17346

Научные (Теоретические) основы системного похода

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Тема 2. Научные Теоретические основы системного похода Продолжение. Лекция 4 3.5 Основные принципы системного подхода Основные принципы системного подхода вытекают из соответствующих главных концепций ОТС представленных схеме на рис.1. ...

Русский

2013-07-01

136.5 KB

1 чел.

Тема 2. Научные (Теоретические) основы системного похода

Продолжение.

Лекция 4

3.5 Основные принципы системного подхода

Основные принципы системного подхода вытекают из соответствующих главных концепций ОТС,  представленных схеме на (рис.1).

Рис.1. Основные принципы системного подхода

Принцип целостности позволяет рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней. Главное содержание этого принципа заключается не сводимости целого к его частям.

Принцип иерархичности строения  предполагает наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего уровня. Реализация этого принципа хорошо видна на примере любой конкретной организации. Как известно, любая организация представляет собой взаимодействие двух подсистем: управляющей и управляемой. Одна подчиняется другой.

Принцип структурируемости позволяет анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной, в частности, организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами её отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.

Принцип множественности представления позволяет использовать множество кибернетических, экономических,и математических и других моделей и анологий для описания отдельных элементов и системы в целом.

Принцип системности наделяет объект совокупностью всех атрибутов системы.

3.6. Основные свойства сложных  систем

Однако опора на общие принципы совершенно недостаточна для того, чтобы очертить основные контуры системного подхода. Необходимо рассмотреть большое число свойств систем различной природы, знание которых и применение на практике может дать надежное направление решения сложных междисциплинарных задач, связанных в первую очередь с изучением, выполнением анализа и синтеза.

Для создания прикладной ориентации в научно-учебной литературе существует большое количество классификаций систем и их свойств, используемых при разработке модельных представлений системы. Остановимся лишь на некоторых, наиболее показательных классификациях. Такие классификации помогают идентифицировать конкретный тип объекта и облегчают поиск исследованного подобного объекта или прототипа. Ниже  достаточно кратко рассматривается достаточно широкая система свойств:

  1.  Свойства, связанные со строением объекта;
  2.  Свойства, связанные с функционированием систем;
  3.  Свойства, связанные с функционированием систем;
  4.  Динамические свойства систем;
  5.  Свойства изменчивости и развития систем;
  6.  Специфические свойства биологические свойства;
  7.  Специфические свойства социальных систем;
  8.  Свойства техногенных и человеко-машинных систем.
  9.  Другие свойства.

3.6.1. Свойства, связанные со строением объекта

Системные свойства разделяют на свойства строения и свойства функционирования. 

В свойства строения входят: «целостность», «множество», «окружающая среда», «структура», «иерархия», «подсистема», «элемент», «связь», «отношение», «каналы связи», «организация». Каждое из этих понятий определяется на основе других и, в свою очередь, способствует уточнению их смысла.

Понятийная структура этой группы свойств приведена на рис.2.

Может быть также указано множество дополнительных свойств этой группы, которые также часто используются в исследованиях сложных систем.

В качестве важных дополнительных свойств можно указать:

 свойство (закон) пространственно - временной локализации структуры. Суть этого свойство заключается в том, что все части системы расположены в соответствующем порядке в пространстве и во времени;

свойство (закон) субординации, наличие которого свидетельствует о существовании взаимозависимости между более главными и менее главными компонентами системы, определенном порядке их взаимодействия, а также целенаправленной передачи информации и энергии. Закон подразумевает наличие «вертикальных» связей в системе. В социальных системах он проявляется в отношениях между начальниками и подчиненными, политической элитой и основной массой населения. Иерархичность и субординация представляют весьма важные,  связанные между собой понятия (см. разд. 2).

Рис.2. Основные компоненты и свойства, связанные со строением

Наряду с приведенными, могут быть указаны некоторые дополнительные свойства, часто приводимые в литературе [1].

  •  . Расчленяемость системы.

Расчленённые (состоят, по крайней мере, из двух или более элементов) и нерасчленённые (состоят из одного элемента). С тезисом по поводу существования нерасчленённых систем трудно согласиться, т.к. определение системы подразумевает нечто состоящее из частей (минимум двух). Если объект не удаётся мысленно расчленить, то его невозможно представлять как систему, поэтому нерасчленённые системы следует исключить из классификации.

  •  Элементарная автономность системы. 

Элементарно автономные системы – это системы, устроенные таким образом, что каждому элементу присущи основные характеристики системы в целом. Например, известная игрушка, матрёшка, состоит из вложенных одна в одну идентичных по форме (но различных по размерам) фигурок. Монокристалл можно расчленить на фрагменты, которые функционально также являются кристаллами, способными самостоятельно существовать и расти в размерах. Косяк рыбы состоит из очень похожих особей. Косяк может разделиться на части, способные к самостоятельному существованию.

Однако элементарноавтономные части можно считать схожими только в некотором приближении. В природе не существует одинаковых объектов, и только сознание может пренебрегать различиями. Химические элементы, классифицируемые номером таблицы Д. И. Менделеева, схожи по строению, но в своём множестве отличаются кинетической энергией движения, характером взаимодействия с соседями и др. Каждая рыба в косяке чем-то отличается от других (размером, весом, травмами, болезнями и пр.). Таким образом, все реальные объекты должны представляться как не элементарно автономные системы. Элементарно автономные вводятся при необходимости упростить описание.

  •  Открытые и закрытые системы.

К признакам строения, связанным с «отграниченностью» от внешней среды, можно отнести классификацию систем на открытые и закрытые, основанные на представлениях классической термодинамики. Классические изолированные системы, по определению, не имеют связи с окружением. Закрытые системы не могут обмениваться со средой веществом (В), но могут обмениваться энергией (Э). Такие свойства являются очень сильной идеализацией, т.к. в природе не существует ни полной изоляции, ни «закрытости». Если существует поток энергии, следовательно, должен присутствовать и материальный поток (см. главу 5). Все объекты в природе являются открытыми, т.е. обмениваются со средой веществом (В), энергией (Э) и информацией (И). Однако практически все литературные источники продолжают пользоваться представлениями о закрытых объектах, которые по определению не обмениваются с внешней средой энергией. Часто в качестве примера приводят автомобиль или часы. Нетрудно убедиться, что в действительности это не так.

Часы не могут работать без подведения энергии (батарейка, мускульная энергия человека, гравитационная энергия гири). Автомобиль без заправки бензином не способен выполнять свою главную функцию. Изолированная или закрытая система может существовать только временно, пока не израсходуется запас вещества и энергии, заложенный при ее создании; далее начнется разрушение и ассимиляция соседними системами. Самый лучший термос не способен вечно сохранять горячую воду. Об изолированных системах можно говорить только условно, если пренебрегать ВЭИ-потоками через границу или рассматривать их в течение достаточно короткого времени, до тех пор пока изменения не достигнут существенных значений. Изолированных объектов в природе не существует, могут быть только изолированные системы, т.к. системы – это всего лишь мысленные модели объективной реальности.

Если наблюдателю (САн) и удобно описывать объект как изолированную систему, то только ради упрощения. При этом формализация описания становиться простой. Именно на этой основе выведены все законы классической термодинамики. Благодаря этому упрощению возникли мифы о тепловой смерти Вселенной, преувеличено значение энтропии. Реальные системы являются открытыми, но интенсивность обмена ВЭИ-потоками с внешней средой изменяется в широких пределах.

Иногда закрытые системы называют «автономными». Автономность указывает на то, что система существует независимо от других объектов, выполняет присущие ей функции, реализует себя за счет внутренних сил. Система остаётся автономной, пока не израсходуется запас внутренних ресурсов.

Открытость всех систем логически определяет необходимость существования входов и выходов. Понятия «внешняя среда», «граница системы» рассматривались выше.

В связи с изложенным, целесообразно рассматривать также свойство «коммуникативность» [2], которое означает связь системы с внешней средой. Очевидно, что все открытые системы коммуникативны, поэтому это свойство является синонимом открытости и ничего нового не привносит в классификацию.

  •  Простые и сложные системы.

В связи с тем, что системы всегда состоят из множества элементов и связей, давно используется деление их на простые и сложные системы.  При этом нередко подразумевается, что простые системы содержать мало элементов, а сложные – много.

Например, достаточно произвольно полагалось, что малые (простые) системы – это те, которые содержат 103, соответственно большие, саморегулирующиеся – 106, саморазвивающиеся системы – 1010-1014 элементов.

Предполагалось также, что сложные системы обладают эмерджентностью, а простые - нет. Часто в качестве примера простой механической системы (не имеющей эмерджентности) приводятся часы. Однако нетрудно показать, что эти представления далеки от истины..

В часах элементов действительно мало. Имеет место детерминированная причинность (каждая шестерня без альтернатив связана с другими шестернями). Но неверно, что часы не обладают эмерджентным свойством. Часы имеют свойство показывать время, но ни одна деталь часов, взятая в отдельности, время показывать не может. Свойства шестерни вне часов отличаются от свойств той же шестерни внутри часов. Вне часов шестерня имеет множество степеней свободы, может быть перемещена в любом направлении, может совершать поступательные и вращательные движения. Внутри часов она не осуществляет поступательные движения, а только вращательные. Рассмотрим ряд других примеров, где число элементов также мало.

Химическое взаимодействие элемента «А» с элементом «В» даёт молекулу «С». Взаимодействуют всего два элемента (по определению простая система), но свойства «А» и «В» не тождественны свойствам «С». Налицо проявление эмерджентности. Свойство отдельного химического элемента не тождественно свойствам группы таких же элементов. Одна молекула воды не имеет свойств водопроводной воды. Опять мы видим противоречивое сочетание признаков и не знаем, как классифицировать молекулярные системы. Если они простые, то почему эмерджентные? Рассмотрим другие примеры.

Смесь одного литра этилового спирта и литра воды в сумме образует объем жидкости менее двух литров. Эффект проявился в результате более плотной упаковки молекул, как при смеси шаров разного размера, когда малые шары могут поместиться между крупными шарами.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Их количество в разных элементах изменяется от двух до сотни (по Пивоварову это малые системы), но нейтрон в составе ядра может существовать тысячи лет, а вне ядра срок жизни его исчисляется десятками минут, следовательно, свойства ядра не являются простой суммой свойств нуклонов. Получается, что малые системы по Пивоварову не аналогичны простым.

Итак, эмерджентность имеет место и в простых, и сложных системах. Эмерджентность является результатом рождения новой информации, которая всегда появляется при комбинировании элементов и связей. Объединение элементов в систему всегда ограничивает степени свободы, уменьшает количество возможных связей, что неизбежно проявляется в изменении свойств. Изменение свойств может приводить к улучшению или ухудшению функций системы, но это уже субъективные оценки. Важно, что свойства системы изменяются. Отсутствие видимых изменений свойств указывает лишь на то, что исследователь просто их не обнаружил (прагматически смотрит только на те свойства, которые его интересуют). Итак, основываясь только на количестве элементов, нельзя разделять системы на простые и сложные.

Вообще понятиям простоты и сложности  в идеологии СПд уделяется большое внимание, мы также далее специально рассмотрим этот вопрос подробнее.

Сложность может быть онтологической и гносеологической. Гносеологическая сложность сохраняется пока наблюдатель не уяснит сущность объекта и не найдет ясного способа его описания. Онтологическая сложность – это вещь в себе. Каждый реальный объект до конца не познан, поэтому остаётся сложным.

А. Б. Берг характеризовал сложность систем по количеству требуемых математических языков для их описания. А.Н.Колмогоров [3] сложность оценивал по длине алгоритма преобразования одной системы в другую.

С. Бир. [4] сложность выражал по степени предсказуемости поведения системы, по разнообразию её поведения. Слабо предсказуемые (стохастические) системы классифицировались как сложные. Фон Нейман также определял сложность не структурой, а вариабельностью поведения [5]. Например, мы говорим, что кошка более развитое существо, чем черепаха, ибо судим по разнообразию поведенческих реакций. Если трудно предсказать поведение системы, то такую систему следует отнести к сложным системам.

Следуя точке зрения фон Неймана и С. Бира, можно предложить критерий сложности Кс = Кдо, где Кдколичество детерминированных реакций на воздействие, Кообщее количество реакций, Кс коэффициент стохастичности.

Видно, что наука постоянно размывает границы между сложными системами и простыми, налицо отсутствие единого критерия сложности. Сложность можно характеризовать по разнообразию связей и элементов, непознаваемости процессов и состояний, по количеству перерабатываемой информации, по входным и выходным функциям, характеру реакций на внешнюю среду. Вся эта совокупность именуется интегральной сложностью.

3.6.2. Свойства, связанные с функционированием систем

К функциональному блоку относится множество свойств, основные из которых приведены на рис.3.

Данный блок свойств систем связан со способами функционирования объектов. Совокупность элементов образуют систему только тогда, когда отношения между ними порождают целостность, интегративность, эмерджентность, системность. Эти понятия являются синонимами, хотя часто употребляются раздельно.

Поддержание объекта в целостном состоянии осуществляется факторами целостности системы. Они «скрепляют» все элементы и придают системе интегративные свойства. Именно интегративные признаки позволяют мысленно выделить систему из среды в виде целостного образования.

В работе Л. фон Берталанфи [6] в классификацию системных объектов вводится функция «суммативность», противоположная по смыслу «интегративности». Свойства суммативных (аддитивных) систем равны сумме свойств ее компонентов. Это означает, что при увеличении или сокращении количества компонентов, система не претерпевает заметных функциональных изменений, но может изменять свои размеры и границы.

По мнению А. Холла и Р. Фейджина, если изменение каждой части системы не вызывает изменения других частей, то система может считаться суммативной [7]. Утверждается, что связи и отношения между частями суммативных систем носят случайный характер, но при этом могут иметь «явно оформленный вид». В качестве примеров приводят груду камней, деревья в лесу, случайно собравшуюся толпу людей и т.п.

3.7. Особенности проявления системных свойств в отдельных видах систем

Противоречивость свойства «суммативность» заключается в том, что, отсутствие целостности, интегративности означает и отсутствие системности. На первый взгляд суммативная система не является системой. Попытаемся осветить этот недостаточно ясный момент в этой части теории систем.

Парадигма целостности мира подразумевает, что весь мир может рассматриваться как система, т.к. всё связано со всем. Если бы было иначе, то не существовали бы инвариантные законы сохранения вещества и энергии. Атомы нашего тела не были бы идентичны атомам, находящимся на краю галактики и всей Вселенной.

В ОТС существует положение о том, что слабые связи, а также случайный (с точки зрения наблюдателя) характер связей не препятствуют проявлению системных свойств.

  •  Порядка из хаоса.

Синергетика (наука о самоорганизации природных систем) накопила много примеров о становлении «порядка из хаоса» [8,9]. Хаос является состоянием, где господствует случайность, а порядок является аналогом системности. Итак, случайные, вероятностные связи и взаимодействия являются естественными для природы, и не препятствуют её саморазвитию. Можно показать, что примеры суммативных систем (груда камней, толпа и др.), часто приводимые для обоснования их реального существования, не совсем корректны. Груда камней остаётся таковой, если из неё изымать часть камней. Куча песка, как и груда камней, останется кучей, но известен древний вопрос, сколько надо положить песчинок, чтобы оказалась куча песка? Ответа на вопрос нет, т.к. нет четкого понятия «куча». Аналогично можно спросить, когда заканчивается утро и начинается день? Отсутствие четкого, количественно определения объекта не позволяет судить об изменениях, происходящих в нём. Груда камней может иметь разные размеры и формы. Камни могут быть сложены «стенкой», пирамидой, слоем. Можно показать, что даже простые перестановки камней меняют свойства груды. Груда может быть препятствием снежной лавине в горах или нет, всё зависит от количества камней, их размеров, формы кучи и пр.

Можно показать, что независимо от размеров и формы куча камней обладает эмерджентностью (где есть эмерджентность, там нет суммативности). Масса кучи равна сумме масс камней, входящих в её состав, Это очевидный признак суммативности. Но объём кучи превышает сумму объёмов отдельных камней, т.к. в куче между камнями имеются пустоты. Целое превышает сумму своих частей, следовательно, имеет место эмерджентность, интегративность. По массе куча камней является суммативной системой, а по объему – интегративной.

Можно привести пример «упорядоченной кучи». Кристаллическая форма вещества по сути дела представляет собой «упорядоченную груду» атомов (ионов). Но группа атомов в кристалле ведёт себя не так, как группа атомов в газе. Кристалл растёт из раствора (или расплава), воспроизводя строго заданную форму. Кристаллы горного хрусталя (кварц) могут быть размером с песчинку и с кирпич. Добавление и убавление объёма не изменяет структуры, например, кварца. Может показаться, что это доказывает суммативную природу кристаллов. Однако, если рассмотреть другие свойства кристаллов, то от суммативности не останется и следа.

Например, кварц используется как резонатор в системах радиоэлектроники, в кварцевых часах. Резонансные свойства нелинейно зависят от толщины кварцевой пластинки (объёма). Незначительные изменения объема могут вызвать резкие изменения резонансных свойств. Цена бриллианта также нелинейно связана с его размерами и формой. Огранка алмаза (изменение формы) превращает его в дорогой бриллиант.

Увеличение размеров кристалла может изменять также другие его свойства. В растворе кристалл малого размера может растворяться, а крупный – расти. Кристаллы способны «залечивать» повреждения, если их поместить в «питательный» раствор. Ледяная «сосулька» восстанавливает свою форму после откалывания кончика. Такие системы называют регенеративными (способные восстанавливать свои элементы и отношения).

К регенеративным относятся все живые системы и некоторые неживые. Многие животные способны регенерировать утраченные органы. Все организмы периодически заменяют устаревшие клетки. Клетки регенерируют белковые молекулы. По этим признакам живые системы считаются сложными, интегративными. Но неживой кристалл также способен к регенерации, почему его нельзя считать сложной системой?

Как видно поведение простых систем не суммативное. Рассмотрим другие, часто приводимые, примеры.

Нельзя рассматривать свойства леса, как суммативное свойство отдельных деревьев. Есть поговорка: «за деревьями не видно леса». Между деревьями и всеми живыми и неживыми объектами в биоценозе (лес) существует ярко выраженная целостность (интегративность). Симбиозы грибов и деревьев, птиц и деревьев являются тому примерами.

Толпа также не является простой суммой свойств, собравшихся людей. Толпа интеллектуалов может вести себя как стадо животных (З. Фрейд).

Итак, изменение количества элементов системы всегда приводит к возникновению новых свойств (эмерджентность), и только в том случае, когда эти свойства не интересуют наблюдателя, систему считают суммативной.

Суммативность возникает при упрощенном моделировании реальных объектов, как искажение реальности. В каждом объекте можно найти интегративность и суммативность, которые относятся как две стороны медали. Следует всегда помнить, что суммативный взгляд на природу иногда может привести к ошибочным выводам. Представления о суммативности возникли в связи с тем, что в системах не все связи и элементы равноценны. Можно обнаружить доминирующие элементы и связи, незначительные изменения которых приводят к существенным изменениям свойств системы. Таковыми, например, являются подсистемы управления.

Когда доминирующая подсистема усиливает своё влияние, то этот процесс называется централизацией. Централизация сопровождается ростом интегративности. Например, смена руководителя предприятия может резко изменить курс развития.

Но в системе всегда присутствуют элементы и связи, влияние которых на функции системы выражены слабо. Потеря части таких элементов не приводит к заметному изменению функций. Выше приводились примеры с кучей и кристаллами. Потеря командира в бою может привести к поражению, но потеря части рядовых бойцов не останавливает наступление армии.

Автомобиль, потерявший колесо, перестаёт выполнять функции автомобиля, но при избытке колёс у боевого транспортного средства потеря одного колеса не лишает его боеспособности. Боевые корабли разделяются на отсеки, затопление некоторых из них ухудшает плавучесть, но предохраняет от гибели. Трос имеет множество стальных волокон. Разрыв некоторых из них не означает потерю работоспособности.

Однако даже в «суммативных» системах есть количественный предел потерь. Превышение его приводит к разрушению системы, т.е. переходу её в новое качество. Если в системе не происходит регенерация разрушенных элементов (нерегенеративные системы), то потеря части приводит к качественным изменениям. Например, горы постоянно разрушаются, превращаются в камни, а камни превращаются в песок. Боевое транспортное средство, потерявшее большое количество колес, терпит поражение, становится железной коробкой. Если система разрушается при удалении хотя бы одного её элемента, то такая система называется «минимальной».

  •  Интегративные системы.

Интегративные системы, при желании, можно перевести в ранг суммативных, если доминирующие элементы (связи) многократно дублировать. Выше приводились примеры увеличения количества колёс у боевого транспортного средства. При четырех колесах выход из строя одного означает потерю функций. Если колес восемь, то остановку движения вызовет потеря только пяти колес. Поэтому самолёт управляется двумя пилотами – дублёрами. У каждого руководителя должны быть заместители.

Интегративными системами легче управлять, воздействуя на малочисленные параметры порядка [10], но суммативные системы способны сохранять гомеостазис без внешнего вмешательства, т.е. являются самоорганизуемыми. В государстве переход от центральной власти к местному самоуправлению ослабляет управление, но повышает самоуправляемость (устойчивость). Делегирование полномочий персоналу повышает живучесть предприятия в условиях жесткой рыночной конкуренции, т.к. ошибка одного руководителя может быть исправлена действиями коллектива (резерв надежности).

В интегративных системах незначительное воздействие на параметры порядка могут вызвать резкие (нелинейные) изменения состояния управляемого объекта.

В суммативных системах изменения происходят плавно («линейно»), пропорционально степени воздействия. Итак, функции связей могут быть линейными (суммативными) или нелинейными (интегративными).

  •  Линейные и нелинейные зависимости в описании системных свойств.

Линейные зависимости однозначно связывают причину и следствие. Простейшие линейные зависимости выражаются формулой y=kx+b. Линейные системы имеют следующие особенности [7].

1. Система имеет только одно устойчивое, равновесное состояние. Например, маятник, совершающий колебания около положения равновесия по закону синуса.

2. Малым воздействиям на систему соответствуют малые отклонения от исходного состояния. Ответ линейной системы на внешнее воздействие почти всегда пропорционален этому воздействию. Когда внешние воздействия достигают критических значений, линейная система разрушается, т.е. становится нелинейной.

Системы, которые можно описывать линейными функциями, встречаются редко, подавляющее большинство из них подчинены одновременно действию как линейных, так и нелинейных функциональных законов. А.Эйнштейн утверждал, что линейных зависимостей в природе не существует. Линейность (как и суммативность) является результатом упрощенного моделирования природных явлений. Однако иногда линейное моделирование может быть адекватно задачам исследователя и нецелесообразно усложнять описание системы нелинейными дифференциальными уравнениями.

Нелинейные системы, как правило, описываются сложными законами Они неоднозначные и многообразные. Здесь причина и следствие могут меняться местами. Они выражаются группой дифференциальных уравнений. Графическое изображение их функций может носить вид гиперболы, параболы, извилистой кривой и т.д.

Нелинейность приводит к тому, что изменчивость системы зависит не только от времени, но также являются функцией многих других переменных. Нелинейными зависимостями описываются, например, атмосферные процессы [11], демографические процессы [12], бифуркационные явления [11] и др.

3.8. Динамические свойства систем

В зависимости от точки зрения и целей исследования природные объекты разделяют на динамические и статические объекты. Динамические системы существуют, благодаря преобразованиям в структуре и функциях, в ответ на влияние внешних факторов. Напротив, статические системы способны длительное время сохранять почти без изменения свои собственные связи, отношения и свойства.

Понятие устойчивое равновесие определяется, как способность системы в отсутствии внешних возмущений некоторое время сохранять качественную определенность, неизменность. Термин «некоторое время» не имеет количественного выражения, предполагается что «статичность» может длиться дольше длительности наблюдений.

Итак, вечной статичности быть не может. Все процессы подвержены флюктуациям. Флюктуациями называют малые случайные возмущения, колебания, изменения, образующие фон любого процесса. Флюктуации, воздействующие на систему, в зависимости от своей силы могут иметь совершенно разные для неё последствия. Если флюктуации открытой системы недостаточно сильны, то система самостоятельно вернётся к предыдущему состоянию, структуре или поведению. Если флюктуации очень сильны, система может разрушиться. И, наконец, третья возможность заключается в появлении нового состояния или поведения системы.

В представлениях классической механики любой объект «стремится» занять устойчивое положение и максимально долго (консервативно) в нем находиться, как шарик 1 на рис. 6.3. При малых возмущениях  шарик 1, находящийся в положении устойчивого равновесия, будет совершать малые колебания, которые со временем затухнут и равновесие восстановится, система станет статической, равновесной. При сильном воздействии шарик 1 может «перепрыгнуть» через барьер в соседнюю ямку. Избежать внешних возмущающих воздействий невозможно, т.к. закрытых объектов не существует, поэтому вместо кратковременного, устойчивого равновесия лучше говорить о подвижном равновесии.

Концепция глобального эволюционизма вопреки классической науке отрицает неподвижность и стационарность Вселенной. «Все течет, всё изменяется». Устойчивое равновесие - это субъективное упрощение действительности. Если шарик «успокоился» в земляной ямке, то землетрясение, например, может изменить ситуацию, нарушить его статичность. Известно, что современные горы когда - то были дном моря.

Неравновесность можно определить как состояние открытой системы, при котором происходят изменения её макроскопических параметров, состава, структуры и поведения [13].

Однако неравновесное состояние также может быть устойчивым (устойчивое неравновесное состояние). Такой процесс называют сохранением гомеостазиса системы.

Гомеостазис можно сохранять различными способами. Можно построить железобетонный дом, который без ремонта простоит сто лет (условно равновесное состояние), или сто лет осуществлять ремонт и реставрацию непрочного сооружения (устойчивое неравновесие).

Устойчивость (равновесная или неравновесная) реализуется через изменение функций системы. Функции определяются структурой элементов и связей. Многочисленные исследования выявили инвариантные законы функционирования структур (законы организации). Их действию подчиняются многие системы. Они отражают свойства присущие всем целостным объектам, имеют устойчивый и повторяющийся характер. Рассмотрим их.

Закон координации связей и отношений всех компонентов целостного объекта. Его основное предназначение состоит в согласовании действий всех связей и отношений, имеющих место в системе. В природных системах согласование происходит самопроизвольно. В технических и социальных системах координация осуществляется людьми посредством подсистем управления.

К закону координации близко примыкает закон совместимости компонентов системы. Его смысл состоит в согласованности и взаимодополняемости разнородных структур. Благодаря этим законам, обеспечивается полнота функционирования всей системы. На любом предприятии имеются работники разных специальностей (инженеры, экономисты, бухгалтера и др.), которые дополняют действия друг друга.

Совместимость элементов целостного образования проявляется двояким образом. С одной стороны, она означает совместимость частей между собой, а с другой - совместимость частей с целым. Любое ее нарушение приводит к сбоям функционирования. Примером может служить переливание крови. Вливание несовместимой с организмом крови может привести к смерти. Несовместимость характеров мужа и жены может разрушить семью. Запасные части, предназначенные для одной модели автомобиля, не могут использоваться для другой модели, в связи с несовместимостью их размеров и форм.

Важным функциональным законом является закон специализации компонентов системы. Каждая подсистема, часть или элемент выполняют определенные функции и операции. Действие любого из компонентов важно для всех остальных. Изъятие из системы любого из них приводит к нарушению функционирования всей цепочки и вызывает глубокие изменения в качественных характеристиках объекта. Можно добавить, что для повышения надежности функционирования, некоторые элементы дублируются. В организме человека много дублированных функций (два глаза и уха, две ноги, две кроветворные системы и пр.).

3.9. Изменчивость и развитие систем

Ещё одна группа системных свойств имеет связь с представлениями о развитии. К этой группе в первую очередь следует отнести понятия: «изменчивость», «эволюция», «рост», «генезис», «отбор», гомеокинез.

Под развитием понимаются необратимые изменения в объекте, в результате которых возникает новое качество или состояние. Когда изменения носят циклический характер, например, колебания маятника, то такие изменения не считаются развитием. Эволюция и развитие часто используются как синонимы. Изменения могут быть монотонными, скачкообразными, с повторением уже пройденных состояний (циклическое развитие). Многообразие взглядов на причины развития можно представить в виде четырёх групп.

Первая группа исследователей связывает развитие с реализацией поставленных целей [14]. Эта точка зрения исходит из поведения социальных, человеческих систем. И причиной такого развития являются потребности и желания людей.

Вторая группа рассматривает развитие как следствие процесса адаптации к среде. Такое поведение свойственно в большей степени биологическим (социальным) системам. Дарвинизм основан на этой точке зрения [15].

Третья группа считает источником развития противоречия, возникающие в системах. Разрешение противоречий – есть развитие.

Четвёртая группа видит развитие в стремлении к совершенству, прогрессу [16,17]. К сожалению, результаты изменений часто становятся понятны только после свершения события. Иногда вместо прогресса получается регресс. Развитие может идти как по линии прогресса, так и регресса и выражаться в эволюционной или революционной формах [18].

Выбор той или иной ветви развития осуществляется в соответствии с принципом минимума диссипации. Из совокупности допустимых состояний системы реализуется те, которым характерно минимальное рассеяние энергии [16]. Возможны и другие принципы отбора путей развития.

Все перечисленные точки зрения можно считать правильными, но каждая отражает только одну сторону многогранного явления «эволюция».

К изменчивости можно отнести также свойство «адаптивность». Под адаптивностью понимается способность системы изменять свою структуру и выбирать варианты поведения под воздействием факторов внешней среды сообразно с новыми целями системы. Главная задача адаптивности – обеспечение выживания. Важным свойством адаптивной системы является системная инерция, определяющая время, необходимое для перехода из одного состояния в другое.

Адаптивные возможности самоорганизации любой системы не беспредельны. Под самоорганизацией понимается процесс установления в системе порядка, происходящий исключительно за счёт кооперативного действия её компонентов. Система способна прогрессивно развиваться, если удовлетворяет следующим требованиям [19]:

  •  система должна быть открытой для ВЭИ потоков.
  •  процессы, происходящие в системе, должны быть кооперативными, функционально согласованными друг с другом.
  •  система должна быть динамичной.

Как правило, распад целостных объектов происходит под влиянием внешних системоразрушающих факторов. Горы могут быть разрушены землетрясением. Скалы могут быть взорваны человеком.

Вопросы для самопроверки:

  1.  Основные свойства сложных  систем
  1.  Свойства, связанные со строением объекта
  1.  Открытые и закрытые системы.
  1.  Простые и сложные системы.
  1.  Онтологическая и гносеологическая сложности системы.
  1.  Свойства, связанные с функционированием систем
  1.  Интегративные системы.
  1.  Линейные и нелинейные зависимости в описании системных свойств.
  1.  Динамические свойства систем
  1.  Изменчивость и развитие систем

PAGE   \* MERGEFORMAT 19


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18795. Реализация типовых законов управления в цифровых ЛСУ. Адекватность моделей непрерывных и цифровых регуляторов 270.53 KB
  Реализация типовых законов управления в цифровых ЛСУ. Адекватность моделей непрерывных и цифровых регуляторов. ИЭ1 импульсный элемент входного коммутатора который преобразует непрерывный сигнал в последовательность импульсов КЭ кодирующий элемент который о...
18796. Принципы построения и основные структуры реальных промышленных регуляторов 489.21 KB
  Принципы построения и основные структуры реальных промышленных регуляторов. Рассмотрим общий принцип построения желаемой структуры автоматических регуляторов. При охвате какоголибо участка схемы с передаточной функцией отрицательной обратной связью получаем эк...
18797. Модули УСО и удаленного ввода - вывода 68.12 KB
  Модули УСО и удаленного ввода вывода. Неотъемлемой частью любой АСУТП являются устройства связи с объектом УСО назначение которых заключается в сопряжении датчиков аппаратуры и исполнительных механизмов контролируемого объекта и/или технологического процесса с вы...
18798. Построение плат дискретного ввода – вывода 205.65 KB
  Построение плат дискретного ввода – вывода Платы дискретного вв‐выв ПДВВ предст. собой устрва преобразования двоичных сигналов логических уровней 1 и 0. Этим уровням соответствует напряжение на замкнутом или разомкнутом ключах. Величина напряжения может быть различн...
18799. Системы многоканального ввода – вывода аналоговых сигналов 189.68 KB
  Системы многоканального ввода – вывода аналоговых сигналов. На рис 11.2а показана система управления процессом сбора/распределения данных в котором каждому каналу соответствует отдельный ЦАП и АЦП. Альтернативная конфигурация показана на рис 11.2б в данной системе испо
18800. АЦП / ЦАП. Основные архитектуры, интерфейсы связи 270.15 KB
  АЦП / ЦАП. Основные архитектуры интерфейсы связи. ЦАП предназначен для преобразования числа представленного как правило в виде двоичного кода в напряжение или ток пропорциональные этому числу. Схемотехника аналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рисунк...
18801. Устройство плат аналогового ввода - вывода 23.88 KB
  Устройство плат аналогового ввода вывода. Платы аналогового ввода‐вывода ПАВВ предназначены для обеспечения ввода аналоговых сигналов с датчиков в вычислительное устройство обработки и вывода аналоговых сигналовдля пропорционального управления исполнительными
18802. Назначение и особенности архитектур микроконтроллеров 76.74 KB
  Назначение и особенности архитектур микроконтроллеров Микроконтроллер МК ‐ это специализированный микропроцессор предназначенныйдля обработки внешних событий при решении задач управления техническими процессами. Обычно МК в реальном времени выполняют задачи с
18803. Назначение и особ-ти архитектур цифровых сигнальных процессоров 34.91 KB
  Назначение и особти архитектур цифровых сигнальных процессоров. Цифровой сигнальный процессор ЦСП – это специализированный процессор предназначенный для обработки в реальном масштабе времени сигналов непрерывного вида с использованием математического аппарата ц