Системантика

Вид материала

Монография

Содержание 1. Иерархическая интеграция систем

1. Иерархическая интеграция систем

В предыдущей главе рассмотрена простейшая система, содержащая по одному терминальному элементу с определенными ролями и функциями. Было показано, что сложные системы могут состоять только из систем. Из таких простейших систем по иерархическому признаку формируются системы более сложной структуры.

Количество уровней во Вселенной бесконечно. Организация протекающих внутри системы процессов базируется на внутренней структуре. Под структурой системы понимается относительно устойчивый порядок внутренних пространственно-временных связей между ее элементами, определяющий функциональную компоновку системы и ее взаимодействие с внешней средой.

При взаимодействии сложных систем иерархическую структуру можно рассматривать как некоторую совокупность взаимосвязанных уровней. Цель каждого элемента нижнего уровня подчинена цели элемента более высокого уровня. Только при таком условии вся иерархическая система может функционировать как единое целое.

Если какой-либо элемент системы начнет развиваться в направлении самостоятельной цели, то это может вывести указанный элемент в автономную систему с изменением всей иерархической структуры. Например, если в живом организме отдельная клетка или группа клеток начинает выходить из подчинения и развиваться самостоятельно (а у клетки цель одна – размножение), то это может привести к гибели всего организма.

Как показано в работах С.М. Гринченко¹, клетка представляет собой сложный «прибор», а как система – один из основных уровней биологической интеграции (ОУБИ) (см. рис. 8). Элементарный акт информационного преобразования единичного сообщения оказывается в нем протяженным во времени, «раздвоенным» по материальному носителю и зависящим от оптимального состояния обрабатывающего «прибора», через который может проходить порядка 104 единичных сообщений, поступающих на различные участки «прибора» с осуществлением (помимо временной) и их пространственной интеграции.




Рис. 8. Структура образования, относящегося к основному
уровню интеграции в рамках «суперсистемы»


X¹, Y¹ – специфические воздействия внешней среды и функциональные сигналы; E_опт, E_ф, E_т – потоки энергии (обеспечение функциональной активности и основного обмена; X₂, Y₂, W_э, W_ф – потоки веществ (в том числе специфических сигнализаторов); K – коэффициенты чувствительности зон рецепции входных сигналов (выходные переменные подсистемы оптимизации); T – неспецифические воздействия внешней среды.


Так в общих чертах выглядит схема элементарного информационного преобразования, происходящего в типичной биологической системе «клетка», представляющей собой один из основных уровней биологической интеграции (ОУБИ).

Проведенный С.М. Гринченко анализ показывает, что подобным же образом происходят обработка и преобразование информации и в других ОУБИ, а именно: в организме, биогеоценозе (экосистеме) и биосфере Земли в целом. Более того, эти ОУБИ связаны между собой соответствующим образом, образуя иерархический оптимизационный механизм биологической эволюции и адаптации (см. рис. 9).

Представленный анализ с позиций биоинформатики дал возможность С.М. Гринченко¹ сформулировать новый взгляд на информационные процессы и самоорганизацию, происходящие в сложных системах иного материального воплощения (но аналогичной сложности) – социальных, экономических, эволюционирующих человеко-машинных (см. рис. 10).

Важно одно – такие системы должны содержать в себе основные уровни интеграции (ОУИ), удовлетворяющие следующим требованиям к их характеристикам и поведению:

активный вариативный поисковый характер взаимодействия с себе подобными элементами того же уровня;

оценка поведения собственных элементов (нижележащих уровней интеграции) по их вкладу в функционирование данного уровня;

наличие ограничений на возможные действия (сужение конуса поиска) данной системы со стороны систем высших уровней, в состав которых она входит;

гармоничный характер согласования временных характеристик поведения систем всех сложных уровней.




Рис. 9. Схема иерархического оптимизационного механизма

биологической эволюции и адаптации

о – однородные (гомогенные) системы; х – неоднородные (гетерогенные) системы; – -- энергетика; = – поиск; – - адаптация.



Рис. 10. Схема организации природных систем как контуров
поисковой оптимизации (пар «основных уровней интеграции»)
по энергетическим критериям

На рис. 10 показана иерархия природных систем с выделенными основными уровнями интеграции (ОУИ), обладающими относительной автономностью, и «вложенными» в них парами промежуточных уровней интеграции (ПУИ). В каждой такой паре один уровень представляет собой однородную (гомогенную) систему, а другой – неоднородную (гетерогенную). Каждые два смежных ОУИ образуют контур оптимизации, в котором высший ОУИ задает целевые функции оптимизации для обоих «вложенных» ПУИ и для низшего ОУИ как активных поисковых элементов контура.

Нисходящие стрелки на рис. 10 символизируют целевые критерии оптимизации в контуре. Восходящие стрелки символизируют «интегральную вложенность» элементов более низких уровней в более высокие. Нисходящие штриховые стрелки символизируют преобразования в каждом из контуров гиперсферы поисков в гиперконусы. Каждая из введенных в схему символизируемых «стрелками» переменных изменяется в своем характерном темпе. Каждый из введенных в схему и связанных стрелками объектов «сплачивает» характерное для «стрелки» время в Z раз, где Z – значение знаменателя в иерархии природных систем, равное е^е = 15,15426…

При изучении структур сложных социальных систем взаимосвязь между системами N_i и N (рис. 11) строится также по принципу иерархии, предусматривающему подчиненность подсистемы N_i системе N как в смысле своего структурного месторасположения, так и в смысле распределения функций и полномочий между уровнями.



Рис. 11. Схема иерархического принципа построения
социальных систем

Каждую подсистему можно рассматривать как некоторую часть системы, сформированную и выделенную по определенному признаку. Одним из условий оптимальной структуры является обеспечение наиболее эффективного использования циркулирующих ресурсов. При этом, очевидно, необходимо стремиться к максимальному удовлетворению потребностей системы минимальным объемом ресурсов на всех уровнях ее иерархической структуры.

Для выполнения этого требования в сложных социальных системах необходимо оптимальное соотношение между централизацией и децентрализацией прав и обязанностей для всех ветвей и уровней власти, а также отдельных граждан, регионов и общества в целом.

Известно, что излишняя децентрализация ведет к разобщению действий, распылению средств. Что касается чрезмерной централизации, то она также нежелательна, так как при высокой степени централизации приходится перегружать верхние уровни иерархии большим количеством второстепенных для метасистемы вопросов и тем самым отвлекать органы управления высоких рангов от решения крупных принципиальных задач.

В сложных социальных системах при правильной структуре каждый ее уровень принимает на основе поступившей информации самостоятельные решения в соответствии с уровнем своей компетенции и пропускает на верхние уровни только ту информацию, которая необходима для принятия решения на этих уровнях. От правильно выбранной структуры во многом зависят совместимость ее составляющих и эффективность процессов управления.

Окружающая среда, представляющая множество объектов, не входящих в систему, но влияющих на нее, может двояко воздействовать на процесс управления в каждой конкретной системе. Она может способствовать или препятствовать формированию желаемой цели, оптимальной программы ее достижения, определению расчетного и фактического состояний объекта управления и таким образом помогать или мешать принятию правильных решений и выработке соответствующих управляющих команд. Кроме того, в условиях игровых задач при наличии противоборствующих и конкурирующих сторон возможно преднамеренное искажение информации о действительности, в том числе методами, действующими на подсознание.

Для ограждения системы управления от преднамеренных помех вводится режим ограничения доступа во всех звеньях, связанных с обработкой и передачей информации. Негативной стороной подобной меры в условиях взаимосвязанности различных систем управления является то, что она приводит к необходимости принимать решения в условиях большей неопределенности. Эта неопределенность вызывается ограниченной информацией о состоянии управляемого объекта в целом и окружающей среды, что, без сомнения, отражается на качестве процессов управления. Следовательно, ограничение доступа в различных звеньях управления должно быть оптимальным. Нахождение такого оптимума является сложной научно-технической проблемой, которая должна решаться в каждом конкретном случае.

Сложные социальные системы управления с участием человека существенно отличаются от технических систем. В технических системах основная роль в обработке информации принадлежит техническим средствам. В социальных системах главную роль играют люди и их взаимодействие. Технические средства в данном случае лишь облегчают сбор и обработку информации на формальном уровне. Интеллектуальная обработка и принятие решений остаются за человеком, за коллективами.

Нельзя отрицать роль технических средств в современных условиях, однако интеллектуальные аспекты, которые в значительной степени определяют характеристики автоматизированных систем управления и обработки информации, имеют не менее важное значение.