funkcję w strukturze

i dynamice ludzkiego Ŝycie - funkcję bycia zaspokojonym
artefakty posiadają funkcję pochodną wobec tej funkcji - słuŜą do zaspokajania pragnień
wszystkie funkcje pochodne są realizacjami funkcji bezpośrednich, które są wynikiem doboru naturalnego
intencjonalność znaturalizowana

Problem

ARMCHAIR PHILOSOPHY!!!

A. Woutersa klasyfikacja funkcji biologicznych
typy funkcji biologicznych
funkcja jako aktywność
funkcja jako (biologiczna) rola
funkcja jako przewaga (advantage)
funkcja jako (ewolucyjnie) wyselekcjonowany skutek

Funkcja biologiczna jako aktywność
Funkcją biologiczną (bio-funkcją1) x-a jest to wszystko, co x

robi lub jest w stanie zrobić.
np. rytmiczne skurcze serca są biofunkcją1 serca.
funkcja: rytmiczne skurcze serca
nośnik funkcji: serce


biofunkcje1 vs struktura (forma)
Bock, von Wahlter 1965

Funkcja biologiczna jako rola
Funkcją biologiczną (bio-funkcją2) x-a (ze względu na system

y) jest wkład x-a do posiadania przez y jakiejś złoŜonej zdolności (capacity).
Rozdzielony język u węŜy pełni funkcję porównywania

intensywności czynników chemicznych (jednocześnie w dwóch punktach) w procesie tropienia zapachu potencjalnej ofiary (K. Schwenk 1994).
funkcja:
nosiciel funkcji:
system:
złoŜona zdolność:

porównywanie intensywności czynników chemicznych język węŜy wąŜ zdolność tropienia ofiary


bio-funkcje2 ≈ funkcje Cumminsa

Funkcja biologiczna jako przewaga
Funkcją biologiczną (bio-funkcją3) własności x1 w porównaniu

do własności x2 (w warunkach ze zbioru Y) jest to, dzięki czemu dowolny organizm, który posiada x1, ma biologiczną przewagę (advantage) (w warunkach ze zbioru Y) nad dowolnym organizmem, który posiada x2.
Organizm z1 ma biologiczną przewagę nad organizmem z2, jeŜeli przystosowanie (fittness) z1 jest większe niŜ przystosowanie z2.

Funkcja biologiczna jako przewaga (2)
System krwionośny u kręgowców pełni funkcję (dostarczania

tlenu) w porównaniu do systemu dyfuzyjnego poniewaŜ ten ostatni nie byłby w stanie dostarczyć odpowiedniej ilości tlenu do organów kręgowców biorąc pod uwagę ich faktyczną wielkość (A. Krogh 1941)
funkcja:
nośnik funkcji:
podstawa porównania:
warunki:

(zdolność do?) dostarczanie tlenu system krwionośny (hydrauliczny) kręgowców system dyfuzyjny (u hipotetycznych „kręgowcoidów”) wielkość i budowa kręgowców

Funkcja biologiczna jako przewaga (3)
Grupowe polowanie na ryby u mew śmieszek (Larus ridibundus) pełni

funkcję w porównaniu do indywidualnego polowania poniewaŜ
(hipoteza pasoŜytnictwa: Ward, Zahavi, 1973) mewy śmieszki pasoŜytują na

efektywnym zachowaniu lidera, który (statystycznie) łapie więcej ryb niŜ inne mewy
funkcja:
nośnik funkcji:
podstawa porównania:
warunki:

odnajdywanie poŜywienia zbiorowe polowanie mew śmieszek indywidualne polowanie mew śmieszek istnienie lidera i jego efektywne zachowanie


(hipoteza kooperacji: Gotmark, Winkler, Andersson, 1986) mewy śmieszki

współpracują, co jest bardziej efektywne niŜ indywidualne polowanie poniewaŜ ryba, która uciekła jednej mewie moŜe zostać złapana przez inną mewę, o ile mewy współpracują w grupie
funkcja:
nośnik funkcji:
podstawa porównania:
warunki:

odnajdywanie poŜywienia zbiorowe polowanie mew śmieszek indywidualne polowanie mew śmieszek zachowanie ryb

Funkcja biologiczna jako (ewolucyjnie) wyselekcjonowany skutek
Funkcją biologiczną (bio-funkcją4) własności x organizmu y

jest wpływ tej własności na jakiegoś ewolucyjnego przodka y.
no headway among biologists

Kłopoty inŜynierów z reprezentacją funkcji artefaktów technicznych
potrzeby:
gromadzenia, przechowywania i wymiany informacji o funkcjach
wspomagania projektowania koncepcyjnego (conceptual design)
wyjaśnianie/usprawiedliwianie decyzji projektowych
środki:
systemy CAD/CAM reprezentują statyczne i (częściowo) dynamiczne własności artefaktów
reprezentacje funkcjonalne są najczęściej realizowane w języku nie-formalnym
wielość (rozbieŜnych) standardów reprezentacji funkcjonalnych
niezgodne objaśnienia pojęcia „funkcji”

Functional Representation jako teoria funkcji technicznych
B. Chandrasekaran, J. Josephson, A. Keuneke i in. - lata 90-e

XX w.
funkcje są zamierzonymi działaniami (intended behavior) artefaktów
dwa rodzaje funkcji:
zorientowane na artefakt
zorientowane na otoczenie (artefaktu)


sześć/pięć rodzajów działań

Działania w Functional Representation
Działanie (artefaktu) jest wartością zmiennej stanu (tego artefaktu) lub

relacją pomiędzy takimi wartościami w pewnym punkcie czasu.
np. Samochód wpadł w wibrację, kiedy kierowca skręcił.


Działanie (artefaktu) jest wartością własności tego artefaktu lub

relacją pomiędzy takimi wartościami.
np. NadproŜe rozdziela cięŜar na dwie strony [otworu okiennego].


Działanie (artefaktu) jest wartością zmiennej stanu (tego artefaktu) lub

relacją pomiędzy takimi wartościami w pewnym przedziale czasu.
np. Moc wzrosła na chwilę, ale potem zaczęła spadać.


Działanie (artefaktu) jest wartością wyjściowej zmiennej stanu (tego

artefaktu) lub relacją pomiędzy takimi wartościami w pewnym punkcie lub przedziale czasu.
np. Wzmacniacz dobrze działa - napięcie wyjściowe jest stałe.


Działanie (artefaktu) jest zbiorem wszystkich zmiennych stanu (tego

artefaktu) lub relacją pomiędzy takimi wartościami w pewnym punkcie lub przedziale czasu.
Działanie (artefaktu) jest prawem rządzącym wartościami zmiennych stanu (tego artefaktu).
np. prawo Ohma

Funkcje zorientowane na artefakt
JeŜeli sprawca (agent) x chce (desires), aby zaszło działanie y,

to y jest funkcją zorientowaną na artefakt dla x.
funkcja:
nośnik funkcji:
sprawca:

to, Ŝe lampa świeci lampa N. N.

niech się świeci

Funkcje zorientowane na otoczenie
JeŜeli:
artefakt x jest umieszczony w otoczeniu y,
x jest powiązany z y relacjami ze zbioru Z,
jakiś sprawca v chce, aby działanie w zaszło w y,
x sprawia, Ŝe w y zachodzi działanie w,

to w jest funkcją zorientowaną na otoczenie ze względu na Z.

Niech Tpokoju>19°C Tpokoju>19°C

Funkcje zorientowane na otoczenie (2)






funkcja: nośnik funkcji: sprawca: otoczenie: relacje z otoczniem:

to, Ŝe Tpokoju>19°C grzejnik N. N. pokój i źródło zasilania grzejnik jest podłączony do źródła zasilania grzejnik stoi na środku pokoju

Niech Tpokoju>19°C Tpokoju>19°C

Koncepcja funkcji technicznych w Functional Modeling
kontynuacja teorii projektowania G. Pahl and W. Beitz
funkcja artefaktu ≈ modyfikacja przepływu
52 typy przepływów
24 typy modyfikacji
Ekspress do kawy transportuje wodę ze zbiornika poprzez komorę grzewczą do koszyka z filtrem.
Worek na kurz zawiera śmieci usunięte z domu.
Włącznik inicjuje przepływ energii elektrycznej i zapala Ŝarówkę.

Koncepcja funkcji technicznych w Functional Modeling (2) bit

hand

import hand

hand

human force manual use

human force hand bit

couple solid

secure solid

human force hand bit

separete solid

reactive force human force

dissipate force

human force hand bit

manual use

relative rotation

human force

import human force

human force

stop rotational energy

reactive force human force

rotate solid

reactive force human force

Allow rotational relative rotation human force DOF

human force weight

screw

bit

transmit force

import solid

weight human force

bit

direction on/off

human force

human force

electricity

store electricity

electricity

supply electricity

electricity

transmit electricity

electricity

actuate electricity

electricity

regulate electricity

screw

electricity

convert electricity to torque

torque

change torque

torque

transmit torque

torque bit

rotate solid

torque bit

dissipate torque screw

heat, noise

heat, torque bit

Koncepcja funkcji technicznych w Functional Modeling (3)
częściowa eliminacja intencjonalności
brak sprawców
wymagania projektowe (design requirements) ustalają warunki początkowe

Funkcje w naturze i funkcje techniczne podobieństwa
biofunkcje1 ≈ FR działania
biofunkcje1 ≈ FM funkcje
biofunkcje2 ≈ FR funkcje zorientowane na otoczenie
ukryty intencjonalny charakter biofunkcji3
kontrfaktyczny aspekt
komparatywny aspekt

Funkcje w naturze i funkcje techniczne róŜnice Natura
Brak jawnej intencjonalności
Komparatywny charakter

biofunkcji3
Struktura reprezentacji
x jest biofunkcją1 organizmu y
x jest biofunkcją2 organizmu y

w systemie z (mającym dyspozycję t)
x jest biofunkcją organizmu y w porównaniu do z w warunkach t


Pluralizm ontologiczny
obiekty/substancje
procesy
własności

Technika
Jawna intencjonalność w FR
Absolutny charakter funkcji

technicznych
Struktura reprezentacji
x jest funkcją zorientowaną

na artefakt y dla sprawcy z,
x jest funkcją zorientowaną na otoczenie y artefaktu z (dla sprawcy t)
x jest FM funkcją artefaktu y


Monizm ontologiczny
obiekty/substancje

Unifikujący charakter pojęcia „funkcji”? (3)
problem wieloznaczności
problem niespójności w reprezentacjach funkcji technicznych
problem redukcji intencjonalności:
Functional Representation
Functional Modeling
zastosowania FM w reprezentacji struktury funkcjonalnej organizów

biologicznych

Unifikujący charakter pojęcia „funkcji”? (4)

Dziękuję za uwagę!

Bibliografia
Bock, W. J., von Wahlert, G. 1965: Adaptation and the form-function complex,









Evolution, 19, s. 269–299. Chandrasekaran, B., 1994, Functional representation and causal processes, [w:] Advances in Computers, Academic Press, s. 73-143 Chandrasekaran, B., 2005, Representing Function: Relating functional representation and functional modeling research streams, Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing 19, s. 65-74 Chandrasekaran, B., Josephson, J., 1997, Representing Function as Effect, Proceedings of the Fifth International Workshop on Advances in Functional Modeling of Complex Technical Systems, (ed.) M. Modarres Chandrasekaran, B., Josephson, J., 2000, Function in Device Representation, Engineering with Computers 16, s. 162-177 Cummins, R.:1975, Functional analysis, Journal of Philosophy 72, s. 741–765 Gotmark, F., Winkler, D. W., Andersson, M.:1986, Flock-feeding on fish schools increases individual success in gulls. Nature 319, s. 589–591 Hirtz, J., Stone, R., McAdams, D., Szykman, S., Wood, K., 2001, A Functional Basis for Engineering Design: Reconciling and Evolving Previous Efforts, Research in Engineering Design, s. 65-82 Krogh, A.:1941, The comparative physiology of respiratory mechanisms, Philadelphia, University of Pennsylvania Press

Bibliografia (2)
McLaughlin, P., 2001, What Functions Explain. Functional Explanation and











Self-Reproducing Systems, Cambridge University Press, Cambridge Millikan, R., 1984, Language, Thought, and Other Biological Categories, The MIT Press, Cambridge (Mass.) Little, A., Wood, K., McAdams, D., 1997, Functional Analysis: A Fundamental Empirical Study for Reverse Engineering, Benchmarking and Redesign, [w:] Proceedings of the 9th ASME International Conference on Design Theory and Methodology Pahl, G., Beitz, W., 1996, Engineering Design: A Systematic Approach, Springer, London Schwenk, K.,1994, Why snakes have forked tongues, Science 263, s. 1573–1577 Stone, R., Wood, K., 2000, Development of a functional basis for design, Journal of Mechanical Design 122, p. 259-276 Ward, P., Zahavi, A.:1973, The importance of certain assemblages of birds as ‘information-centres’ for food finding, Ibis, 115, s. 517–534 Wouters, A., Four notions of biological functions, 2003, Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences 34, s. 633-668 Wouters, A., 1999, Explanations without a cause, Zeno, Utrecht