ОСОБЕННОСТИ ЖИВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

САМООРГАНИЗАЦИЯ

Становление понятия самоорганизации в большой мере способствовали исследова­ния в области синергетики, которую иногда называют теорией самоорганизации. Самоорганизация – понятие, характеризующее способность сложных систем выходить на новый уровень развития, и в частности, все в большей мере проявлять такие свойства, как способность противостоять энтропийным процессам и развивать антиэн­тропийные (негэнтропийные) тенденции, адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру, сохраняя при этом определенную устойчивость. Системы, обладающие этими свойствами, называют самоорганизующимися(разви­вающимися) системами, а способность к самоорганизации – закономерностью самоорганизации.

В основе этих внешне проявляющихся свойств и способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций. С одной стороны, для всех явлений и процессов в системе справедлив второй закон термодинамики («второе начало»), т. е. стремление к возраста­нию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные тенденции, лежащие в основе эволюции. Дж. ван Гиг называет эту особенность развивающихся систем «дуализмом».

Обе тенденции присущи всем уровням развития материи. Однако на уровнях нежи­вой природы негэнтропийные тенденции слабы и их редко удается измерить, а по мере развития материи, особенно начиная с биологического уровня, противодействие «второ­му началу» становится явно наблюдаемым, что и послужило для Л. фон Берталанфи ос­нованием для выделения особого класса открытых систем, обладающих специфи­ческими закономерностями. У человека же и в организационных системах негэнтропий­ные тенденции не только наблюдаются, но иногда и измеряются.

«Дуализм» проявляется в том, что в зависимости от преобладания энтропийных или негэнтропийных тенденций в системе любого уровня иерархии может либо происходить энтропийный процесс упадка и перехода системы на более низкий уровень существования, либо, напротив, система может развиваться в направлении более высокого уровня и переходить на него.

Самоорганизующаяся (развивающаяся) система – термин, используемый в теории систем и кибернетике для обозначения определенного класса систем (биологиче­ских, экономических, социальных), обладающих способностью увеличивать свой поря­док или изменять свою организацию. Самоорганизующимися или развивающи­мися системами названы такие, которые характеризуются рядом признаков, особенно­стей, приближающих их к реальным развивающимся объектам.

Эти особенности, как правило, обусловлены наличием в системе активных элементов и носят двойственный характер: они являются новыми свойствами, полезными для суще­ствования системы, приспосабливаемости ее к изменяющимся условиям среды, но в то же время вызывают неопределенность, затрудняют управление системой.

Основные из этих особенностей:

• нестационарность (изменчивость, нестабильность) отдельных параметров и стохастичность поведения; эта особенность легко интерпретируется для любых систем с активными элементами (живых организмов, социальных организаций и т. п.);

• уникальность и непредсказуемость поведения системы в конкретных условиях; эти свойства проявляются у системы, благодаря наличию в ней активных элементов, в результате чего у системы как бы проявляется «свобода воли», но в то же время имеет место и наличие предельных возможно­стей, определяемых имеющимися ресурсами (элементами, их свойствами) и характерными для определенного типа систем структурными связями;

• способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды и помехам (при­ чем как к внешним, так и к внутренним), что, казалось бы, является весьма полезным свойством, однако адаптивность может проявляться не толь­ко по отношению к помехам, но и по отношению к управляющим воздействиям, что весьма затрудняет управ­ление системой;

• принципиальная неравновесность; при исследовании отличий живых, развивающихся объектов от неживых биолог Эрвин Бауэр выска­зал гипотезу о том, что живое принципиально находится в неустойчивом, неравновесном состоянии, и более того - использует свою энергию для поддержания себя в неравновесном состоянии (которое и является собст­венно жизнью). Эта гипотеза находит все большее подтверждение в современных исследованиях. При этом возникают проблемы сохранения устойчивости системы;

• способность противостоять энтропийным (разрушающим систему) тенденциям и проявлять негэнтропийные тенденции, обусловленная наличием активных элементов, стимулирующих обмен материальными, энергетическими и информационными продуктами со средой и проявляющих собственные "инициативы", благодаря чему в таких системах нарушается закономерность возрастания энтропии (аналогичная второму закону термодина­мики, действующему в закрытых системах, так называемому "второму началу"), и даже наблюдаются негэнтропийные тенденции, т. е. собственно самоорганизация, развитие, в том числе "свобода воли".

• способность вырабатывать варианты поведения и изменять свою структуру, выходить на новый уровень эквифинальности, сохраняя при этом целостность и основные свойства; это свойство может обеспечиваться с помощью различных методов, позволяющих формировать разнооб­разные модели вариантов принятия решений;

• способность и стремление к целеобразованию; в отличие от закрытых (технических) систем, которым цели задаются извне, в системах с активными эле­ментами цели формируются внутри системы (впервые эта особенность применительно к экономическим системам была сформулирована Ю.И. Черняком); целеобразование - основа негэнтропийных процессов в социально-экономических системах;

• неоднозначность использования понятий; например, «цель» - «средство», «система» - «подсистема» и т. п. Эта особенность проявляется при фор­мировании структур целей, при разработке проектов сложных автоматизированных комплексов, когда лица, формирующие структуру системы, назвав какую-то ее часть подсистемой, через некоторое время начинают говорить о ней, как о системе, не добавляя приставки «под», или подцели начинают называть средствами достижения вышестоящих целей, что часто вызывает затяжные дискуссии, которые легко разрешаются с помощью свойства «двуликого Януса».

Рассмотренные особенности противоречивы. Они в большинстве случаев являются и положительными и отрицательными, желательными и нежелательными для создаваемой системы. Их не сразу можно понять и объяснить для того, чтобы выбрать и создать требуе­мую степень их проявления. Исследованием причин проявления подобных особенностей сложных объектов с активными элементами занимаются философы, психологи, специали­сты по теории систем, которые для объяснения этих особенностей предлагают и исследуют закономерности систем.

Противоречивые особенности развивающихся систем и объясняющие их закономер­ности в реальных объектах необходимо изучать, постоянно контролировать, отражать в моделях и искать методы и средства, позволяющие регулировать степень их проявления.

При этом следует иметь в виду важное отличие открытых развивающихся сис­тем с активными элементами от закрытых: пытаясь понять принципиальные особенно­сти моделирования таких систем, уже первые исследователи отмечали, что, начиная с некоторого уровня сложности, систему легче изготовить и ввести в действие, преоб­разовать и изменить, чем отобразить формальной моделью.

По мере накопления опыта исследования, разработки или преобразования (реконст­рукции, реструктуризации) таких систем это наблюдение подтверждалось, и была осоз­нана их основная особенность - принципиальная ограниченность формализованного описания развивающихся, самоорганизующихся систем.

Эта особенность, т. е. необходимость сочетания формальных методов и методов ка­чественного анализа, и положена в основу большинства моделей и методик системного анализа. При формировании таких моделей меняется привычное представление о моделях, характерное для математического моделирования и прикладной математики. Изменяется представление и о доказательстве адекватности таких моделей.

Основную конструктивную идею моделирования при отображении объекта классом самоорганизующихся систем можно сформулировать следующим образом: раз­рабатывается знаковая система, с помощью которой фиксируют известные на данный момент компоненты и связи между ними, а затем, путем преобразования полученного отображения с помощью установленных (принятых) правил - правил структуризации или декомпозиции; правил композиции, поиска мер близости на пространстве со­стояний и т. п. - получают новые, неизвестные ранее компоненты, взаимоотношения, зависимости, которые могут либо послужить основой для принятия решений, либо под­сказать последующие шаги на пути подготовки решения.

Таким образом, можно накапливать информацию об объекте, фиксируя при этом все новые компоненты и связи, и получать отображе­ния последовательных состояний развивающейся системы, постепенно создавая все бо­лее адекватную модель реального, изучаемого или создаваемого объекта. Адекватность модели также доказывается как бы последовательно (по мере ее фор­мирования) путем оценки правильности отражения в каждой последующей модели ком­понентов и связей, необходимых для достижения поставленных целей. Иными словами, такое моделирование становится как бы своеобразным «механиз­мом» развития системы. Практическая реализация такого «механизма» связана с необхо­димостью разработки языка моделирования процесса принятия решения.

ГОМЕОСТАЗ

Гомеостаз (гомеостазис) (греч. homeo - подобный, stasis - неподвижность) - поня­тие, введенное биологом Кэнноном для обозначения физиологических процессов, поддер­живающих некоторые переменные состояния организма, относящиеся к существенным (давление, температура и т.п.), на определенном уровне или в определенных границах.

Применительно к теории систем гомеостазом первоначально называли свойство системы сохранять в процессе взаимодействия со средой значения существенных пере­менных в некоторых заданных пределах.

Существенными называют характеристики, влияющие на основное качество систе­мы, нарушение которого приводит к ее разрушению. При этом существенные перемен­ные должны оставаться стабильными при различных состояниях среды и обеспечивать равновесие системы. В таком понимании гомеостаз или равновесие характеризуют систему как целое, а не отдельные ее части.

Определение гомеостаза через жесткую неизменность существенных переменных, интерпретируемых как параметры состояния системы, в ряде случаев оказывается недос­таточным для описания функционирования сложных систем. Неудобно пользоваться такой моделью гомеостаза и в тех случаях, когда система стремится максимизировать (а не стабилизировать) некоторые свои переменные. Ряд исследователей по этой причине противопоставляли гомеостатическим систе­мам адаптивные.

Однако первоначальное понятие гомеостаза не сводится только к установлению же­стких границ для существенных переменных системы, а может проявляться и в форме других механизмов. Поэтому в некоторых исследованиях полезно обратиться к более тщательному изучению явления и гомеостазиса и принципиальной неравновесности, неустойчивости, с тем, чтобы использовать механизмы обеспечения гомеостазиса в жи­вых организмах или в социально-экономических объектах.

ОСОБЕННОСТИ ЖИВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ