Экономическая синергетика: ответы на вызовы и угрозы XXI века
| Вид материала | Документы |
- -, 564.48kb.
- Краткий экскурс в историю терроризма Новые угрозы терроризма и опасности XXI века для, 156.79kb.
- «Вызовы XXI века», 616.33kb.
- Резолюция всероссийской общественной конференции Национальная безопасность России новые, 73.88kb.
- Концепция самоорганизации. Синергетика. Синергетика это новое мировоззрение, отличное, 272.94kb.
- Сообщение для сми 23 июня 2011 года, 29.47kb.
- Программа спецкурса «Толерантность растим гражданина XXI века», 107.91kb.
- Европейская безопасность: новые угрозы и вызовы, 317.64kb.
- Программа спецкурса: «синергетика и экономика», 107.06kb.
- Основные тенденции развития мирового хозяйства в начале XXI века, 49.08kb.
В.В. Чепиков
Камский государственный политехнический институт
Начиная с конца 80-х и начала 90-х годов 20-го века, спрос на отечественную автомобильную продукцию резко снижается в связи с появлением на рынке импортных автомобилей более высокого качества. Российские покупатели охотнее приобретают поддержанные импортные автомобили, особенно грузовые, нежели новые отечественные.
Отсталость России проявляется в том, что, согласно «Концепции развития автопрома», ввод норм Евро 3 намечен в 2006 году, тогда как в Европе уже разрабатываются нормы Евро 6.
Принимались различные меры по оздоровлению отечественных предприятий и повышению конкурентоспособности выпускаемой ими продукции. К сожалению, не все они привели к желаемым результатам. Но все же главный путь возрождения отечественного автомобилестроения, основываясь на мировом опыте и, прежде всего, на опыте Японии, которая в короткий период не только решила проблемы послевоенного кризиса, но и вошла в число передовых стран, был найден в резком повышении качества выпускаемой продукции. Только производства, управляемые на основе качества, способны противопоставить свою продукцию зарубежным «агрессорам».
Современная система взглядов на менеджмент предприятия характеризуется применением в управлении системного подхода (предприятие - сложная социотехническая система), ситуационного подхода (происходящие во внешней среде (сложной и хаотичной) нелинейные изменения вынуждают предприятие корректировать свои задачи, что приводит к смене методов управления предприятием), новая роль в управлении отводится инновациям. Также было сформулировано предложение, согласно которому управление предприятием – это управление качеством производимой продукции через управляющие воздействия на все элементы, определяющие качество.
Из всего этого можно сделать вывод, что основу управления предприятием составляют управление качеством и инновации.
Россия стоит на пороге вступления во Всемирную Торговую Организацию, что делает зарубежные рынки сбыта более доступными для российских производителей. Но следует отметить, что эти рынки раньше нашего переориентировались на удовлетворение нужд и пожеланий потребителя, следовательно, и условия функционирования на них отличаются. Уже сейчас значительно ужесточились требования, предъявляемые потребителями к качеству продукции. Вероятность того, что созданная продукция будет отвечать требованиям потребителя, повышается, если на предприятии действует эффективная система качества. Это привело к международной практике внесения в контракты требований к системам качества, дополняющих требования к продукции или услуге, а также к проверке качества на предприятии у поставщика.
В целях создания условий для деятельности предприятий, организаций и предпринимателей на едином товарном рынке Российской Федерации, для участия в международном экономическом, научно-техническом сотрудничестве и международной торговле, защиты потребителя от недобросовестности изготовителя или продавца, контроля безопасности продукции для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества обеспечение общего руководства качеством на всех предприятиях России стало приоритетным направлением хозяйственной жизни.
Современный подход к управлению качеством отличает его нацеленность на постоянное совершенствование процессов и результатов труда во всех подразделениях предприятия. Основными элементами этого подхода являются ориентация управления на контроль качества процессов и предотвращение возможности дефектов (вместо контроля качества продукции), полное возложение ответственности за качество результатов труда на непосредственных исполнителей, а также активное использование человеческого фактора, развитие творческого потенциала рабочих и служащих путем мотивации их труда. К ним следует также отнести и детальное исследование, и анализ возникающих проблем обеспечения качества на всех этапах разработки, производства и эксплуатации продукции по принципу восходящего потока, т.е. от последующей операции этого процесса к предыдущей.
Для того чтобы совершенствовать производственный процесс необходимо его детально описать, выявить «узкие» и «широкие» места. Система менеджмента качества позволяет сделать это с помощью нехитрых методов и приемов. Восемь принципов менеджмента качества (ГОСТ Р ИСО 9000-2001) призваны раскрыть сущность такой системы и облегчить ее внедрение. Дальнейшим развитием Системы менеджмента качества является адаптация (интеграция) управления качеством к общему управлению предприятием, стать его составной частью.
Для оказания помощи в создании системы менеджмента качества на предприятиях в регионах были созданы Центры Качества. Постановлением Кабинета Министров РТ в ноябре 2003 года был создан Поволжский Центр Качества. В функции таких центров входит также подготовка специалистов для проведения оценки соответствия действующей на предприятии СМК международным стандартам ISO 9000.
В целях стимулирования и поощрения создания СМК была учреждена «Премия РФ в области качества» (11 ноября 2003 года – «Премия Республики Татарстан в области качества»). Получение этой премии предносит состязательный характер. Однако этого не достаточно для преодоления кризиса отечественного автомобилестроения.
До недавнего времени Программа Правительства РФ по поддержке и развитию автопромышленности оставалась непонятной, а ее мероприятия не приводили к желаемым результатам. Ситуация прояснилась после заявления Германа Грефа (Информационная программа “24”, канал «СТВ», 26.04.2005 год): низкокачественная, а следовательно, неконкурентоспособная продукция легковой автомобильной промышленности в ближайшие 3 года будет замещена продукцией иностранных корпораций.
Вместо создания благоприятных условий для развития отечественной автомобильной промышленности Правительство все усилия направляет на то, чтобы иностранные автопроизводители размещали свои производства на территории России. Причем речь идет не только о сборочных производствах, но и о производстве всех комплектующих, узлов и агрегатов на территории нашей страны.
Еще два года назад японский автомобилестроительный концерн «Toyota Motor Co.» опровергал любую информацию о планах по организации производства в России. На днях же, по сообщениям СМИ, было подписано российско-японское соглашение о строительстве завода фирмы «Toyota» в Санкт-Петербурге.
Правительство таким образом планирует привлечь инвестиции в автомобильную промышленность (если еще учесть, что легковое автомобилестроение больше не является приоритетным направлением государственной политики, то средства западных инвесторов должны быть направлены на нужды, в первую очередь, грузового автомобилестроения).
При этом имеет место переоценка значения иностранных инвестиций для инновационного развития экономики Российской Федерации, широкое распространение получила иллюзия, связанная с возможностью привлечения прямых иностранных инвестиций.
«Само по себе присутствие иностранных корпораций на территории страны не обязательно ведет к улучшению экономической и политической ситуации. Напротив, иностранные корпорации зачастую действуют сообща с коррумпированным правительством. Иностранная эксплуатация еще менее приемлема, чем национальная, и может привести к политическим потрясениям» (Дж. Сорос). «Организация Европейского сообщества, - пишет известный экономист Н. Шмелев, - не заинтересована в создании себе нового конкурента в лице России. Она заинтересована в завоевании рынков России и в дальнейшей ее деформации в пользу энергосырьевых отраслей и в вытеснении российских производителей со своих рынков».
Альтернативой пессимистичной перспективы деградации и разрушения отечественного автомобилестроения является освоение и реализация отечественным автопромом технологий синергетического менеджмента, ориентирующего на формирование синергетических эффектов на базе инноваций, интеграции, комбинаторики всех факторов, обеспечивающих «прорыв», а не количественные приращения.
СУЩНОСТЬ СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО БЕНЧМАРКИНГА
М.М. Шарамко
Камский государственный политехнический институт
Время быстрых качественных перемен, насыщенное драматическими технологическими инновациями, социальными кризисами, ментальным напряжением и глобальными потрясениями вполне правомерно назвать "эпохой бифуркаций" по выражению Э.Ласло.
Это время требует неортодоксального инновативного постнеклассического подхода в экономических исследованиях. Восприятие и анализ феноменов экономической реальности во все большей мере опираются на нелинейную парадигму, квинтэссенцией которой стала синергетика.
Синергетика (греч. synergetikos — совместный, согласованно действующий) — область научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы (физ., хим., биол., эколог, эконом, и др.)1
Системно-синергетическая методология, как новое направление в экономических исследованиях, постепенно становится ядром постнеоклассической научной картины мира. Она позволяет увидеть мир через иную призму, поскольку изучает объекты как системы, которым присущи такие свойства, как целостность и взаимосвязанность составляющих элементов, открытость и активное взаимодействие с окружающие средой, сложность и иерархичность, развитие через диалектическое единство хаоса и порядка, способность к самоорганизации, наличие нестабильности, неравновесности, нелинейности, мультипликативности процессов, в них происходящих.2
Новая синергетическая парадигма принципиально плюралистична, коннотативна, ориентирована на сетевое мышление, фрактальна.
В настоящее время происходит экспансия синергетики в самые различные области знания. Проводятся конференции и появляются научные издания по биологической синергетике, нейросинергетике, социосинергетике, синергетике познания. Характерная особенность методологии синергетики - это "переоткрытие заново" известных феноменов с использованием научного разнообразия, которое свойственно развитию науки в ее исторической эволюции. В этой статье синергетически "переоткрывается" бенчмаркинг.
Необходимость в синергетическом бенчмаркинге обусловили два фактора.
Во-первых, сегодня очевидна настоятельная необходимость переосмысления методологии бенчмаркинга с учетом динамики нелинейных изменений в гиперконкурентной глобальной экономической системе. Агрессивность конкурентов затрудняет проведение процедур конкурентного бенчмаркинга. Динамизм рынков быстро обесценивает полученную информацию. Многоаспектность конкуренции не позволяет концентрироваться только на каком-то одном процессе или практике. Глобализация требует тщательного учета географического и институционального контекста бенчмаркинговых исследований.
Превалирующее в экономической науке линейно-экстраполяционное представление о прошлом, настоящем и будущем оказывается все более неприменимо к условиям ускоряющегося темпа развития, учащающихся революционных потрясений в сложных и суперсложных экономических системах. Цикличность, волнообразность, стохастичность, виртуальность, амбивалентность и другие явления в экономических системах не поддаются объяснению упрощенными детерминированными методами, которые применялись до последнего времени.3
Сегодня необходима реформа онтологии бенчмаркинга, чтобы использовать в нем язык синергетики, когерентный гиперконкурентному, глобальному, постнеклассичесскому контексту. Нужна реорганизация методологии в рамках постнеклассической науки с последующей семантической реинтерпретацией и на общей коммуникативной системной основе синергетики.
Во-вторых, ещё одной методологической проблемой современного бенчмаркинга является практика адаптивного имитационного обучения.
Лонгботтом поднимает вопрос о том, может ли слепое копирование позволить добиться весомых конкурентных преимуществ. Дэвис вообще предлагает в общественном секторе вместо архаичного бенчмаркинга чужих практик изобретать новые. Хаммер и Чэмпи в рамках концепции изменения окружения утверждают, что имитация уже существующих практик слишком медленный и малопродуктивный путь, и что необходим более быстрый и радикальный подход. Сэнж описывает разницу между адаптивным и производительным (generative) обучением. Адаптивное обучение в бенчмаркинге ставит целью идентифицировать практики, которые помогли бы приспособиться к изменениям. Производительный (generative) бенчмаркинг концентрируется на инновациях и возможностях, которые создают будущее.
Эта идея находит отклик в современной концепции конкуренции Хэмела и Прахалада, в рамках которой считается, что перспективность фирмы определяется первенством не на сегодняшних, а на будущих рынках. Такого успеха позволит добиться интеллектуальное лидерство, которое с трудом сочетается с идеей адаптивного обучения в бенчмаркинге. Бизнес вошел в стадию нелинейных революционных потрясений, и чтобы войти в будущее, нужно отбросить практически все, что составляло основу менеджмента XX в.
Современному бенчмаркингу в целом свойственен кибернетический подход, при котором система должна быть приведена в равновесное подобие некоторого эталона. Теоретически бенчмаркинг оказывается ненужным для тех самых лидеров, у которых бизнес-процессы устроены наилучшим образом.
Проблему преодоления адаптивного имитационного обучения в бенчмаркинге можно сформулировать в такой противоречивой форме: необходимо в результате изучения наилучшего объекта бенчмаркинга (эталона) обрести объект, который превосходит его (новый эталон).
Имплицитно эта задача звучит в нескольких определениях бенчмаркинга как "последующий обгон лучших в классе", "превзойти учителя" и т.д. В то же время на практике не разъясняются теоретические предпосылки такого синергетического эффекта в обучении. Эффект именно синергетический, потому что изучая некоторую систему S, мы неожиданно приобретаем знания о некоторой другой системе S', которая по характеристикам превосходит первую.
Основная цель синергетического бенчмаркинга - разработка, обоснование и применение методологических и методических средств формирования сильной устойчивой положительной связи между изучаемым образцом и улучшаемым объектом бенчмаркинга.
Надо заметить, что ряд интересных направлений в бенчмаркинге уже двигается по этому пути и отдельные достижения общего (generic), инициативного (lead) и концептуального (conceptual) бенчмаркинга имплицитно направлены на получение синергетических эффектов в бенчмаркинге. Но этим видам бенчмаркинга не достает согласованности, единой формальной и теоретической основы, которая позволяла бы им претендовать на роль синергетического бенчмаркинга, как методологии интенсификации взрывного, скачкообразного, качественного развития систем.
Критериальными признаками синергетического бенчмаркинга являются необратимость, неравновесность, нелинейность, неопределенность, фазовые и структурные (качественные) переходы, в отличие от кибернетического подхода, рассматривающего бенчмаркинг только как равновесный, обратимый, саморегулирующийся процесс.
Таблица1
Эффекты синергетического бенчмаркинга
| Подсистема бенчмаркинга | Механизмы генерации синергетических эффектов в бенчмаркинге |
| Субъект бенчмаркинга | Методы high-hum, эмпатический резонанс, когнитивная синергетика, методы активизации интеллекта, эвристические методы |
| Средства бенчмаркинга | Философские средства |
| Постнеклассическая картина мира, эволюционная эпистемология, системно-синергетический подход. | |
| Поисковые средства | |
| Непрерывность мониторинга, оценок и актуализации данных для уменьшения ошибок и неточностей. | |
| Использование систем современных показателей и метрик, которые лучше и точнее характеризуют состояние объекта бенчмаркинга. | |
| Совершенствование информационно-коммуникационных технологий для уменьшения трансакционных издержек. | |
| Аналитические средства | |
| Нейросетевые модели. Позволяет индуктивно находить неизвестные, сложные, нелинейные зависимости. | |
| Фрактальная геометрия. Позволяет находить относительно простые закономерности в хаотичных данных. | |
| Нечеткая логика. Позволяет анализировать объекты в условиях неопределенности. | |
| Генетические алгоритмы. Позволяют проводить математическую селекцию и отбор наилучших практик. | |
| Робастное программирование. Позволяет эффективно работать с сильно зашумленными и неточными данными. | |
| Организационные средства | |
| Синергетический менеджмент | |
| Использование сетевых эффектов и эффектов обучения для мультипликации результатов бенчмаркинга. | |
| Объект бенчмаркинга | Время |
| Футуризм, перспективность, преактивность, предиктивность, упреждающий характер бенчмаркинговых исследований. | |
| Реальное пространство | |
| Поиск полезных аналогий во всех системах, не только в экономических. Этот шаг логически следует из эволюционных тенденций бенчмаркинга. | |
| Концептуальное пространство | |
| Построение гипотетических эталонов с помощью средств идеализации, абстракции, концептуализации, индукции, дедукции, логики, синтеза и пр. | |
| Контекст бенчмаркинга | Предельное ужесточение контекста бенчмаркинга в мысленном эксперименте для выявления скрытых проблем и резервов для их решения. |
Сущность синергетического бенчмаркинга в том, чтобы сначала описать на качественном уровне, посредством некоторых фундаментальных идей и образов, а затем и посредством одного и того же математического языка (нейросетевого и фрактального) взаимоподобные процессы развития в сложных экономических системах.
Он использует потенциальную возможность экономических систем развиваться революционно, с проявлением эмерджентности, амбивалентности, синергизма, многофазности. Он рассматривает развитие как самоорганизационный процесс, движущими силами которого являются флуктуации (в форме инноваций всех видов), авторегрессия (в форме перестроения связей всех видов), автокатализ (в форме конкретных усовершенствований в системе положительной обратной связи), автоколебания (в форме конъюнктурных изменений и реакций системы на них).
Если синергетика является наукой о познании сложноорганизованных систем, то синергетический бенчмаркинг является когерентным ей индуктивным инструментом познания сложноорганизованных систем в экономике. Он ставит целью освоение универсальных механизмов самоорганизации в практике внедрения опыта других компаний.
Успех синергетического бенчмаркинга определяется умением создавать и использовать механизмы, вызывающие синергетические эффекты. Основными механизмами формирования синергетических эффектов в системах следует считать эффекты: взаимодействия, мультипликации, нелинейности, инвайроментальности, эмерджентности, амплификации, автокатализа, автоколебаний, автоволновости, авторегрессии, автокорреляции.
Предложенная концепция синергетического бенчмаркинга является естественным ответом теории на вызов "нелинейности" в экономике. Она дает новый конструктивный импульс научным исследованиям, позволяет решать проблемы бенчмаркинга в глобальном гиперконкуретном контексте, увеличивает его эвристический потенциал, расширяет возможности в философском, экономическом и математическом аспектах.
Опасность, которую он стремиться преодолеть, состоит в слепом копировании "успешных" практик, которые в ином контексте могут оказать разрушительное воздействие.
В таблице 1 приведен комплекс синергетических эффектов бенчмаркинга.
АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ БЕНЧМАРКИНГА
М.М. Шарамко
Камский государственный политехнический институт
Бенчмаркинг в том виде, каким он известен нам сегодня, был разработан в США в семидесятых годах, но его основные концепции были известны значительно раньше. В Китае, например, известно правило китайского генерала Сун Тзу, который писал: "Когда ты знаешь твоего врага и знаешь себя, ты не страшишься результата от сотни войн". В Японии Benchmarking соотносится по содержанию с японским словом, означающем "усилие, беспокойство, заботу лучшего (лидера), стать еще лучшим (лидером)".
Впервые этот метод был разработан в 1972 году для оценки эффективности бизнеса Институтом стратегического планирования в Кембридже (США). Тогда исследовательская и консалтинговая организация PIMS(воздействие маркетинговой стратегии на прибыль), устанавливает, что для того, чтобы найти эффективное решение в области конкуренции, необходимо знать лучший опыт других предприятий, которые имеют успех в похожих условиях.
Исторически бенчмаркинг сначала был известен как модель с названием GAP-анализ: простая методика оценки "разрыва" между важными параметрами фирмы и желаемыми результатами (в качестве таковых могут выступать и качества главного конкурента) использовалась для оценки слабых сторон фирмы.
Эволюция концепции бенчмаркинга была впервые детально изложена Уотсоном. Он утверждал, что бенчмаркинг - это эволюционирующая концепция, которая с 40-х годов прошлого века развилась в более сложные формы, которые условно можно отнести к пяти поколениям.1
Первое поколение, т.н. «обратный инжиниринг» (геуегзе еп§шеегш§) был продуктно ориентирован и сравнивал характеристики, функциональность и эффективность конкурирующих продуктов. Большинство авторов относят это поколение ко времени драматических инноваций в корпорации Ксерокс в конце 80-х годов.
Второе поколение «конкурентный бенчмаркинг» включал сравнение процессов предприятия с аналогичными у конкурентов. Он развивается как наука в 1976-1986 гг., благодаря деятельности фирмы Ксерокс.
Идея третьего поколения («бенчмаркинг процесса») состояла в том, что учиться можно было у предприятий, которые не принадлежат к той же отрасли, что и бенчмаркер. Это позволяло без особых ограничений собирать информацию в силу отсутствия конкуренции между партнерами. Но такой подход требовал более глубокого понимания процессов и поиска сходства там, где его на первый взгляд не было. Он развивается в период 1982-1986 гг., когда практикуется обучение у предприятий вне собственного сектора или отрасли.
Четвертым поколением в 90-х годах стал «стратегический бенчмаркинг», который включал систематический процесс оценки возможностей, применения стратегий и улучшения хозяйственной деятельности посредством исследования и адаптации успешных стратегий внешних партнеров. Для этого вида бенчмаркинга характерна продолжительность и долговременность развития, ориентация фундаментальные сдвиги в процессах.
Пятое поколение дополнило стратегический бенчмаркинг глобальным видением. Глобальный бенчмаркинг рассматривается будущим инструментом организации международных обменов с учетом культуры и национальных особенностей.
Среди новейших исследований в области бенчмаркинга на роль шестого поколения претендует обучающий бенчмаркинг, или бенчмаркинг компетенций. Его главная идея в том, что основанием для организационного аспекта изменений процессов являются изменения в действиях и поведении индивидов и команд. Карлоф и Остблом используют термин «бенчобучение» (benchlearning), который относится к культурным изменениям в обучающейся организации. Организации, таким образом, могут повысить свою ффективность, развивая компетенции и навыки и через обучение изменяя отношения и практики. 2
Дальнейшие исследования Кулмаллы, МакАдама и Келли на практике подтвердили теоретические выводы и показали огромную важность совместного обучения и развития культуры компании.
Также среди новейших тенденций бенчмаркинга можно указать так называемый сетевой бенчмаркинг, развитый в работах Прадо. Идея обучения от других дополнена идеей обучения вместе с другими. Ряд компаний независимо от размеров и отраслевой принадлежности могут объединиться в сеть (network), в рамках которой они обмениваются опытом в решении схожих проблем. 3
Нужда в инновационных решениях ориентированных на будущее, структурные изменения в бизнесе, обращение к специфическим проблемам общественного сектора служат обоснованием эвристического потенциала сетевого бенчмаркинга как полноценной стадии бенчмаркинга.
Рис.1. Эволюция бенчмаркинга
В рамках школы экономической синергетики профессора Б.Л. Кузнецова разрабатывается концепция синергетического бенчмаркинга, как новой стадии в эволюции методологии. Он акцентируется на учете факторов нелинейности, неравновесности и неопределенности в глобальном гиперконкурентном контексте современной экономики, а также решает проблемы адаптивного имитационного обучения в бенчмаркинге, акцентируясь на феномене положительной обратной связи и синергетических эффектах.
Эволюция бенчмаркинга — это непрерывный исторически преемственный коммуникативный процесс, в ходе которого создаются новые представления о принципах и возможностях методологии, которые увеличиваются с улучшением коммуникационного аспекта в парадигмальном, философском, техническом и логико-математическом плане.
Выявлены три основных фактора, воздействующих на траекторию развития динамичной и гибкой методологии бенчмаркинга:
- Эволюция бенчмаркинга строится на расширении типологии объектов исследования. В качестве объектов бенчмаркинга в ней последовательно появляются продукт, процесс, технология, деятельность (performance), стратегия, и, наконец, компетенция.
- В процессе эволюции концепции бенчмаркинга идет постоянное расширение институционального и пространственно-временного контекста, в котором рассматриваются объекты исследования. От инактивного рассмотрения процессов в локальном масштабе в пределах собственного предприятия бенчмаркинг трансформируется в методологию перспективной оценки и сравнения глобальных стратегий и практик бенчмаркинговых сетей и альянсов, конкурирующих предприятий и даже организаций из других отраслей.
- Эволюцию бенчмаркинга имплицитно сопровождает углубление и расширение сферы поиска аналогий. Поиск аналогий во всех системах независимо от контекста, природы и пространственно-временного масштаба – это своеобразный аттрактор бенчмаркинга. Именно этими вопросами занимается постнеклассическая наука и синергетика.
Синергетический бенчмаркинг предстает закономерным этапом в процессе эволюции бенчмаркинга.
Литература
- Кузнецов Б.Л. Синергетическийменеджмент в машиностроении. – Наб. Челны: Изд. КамПИ, 2003, 304 с.
- 2. Кузнецов Б.Л., Фабер В.В. Бенчмаркинг в машиностроении. – Наб. Челны: Изд. КамПИ, 2003, 80 с.
Фракталы в экономике*
П.А. Шутова
Камский государственный политехнический институт
Фракталы вокруг нас повсюду, и в очертаниях гор, и в извилистой линии морского берега. Некоторые из фракталов непрерывно меняются, подобно движущимся облакам или мерцающему пламени, в то время как другие, подобно деревьям или нашим сосудистым системам, сохраняют структуру, приобретенную в процессе эволюции.
Х. О. Пайген и П. Х. Рихтер
«Красота всегда относительна…Не следует…полагать, что берега океана и впрямь бесформенны только потому, что их форма отлична от правильной формы построенных нами причалов; форму гор нельзя считать неправильной на основании того, что они не являются правильными конусами или пирамидами; из того, что расстояния между звездами неодинаковы еще не следует, что их разбросала по небу неумелая рука. Эти неправильности существуют только в нашем воображении, на самом же деле они таковыми не являются и никак не мешают истинным проявлениям жизни на Земле, ни в царстве растений и животных, ни среди людей».
Именно этими словами английский ученый XVII в. Ричарда Бентли доказывает то, что идея объединить формы берегов, гор и небесных объектов и противопоставить их евклидовым построениям возникла в умах людей очень давно.
Сравнительно давно в математике возник образ объекта, более объемистого, но тем не менее, сходного с линией. Некоторым ученым было трудно примириться с понятием линии, не имеющей ширины, поэтому постепенно ими стали изучаться геометрические формы и структуры, имеющие дробную пространственную размерность. На смену непрерывным кривым, обладающим всеми своими производными, пришли ломанные или очень изрезанные кривые. Ярким примером такой кривой является траектория броуновской частицы. Так в науке возникло понятие фрактала.
Слово фрактал образовано от латинского fractus, сломанный камень, расколотый и нерегулярный. Оно было предложено Бенуа Мандельбротом в 1975 году, который обратил внимание на то, что довольно широко распространенное мнение о том, будто размерность является внутренней характеристикой тела, поверхности тела или кривой неверно (в действительности, размерность объекта зависит от наблюдателя, точнее от связи объекта с внешним миром). Он ввел понятие фрактал для представления математических объектов, которые не имеют «естественного» масштаба измерения, и выглядят в разных масштабах приблизительно одинаково. В природе имеются объекты, практически не изменяющие свой образ с изменением масштаба. Например, структура берега у острова или материка на картах разных масштабов всегда характеризуется наличием мысов и заливов. Поэтому протяженность берега функционально зависит от масштаба карты. У этой структуры нет естественного масштаба, она являются фракталом. А также Мандельброт использовал понятие фрактала для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур.
Самоподобие как основная характеристика фрактала означает, что он более или менее единообразно устроен в широком диапазоне масштабов. Так, при увеличении маленькие фрагменты фрактала получаются очень похожими на большие. В идеальном случае такое самоподобие приводит к тому, что фрактальный объект оказывается инвариантным относительно растяжений, т.е. ему, как говорят, присуща дилатационная симметрия. Она предполагает неизменность основных геометрических особенностей фрактала при изменении масштаба.
Определение фрактала, данное Мандельбротом звучит следующим образом: «Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому».
Треугольники, квадраты, круги, параллелограммы, параллелепипеды, пирамиды, шары, призмы - типичные объекты, рассматриваемые классической геометрией, которой мы пользуемся в повседневной жизни. Предметы, созданные руками человека, обычно включают эти фигуры или их фрагменты. Однако в природе они встречаются редко. Легко заметить, что в отличие от форм Эвклида природные объекты не обладают гладкостью, их края изломаны, зазубрены, поверхности шероховаты, изъедены трещинами, ходами и отверстиями. «Почему геометрию часто называют холодной и сухой? Одна из причин заключается в ее неспособности описать форму облака, горы, дерева или берега моря. Облака - это не сферы, горы - не конусы, линии берега - это не окружности, и кора не является гладкой, и молния не распространяется по прямой. Природа демонстрирует нам не просто более высокую степень, а совсем другой уровень сложности», - этими словами начинается «Фрактальная геометрия природы», написанная Бенуа Мандельбротом. Оказывается, почти все природные образования имеют фрактальную структуру. А это значит, что если посмотреть на фрактальный объект в целом, затем на его часть в увеличенном масштабе, потом на часть этой части и т. п., то нетрудно увидеть, что они выглядят одинаково. Фракталы самоподобны - их форма воспроизводится на различных масштабах. В самом простом случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.
В обществе, как и в природе, многие системы построены по принципу фракталов: из малых элементов образуются некоторые комплексы, они в свою очередь служат элементами для более крупных комплексов и т. д.
С фракталами мы встречаемся в нашей повседневной жизни, причем совершенно не осознавая этого. Структуры, похожие на фракталы, можно встретить в окружающей нас природе: границы облаков, границы морских побережий, турбулентные потоки в жидкостях, трещины в некоторых породах, зимние узоры на стекле, изображения структуры некоторых веществ, полученные с помощью электронного микроскопа, кровеносная система сердечной мышцы и т.д.
Присутствие скрытой математической регулярности, необходимой для их построения, придает им необыкновенное изящество. В неповторимом разнообразии причудливых форм интуитивно угадывается скрытый математический порядок, делающий фрактальные изображения поистине прекрасными. Однако здесь пока больше загадок, чем ясности. Особенно это касается так называемой фрактальной размерности.
Разумеется, существуют гораздо более сложные способы математического определения фрактальных моделей. В последние годы появился термин «мультифракталы» - это так называемые, неоднородные фракталы, определяемые не одним параметром – фрактальной размерностью, а спектром таких размерностей.
Понятие фрактал и фрактальная геометрия, появившаяся в конце 70-х, с середины 80-х прочно вошли в обиход математиков, программистов и экономистов.
Фрактальная геометрия открыла новые возможности для моделирования реальных объектов. Если никто не смог из математиков создать модели природных объектов, как береговая линия, облако, дерево, гора, разветвленность русел рек, кровеносная система человека, клеточная система в биологии и т.д. из-за отсутствия в них регулярности, порядка, предсказуемости. Если евклидова геометрия применима только для объектов, обладающих регулярностью, определенным порядком и предсказуемостью, то фрактальная статистика и фрактальная геометрия преодолели эти ограничения, и модели таких сложных объектов появились.
Открытие фракталов произвело революцию не только в геометрии, но и в физике, химии, биологии. Фрактальные алгоритмы нашли применение и в информационных технологиях. В настоящее время фракталы используются для сжатия изображений. Идея фрактального сжатия состоит в нахождении в изображении подобных областей и сохранении в файле только коэффициентов преобразований подобия. Например, в качестве таких областей можно брать квадратные области. Набор преобразований подобия – это сдвиг, отражения, поворот и изменение яркости с контрастностью. Сжатие происходит в случае, если коэффициенты преобразований займут места меньше, чем исходное изображение.
Роль фракталов в машинной графике сегодня достаточно велика. Они приходят на помощь, например, когда требуется с помощью нескольких коэффициентов задать линии и поверхности очень сложной формы. С точки зрения машинной графики, фрактальная геометрия незаменима при генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря.
Фракталы имеют большую ценность при создании графических образов объектов живой и неживой природы. Простые формулы и выражения, описывающие математические абстракции, легко реализуются с помощью языков программирования. Поэтому превращение математических описаний фракталов в образы, близкие людям по реальному миру, представляет большой интерес. По сути, фрактал – это связь между математикой и живым миром.
Цель создания программы использования фракталов в машинной графики – связать абстрактные формулы с объектами реального мира, показать, что такие сложные по форме объекты, как деревья или поверхности гор, можно сымитировать и отобразить на экране монитора.
Понятие «фрактал» уже доказало свою пользу в ряде прикладных областей. Например, если вводить случайное возмущение в регулярный математический древовидный фрактал, можно добиться сходства с настоящим деревом. Фракталы используются при анализе и классификации сигналов сложной формы, возникающих в разных областях, например при анализе колебаний курса валют в экономике, оценке деловой активности на различных рынках, прогнозировании циклов деловой активности, курсов акций и других ценных бумаг. Они применяются в физике твердого тела, в динамике активных сред и т.д.
Разрабатываются новые методы фрактального анализа нефтегазонасыщенных объектов как открытых динамических систем с быстро меняющимся состоянием, то резко напряженным, то близким к стабильному, что особенно характерно в период наложенных техногенных процессов (геологоразведка, разработка месторождений нефти и газа). Фрактальное моделирование как инструмент для изучения скрытого порядка в динамике неупорядоченных систем, каковыми являются нефтегазовые месторождения, стало технологической потребностью. Фрактальные модели упрощают анализ турбулентного движения жидкости или газа, а также процесса протекания, что важно для индустриальных технологий разработки месторождений нефти и газа. Это снова доказывает, что фракталы всегда рядом с нами, в нашей жизни.
Но самый большой вклад в моделирование реальных процессов фрактальная геометрия внесла в моделировании сложных гетерогенных процессов. Честь открытия и первого использования фракталов для отображения нелинейных, сложных, гетерогенных, комплексных объектов и процессов принадлежит Г.Жюлио и Б.Мандельброту.
Нелинейные процессы представляют большой интерес для экономистов, так как они выходят за пределы линейности. Нелинейные процессы – комплексные отображения с качественными переходами. Они получаются путем использования комплексных отображений, сопоставляющих одно комплексное число с другим. Отличие фрактального метода описания нелинейности в том, что их свойства самоподобия справедливы только после соответствующего усреднения по всем статистически независимым кластерам.
Некоторые исследователи полагают, что описание процессов экономического развития и прогнозирование образов будущих экономических состояний возможно только на языке фракталов.
В последнее время для описания нелинейных процессов со сложной статистически упорядоченной структурой применяют методы фрактальной геометрии. Фрактальный подход кроме геометрии учитывает ряд других свойств. Результатом фрактального подхода является получение не ограниченного набора данных, а бесконечного набора мер или непрерывного спектра.
Таким образом, проблема описания нелинейных процессов в ближайшем будущем будет значительно облегчена. Фрактальная геометрия и фрактальная статистика дают качественно новые возможности для описания нелинейных процессов. С помощью математического описания нелинейности нельзя полностью раскрыть понятие нелинейность. Но уже понята суть линейности и нелинейности. Понят творческий потенциал нелинейности.
Фракталы появляются в науке двумя различными способами. Во-первых, они могут возникать как первичный предмет исследования и как описательное средство при исследованиях нерегулярных процессов и форм. И, во-вторых, они могут быть математическими выводами из некоторой, лежащей в их основе, хаотической динамики. Тем не менее, многое еще остается неясным. Нам пока не открыто все разнообразие фракталов. Мы их отыскиваем в природе, хотя уже существует фрактальная музыка, фрактальная живопись и др. Пока еще нет общей теории фракталов, неясно, как далеко простираются модели подобного типа, нет также ясного и общего подхода к определению фрактальной размерности и пр. Еще рано с уверенностью утверждать, является ли данный объект фракталом, или нет. Это область современных исследований и обобщений. Но наверняка очень скоро найдутся ответы на все вопросы в области фракталов и фрактальной геометрии, ведь фракталы повсюду в нашей жизни.
Литература
1. Б. Мандельброт. Фрактальная геометрия природы. Москва – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002, 656 с.
2. Б.Л. Кузнецов. Введение в экономическую синергетику. Наб. Челны: КамПи,1999, 304 с.
3. С.В. Божокин, Д.А. Паршин. Фракталы и мультифракталы. Ижевск: РХД, 2001, 128 с.
4. А.Д. Морозов. Введение в теорию фракталов. Москва – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002, 162 с.
5. Е. Федер. Фракталы. М.: Мир, 1991, 260 с.
6. М. Шредер. Фракталы, хаос, степенные законы. Ижевск: РХД, 2001, 528 с.
7. Интернет. Статьи о фракталах, фрактальной геометрии.
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ СЛИЯНИЙ и ПОГЛОЩЕНИЙ*