Читать книгу Алгебра природы для управляемых систем - - Страница 2

Что такое система?

Что известно о системах?

Понятие «система» является одним из наиболее распространённых в современной науке и практике. Количество публикаций и упоминаний, посвящённых этому понятию, исчисляется десятками миллионов. Однако, несмотря на это, до настоящего времени не выработано определения, раскрывающего сущность систем как природного явления.

В природе существуют разные по сложности структуры: одномерные структуры (множества), двумерные структуры (комплексы), трёхмерные структуры (триады) Это подтверждает и мироустройство (энергетическая среда, космические системы, материальные объекты и живая природа), и любой вид сознательной деятельности.

Об этом, в частности, свидетельствует Берталанфи, который утверждает, что разработку научных основ теории систем следует начать с изучения систем в живой природе и окружающем мире с целью выявления более общих, фундаментальных закономерностей, которые можно положить в основу дальнейшего развития науки о системах.

Несмотря на критику этой точки зрения, заслуга Берталанфи состоит в том, что он взял за основу биологические системы и, в конечном счете, социальные системы. Они по своей сложности превосходят все рассматриваемые ранее системы, но подчиняются общим законам.

Все это, очевидно, было бы правильно, если бы не существовало естественных и других, например, логических или мыслительных (системное мышление) систем.

Как это работает можно проследить на примере космических систем.

Существует, допустим, энергетическая среда, которая имеет два знака: положительный и отрицательный. Среда одного знака формирует ядро будущей космической системы. У этого ядра образуется поле тяготения для энергоносителей одного знака и поле отталкивания для энергоносителей другого знака. Энергоносители разных знаков под действием центростремительной и центробежной сил перемещаются в разные стороны от ядра. При равенстве центростремительной и центробежной сил образуется нейтральная зона, которая является орбитой для более мелких объектов других видов энергии (планеты, спутники). Это уже структура космической системы, элементы которой взаимодействуют, благодаря энергетической среде, как источнику энергии. Вращение орбитальных элементов вокруг ядра – это и есть циклическое функционирование.

Общие признаки и свойства естественных систем.

Для любой системы всегда необходимо наличие источника энергии, механической основы, материального предмета и процесса сознательного управления. Система всегда и представляет собой четырехмерное образование. У каждого из этих структурных образований имеются свои свойства и законы. У множественных структур есть свойство целостности и закон сохранения. У комплексов – свойство симметричности и закон единства и борьбы противоположностей. У трехмерных структур – свойство иерархичности и закон перехода количества в качество. У систем – свойство цикличности и законы отрицания.

Если ни один процесс сознательной деятельности любого человека или субъекта невозможно осуществить без источника энергии, механической основы, материального предмета труда и сознательного управления процессом, то такой же аналог существует у естественных систем.

При изучении одной математической модели изучается целый класс описываемых ею явлений. Именно этот изоморфизм законов, выражаемых математическими моделями в различных сегментах научного знания, вдохновил Людвига фон Берталанфи на создание «общей теории систем». В этом изоморфизме законов похожесть структур разных областей знания в их моделировании.

Естественные науки, философия и математика являются неотъемлемым содержанием интеллектуальной системы. Тем не менее математики часто пренебрегают философией. И это не случайно. Очевидно, это связано с тем, что философия не является системой, так как плохо объясняет функционирование естественных систем. Поэтому она мало чем может помочь математикам при построении своей системы.

Математики построили величественное здание науки, но, как и в любом большом сооружении, фундамент и каркас требуют особого внимания. Для того чтобы наука могла развиваться устойчиво, необходима более прочная система, которая бы опиралась на законы природы. Ведь математика, несмотря на свою мощь, как бы сама по себе не существует: она должна быть связана с философией и физикой, иначе её мощь не будет полной. Как отметил Михаил Ломоносов: «Математика – царица всех наук, но служанка физики». В свою очередь, Цицерон прекрасно выразил роль философии в этой связи: «Философия – мать всех наук». Математика не только дитя философии, но и служанка физики, ведь именно её законы помогают нам описывать реальный мир, делая наши математические модели полноценными и осмысленными.

Закономерности построения искусственных систем.

Что общего у искусственных и естественных систем? Ответ на этот вопрос могла бы дать общая теория систем. Но, к сожалению, существующие интерпретации этой теории не дают ответа на этот вопрос.

Если управление является процессом регулирования какой-то сознательной деятельности, то в естественных системах осуществляется процесс саморегулирования. В тех и других системах существуют определенные структуры, и в тех, и в других системах существуют определённые структуры и циклические процессы, которые возможны только при наличии источника энергии.

Как происходит саморегулирование в естественных системах?

Энергоносители одного знака с ядром в поле тяготения падают на ядро и увеличивают его энергию. Происходит это до тех пор, пока энергия ядра не достигнет предельного значения, необходимого для устойчивого вращения ядра. При превышении этого предела излишек энергии выбрасывается из ядра в направлении оси вращения. Это волна определенной длины со свойствами ядра, которая называется квантом. Процесс накопления и излучения энергии представляет собой цикл, в течение которого и происходит саморегуляция.

Все элементы определения систем налицо. Космическая система – это саморегулируемый объект. У него есть структура: ядро, планеты и спутники, которые взаимодействуют между собой. А это взаимодействие и циклическое функционирование обеспечивается источником энергии из окружающей среды.

Общей схемой построения всех систем является десятирица или как ее еще называют «четверица». Это еще не система. Система образуется из двух обратных десятириц, как конусных пирамид, соединенных основаниями.

Построением искусственных систем по законам естественных систем занимается системология, известная как общая теория систем с её системными методами: системным подходом, системным анализом, системным синтезом, системотехникой.

Системотехника на практике по-разному называется, имея один и тот же смысл, но в данном случае выбрано название, которое унаследовало первичный смысл слова «техника», как умение пользоваться системными методами.

Преимущества системных методов в том, что используют чётко ограниченное количество математических моделей для описания чрезвычайно сложных реальных систем, особенно, искусственных. При этом необходимо иметь в виду, что Природа развивает естественные системы от энергетической среды до человека, который параллельно развивает науку по тем же принципам. Завершается это естественное развитие системологией, с которой начинается создание искусственных систем.

В системах наук первого и второго уровней чётко прослеживается аналогичность наук: естественные науки – физика, механика, химия, биология, философия – материализм, диалектика, логика, методология, математика – множества, комплексы, векторы, тензоры, системология – системный подход, системный анализ, системный синтез, системотехника.

Общее определение систем.

Существующие определения, как правило, носят описательный или прикладной характер и не затрагивают онтологические основания систем. Для многих эти понятия слишком сложное и они хотели бы что-нибудь попроще.

Но дело в том, в природе существуют разные по сложности структуры. Поэтому, как бы нам ни хотелось чего-нибудь попроще, ничего не получится, всё-таки система имеет самое сложное строение.

Исходя из всего вышеизложенного, можно сформулировать наиболее общее определение системы.

Система – это целостный четырехмерный саморегулируемый или управляемый объект, трехмерные структурные элементы которого взаимодействуют, обеспечивая его циклическое функционирование, благодаря наличию источника существования.

Установив онтологические признаки системы, показав их универсальность для естественных и искусственных объектов и дав всеобщее их определение, можно перейти к рассмотрению способов сознательного применения этих закономерностей. В отличие от естественных систем, формирующихся и развивающихся спонтанно, искусственные системы создаются целенаправленно, что требует особого метода их построения и анализа.

Системный подход к построению управляемой системы.

Управляемая система является частным случаем системы и подчиняется тем же фундаментальным законам, что и естественные системы. Отличие заключается в наличии субъекта управления, который сознательно формирует структуру системы, определяет цели её функционирования и способы их достижения.

Системный подход представляет собой метод переноса законов организации и функционирования естественных систем в область проектирования и эксплуатации искусственных систем.

Системный подход – понятие довольно распространённое, о чём свидетельствует около семи миллионов ссылок в интернете. Довольно часто этот термин используется ради «красного словца» без понимания его смысла. Между тем надо понять, что это метод не самого исследования, а только подготовки к нему. Это помогает убрать туманность.

Системный подход – это систематизированная подготовка к исследованию.

Авторство (титульный лист научного отчёта),

Предмет, цели, задачи, метод,

Обзор известной информации,

Восхождение от конкретного субъекта до среды его существования.

Это своего рода настройка: сначала фиксируются рамки, затем собирается база знаний и лишь потом осуществляется восхождение от частного к общему. Основой является Природа, конечным развитием которой является наиболее сложная и совершенная естественная система, которую представляет конкретный человек или совокупность людей, объединённых в творческий коллектив.

Системный подход начинается с названия и указания на конкретное авторство исследования и организации, которую представляют автор или авторский коллектив, обладающий интеллектуальным уровнем, необходимым для выполнения данной творческой работы с соответствующим названием. Указывается также место и время выполняемой работы.

Вторым этапом системного подхода является конкретизация объекта исследования, формулируется цель, ставятся задачи и выбирается метод исследования. Следующим этапом системного подхода является выяснение того, что известно об объекте исследования и критическое осмысление имеющейся информации. Заключительным этапом системного подхода является выбор среды существования объекта исследования с максимально возможным количеством элементов.

Системный подход рассматривает любую управляемую систему, в том числе экономику не как изолированное изобретение человека, а как закономерное продолжение эволюции естественных саморегулируемых систем. Он опирается на знания о структуре и развитии природы – от элементарных объектов до человека как наиболее сложной саморегулируемой системы.

Системный подход, помимо установления авторства и формулирования целей и задач, обобщает результаты анализа информационных источников о законах образования и развития естественных систем. При этом выделяются источники информации, имеющие непосредственное, косвенное и случайное отношение к объекту исследования, в данном случае, к экономике. Источники информации каждой из групп воспринимаются автором как положительные, спорные и отрицательные с оценкой их признания по количеству: единичных, немногочисленных и общепринятых. Эти сведения накапливались веками в различных науках и философских традициях.

Античная философия уже ставила вопрос о цели и структуре природных форм искусственных систем. В частности, Аристотель различал «экономику» – как искусство разумного ведения хозяйства – и «хрематистику» – как стремление к накоплению богатства ради самого богатства. Он же ввёл представление о телеологическом устройстве природы: любая система развивается к своей цели, формируя внутреннюю структуру и порядок.

Натурфилософия Нового времени и последующие естественные науки описали основные уровни организации материи.

Физика выявила фундаментальные элементы и их взаимодействия, принципы сохранения энергии и энтропии.

Химия показала, как из простых элементов формируются устойчивые комплексы с новыми свойствами.

Кибернетика, заложенная Норбертом Винером, ввела представления об управлении, обратной связи, саморегуляции и устойчивости. Она показала, что и живые организмы, и технические, и социальные системы подчиняются единым законам управления.

Биология, начиная с Дарвина, раскрыла эволюционные механизмы развития живых систем: воспроизводство, наследственность, отбор, адаптация.

Общая теория систем, сформулированная Людвигом фон Берталанфи, обобщила эти знания и предложила рассматривать любую систему – физическую, биологическую, социальную – как целостный объект, обладающий структурой, функциями, связями и целями.

Из всех этих источников вытекает общее представление: любая система возникает в среде, обособляясь как целое, выполняет функции и развивается, формирует внутреннюю и внешнюю структуру, достигая всё большей сложности и автономности саморегулирования.

Высшей формой такой эволюции является человек – как наиболее сложная саморегулируемая система. В нём соединены физическая основа, химические процессы, биологические функции, социальные отношения и интеллектуальная деятельность. Человек не только приспосабливается к среде, но и целенаправленно преобразует её, создавая новые формы взаимодействия – включая экономическую систему.

Последний же этап системного подхода осуществляет восхождение от конкретной системы до самой общей среды существования. Конкретная система, независимо от того, это один человек или это государство обладает разными формами управления, от которых зависит качество её функционирования.

Формы управления:

Технократия (сбалансированная, саморегулируемая),

Демократия (нормативная, законодательная),

Бюрократия (регламентирующая, рациональная),

Автократия (волевая, интуитивная),

Поскольку человек и общество являются саморегулируемыми системами, для них объективно действуют естественные критерии управления.

Первичный критерий: постоянство среды (гомеостаз).

Вторичные: пределы изменчивости и динамическое равновесие.

Третичные: равномерность, троичность отклонений, три вида взаимодействий.

Четвертичные: инвариантность, сопоставимость, производность и масштабируемость.

На основе этих критериев строится структура управления.

Структура управления:

Интеллектуальная система (знания, культура, инновации).

Территориальная система (пространство, инфраструктура),

Производственная система (технологии и производство),

Административная система (ресурсы и демография),

Все эти системы являются элементами более общей системы.

Естественные системы:

Людские ресурсы.

Ресурсы живой природы

Виды естественных ресурсов

Энергетические условия.

Система энергетических условий состоит из:

Энергетики превращений.

Энергетики структурообразования.

Энергетики движения,

Материальной основы.

Энергетическая среда – универсальное условие существования любых систем, от атомов до человека и общества. Это отправная точка, без которой дальнейшие исследования будут висеть в воздухе. Энергетические условия являются всеобщей средой существования всей неживой и живой Природы. Эта среда предполагает наличие видов энергии, которые служат основой образования энергетических объектов за счёт боковых связей первичных элементов и базовой энергетикой жестких полярных связей. Эти силовые взаимодействия оказываются возможными благодаря энергетики движения, а основой всей энергетики является материальная среда с неизвестным минимальным единичным объектом определённой массы бесконечно большого количества. Человек и любая другая система существуют в различных социальных и естественных условиях, но всеобщими условиями существования является энергетическая среда.

В приведённой структуре отражена важная природная последовательность: каждый элемент предыдущего этапа процесса развития не только включает в себя компоненты следующего, но и служит основой для их формирования.

Вводится по сути дела чёткая иерархичность и вложенность (каждый элемент предыдущего этапа содержит все элементы следующего). Это создаёт фрактальную структуру ресурсов. В данном случае отображён только последний элемент предыдущего этапа, но аналогичный процесс происходит со всеми элементами.

Принцип свёртки позволяет управлять сложностью. В управленческой практике свёртка позволяет уменьшить сложность: множество разрозненных показателей группируется в ограниченное число ключевых блоков, каждый из которых контролируется по единым правилам. Это даёт возможность видеть систему целиком, упрощает принятие решений и делает управление устойчивым при минимальных затратах на обработку информации.

С материи начинается системный анализ, как метод построения теоретических моделей любой реальной искусственной системы, в том числе экономической, на основе философского закона единства и борьбы противоположностей.

Итак, анализ информационных источников показывает: все естественные системы образуются в среде, выделяются в целое, выполняют свойственные им функции и развиваются, формируют внутреннюю и внешнюю структуру, усложняясь. Кульминацией этого процесса становится человек как наиболее сложная саморегулируемая система.

Чтобы перейти от общих закономерностей, например, к экономике, необходимо рассмотреть её физическую сущность. Ведь хозяйственная деятельность возникает не в отвлечённом мире идей, а в конкретной материальной среде. Именно физическая основа задаёт рамки для всех последующих уровней – философского, математического и практического.

Заключение.

Энергетическая среда – это универсальное условие существования всех систем: физических, биологических, социальных. Любая деятельность, в том числе хозяйственная, по сути, представляет собой преобразование и распределение энергии – через труд, ресурсы, производство и обмен. Экономика возникает не как искусственная схема, а как продолжение общих закономерностей природы.

Игнорирование этого фундамента делает любую теорию отвлечённой и неустойчивой. Именно поэтому системный подход к построению управляемой экономической системы должен исходить из энергетических условий как первичной основы. На этой основе становится возможным системный анализ – метод, который позволяет перейти от общих законов природы к конкретной модели экономики, способной к устойчивому саморегулированию.

Системный анализ основных элементов управляемой системы.

Системный подход задаёт рамку исследования: от выделения объекта и формулировки целей до понимания среды его существования. Но чтобы перейти от общей постановки к конкретному исследованию, требуется инструмент, который позволит рассмотреть систему во внутренней целостности и во внешних связях. Этим инструментом является системный анализ. Его задача – не только выявить элементы и связи, но и показать, как из простого складывается сложное, а из общего выделяется конкретное.

Примечание 03. Авторские размышления о том, с чего надо начинать системный анализ, приведены в Приложении 1 (Добавление 03).

Системный анализ должен начинаться не с пустоты, а с признания того, что среда существует реально. Материальные объекты – вот первичное, что мы воспринимаем. Это согласуется и с философией (материя первична), и с опытом: мы всегда имеем дело сначала с вещами, а уже потом с их абстрактным осмыслением.

Поэтому в качестве исходной точки анализа принимается материальная среда. В терминах математики её можно уподобить множеству с элементами, которые обладают хотя бы минимальными характеристиками – массой и формой. В физическом воображении этот элемент можно представить как объект сферической формы, подобный ядру атома или звезды.

Если системный подход заканчивался энергетическими условиями, то, как известно, основой энергетики вообще является теплоноситель наименьших в Природе объектов определённой массы. Объединение бесконечно большого их количества представляет материальную среду или материю.