Для чего нужны закономерности развития компьютерных систем

Обновлено: 30.06.2024

2. Любая «живая» система стремится сохранить свой гомеостазис (стабильность, «равновесие», т.е.она должна вести себя так, чтобы при различных внешних условиях не выйти из той области, которая обеспечивает ее существования, а это возможно если в системе имеются механизмы обратной связи.

3. Сложным системам свойственна иерархическая структура.

4. Поведение в сложных системах объясняется стремлением системы достигать рационально своих целей в условиях ограничений, на основе учета нескольких критериев оценки поведения.

1. Робастность – функционирование системы при отказе частей системы (в простой системе – два состояния или полная работоспособность системы либо полный отказ).

2. Неоднородные связи между элементами, структурные связи, функциональные связи, каузальные (причинно-следственные) связи, информационные связи и пространственно-временные связи.

3. Эмерджентность – у сложной системы есть свойства, отсутствующие у ее подсистем, элементов.Эмерджентность – степень несводимости свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит.

Фундаментальным свойством систем является устойчивость, т.е. способность системы противостоять внешним возмущающим воздействиям. От неё зависит продолжительность жизни системы.

Простые системы имеют пассивные формы устойчивости: прочность, сбалансированность, регулируемость, гомеостаз. А для сложных определяющими являются активные формы: надёжность, живучесть и адаптируемость.

Надёжность – свойство сохранения структуры систем, несмотря на гибель отдельных её элементов с помощью их замены или дублирования, а живучесть – как активное подавление вредных качеств. Таким образом, надёжность является более пассивной формой, чем живучесть.

Адаптируемость – свойство изменять поведение или структуру с целью сохранения, улучшения или приобретение новых качеств в условиях изменения внешней среды. Обязательным условием возможности адаптации является наличие обратных связей.

Основание (критерий) классификации	Классы систем
По взаимодействию с внешней средой	Открытые Закрытые Комбинированные
По структуре	Простые Сложные Большие
По характеру функций	Специализированные Многофункциональные (универсальные)
По характеру развития	Стабильные Развивающиеся
По степени организованности	Хорошо организованные Плохо организованные (диффузные)
По сложности поведения	Автоматические Решающие Самоорганизующиеся Предвидящие Превращающиеся
По характеру связи между элементами	Детерминированные Стохастические
По характеру структуры управления	Централизованные Децентрализованные
По назначению	Производящие Управляющие Обслуживающие

Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации.

По содержанию различают системы реальные (материальные), объективно существующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся продуктом мышления.

Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и искусственные (антропогенные).

Естественные системы: системы неживой (физические, химические) и живой (биологические) природы.

Искусственные системы: создаются человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий.

Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные (общественные).

Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в определённых целях.

К социальным системам относятся различные системы человеческого общества.

Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать своё состояние. Эти системы выступают как части более крупных, включающие людей – организационно-технических систем.

Организационная система, для эффективного функционирование которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой.

Примеры человеко-машинных систем: автомобиль – водитель; самолёт – лётчик; ЭВМ – пользователь и т.д.

Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, предназначенная для целенаправленных действий с задачей достижения в процессе функционирования заданного результата.

Абстрактные системыявляются результатом отражения действительности (реальных систем) в мозге человека.

Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определённые аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и эвристические модели, а ко вторым – концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.

Закрытая система.На основе понятия внешней среды системы разделяются на: открытые, закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные. Деление систем на открытые и закрытые связано с их характерными признаками: возможность сохранения свойств при наличии внешних воздействий. Если система нечувствительна к внешним воздействиям её можно считать закрытой. В противном случае – открытой.

Открытой называется система, которая взаимодействует с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. Открытая система является частью более общей системы или нескольких систем. Если вычленить из этого образования собственно рассматриваемую систему, то оставшаяся часть – её среда.

Закрытой называется система, которая не взаимодействует со средой или взаимодействует со средой строго определённым образом. В первом случае предполагается, что система не имеет входов, а во втором, что входы есть, но воздействие среды носит неизменный характер и полностью (заранее) известно. Для закрытой системы, любой её элемент имеет связи только с элементами самой системы.

Комбинированные системы содержат открытые и закрытые подсистемы. Наличие комбинированных систем свидетельствует о сложной комбинации открытой и закрытой подсистем.

В зависимости от структуры и пространственно-временных свойств системы делятся на простые, сложные и большие.

Простые – системы, не имеющие разветвлённых структур, состоящие из небольшого количества взаимосвязей и небольшого количества элементов. Такие элементы служат для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархические уровни. Отличительной особенностью простых систем является детерминированность (четкая определенность) номенклатуры, числа элементов и связей как внутри системы, так и со средой.

Сложные системы – характеризуются большим числом элементов и внутренних связей, их неоднородностью и разнокачественностью, структурным разнообразием, выполняют сложную функцию или ряд функций. Компоненты сложных систем могут рассматриваться как подсистемы, каждая из которых может быть детализирована ещё более простыми подсистемами и т.д. до тех пор, пока не будет получен элемент.

Модель – некоторая система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе. Это описание систем (математическое, вербальное и т.д.) отображающее определённую группу её свойств.

Иерархическое построение – характерный признак сложных систем, при этом уровни иерархии могут быть как однородные, так и неоднородные. Для сложных систем присущи такие факторы, как невозможность предсказать их поведение, то есть слабо предсказуемость, их скрытность, разнообразные состояния.

Большой системой называют систему, ненаблюдаемую одновременно с позиции одного наблюдателя во времени или в пространстве, для которой существенен пространственный фактор, число подсистем которой очень велико, а состав разнороден.

Основополагающими при анализе и синтезе больших и сложных систем являются процедуры декомпозиции и агрегирования.

Декомпозиция – разделение систем на части, с последующим самостоятельным рассмотрением отдельных частей.

Агрегирование является понятием, противоположным декомпозиции. В процессе исследования возникает необходимость объединения элементов системы с целью рассмотреть её с более общих позиций.

Системы, для которых состояние системы однозначно определяется начальными значениями и может быть предсказано для любого последующего момента времени, называются детерминированными.

Стохастические системы – системы, изменения в которых носят случайный характер. При случайных воздействиях данных о состоянии системы недостаточно для предсказания в последующий момент времени.

По характеру развития 2 класса систем: стабильные и развивающиеся.

У стабильной системы структура и функции практически не изменяются в течение всего периода её существования и, как правило, качество функционирования стабильных систем по мере изнашивания их элементов только ухудшается. Восстановительные мероприятия обычно могут лишь снизить темп ухудшения.

Отличной особенностью развивающихся систем является то, что с течением времени их структура и функции приобретают существенные изменения. Функции системы более постоянны, хотя часто и они видоизменяются. Практически неизменными остаётся лишь их назначение. Развивающиеся системы имеют более высокую сложность.

Самоорганизующиеся: имеют гибкие критерии различения и гибкие реакции на внешние воздействия, приспосабливающиеся к различным типам воздействия. Устойчивость внутренней структуры высших форм таких систем обеспечивается постоянным самовоспроизводством.

Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т.е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

В некоторых системах одной из частей может принадлежать доминирующая роль (её значимость >> (символ отношения «значительного превосходства») значимость других частей). Такой компонент – будет выступать как центральный, определяющий функционирование всей системы. Такие системы называют централизованными.

Закон «необходимого разнообразия»( У.Р. Эшби).

Когда исследователь (ЛПР – лицо, принимающее решение, наблюдатель) N сталкивается с проблемой D, решение которой для него неочевидно, то имеет место некоторое разнообразие возможных решений V_d. Этому разнообразию противостоит разнообразие мыслей исследователя (наблюдателя) V_n. Задача исследователя заключается в том, чтобы свести разнообразие V_d - V_n к минимуму, в идеале – к 0.

Эшби доказал теорему, на основе которой формулируется следующий вывод: «Если V_d дано постоянное значение, то V_d - V_n может быть уменьшено лишь за счет соответствующего роста V_n . … только разнообразие в N может уменьшить разнообразие, создаваемое в D; только разнообразие может уничтожить разнообразие».

Применительно к системам управления закон «необходимого разнообразия» может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей системы (системы управления) V_su должно быть больше (или, по крайней мере, равно) разнообразию управляемого объекта V_ou:

Возможны следующие пути совершенствования управления при усложнении производственных процессов:

1) увеличение V_su, что может быть достигнуто путем роста численности аппарата управления, повышения его квалификации, механизации и автоматизации управленческих работ;

2) уменьшение V_ou, за счет установления более четких и определенных правил поведения компонентов системы: унификация, стандартизация, типизация, введение поточного производства, сокращение номенклатуры деталей, узлов, технологической оснастки и т.п.;

3) снижение уровня требований к управлению, т.е. сокращение числа постоянно контролируемых и регулируемых параметров управляемой системы;

4) самоорганизация объектов управления путем ограничения контролируемых параметров с помощью создания саморегулирующихся подразделений (цехов, участков с замкнутым циклом производства, с относительной самостоятельностью и ограничением вмешательства централизованных органов управления предприятием и т.п.).

1. Историчность. Хотя, казалось бы, очевидно, что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем, все же для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы, что каждая система подчиняется закономерности историчности, и что эта закономерность - такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и др. При этом закономерность историчности можно учитывать не только пассивно, фиксируя старение, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая «механизмы» реконструкции, реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.

2. Закономерность самоорганизации. В числе основных особенностей самоорганизующихся систем с активными элементами названы способность противостоять энтропийным[1] тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и т.п. В основе этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем справедлив второй закон термодинамики («второе начало»), т.е. стремление к возрастанию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные (противоположные энтропийным) тенденции, лежащие в основе эволюции.

Синергетикой называют междисциплинарное научное направление, изучающее универсальные закономерности процессов самоорганизации, эволюции и кооперации.

Особое место в синергетике занимают вопросы спонтанного образования упорядоченных структур различной природы в процессах взаимодействия, когда исходные системы находятся в неустойчивых состояниях. Следуя И.Пригожину, ее можно кратко охарактеризовать как «комплекс наук о возникающих системах».

Согласно синергетическим моделям, эволюция системы сводится к последовательности неравновесных фазовых переходов. Принцип развития формулируется как последовательное прохождение критических областей (точек бифуркаций (раздвоения, разветвления)). Вблизи точек бифуркации наблюдается резкое усиление флуктуации (от лат. fluctuatio — колебание, отклонение). Выбор, по которому пойдет развитие после бифуркации, определяется в момент неустойчивости. Поэтому зона бифуркации характеризуется принципиальной непредсказуемостью — неизвестно, станет ли дальнейшее развитие системы хаотическим или родится новая, более упорядоченная структура. Здесь резко возрастает роль неопределенности: случайность на входе в неравновесной ситуации может дать на выходе катастрофические последствия. В то же время, сама возможность спонтанного возникновения порядка из хаоса — важнейший момент процесса самоорганизации в сложной системе.

Документ из архива "Основные закономерности развития компьютерных систем", который расположен в категории "рефераты". Всё это находится в предмете "информатика, программирование" из раздела "Студенческие работы", которые можно найти в файловом архиве Студент. Не смотря на прямую связь этого архива с Студент, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "информатика, программирование" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "45058"

Текст 4 страницы из документа "45058"

Сейчас же вновь появляется, если можно так выразиться, призрак прошлого. Во-первых, это всеобщее проникновение IT-технологий во все сферы экономики. Следовательно, возникает вопрос о максимальной эффективности капиталовложений. Но, несмотря на меньшие капитальные вложения, эксплуатация децентрализованной системы обходится значительно дороже и, если не предполагать, что система нужна на год-полтора, дешевле приобрести дорогой мэйнфрейм (естественно, что решаемые задачи должны быть адекватными). Предпосылками создания подобных систем является значительный прогресс в развитии средств передачи данных, например стандарт Fibre Channel, который и создавался специально для организации кластерных систем. Ниже на рис. 1 приведен пример схемы создания сети хранения данных на основе технологии SAN, базирующейся на FC, которая дает сторедж-системам преимущества технологий LAN/WAN и возможности по организации стандартных платформ для систем с высокой готовностью и высокой интенсивностью запросов.

Почти единственным недостатком SAN на сегодня остается относительно высокая цена компонент, но при этом общая стоимость владения для корпоративных систем, построенных с использованием технологии сетей хранения данных, является довольно низкой.

Эффективность внедрения подобных систем хранения и обработки данных подтверждается тем, что многие корпорации, стремясь к максимальной отдаче от капиталовложений, заменили РС на терминалы, подключенные к мощным серверам. Причины эффективности таких решений очевидны: отдельный пользователь не использует весь потенциал своего РС, следовательно, большей производительности при таких же или меньших денежных затратах можно добиться путем распределения централизованных ресурсов между теми, кому они в данный момент нужны.

Рис. 1. Пример организации сети хранения данных с использованием

Вот как, например, некоторые компании предлагают решить вопрос интернетизации населения. Зачем пользователю интернета дорогостоящий компьютер, когда он по сути является всего лишь связующим элементом? Значительные средства можно будет сэкономить, если использовать примитивный терминал с подключенной к нему клавиатурой и монитором, который будет формировать запросы, послать их на сервер и принимать ответ. Причем один из вариантов предполагает отказ даже от монитора – ведь можно транслировать сигнал на телевизионную антенну, благо телевизор есть почти у каждого.

«…мы наблюдаем бурное развитие локальных и глобальных сетей. Сетевые возможности становятся обязательными атрибутами ОС для ПК, а сетевые серверные ОС – ареной конкурентной борьбы ведущих компаний. … Потенциальные возможности сетей… предлагают новые виды доступа к новым типам сетевых функций, которые… окажут глубокое влияние на коммерческие организации и пользователей… Уже сегодня можно видеть, что сети становятся все более всеохватывающими и предоставляют пользователям рабочую среду, где бы они ни оказались…». Бесспорно, со всем этим нельзя не согласиться, но также следует помнить, что любое решение может быть рационально, и для любого найдутся пределы рациональности. Да, создается единое информационное пространство, IT-технологии, основанные на использовании коммуникаций, распространяются все шире; растет роль сетевых компьютеров, требуются новые технологии распределенного хранения данных. Но, по-моему, это ни в коем случае не означает, что персональные компьютеры вскоре исчезнут и вместо них появятся дешевые электронные блокноты, главным элементом которых будет сетевой контроллер. И, как отмечалось выше, причина здесь не только в низком уровне развития сегодняшних средств коммуникации.

Вряд ли речь идет о полной и вездесущей централизации (а даже если вдруг предположить, что в будущем она и наступит, то это будет ой как еще не скоро). То развитие сетевой сферы, которое невозможно не заметить, скорее свидетельствует о широком распространении IT-технологий, а вовсе не о начавшейся в них революции. Впрочем, время покажет.

3 Заключение

Какие же выводы можно сделать из всего, что было сказано выше, что нас ждет в обозримом будущем? Во-первых, это снижение стоимости компьютеров массового потребления, что позволит им стать такими же обыденными предметами, как радио- и телевещание. Таким образом, главная черта будущих РС – это не гигагерцы и терабайты, а доступность и распространенность. Хотя без них тоже никуда не уйдешь, и наращивание мощности будет происходить очень быстро (как мы сказали, примерно в два раза каждый год, причем процесс все ускоряется), что позволит использовать естественные человеку методы взаимодействия с машиной. Во-вторых, это все большее распространение интернета и вообще сетевых технологий, создание единого информационного пространства.

Если же делать прогноз на более отдаленное время, то, помимо всего прочего, нельзя не сказать, что IT-индустрия уже подходит к очередному технологическому барьеру: в том смысле, что дальнейшее наращивание мощностей существующими методами станет нерентабельно либо вообще невозможно. Например, если повышать производительность чипа, то придется увеличивать степень интеграции, и когда-нибудь наступит такой момент, когда начнут сказываться размеры отдельных атомов применяемых материалов. То же и с магнитными носителями – увеличивать плотность записи на современные HDD можно не до бесконечности. По мнению западных аналитиков, этот момент может наступить уже к концу текущего десятилетия. Поэтому различными компаниями ведутся исследования в области создания транзисторов на принципиально иных материалах и применения оптических технологий для хранения информации. Таким образом, человечество, возможно, стоит у порога очередной технологической революции.

Если она произойдет, то, возможно, эволюция пойдет с еще более впечатляющими эффектами. Со временем компьютеры станут изготавливаться из других материалов, возможно, они станут квазибиологическими или бог весть еще какими и, безусловно, очень маленькими; возможно, они обзаведутся мощным интеллектом. А возможно, все будет иначе. Ведь развитие никогда не бывает прямолинейным, и его нельзя предугадать, да и вообще делать прогнозы на будущее – дело неблагодарное.

В любом случае, как мне кажется, эволюция компьютерных систем пока еще находится на зачаточном этапе. То, что мы имеем сейчас, только начало. Если предположить, что 21-й век станет веком информационных технологий, то 20-й являлся всего лишь предпосылкой к их появлению. Однако не будем конкретизировать по поводу того, что они смогут дать людям. Ведь недаром на дверях Intel написано: "It is a way to. " Вместо многоточия каждый может поставить то, что ему больше нравится, что он видит. Путь именно "в. ", а вовсе не к бескрайним просторам интернета. Главное только, чтоб этот путь не привел человечество к плачевным последствиям…

4 Список использованных источников

Частиков А. П. История компьютера. Стр. 114-118

Computerworld Россия 20 февраля 1996 г. Кевин Стамф. Ностальгический взгляд на пятидесятилетнюю историю вычислительной техники

Computerworld Россия 20 февраля 1996 г. Антониетта Поллески. Лицом к лицу с будущим

Computerworld Россия 16 января 1996 г. Михаил Борисов. Централизация. Удар… Еще удар!

В последнее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем принципов их изменения во времени, для понимания которых полезно применять закономерности рассматриваемой группы.

Историчность. Казалось бы, очевидно, что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем, но все же для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы, что каждая система подчиняется закономерности историчности, и что эта закономерность – такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и др.

Поэтому в практике проектирования и управления на необходимость учета закономерности историчности начинают обращать все больше внимания. При этом закономерность историчности можно не только учитывать, пассивно фиксируя старение, но и использовать для предупреждения "смерти" системы, разрабатывая "механизмы" реконструкции, реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.

Необходимо прогнозировать точки начала спада эффективности и выводить систему на новый уровень эквифинальности, подобно тому, как это представлено на рис. 3.18.

Рис. 3.18. Учет закономерности историчности

В частности, согласно теории И. Адизеса, предложенной в конце 80-х гг. прошлого века [1] для выживания и развития организации все этапы жизненного цикла можно разделить на две группы: этапы роста и этапы старения. Рост начинается с зарождения и заканчивается расцветом (выхаживание, младенчество, стадия быстрого роста, юность, расцвет), старение – со стабилизации и заканчивается смертью организации (стабилизация, аристократизм, бюрократизация и смерть). Поэтому в период стабилизации необходимо прогнозировать выход на новый уровень развития.

Идея закономерности историчности применялась на практике.

Так, при разработке автоматизированных систем управления (АСУ) рекомендовалось примерно в середине периода проектирования предшествующей очереди развития АСУ (АСУ 1-й, 2-й очереди и т.д.) начинать концептуальное проектирование и формирование технического задания (ТЗ) на проектирование последующей очереди АСУ (что условно показано на рис. 3.18).

Аналогичная процедура обновления Комплексной программы (прогноза) и Основных направлений экономического и социального развития страны в середине каждой пятилетки была предусмотрена в СССР в период реформ 70-х гг. XX в.

При создании сложных технических комплексов рекомендуется уже в процессе проектирования корректировать технический проект с учетом старения идеи, положенной в его основу, рассматривать не только вопросы создания и обеспечения развития системы, но и вопрос о том, когда и как ее нужно уничтожить (возможно, предусмотрев "механизм" ее уничтожения или самоликвидации), и при создании технической документации, сопровождающей систему, включать в нее не только вопросы эксплуатации системы, но и срок жизни, ликвидацию. При регистрации предприятий требуется, чтобы в Уставе был предусмотрен этап ликвидации предприятия.

В числе основных особенностей самоорганизующихся систем с активными элементами в табл. 3.5 были названы способность противостоять энтропийным тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и т.п. В основе этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем 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" [2] .

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 Берталанфи основанием для выделения особого класса открытых систем, обладающих специфическими закономерностями, и в частности, наличием негэнтропийных тенденций, противостоящих "второму началу"). А у человека и в организационных системах негэнтропийные тенденции не только наблюдаются, но иногда и измеряются (например, по соответствующим тестам можно определить природную любознательность или "школьный потенциал" личности, являющийся основой ее активности в познавательной и преобразующей деятельности).

При моделировании негэнтропийных тенденций в технических системах Я. З. Цыпкин ввел понятие адаптивности и разработал теорию адаптивных систем. Первоначально этот термин был перенесен и на организационные системы.

Однако удобнее оказалось для таких систем внести термин повышение организованности, порядка и назвать закономерность проявления негэнтропийных тенденций закономерностью самоорганизации [3] .

Важные результаты в понимании закономерности самоорганизации получены в исследованиях, которые относят к развивающейся науке, называемой синергетикой.

Термин "синергетика" был введен немецким физиком Г. Хакеном при проведении исследований кооперативных процессов ("синергизм") в лазерах и неравновесных фазовых переходах. Этим термином Хакен предложил назвать междисциплинарное направление для объединения аналогичных явлений в других физических средах.

В этом смысле термин синергетика больше соответствует закономерности целостности, понятию синергизма в биологии. В то же время термин "синергизм" не отражает появления у целого новых свойств, и поэтому в теории систем принят термин "эмерджентность" (от emerge – появляться).

Бельгийский ученый И. Р. Пригожин, также назвавший свою науку о самоорганизации синергетикой, пришел к своим идеям из анализа специфических химических реакций, которые приводят к образованию нестабильной, диссипативной (распадающейся) пространственной структуры [4] , образующейся за счет диссипации (рассеяния) энергии, использованной системой, и способной воспринимать новую энергию из среды, благодаря чему может изменяться прежняя структура и система может переходить в повое состояние. Простейшим аналогом подобных структур, исследуемых термодинамикой, является эффект Бенара (структура, возникающая в момент начала кипения).

В дальнейшем И. Р. Пригожин и его последователи показали, что такие явления возникают в нелинейных неравновесных системах под воздействием флюктуаций в состояниях, когда система удалена от точки термодинамического равновесия. Точки, в которых возможен переход системы в новое состояние, называют точками бифуркации (раздвоения, разветвления), поскольку в них возникает выбор (зависящий от случайных факторов), в какое из новых состояний перейти системе.

Синергетика И. Р. Пригожина является основой закономерности самоорганизации.

Однако понятия, введенные в ней применительно к химическим процессам, пока еще недостаточно хорошо интерпретированы для социально-экономических систем, и поэтому в теории систем для объяснения закономерностей, лежащих в основе развития систем, предпочтение отдано термину "закономерность самоорганизации".

Первоначально, опираясь на Берталанфи, исследователи объясняли способность системы противостоять энтропийным тенденциям открытостью системы, т.е. ее взаимодействием со средой.

В частности, Л. А. Растригин в одной из популярных брошюр [5] объясняет эту закономерность следующим образом: "Всякая система, изолированная от других систем, может только разрушаться (.энтропийные тенденции – авт.). ".

Но в дальнейшем появились исследования, опирающиеся на активное начало компонентов системы.

Поиском "гена" развивающейся информационной системы занимался Ф. Е. Темников (см . гл. 4); закономерности с.истемогенетики исследует А. И. Субетто [6] ; в рассматриваемой в гл. 5 модели "пространства инициирования целей" (В. II. Сагатовского, Ф. И. Перегудова и др.), наряду со взаимодействием со сложной средой, учитываются инициативы собственно системы, обусловленные самодвижением целостности, активностью элементов системы.

В сложных развивающихся системах закономерность самоорганизации проявляется в том, что в зависимости от преобладания энтропийных или негэнтропийных тенденций система любого уровня может либо развиваться в направлении более высокого уровня эквифинальности и переходить на него, либо, напротив, может происходить энтропийный процесс упадка и перехода системы на более низкий уровень существования.

Исследование глубинных причин самоорганизации, самодвижения целостности показывает, что основой рассматриваемой закономерности является диалектика части и целого в системе. Оценка степени целостности помогает найти точку начала снижения эффективности функционирования системы, в которой целесообразен переход на новый уровень эквифинальности.

Стремясь понять и лучше отразить в модели процесс развития, становления системы, полезно дополнить рассматриваемую группу закономерностей закономерностями, базирующимися на законах диалектики.

Например, в [8] предлагается учитывать при моделировании сложных развивающихся систем закономерности диалектики, такие как изменчивость, единство противоположностей, переход количественных изменений в коренные качественные. Эти закономерности использованы при разработке формализованного аппарата информационного анализа систем А. А. Денисова.

Закономерности функционирования и развития систем (в более краткой формулировке – закономерности систем) – общесистемные закономерности, характеризующие принципиальные особенности построения, функционирования и развития сложных систем.

Такие закономерности Л. фон Берталанфи вначале называл системными параметрами, а А. Холл – макроскопическими свойствами и закономерностями.

Закономерности систем, показанные на рис. 2.8, можно условно разделить на четыре группы:

· взаимодействия части и целого;

Рис. 2.8. Закономерности систем

Закономерности взаимодействия части и целого.В процессе изучения особенностей функционирования и развития сложных систем с активными элементами был выявлен ряд закономерностей, помогающих глубже понять диалектику части и целого в системе, чтобы учитывать их при принятии решений. Рассмотрим основные из этих закономерностей.

Целостность (эмерджентность) проявляется в системе как возникновение (emerge – появляться) у нее новых свойств, отсутствующих у элементов (Л. фон Берталанфи считал это основной системной проблемой).

Проявление данной закономерности легко пояснить на примерах поведения популяций, социальных систем и технических объектов (свойства станка отличаются от свойств деталей, из которых он собран).

Для глубокого понимания закономерности целостности необходимо, прежде всего, учитывать три ее стороны:

1) свойства системы (целого) S не являются простой суммой свойств составляющих ее элементов (частей) s_i и определяются выражением (2.1);

2) свойства системы (целого) зависят от свойств составляющих ее элементов (частей):

3) объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, т. е. система как бы подавляет ряд свойств элементов; но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

Например, в производственной системе в рабочее время у своих элементов-рабочих подавляются вокальные, хореографические и некоторые другие способности, а используются только те свойства, которые нужны для осуществления процесса производства (в большей степени это проявляется на конвейере).

Таким образом, первая сторона закономерности целостности характеризует изменение взаимоотношений системы как целого со средой (по сравнению с взаимодействием с ней отдельно взятых элементов) и утрату элементами некоторых свойств, когда они становятся элементами системы. Эти изменения бывают настолько отличны, что может показаться, будто свойства системы вообще не зависят от свойств элементов. Поэтому необходимо обращать внимание на вторую сторону закономерности целостности.

Например, замена элементов в организационной структуре системы управления предприятием может существенно повлиять на качество его функционирования.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой создается система. При этом если цель не задана в явном виде, а у отображаемого объекта наблюдаются целостные свойства, можно попытаться определить цель или выражение, связывающее цель со средствами ее достижения (целевую функцию, системообразующий критерий), путем изучения причин появления закономерности целостности. Однако часто бывает, что не всегда сразу легко понять причину возникновения целостности и требуется проводить анализ, позволяющий выявить, что привело к возникновению целостных, системных свойств (например, в организационных системах).

Аддитивность. Наряду с изучением причин возникновения целостности, можно получать полезные для практики результаты путем сравнительной оценки степени целостности систем (и их структур) при неизвестных причинах ее возникновения. Рассмотрим закономерность, двойственную по отношению к закономерности целостности, которую называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособленностью.

Интегративность. Этот термин часто употребляется как синоним целостности. Однако некоторые исследователи (например, В. Г. Афанасьев) выделяют эту закономерность как самостоятельную, стремясь подчеркнуть интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам, обусловливающим возникновение этого свойства, к факторам, обеспечивающим сохранение целостности.

Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, в числе которых важную роль играют неоднородность и противоречивость элементов, с одной стороны, и стремление их вступать в коалиции – с другой.

Носителями целостного знания, например, о мире являются философские концепции, опираясь на которые можно дополнить закономерность интегративности рекомендациями, основанными на закономерностях развития систем, базирующихся на законах диалектики. Выбор интегративных факторов решается в конкретных приложениях на моделях, сочетающих средства качественного и количественного анализа.

Закономерности иерархической упорядоченности систем связаны с закономерностью целостности, с расчленением целого на части и учитывают взаимодействие системы с ее окружением – со средой (значимой или существенной для системы), надсистемой, подчиненными системами.

Коммуникативность показывает, что система не изолирована от других систем и связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее суперсистему (систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного уровня с рассматриваемой.

Такое сложное единство со средой названо закономерностью коммуникативности, которая в свою очередь легко помогает перейти к иерархичности как закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы.

Иерархичность учитывает не только внешнюю структурную сторону иерархии (расположение уровней, связи и т. д.), но и функциональные взаимоотношения между уровнями.

На примерах биологических организаций академик В. А. Энгельгардт показал, что более высокий иерархический уровень оказывает направляющее воздействие на нижележащий уровень, ему подчиненный, и это воздействие проявляется в том, что подчиненные члены иерархии приобретают новые свойства, отсутствовавшие у них в изолированном состоянии (подтверждение положения о влиянии целого на элементы, приведенного выше), а в результате появления этих свойств формируется новый, другой «облик целого» (влияние свойств элементов на целое). Возникшее таким образом новое целое приобретает способность осуществлять новые функции, в чем и состоит цель образования иерархий. То есть речь идет о закономерности целостности (эмерджентности) и ее проявлении на каждом уровне иерархии.

Особенности иерархических структур систем (или, как принято иногда говорить, иерархических систем) наблюдаются и в социальных организациях, при управлении предприятием, объединением, государством, при представлении замысла проектов сложных технических комплексов и т. п.

Исследования иерархической упорядоченности в организационных системах показывают, что между уровнями и элементами иерархических систем существуют более сложные взаимосвязи, чем это может быть отражено в графическом изображении иерархической структуры. В частности, если даже между элементами одного уровня иерархии нет явных связей («горизонтальных»), то они все равно взаимосвязаны через вышестоящий уровень.

Например, в производственной и организационной структурах предприятия от вышестоящего уровня зависит, какой из этих элементов будет выбран для поощрения (при предпочтении одних исключается поощрение других) или, напротив, какому из элементов будет поручена непрестижная или невыгодная работа (опять-таки это освободит от нее других). Неоднозначно можно также трактовать связи между уровнями иерархических систем.

Выделим основные особенности иерархической упорядоченности с точки зрения полезности их использования в качестве моделей системного анализа.

1. В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями. По метафорической формулировке, используемой Кестлером, каждый уровень иерархии обладает свойством «двуликого Януса»: «лик», направленный в сторону нижележащего уровня, имеет характер автономного целого (системы), а «лик», направленный к узлу (вершине) вышестоящего уровня, проявляет свойства зависимой части (элемента вышестоящей системы, каковой является для него составляющая вышестоящего уровня, которой он подчинен). Эта конкретизация закономерности иерархичности объясняет неоднозначность использования в сложных организационных системах понятий «система» и «подсистема», «цель» и «средство» (элемент каждого уровня иерархической структуры целей выступает как цель по отношению к нижележащим и как «подцель», а начиная с некоторого уровня, и как «средство» по отношению к вышестоящей цели), что часто наблюдается, как отмечалось выше, в реальных условиях и приводит к некорректным терминологическим спорам.

2. Важнейшая особенность иерархической упорядоченности как закономерности заключается в том, что закономерность целостности (т. е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компонентами нижележащего) проявляется в ней на каждом уровне иерархии. При этом объединение элементов в каждом узле иерархической структуры приводит не только к появлению новых свойств у узла и утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии. Благодаря этой особенности с помощью иерархических представлений можно исследовать системы и проблемные ситуации с неопределенностью.

3. При использовании иерархических представлений как средства исследования систем с неопределенностью происходит как бы расчленение «большой» неопределенности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию. При этом, даже если эти «мелкие неопределенности» не удается полностью раскрыть и объяснить, то все же иерархическое упорядочение частично снимает общую неопределенность, обеспечивает, по крайней мере, управляемый контроль за принятием решения, для которого используется иерархическое представление.

4. Кроме того, одна и та же система может быть представлена разными иерархическими структурами, причем это зависит от цели (разные иерархические структуры могут соответствовать разным формулировкам цели) и предыстории развития лиц, формирующих структуру (при одной и той же цели, если поручить формирование структуры разным лицам, то они в зависимости от их предшествующего опыта, квалификации и знания объекта могут получить разные структуры, т. е. по-разному раскрыть неопределенность проблемной ситуации).

Поэтому на этапе структуризации системы или ее цели разрабатываются соответствующие методики структуризации, методы оценки и сравнительного анализа структур, которые позволяют формулировать задачу выбора требуемого варианта структуры для дальнейшего исследования или проектирования системы, организации управления технологическим процессом, предприятием, проектом и т. д.

Закономерности осуществимости систем позволяют выявить ряд проблем и учесть их при определении принципов проектирования и организации функционирования систем управления.

Эквифинальность характеризует как бы предельные возможности системы. Л. фон Берталанфи, предложивший этот термин, определил эквифинальность как «способность в отличие от состояния равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями, достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и определяется исключительно параметрами системы».[1]

Применительно для человека в разные периоды его жизни можно наблюдать различные состояния эквифинальности (исследователи условно выделяют уровни: материальный, эмоциональный, семейно-общественный, социально-общественный, интеллектуальный и т. п.).

Потребность во введении понятия эквифинальности возникает начиная с некоторого уровня сложности систем. Данная закономерность заставляет задуматься о предельных возможностях создаваемых предприятий, организационных систем управления отраслями, регионами, государством.

Использование этого закона при разработке и совершенствовании систем управления предприятиями и организациями помогает увидеть причины проявляющихся в них недостатков и найти пути повышения эффективности управления.

Закономерность потенциальной эффективности. Развивая идею В. А. Котельникова о потенциальной помехоустойчивости систем, Б. С. Флейшман связал сложность структуры системы со сложностью ее поведения; предложил количественные выражения предельных законов надежности, помехоустойчивости, управляемости и других качеств систем; и показал, что на их основе можно получить количественные оценки осуществимости систем с точки зрения того или иного качества – предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем.

Эти оценки исследовались применительно к техническим и экологическим системам и пока еще мало используются для производственных систем. Потребность в таких оценках на практике ощущается все более остро. Например, нужно определять, когда исчерпываются потенциальные возможности существующей организационной структуры и возникает необходимость в ее преобразовании, когда устаревают и требуют обновления производственные комплексы, оборудование и т. п. В частности, возможности применения закономерности потенциальной эффективности к задаче определения «порога осуществимости» организационной системы были исследованы В. И. Самофаловым.[2]

Таким образом, использование закономерностей построения, функционирования и развития систем помогает уточнить представление об изучаемом или проектируемом объекте, позволяет разрабатывать рекомендации по совершенствованию организационных систем, методик системного анализа.

Закономерности развития систем. В последнее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем принципов их изменения во времени, для понимания которых могут помочь закономерности рассматриваемой группы.

Историчность. Очевидно, что любая система не может быть неизменной. Она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем. Однако для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы. Каждая система подчиняется закономерности историчности, и эта закономерность – такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и др. Данную закономерность можно учитывать не только пассивно фиксируя старение, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая «механизмы» реконструкции или реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.

При создании сложных технических комплексов предлагают корректировать технический проект с учетом старения идеи, положенной в его основу, уже в процессе проектирования и создания системы; рекомендуют в процессе проектирования рассматривать не только вопросы создания и обеспечения развития системы, но и вопрос о том, когда и как ее нужно уничтожить (возможно, предусмотрев «механизм» ее уничтожения или самоликвидации); рекомендуют при создании технической документации, сопровождающей систему, включать в нее не только вопросы эксплуатации системы, но и срок жизни, ликвидацию.

Закономерность самоорганизации. В числе основных особенностей самоорганизующихся систем (с активными элементами) являются способность противостоять энтропийным тенденциям и способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и т. п. В основе этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем, справедлив второй закон термодинамики («второе начало»), т. е. стремление к возрастанию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные тенденции, лежащие в основе эволюции.

Исследованием процессов самоорганизации занимаются различные научные направления – от химии и биологии до кибернетики и теории систем. В становление этой закономерности большой вклад внес А. Г. Ивахненко, разработавший теорию самоорганизации применительно к техническим системам. Важные результаты в понимании закономерности самоорганизации получены в исследованиях И. Р. Пригожина, которые относят к науке, называемой синергетикой (см. п. 2.1.1). Синергетика И. Р. Пригожина является основой закономерности самоорганизации. Однако понятия, введенные в ней применительно к химическим процессам, пока еще недостаточно хорошо интерпретированы для социально-экономических систем, и поэтому в теории систем для объяснения закономерности, лежащей в основе развития системы, предпочтение отдано термину «закономерность самоорганизации».

В сложных развивающихся системах закономерность самоорганизации проявляется в том, что в зависимости от преобладания энтропийных или негэнтропийных тенденций система любого уровня может либо развиваться в направлении более высокого уровня эквифинальности и переходить на него, либо, напротив, может происходить энтропийный процесс упадка и перехода системы на более низкий уровень существования.

Таким образом, использование закономерностей сложных систем позволяет более глубоко исследовать принципиальные особенности построения, функционирования и развития систем.

Читайте также: