Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Лекция 4. Понятие сложной системы
Методологическая сущность презумпции управления раскрывается не только её ролью в обеспечении эффективного функционирования, но и в вопросах формирования представлений о сложности системы.
Представление о сложности традиционно раскрывается классификациями и типажом задач управления.
Классификация по масштабу управляемой системы. Различают малые и большие (сложные) системы. Многообразие определений большой системы представляется формулировкой о том, что система, описание которой не сводится к описанию одного ее элемента с указанием общего числа таких элементов, называется большой или сложной системой[23]. Большинство народно хозяйственных объектов являются носителями одновременно особенностей и малых и больших систем. В зависимости от степени детализации состава объекта, вплоть до представлений об элементах, и глубины исследования закономерностей их функционирования, особенности изменяются в сторону характерных черт либо больших, либо малых систем. Поэтому при организации управляющих процессов должны быть согласованы структура объекта управления и функции управляющей системы, а при организации процессов моделирования – должны существовать различные возможности представления управляющего устройства адекватно структурам объекта управления.
Классификация по характеру функционирования управляющих систем. Характер функционирования связывается с целями и критериями задачи управления. Возможно использование нескольких видов такой связи. Исследовано непосредственное отражение критерия в характер функционирования[24]. Оно привело к выделению классов:
1. Системы авторегулирования. В них формируются воздействия для поддержания определенных уровней некоторых целевых параметров.
2. Оптимальные и экстремальные системы. Они предназначены для поиска и поддержания оптимального управляющего воздействия, гарантирующего функционирование объекта управления при экстремальном значении критерия.
3. Адаптивные системы. Они осуществляют управление при недостаточно точном описании объекта управления, не конкретизированном критерии или критерии, имеющем вид функциональной зависимости.
Эта классификация показывает зависимость задач управления от более общих задач функционирования объектов (систем). Формально эта зависимость отчетливо представляется в виде связи и взаимообусловленности постановки задачи и метода решения. В плане моделирования нагрузка ложится на построение языковых форм (лингвистических конструкций и функциональных зависимостей), адекватных описаниям процессов функционирования объекта.
Классификация по методологическим признакам. При решении многих задач оказывается полезным методологический признак наличия алгоритма управления. Задачи, в которых такой алгоритм определен, решаются традиционными способами. Справедливо и обратное. Доказано, что отсутствие алгоритма является существенной характеристикой управления большими (сложными) системами[25]. Иногда алгоритм управления формулируется неполно, тогда он может быть важной характеристикой адаптивного управления. Поскольку реальные технологические объекты (процессы, производства) являются носителями свойств больших (сложных) систем, то при моделировании задач, для которых алгоритм управления отсутствует, представляет особый интерес интерактивность: диалоговое взаимодействие человека и средств моделирования.
Задачи управления. Различают два наиболее общих вида задач управления: малыми и большими (сложными) системами. Задачи управления малыми системами обычно формулируются как задачи поиска при заданных ограничениях набора значений переменных, на котором оптимизируется заданный функционал оценки качества управления. Они решаются традиционным методами[26]:
а) математического анализа (при отсутствии ограничений);
б) линейного программирования (критерий оценки качества управления – линейная функция, система ограничений – набор линейных неравенств или уравнений);
в) нелинейного программирования (критерий и ограничения заданы нелинейными функциями, как правило, с определенными свойствами: вогнутостью, дифференцируемость и т.п.);
г) основанными на принципе максимума (суть которых заключена в таком решении систем дифференциальных уравнений, описывающих состояние объекта управления, при котором допустимые решения выбираются на каждом шаге из условия максимизации некоторой вспомогательной функции).
Также используются специальные методы динамического, целочисленного, параметрического, стохастического, эвристического программирования.
Задачи управления малыми системами описывают языком уравнений. При этом модель управляемого объекта имеет вид некоторой системы уравнений[27], в которой указаны формальные соотношения, описывающие функционирование объекта, и формальные соотношения, выражающие критерий, согласованный с цель управления. То есть эти задачи управления характеризуется наличием языка уравнений, заданной области поиска решений замкнутого характера и неизменности модели управляемого объекта.
Отсюда следует:
1) успешное управление и моделирование во многом определяется полнотой описания управляемого объекта на некотором языке, включая описание сигналов и нелинейных характеристик;
2) воплощение (отработка) контуром управления задачи управления – это, прежде всего, адекватная реализация языка в технических средствах и в структуре контура управления в целом.
Существуют различные взгляды на определение характеристик больших (сложных) систем[28]. Задачи управления большими системами отличаются по своему описанию от задач управления малыми системами:
1. Их описание, как правило, проводится на естественном языке. На этом языке выражают исходные данные и формулируют цели и критерии. Вследствие этого задача управления приобретает нечеткость и расплывчатость.
2. Модели объекта управления имеют открытый характер. Они формулируются в процессе решения задачи. В процессе решения могут изменяться структура, цели и критерии.
В последнее время получило развитие инфографическое направление по исследованию функциональных систем (научная школа проф. Чулкова В.О.)[29], которое предлагает, с одной стороны, несколько более системно ориентированную, а, с другой, – более прикладную трактовку сложности системы и её особенностей.
1. Сложная система.
Обычно, объектом называют все то, что противостоит субъекту (человеку) в его предметно-практической и познавательной деятельности. Несмотря на это, в настоящее время различают инженерные и интеллектуальные объекты.
К инженерным объектам относят объекты, процессам функционирования которых присущи количественные и качественные оценки, включая наблюдение, фиксацию и измерение различных вещественно–энергетических характеристик (так называемых физических параметров).
К интеллектуальным объектам относят людей и разнообразные отношения, характерные процессу их деятельности (в том числе и реализации отношений соподчинения), в единстве с участниками этой деятельности.
Сложная система – это материальное ВЭО-образование (объективная реальность), в состав которого могут входить инженерные или интеллектуальные объекты, взаимодействующие со средой, и жизнедеятельность которого в этой локально организованной среде обуславливается его целесообразным поведением или процессами его приспособления (адаптации) к (в) ней.
Результаты целенаправленной (целесообразной) деятельности называют целевыми результатами, а результаты процессов приспособления (адаптации) – приспособительными результатами. Отличаясь исходной содержательностью, в смысловом плане эти термины рассматриваются, как правило, синонимами.
Наличие интеллектуальных объектов (человека) в сложных системах определяет ряд новых (в сравнении с «простыми» инженерными системами) свойств систем:
– сложная система взаимодействуют с внешней (в отношении её) средой не только в границах целесообразного или приспособленческого поведения, но и по всем возможным направлениям жизнедеятельности человека (из этой сложной системы) в среде;
– приспособляемость сложной системы к эпизодическим и периодическим событиям этой среды;
– избирательность защиты от этой среды и общения с ней;
– обучаемость сложной системы как формирование однотипных реакций на однотипные воздействия, ситуации и обстоятельства жизнедеятельности;
– сложная система осуществляет опережающее отражение действительности (внешней среды).
2. Представление сложной системы.
Сложная система как объект исследования представляется многообразием так называемых функциональных систем.
Под функциональными системами (по проф. Чулкову В.О.) понимают такие самоорганизующиеся и саморегулирующиеся динамические организации, деятельность всех составных компонентов которых взаимосодействует достижению полезных для объекта исследования в целом приспособительных результатов.
Важными особенностями функциональных систем являются:
1) внутренний «изоморфизм» моделей – наличие в этих моделях общего «инвариантного» структурного компонента, а также специфических, свойственных только конкретной функциональной системе структурных компонентов;
2) голографический принцип организации компонентов функциональной системы – каждый входящий в систему элемент в своих свойствах отражает деятельность всей системы в целом и, что особенно важно, отражает текущее состояние её полезного приспособительного результата;
3) избирательное вовлечение элементов в функциональные системы – первое определение: одни и те же элементы могут использоваться в разных функциональных системах для достижения разных приспособительных результатов; второе определение: достижение одного и того же приспособительного результата может быть осуществлено привлечением разных элементов функциональной системы;
4) взаимосодействие элементов в функциональной системе – отдельный элемент включается в деятельность не пассивно, а активно взаимодействуя с другими избирательно привлечёнными элементами;
5) доминантная иерархичность функциональных систем одного объекта исследования – в каждый конкретный момент времени для достижения качества приспособительного результата объектом исследования наиболее важна (доминирует) одна функциональная система;
6) последовательное взаимодействие нескольких функциональных систем, относящихся к одному объекту исследования – в течение времени деятельность одной функциональной системы сменяется деятельностью другой;
7) многообразие деятельности системы проявляется во времени последовательным рядом результативных отрезков жизнедеятельности, иногда называемых «системными квантами». Каждый «системоквант» поведения включает в себя этапные и конечные результаты поведения.
Жизнедеятельность функциональной системы – это отрезок времени от сформулированной потребности объекта до момента её удовлетворения. Потребность и формирующаяся на её основе мотивация избирательно мобилизуют компоненты функциональной системы на достижение конечного результата – удовлетворение исходной потребности.
Исходя из выражения и проявления сложной системы ? (в том числе и как объекта исследования) в виде многообразия функциональных систем {?j}, надо ожидать, что в реальности презумпция управления будет проявляться следующим тезисом.
В каждых конкретных обстоятельствах {ti} (i = 1, 2, ...) соответствующая функциональная система ?j(ti) будет представляться конкретной системой управления S{?j(ti)} и тем самым «в пространстве и времени» сложная система ? будет выражаться совокупностью различных систем управления:
..., 
(6)
При этом нет оснований не считать (6) тривиальной формой выражения и не основываться в практической деятельности на обусловленности этих систем управления, отражающей всевозможные функциональные зависимости их развития и взаимодействия, например:
и т.д., (7)
где fk (k = 1, 2, ...) – операторы в некотором функциональном пространстве (мысль Уилсон А. и М.
о том, что вся работа по проектированию по сути своей представляет процесс преобразования информации вплоть до реализации системы в металле[30]).
Презумпция управления позволяет рассматривать вопрос обеспечения требуемого функционирования объекта (системы) как процесс построения и накапливания соответствующих (и объекту, и среде) контуров управления (6) для каждой функциональной системы и, тем самым, фактически определяет способ организации системы для её эффективного функционирования в конкретных условиях.
В таких границах рассуждений презумпция управления (кратко – презумпция) выступает как некая тактика (7) по обеспечению эффективности системы в конкретных обстоятельствах её жизнедеятельности.
Презумпция начинается с акций сохранения исходного идеального состояния системы посредством текущего добавления в неё контуров управления, обеспечивающих требуемое состояние соответствующих элементарных структурных единиц системы, то есть тех элементов и отношений, функционирование (состояние) которых не удовлетворяет требованиям. Презумпция направлена на реализацию более эффективного функционирования.
Презумпцию нельзя априорно полностью реализовать. Этот процесс обуславливается многочисленными условиями функционирования и этим самым презумпция управления инициирует постоянный процесс повышения эффективности, модернизации и реконструкции системы.
Таким образом, методологическая сущность презумпции управления заключена в её возможностях выражать стратегию и тактику обеспечения эффективности функционирования системы.
В заключение нельзя не отметить общепризнанных условий появления потребности (необходимости) использования системного анализа и некоторых условностей по применению основных терминов.
3. Условия появления необходимости в системном анализе[31].
Эти условия обуславливаются следующим.
Во-первых, представлениями об усложнении процессов организации производства:
1) увеличение выпуска промышленной продукции, расширение её номенклатуры и ассортимента;
2) усложнение выпускаемых изделий и технологии их производства;
3) увеличение частоты сменяемости выпускаемых изделий и технологий;
4) возрастание наукоёмкости продукции;
5) развитие специализации и кооперирования производства;
6) необходимость экономии ресурсов и охраны окружающей среды.
Во-вторых, представлениями об усложнении процессов управления в связи с возрастанием роли информации в процессах управления.
Здесь выделяются так называемые информационные барьеры (по акад. В.М. Глушкову):
I. Первый информационный барьер (тысячелетия тому назад) – сложность задач управления коллективом стала превосходить способности одного человека. Произошло открытие идей распараллеливания решения задач управления, основанных на:
– механизме иерархической (ярусной) системы управления (руководитель берёт себе помощников, а помощники – для себя помощников и т.д.),
– механизме товарно-денежных (рыночных) отношений, которые организуют не только распределение товаров, но и являются регулятором производства (производства, распределения, обмена и потребления).
II. Второй информационный барьер – ограниченная способность к переработке информации у всего населения страны. Возникают потребности изменения технологии сбора и обработки экономической информации в связи с тем, что сложность задач управления экономикой растёт быстрее числа занятых в ней людей, и без изменения методов обработки информации, возможна опасность занятости в сфере управления всего населения страны. Эти потребности приводят к открытию двух идей:
– идеи создания АСУ и разработки методов организации процессов коллективного принятия управленческих решений,
– идеи управления ходом научно-технического прогресса и прогнозирования его социально-экономических последствий в любой стране независимо от её политической ориентации.
В-третьих, существом особенностей экономических объектов, связанных с наличием человека как активного элемента в контурах их функционирования.
В-четвёртых, сложностями формализации процессов анализа обстоятельств, акций по организации процессов принятия решений и собственно процессов принятия решений.
4. Условности использования основных терминов.
Существует ряд допущений по применимости основных терминов. В частности, это касается таких понятий, как процесс управления, формирование управляющих воздействий и процессы принятия управленческих решений.
Принято считать термин процесс управления универсально применимым как к «простым», так и сложным системам, в которых к объектам управления могут относиться и инженерные и интеллектуальные объекты.
Термин формирование управляющих воздействий, как правило, используется в тех системах, в которых объектами управления являются исключительно инженерные объекты (системы) в соответствующих контурах автоматического или автоматизированного управления.
Термин принятие управленческих решений или, попросту, принятие решений, по сути выражающий процесс формирования управляющих воздействий в функциональных системах, обычно используется тогда, когда объектами управления являются либо интеллектуальные объекты, либо взаимодействующие структуры интеллектуальных и инженерных объектов, то есть сложные системы.
Наконец, принципиально важным является:
1) системный анализ имеет отношение исключительно к функционированию сложных систем;
2) в системном анализе, как научном направлении по разрешению проблемных ситуаций в функционирующих сложных объектах, цели обеспечения требуемого функционирования достигаются исключительно посредством организации адекватных процессов принятия управленческих решений.
Контрольные вопросы по лекции 4:
1. Что обуславливает полезность классификации по масштабу управляемой системы?
2. Чем определяется практический интерес к классификации по характеру функционирования управляющих систем?
3. Что означает классификация по методологическим признакам?
4. Поясните роль задач управления для формирования понятия сложной системы.
5. Что такое объект, инженерный объект, интеллектуальный объект, функциональная система?
6. В чём содержательность термина сложная система?
7. Что обуславливает потребности различных представлений сложной системы?
8. Поясните особенности функциональных систем.
9. Поясните функциональные выражения (6) и (7).
10. В чём заключена идея презумпции управления как некой тактики по обеспечению эффективности системы?
11. Какие обстоятельства относятся к традиционным потребностям использования системного анализа?
12. В чем заключаются условности использования основных терминов?