Что такое системные связи
Система: признаки системы и системные связи
ТЕМА 4. СОЦИАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАК РАЗРЕШЕНИЕ ПРОТИВОРЕЧИЙ МЕЖДУ УПРАВЛЯЮЩЕЙ И УПРАВЛЯЕМОЙ СИСТЕМАМИ
Ключевыми понятиями в исследовании управления являются: «система», «система управления», «система государственного управления», «управляющая система» и «управляемая система». Без анализа категории «система» становятся невозможными анализ, оценка состояния объекта управления и принятие решений.
Деятельность органов государственного управления связана с решением сложных социально-экономических задач. Результаты того или иного решения органов управления могут оптимизировать или подрывать функционирование общества в целом, оказывать влияние на будущее целых поколений. В этой связи очень важен комплексный, системный подход к управленческим процессам, позволяющий предвидеть результаты принятых решений и снижать риск и последствия неудач.
В наиболее широком смысле термин «система» используется для описания самых различных явлений и трактуется как правильность в расположении частей, конкретный порядок, форма устройства, организация деятельности и т.д.
Основоположником теории систем считается Людвиг фон Берталанфи. Система, по Берталанфи, это комплекс взаимодействующих элементов, которые в своем единстве образуют некоторую целостность.
Наиболее важными признаками системы являются: сложность объекта, его целостность, способность делиться на части, быть элементом системы более высокого порядка (иерархия), образовывать особое единство со средой. Элементы системы в той или иной мере направлены на достижение единой цели, стоящей перед системой в целом.
К системным связям относят: связи взаимодействия (кооперативные, корпоративные, конфликтные и др.); генетические связи (объясняющие происхождение системы); структурные связи (строение, «скелет» системы); связи функционирования (обеспечивающие жизнедеятельность объекта); связи развития (модификация, модернизация функциональных связей); связи управления (строятся на основе программы и представляют собой способ ее реализации). Совокупность всех связей внутри системы называется внутренней структурой. Сумму всех связей как внутри системы, так и системы с внешней средой в теории систем называют полной структурой.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Системные связи
Системные связи Независимо от того, в какой мере люди осознают этот факт, они находятся в очень большой сети связей с субъектами экономики. Такие связи составляют часть всей экономической системы, которая обеспечивает жизнедеятельность общества. [1]
Системные связи между основными и сопутствующими целями производства, достигаемыми при формировании конечного продукта на всех стадиях технологии, предопределяют взаимосвязи между подсистемами по вертикали и по горизонтали, а также между нормативными показателями внутри подсистем. [2]
Системные связи между основными и сопутствующими целями, достигаемыми при формировании продукта на всех ступенях технологии, предопределяют взаимосвязи по вертикали и по горизонтали между подсистемами и блок-системами нормативов и между нормативами внутри их. Так как именно частные цели ( полупродукты) на промежуточных ступенях технологии и собственно продукт на верхней ступени являются измерителями ресурсопотребления и нормативов. [3]
Системные связи включают также связи развития и управления. Связи управления реализуются через комплексные и целевые научно-технические программы и общие органы координации и управления. [4]
В системах автоматов системные связи реализуются без участия оператора. Такие системы осуществляют многосвязное и каскадное регулирование. [5]
Микропроцессоры и микроЭВМ встраиваются в самые сложные и точные средства измерительной техники, чтобы осуществлять черновую предварительную обработку информации, улучшать метрологические характеристики, упрощать системные связи и обслуживание прибора. [7]
Второй уровень составляют группы автоматов. Системные связи здесь осуществляются человеком-оператором. [9]
Расчет такой сложной системы принципиально можно вести раздельно для каждого простейшего элемента, согласовывая затем частные решения между собой. С усложнением трубопроводной системы реализовать такой подход становится все труднее, и потому более рационально системные связи отражать уже в исходном уравнении энергии. Интегрирование такого уравнения дает обобщенное решение, описывающее температурный режим сложного трубопровода. [12]
Большое значение при выборе основного оборудования ТЭЦ имеют вопросы надежности снабжения теплотой и электроэнергией промышленных и коммунально-бытовых потребителей. Надежность снабжения электроэнергией всех потребителей при наличии связи с энергосистемой решается в интересах всей системы и учитывает системные связи и резерв мощности в самой системе. Для ТЭЦ, имеющей связь с энергосистемой, электрическая мощность определяется комбинированной выработкой электрической энергии на базе отпускаемой теплоты, как правило, без установки резерва по электрической мощности. [13]
К ней относятся системные связи между психическими процессами ( например, между ощущениями и восприятиями, воображением и памятью) и связи других уровней сознания с психическими явлениями. Такие связи характеризуются направленностью, высокой организацией и активной готовностью к осуществлению в действиях. На втором уровне психики внимание и речь выполняют роль важнейших интеграторов индивидуального развития. Из психических состояний, тесно связанных с высшими уровнями сознания, особое значение имеют те, которые одновременно связаны с регуляцией поведения и регуляцией эмоций. [14]
ТЕОРИЯ ОРГАНИЗАЦИИ
Системные связи и системное поведение
Связи и взаимодействия между элементами сложных систем осуществляются переносами (потоками) вещества, энергии и информации. Взаимодействие между элементами системы может иметь различную природу и выражаться разными функциями. Чаще всего рассматриваются парные взаимодействия типа «сдал — принял», «сигнал — ответ» или «импульс — реакция». Научный ана¬лиз систем в большинстве случаев сосредоточен именно на изучении характера этих функций. Между тем поведение системы часто опре¬деляется не столько функциональными характеристиками связей, сколько их причинной направленностью.
Если есть два связанных процесса А и В, то изменения А во времени могут приводить к разным случаям зависимого от А измене¬ния В, причем однонаправленность изменений считается положитель¬ной (знак «+»), а разнонаправленность — отрицательной (знак «-»). (Здесь имеется в виду именно направленность причинной зависимо¬сти, а не качественный результат в смысле «хорошо — плохо».) Кроме того, речь не идет о пропорциональности изменений. В большинстве случаев зависимости бывают нелинейными. Возможно еще запазды¬вание ответа.
Основные типы поведения, наблюдаемые в системах, можно изобразить в виде графика базовой динамики, где на оси абцисс от¬кладывается время, а на оси ординат — существенные факторы динамики системы:
Рисунок: график базовой динамики
Рисунок: схема возникновения «мания-структуры»:
а — контур регулирования; б — контур «мания-структуры»
Предположим, что появление каких-то проблем приводит к ухудшению состояния системы. Назовем его здоровьем системы. Под¬линное здоровье системы нам неизвестно, мы о нем можем судить лишь по некоторым наблюдениям, на которые требуется время. Нако¬нец, мы воспринимаем ухудшение здоровья и, сопоставляя его с на¬шими целями — желаемым здоровьем системы, выполняем некото¬рое действие. Его результат противодействует негативному влиянию возникших проблем и частично или полностью восстанавливает здо¬ровье системы. По существу это настоящий контур регулирования.
Под регулируемым параметром — здоровьем системы — можно по¬нимать состояния самых различных систем. Это может быть постоянст¬во температуры в термостате, обеспеченность механизма смазкой, орга¬низма — пищей, больного — лекарством, ребенка — материнской забо¬той, фирмы — прибылью, государства — хорошим правительством. Но очень часто бывает так, что регулируемым параметром становится не действительное, а воспринимаемое по внешним признакам, кажущееся состояние системы. Больше того, в силу особенностей человеческой психологии оно постепенно все легче принимается за желаемое, и тогда ослабляется или вообще отпадает необходимость противодействия. На фоне кажущегося благополучия действительное состояние системы ухудшается. Она приобретает свойства контура положительной обрат¬ной связи. По существу здесь вступает в действие логика самообмана: результат действия замыкается уже не на подлинное, а на кажущееся здоровье системы. Это и есть «мания-структура».
В социально-экономических системах часто неверно выбирается критерий, оценивающий здоровье системы. Например, рост доходов сам по себе, без сопоставления с издержками и расчета рентабельно¬сти не может служить параметром состояния. Текущее и целевое со¬стояния системы определяются набором значений актуальных пара¬метров. Отклонение характеризует степень несоответствия целевому (начальному) состоянию. Целевая направленность поведения системы — это стержневая системная закономерность, что и делает совокуп¬ность элементов целостным организованным образованием, ориен¬тированным на получение определенного результата.
В соответствии с современными представлениями о самооргани¬зации цель можно трактовать в виде устойчивого целевого состояния — аттрактора, который генерирует тенденции изменений или пре¬образований в системе, отвечающие прообразу будущего. Достижение целевого состояния связано с реализацией известной системной триады: цель, организация, функция. Организация здесь как орга¬низационный процесс, включающий структурогенез и новое целевое функционирование. Если отклонение от целевых параметров будет возрастать, то начнет реализовываться дезорганизационный про¬цесс. Конечным результатом также будет устойчивое состояние-аттрактор, соответствующий другой, более низкой степени организации системы. Таким образом, у системы всегда имеется два качествен¬но различных состояния-аттрактора, которые, как «маяки будущего», притягивают к себе траектории состояния системы. Количественной характеристикой текущего состояния системы является величина от¬клонения от целевого состояния-аттрактора. Сама изменчивость коли¬чественных характеристик системы ограничена пределами. Когда они выходят за рамки меры, скачкообразно происходит преобразование системы согласно переходу количественных изменений в качествен¬ные. Пороговое отклонение соответствует тому критическому положе¬нию, когда система начинает лавинообразно самораспадаться или самодостраиваться. С этого момента уже невозможно организовать необходимое воздействие на систему, приводящее к получению поло¬жительного результата.
Сложность и неустойчивость, возрастая с известного момента, на¬чинают перевешивать организационную связь и единство системы, которая становится тогда уже неустойчивой в своем целом. Части це¬лого становятся слишком различны. Вывод, что положи¬тельная корреляция между разнообразием и устойчивостью существует только до определенного предела, пока она не начинает перевешивать организационное единство, имеет принципиальное значение для по¬нимания поведения систем и объяснения происходящих в них органи¬зационных процессов. Неустойчивость системы есть источник ее внутреннего саморазвития и может приводить к более высокой орга¬низации. Эта же идея лежит в основе современной концепции само¬организации. Саморазвитие системы происходит вследствие накопле¬ния внутренних системных противоречий, неустойчивости системы, приводящей к преобразованию ее структуры в более организованный комплекс либо к кризису и новому циклу развития.
Связи в системе
Отношения, которые обеспечивают возникновение и сохранение целостности системы называются системными связями или просто связями. Таким образом, связи характеризуют строение системы. Иногда связь определяют и как средство ограничения степени свободы элементов. Действительно, если, например, два элемента имеют между собой некоторую связь, то они не уже не могут действовать вполне независимо друг от друга (у них появились ограничения на свободу).
Для осуществления связей в системе должны находиться определенные объекты, называемые сигналами, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также между элементами системы и окружающей ее средой. Чаще всего в качестве сигнала выступает процесс передачи потока (вещества, энергии, информации). Средства, по которым могут распространяться сигналы, называются каналами связи. Отметим, что каналы связи часто также называют просто связями.
Принципиально важным является то, что, передавая поток (вещества, энергии, информации) с выхода одного объекта к входу другого объекта, каналы связи не изменяют этот поток. В этой связи можно сказать, что каналы связи являются «пассивными» компонентами системы. Поэтому с точки зрения функционирования системы находящиеся в ней каналы связи тривиальны, поскольку они практически не изменяют проходящие по ним потоки (в отличие от «активных» компонентов системы, которые эти потоки заметно изменяют).
Однако в зависимости от задачи один и тот же объект может выступать как связь или как компонент системы. Например, провода в бытовых электросетях играют роль каналов связи и обычно не рассматриваются в качестве потребителей энергии. Между тем проводники обладают электрическим сопротивлением и, следовательно, потребляют некоторую мощность. Поэтому, если рассматривают магистральные энергосистемы, то суммарные потери в многокилометровых проводах весьма существенны и их влияние уже учитывают, рассматривая их в виде элементов энергосети – потребителей электроэнергии.
Связи можно классифицировать по самым различным признакам. Различают, например, направленные и ненаправленные связи, сильные и слабые, связи подчинения, порождения и управления, внутренние и внешние связи, связи взаимодействия (координации) и принуждающие связи (подробнее об этом см. например, в работе[38] [20]). В целях математического моделирования рассматривают детерминированные(жесткие) связи, которые, как правило, однозначно связывает причину и следствие, что дает возможность сформировать четко обусловленную формулу взаимодействия элементов, которые она связывает и вероятностные(гибкие) связи, обусловливающие многозначную (вероятностную, неявную, косвенную и т.п.) зависимость между элементами системы.
Для нашего рассмотрения является важной классификация связей по направлению взаимодействия: связи могут быть прямыми и обратными. Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи сигналов от одного элемента к другому в направлении основного процесса, они обычно связывают выходы одних элементов с входами других элементов системы. Прямая связь представляет собой в некотором смысле первичное воздействие элемента на элемент. Так, например, в системах управления прямая связь выражается потоком директивной информации (сигналами команд) направляемой от элементов управленческого аппарата к объекту управления.
Обратные связи, служат для передачи сигналов в обратном относительно основного процесса направлении, связывая выходы одних элементов с входами других элементов системы. Они, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния и/или выхода системы в результате тех или иных причин. Например, поток отчетной информации о выполнении принятых решений идет в обратном относительно распорядительной информации направлении.
Принято считать, что если выходной сигнал (вернее сведения о нем) с выхода системы подается на ее вход, то в системе имеет место обратная связь. Однако это лишь необходимое условие. Для фактической реализации обратной связи обязательно должен быть действовать механизм реакции системы на этот обратный сигнал. Так наличие, например, в организационной системе наличия критики еще не говорит о существовании в ней обратной связи. Она будет таковой, если критика непременно вызывает соответствующие изменения в системе. Сравните две ситуации.
1. Руководство фирмы отчитывается перед собранием акционеров о проделанной работе (и все).
2. По результатам отчета руководства принято решение о мерах по устранению выявленных ошибок и корректуре плана дальнейшей деятельности фирмы. Как говорится: «Почувствовали разницу?»
Механизм обратной связи имеет важную особенность: он по своей сути является циклическим. Дело в том, что выходной сигнал есть уже результат функционирования системы. Только после этого обратный сигнал подается на вход системы, которая находится уже в измененном состоянии, по крайней мере, по отношению к тому состоянию, которое обусловило этот выходной сигнал. Иными словами для систем характерно несовпадение времени возникновения причины и следствия, как реакции на эту причину.
Обратная связь может рассматриваться как механизм, обеспечивающий ответную реакцию на некоторое воздействие (изменение), который может оказывать влияние на последующую деятельность системы. Таким образом, обратная связь в системе функционирует в цикле: «Входной сигнал – Деятельность системы – Формирование выходного сигнала – Формирование сигнала обратной связи – Входной сигнал».
Если обратная связь усиливает результаты тенденции функционирования объекта (например, способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от заданного значения), то она называется положительной обратной связью, если ослабляет – отрицательной обратной связью.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы в том же самом направлении, поэтому ее еще называют усиливающей. Вот примеры систем с такой обратной связью: познание человечеством окружающего мира (чем больше узнаем, тем больше прилагаем усилий для расширения своих знаний), рост населения (увеличение рождаемости приводит, вообще говоря, к увеличению населения, что в свою очередь влечет еще большую численность населения), банковский счет (со временем на счет поступают проценты от вклада, которые складываясь с самим вкладов приносят еще большие проценты).
На практике же такое развитие ситуации происходит далеко не всегда, срабатывают механизмы, включающие отрицательную обратную связь. Отрицательная обратная связь как бы гасит наметившиеся возмущения и отклонения, обеспечивая тем самым функциональную устойчивость системы (в этой связи ее еще называют уравновешивающей обратной связью). Уравновешивающая обратная связь поддерживает систему в устойчивом состоянии, вызывая сопротивление системы попыткам вторгнуться в нее с целью изменения ее функционирования.
Этот эффект обеспечивается за счет того, что уравновешивающая обратная связь (в отличие от усиливающей) всегда направлена на уменьшение различия между желаемым и существующим состояниями системы. Как только возникает это различие, уравновешивающая обратная связь начинает подталкивать систему к «нужному» состоянию. И чем ближе система подходит к своей цели, тем меньшее различие улавливает обратная связь и тем ближе сама система к исходному покою или равновесию. Как отмечено в работе[39], системный подход можно рассматривать как отражение циклического мышления, поскольку связи между элементами очень часто образуют циклы обратной связи.
Примеры уравновешивающей обратной связи можно наблюдать повсюду: человек, как система, поддерживающая параметры своего существования (к механизмам с обратной связью относятся все системы обеспечения его жизнедеятельности), системы управления в обществе (в случае наблюдения негативных тенденций принимаются меры к их устранению или компенсации), автопилот самолета (практически все технические системы имеют механизмы отрицательной обратной связи).
Что такое системные связи
С древних философских учений Мир считается взаимосвязанным. Связи есть то, что соединяет объекты в системном процессе. Целостность и связанность Мира означает, что связи существуют между всеми элементами, между системами и подсистемами. « Каждый элемент системы связан с каждым другим элементом непосредственно или опосредованно. Не существует ни одного подмножества элементов системы, не связанного с каждым другим подмножеством элементов». [1].
Исходя из допущения, что всё в Мире связано, можно рассчитать максимально возможное количество связей в некоторой системе, состоящей из « n » элементов. Количество связей, может быть найдено по формуле: C = n ( n – 1), если между двумя элементами существует только одна связь. Например, если система состоит из 7 элементов, то С = 42. Но уже при двух связях их число возрастёт до астрономической цифры.
Эти расчеты приводят к заключению, что в сложных системах количество связей существенно превышает количество элементов. Например, каждый нейрон мозга имеет десятки тысяч связей. Каждый человек связан с тысячами людей. Биосферные связи также трудно проследить. Реорганизация связей при неизменном элементном составе может привести к радикальным изменениям свойств системы. Сравните свойства алмаза и графита. Они состоят только из атомов углерода, но организованных различными связями.
Если элемент «А» связан с «В», то можно утверждать обратное: «В» связан с «А». Поэтому Садовский [3] напрасно анализирует вариант одностороних связей, их в природе не существует. Существуют взаимосвязи.
· В классической механике этот факт выражается законом равенства действия и противодействия. Если вы рукой окажете давление, например, на стену дома, то сразу почувствуете противодействие (мышцы напряглись). При попытке изменить скорость движения тела возникает противоположная сила инерции. Кажется, что реакция наступает мгновенно (почти мгновенно), но точные измерения могут показать, что противодействие возникает не сразу, для ответной реакции всегда требуется некоторое время. Особенно это заметно в реакциях сложных (не механических) систем. Например, если одно государство напало на другое, то ответные военные действия требуют времени на формирование армии, перегруппировку сил, на принятие решений. В сложных системах противодействие может быть не симметричным, не одновременным, скалярным и распределённым в пространстве.
· Закон равенства действия и противодействия подразумевает сходство этих процессов. Например, силе тяготения противодействует сила реакции опоры (сила на силу).
· Реакции живых объектов отличаются многообразием. Реакция может быть положительной, отрицательной или нейтральной. Чем сложнее объект, тем разнообразнее реакции. Силовое воздействие на скунса (животное) вызывает реакцию в виде неприятного запаха (запах на силу). Можно ли говорить о равенстве запаха и силы? Итак, закон равенства действия и противодействия применим только в простейших механических системах, поэтому его нельзя называть законом.
Взаимодействие является процессом, а не состоянием. Процесс есть движение материи. Движение материи отражается в сознании исследователя как «связь». Раскроем материальную природу связей.
Если какая-нибудь масса перемещается из области А в область В, то это сопровождается уменьшением плотности вещества в области А и увеличением плотности в области В. Как видно, процесс перемещения сопровождается процессом изменения состояния системы «вещество – среда».
Существуют процессы, в которых перемещаются состояния, но не само вещество. Когда мы нагреваем один конец металлического стержня, тепло распространяется вдоль него, но при этом отсутствует перемещение вещества вдоль стержня. Перемещается состояние вещества (температурный фронт), но не само вещество (реально вещество также перемещается, но незначительно). Или, например, перенос информации в воздухе посредством звука не сопровождается переносом частиц воздуха («ветром»).
Мысленно создадим закрытую систему (граница закрытой системы, по определению, может проводить только энергию). Через границу тепло способно проникать внутрь закрытой системы. Повышение температуры внутренней среды может сопровождаться изменением её фазового состояния. Итак, тепловые движения молекул во внешней среде провоцируют процесс движения молекул во внутренней среде. Два процесса связаны между собой, следовательно, их можно рассматривать как системное единство, как целостность.
Известно, что «широкие» понятия способны объединять большее количество «вещей» и процессов. Например, понятие «предмет» объединяет и человека и стул. Именно такие обобщения искал Богданов в своей «всеобщей организационной науке» (Тектология) [6]. Понятие «ВЭИ поток» обобщает множество системных представлений. Для иллюстрации рассмотрим известные процессы с точки зрения потоковой парадигмы.
Итак, товар обладает новой атрибутивной информацией. Покупая скульптуру из мрамора, мы платим не столько за мрамор, сколько за образ, форму, т.е. за информацию, воплощенную в куске мрамора. Эстетическая составляющая стоимости товара также имеет информационную природу. Переплачивая большие деньги за редкий товар, мы платим за информацию о его редкости.
Рассмотрим сущность понятия «потребление», исходя из концепции ВЭИ – потоков. Предприятия потребляют потоки сырья. Покупатели (конечные потребители) потребляют пищу, предметы быта. У любой открытой системы обязательно должен быть выход для потока В2Э2И2. Выходные потоки «конечных» потребителей называют отходами, т.к. они попадают в окружающую среду (свалки, стоки, газовые выбросы). Отходы могут стать сырьем для других живых организмов. Городские свалки кормят тысячи ворон, собак, кошек. Если поток отходов не находит своего потребителя, то он превращается в поток-процесс (длительное изменение без перемещения в пространстве: коррозия, растворение, гниение и др.). Как видно, потоковая парадигма естественным образом связывает экономику и экологию. Это чрезвычайно актуально на фоне надвигающейся экологической катастрофы. Намечаются пути избежания катастрофы посредством согласованного управления не только экономическими потоками, но и биосферными потоковыми процессами [7].
Примеры можно приводить и далее, причем не только для «живых» систем, но и для «неживых». Например, В. И. Вернадский исследовал циркуляцию потоков химических элементов в биогеосфере [8]. Но ограничимся приведенными примерами.
В связи с триединством ВЭИ потоков следует считать некорректной классификацию систем, в которой они делятся на изолированные, закрытые и открытые. В классической термодинамике предполагается, что закрытые системы способны обмениваться со средой только энергией, что исключено в связи с тем, что энергия всегда переносится веществом, «чистой» энергии не существует. При плотном соединении горячих и холодных металлических предметов между ним протекает не только тепловой поток, но также осуществляется диффузия атомов (сварка) и электронов. Если перенос вещества можно исключить из внимания без ущерба для решаемой задачи, то только тогда систему условно можно считать закрытой.
Итак, проявляется единый каркас (ВЭИ потоки), на который можно нанизывать многообразные частные проявления науки о системах различной природы (управление, экономика, экология и пр.).
Связи разделяют на «жёсткие» и «гибкие». Жёсткие связи прочные, устойчивые, консервативные часто встречаются в технических системах. Гибкие связи (лабильные, подвижные, изменчивые) встречаются в биологических, экономических, социальных системах.
В системах управления связи могут быть вертикальные и горизонтальные. Вертикальные (иерархические) связи обеспечивают линейное и функциональное управление. Горизонтальные связи осуществляют функции координации. Рассмотрим одну из классификаций связей [цит. по 3]:
1. Связи взаимодействия (координации), среди которых можно различить связи каких – либо функций (такие связи фиксируются, например, в формулах F = am ) и связи объектов (например, связи между отдельными нейронами в нервно-психических процессах).
Связи взаимодействия могут быть прямыми и обратными. Обратные связи подразделяются на положительные и отрицательные (см. приложение 2).
Обратные связи выполняют в основном функции управления. Обратные связи предполагают некоторое преобразование ВЭИ потока, поступающего по прямой связи, и передачу результатов преобразования обратно на вход одного из предыдущих элементов системы. В обратных связях доминирует информационная составляющая.
Если обратная связь усиливает результат первоначального воздействия, то она называется положительной, если ослабляет – отрицательной. Положительные обратные связи выводят систему из состояния устойчивости, отрицательные – способствуют сохранению устойчивости. Связи взаимодействия могут способствовать консолидации системы (кооперативные связи) или вызывать конфликты (конфликтные связи ). Для живых систем конфликты типичны. Вся история человечества построена на разрешении конфликтных ситуаций.
2. Связи порождения (генетические) появляются, когда один объект выступает как основание, вызывающее к жизни другой. Так мать связана с ребенком
3. Связи преобразования реализуются посредством действия какого – либо посредника (такова функция химических катализаторов, брокеров, и др.). В микромире глюоны, мезоны, фотоны играют роль материальных посредников, связывающих элементарные частицы. Космические объекты редко сталкиваются благодаря малой плотности среды. Они взаимодействуют преимущественно через гравитационные поля (посредники).
Связи преобразования могут реализоваться и при непосредственном взаимодействии объектов (без посредников). Столкновение шаров, человеческие взаимоотношения, биосферные процессы часто реализуются путем непосредственного взаимодействия предметов. Примером тому могут послужить химические реакции типа «А + В = С».
В зонах высокой плотности вещества (на планетах) механические столкновения становятся более вероятными, чем в космосе и их роль в системообразовании возрастает.
В экономических системах также можно обнаружить два типа взаимодействия. Прямое взаимодействие (производитель – потребитель) и косвенное (производитель – посредник – потребитель). Для общения голосом сначала надо сблизиться на доступное расстояние, затем через волновой процесс (голос) завершить взаимодействие. Однако при наличии телефона можно держать связь на любом расстоянии посредством только волнового процесса.
4. Связи строения (структурные). Природа этих связей наиболее доступно раскрывается на примере химических связей.
5. Связи функционирования обеспечивают деятельность объекта. Многообразие функций в объектах разного рода определяет и многообразие видов связей функционирования. Общим для всех этих видов является то, что объекты, объединяемые связью, совместно осуществляют определённую функцию. Связи функционирования можно подразделить на связи состояний (когда следующее по времени состояние является функцией от предыдущего) и связи ресурсные (ВЭИ).
6. Связи развития можно рассматривать как модификацию связей состояния, с той разницей, что развитие существенно отличается от простой смены состояний. Развитие описывается как необратимая смена состояний развивающегося объекта, при этом происходят существенные изменения в строении объекта и формах его функционирования.
Функционировани е есть движение или в пределах аттрактора или между аттракторами. Развитие есть такая смена состояний, в основе которой лежит невозможность сохранения существующих форм функционирования. Объект оказывается вынужденным выйти на иной уровень функционирования посредством изменения своей организации.
7. Связи управления в зависимости от их конкретного вида являются разновидностями либо функциональных связей, либо связей развития.
8. Особое внимание заслуживает синергическая связь, присутствие которой создает эмерджентность, увеличивает эффект системы до значения, большего, чем простая сумма эффектов от её элементов.
Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие. Вероятностная (гибкая) связь определяет стохастическую зависимость между элементами системы.
Система может иметь внутренние и внешние связи. Каждый элемент системы связан со своим окружением непосредственными (А – В) или косвенными (А-Х-В) связями [3]. Непосредственную связь с внешней средой осуществляют внешние связи входных и выходных элементов. Косвенные связи являются внутренними.
Возмущающим воздействиям внешней среды противостоят внутренние связи системы, и чем эти связи прочнее, тем устойчивей система.
Принуждающие связи системы являются ограничениями, налагаемыми внешней средой на её функционирование. Принуждающие связи определяют границу системы и ставят условия, при которых она должна функционировать. Примером может служить властная вертикаль, задающая условия функционирования исполнительным системам.
Для реализации связи (ВЭИ поток) должен существовать материальный канал. ВЭИ поток по каналу может быть односторонним, двухсторонним. Не всегда прямой поток равен обратному потоку. Проводимость канала для ВЭИ потока может быть нелинейной и нулевой по любым составляющим. Потоки могут быть пульсирующими, прерывистыми, осуществляться через один канал, или через множество каналов.
Общее определение понятия «связь» наталкивается на серьезные трудности. Некоторые учёные предлагают для описания связи использовать термин «отношение». Иногда связь элементов понимается как наличие отношения между ними. Это представляется не совсем корректным из-за неопределённости, расплывчатости его значения. А. И. Уёмов считает, что связь является частным случаем отношения [9]. С точки зрения Сетрова [цит. по 3] понятия «взаимодействие», взаимосвязь, взаимоотношение» в своей сущности совпадают друг с другом
Два связанных элемента могут находиться в некотором множестве отношений, причём элементы могут быть связаны непосредственно или через посредника. Например, каждый гражданин находится в определённых опосредованных отношениях с президентом (имеет право выбирать), но канал связи с президентом имеет множество посредников. В некоторых ситуациях отношения, закреплённые конституцией, могут сохраняться, но связь с президентом перестанет функционировать. Отношения (закреплённые служебными инструкциями) между начальником и подчиненным остаются даже тогда, когда один из них в отпуске. Итак, отношения могут реализовываться через актуальную или виртуальную связь.
Иногда встречаются утверждения, что отношения могут существовать без связей, и приводится следующий пример. Если два объекта (один больше другого в 10 раз) поместить в отдельные изолированные камеры, то обмен веществом и энергией между ними происходить не будет, но отношение 1/10 сохранится. К такому ошибочному заключению приходят потому, что не принимают во внимание присутствие наблюдателя, который знает, что объекты различаются в 10 раз. Субъект имел информационную связь с каждым объектом до помещения их в камеры. Поэтому отношения между объектами сложились до момента их изоляции, когда их размеры оценивал наблюдатель. После физической изоляции объектов сохранилась виртуальная связь в памяти наблюдателя.
Итак, отношения без связей – это субъективная оценка существующих, незамеченных, или прошлых информационных связей. Реальные связи сознание описывает через абстрактные отношения.
Если подойти к этому вопросу с точки зрения присутствия наблюдателя, то окажется, что отношение является отражением связи в сознании наблюдателя. Связь первична, отношение – вторично. В сознании материальная основа связей теряется, и от них остаются одни отношения. Когда мы оперируем отношениями, следует помнить, что за ними стоят реальные материальные потоки.
Если все связи представляют собой ВЭИ потоки, то систему, через которую протекают потоки, можно назвать каналом связи. Все потоки можно описывать как процессы изменения состояния каналов. Если канал функционирует посредством перемещений вещества (В), то в нём в большей степени реализуется компонент «В», и в меньшей – «ЭИ», следовательно, имеет место материальный поток (Вэи). Вещественный Вэи поток представляет собой равномерный, однородный поток большой массы, с низкой кинетической энергией. Например, водопровод, конвейер, товарооборот.
Энергетический «вЭи» канал связи пропускает равномерный, однородный поток вещества с высокой кинетической энергией. Например, перегретый пар или водопад. Электрический ток, постоянной частоты является образцовой моделью канала энергетической связи.
Информационный вэИ поток – это поток малой массы, сильно неоднородный по составу, по динамике. Кинетическая энергия особой роли не играет. Например, телефонная или радио связь.
Оптимизация работы системы заключается не только в установлении необходимых связей, но и в оптимизации их ВЭИ конфигурации. Потоки могут быть дискретными, пульсирующими, однородными, непрерывными.
Канал связи характеризуется длиной, целеустремленностью, диссипативностью (потерей своего содержания, наполнение чужим содержанием, шумом), проводимостью, квантованностью, эстафетностью, затуханием по составляющим «В», «Э» и «И».
Правильно организованный ВЭИ поток может оказаться очень эффективным. Например, у силением информационной составляющей ВЭИ потока может экономить энергию (так называемое информационное взаимодействие). Примером являются резонансные явления. Если действия будут ритмичными и своевременными, то достаточно слабых сил ребенка, чтобы раскачать качели.
Любой канал связи можно (при желании) рассматривать как систему, состоящую из передатчика, канала и приёмника ВЭИ. С целью разрушения связи достаточно ликвидировать любой из названных элементов. Почтовый канал связи – это совокупность посредников и транспортных средств. Электрический канал связи (проводной телеграф) имеет источник, проводник (совокупность атомов меди) и приёмник. Обычно медный проводник не рассматривают как систему, но он также состоит из кристаллов атомов меди, электронов и др. Звук в воздухе распространяется от молекулы к молекуле, которые, в свою очередь, тоже являются системой.
· Чаще всего канал связи бывает локализованным и направленным (трубопроводы, дороги, электропровода, реки, твердые, жидкие, газообразные среды и пр.). Однако идеальных каналов связи не существует. В сплошной среде ВЭИ потоки «растекаются» во всех направлениях, но есть преимущественное направление, которое и принято называть каналом. Например, поток горячей воды стараются локализовать в объеме трубы (теплоизоляция), но через изоляцию тепло диффузно растекается в окружающую среду. Электрический ток в проводах «просачивается» через изоляцию, теряет энергию через электромагнитное излучение и т.п.
· В нелинейных средах можно обеспечить относительную локализацию потоков (тепловая и электрическая изоляция). В изотропных средах растекание потоков происходит по всем направлениям равномерно. Например, электрические, гравитационные и тепловые поля от точечных источников имеют сферическую симметрию.
· Движение ВЭИ в каналах может реализовываться в форме колебаний (волны) или в форме потоков (течения). Волна создается возвратно-поступательным движением. Поток – это однонаправленное движение. И волны и потоки протекают в материальных средах. Поэтому для создания эффективного канала связи требуется формирование определённой структуры материальной среды. Например, водопровод представляет собой или желоб, или трубу. Телефонная связь осуществляется по электрическим проводам. Свет можно пустить или по световодам, или в виде луча.
· Если канал один, то ВЭИ поток может быть направлен в одну сторону (одновременно прямых и обратных потоков в одном канале не бывает), но может быть прямое и обратное движение, разделённое во времени. Сначала движение направлено в одну сторону, затем в противоположную сторону, как на одноколейной железной дороге.
· Если канал плохо структурирован, то эффективность его ухудшается. Например, звук в воздухе распространяется практически во все стороны, его слышат все желающие и нежелающие. Однако нервная система экономно осуществляет адресные связи по нервным волокнам. Начальник может беседовать лично с каждым сотрудником (адресность), или же выступать на собрании всего коллектива.
· В связи с изложенными положениями можно предложить характеристику степени организованности объекта. Чем больше локализованных связей в пространстве объекта, тем выше его степень организованности. Назовем эту организованность «диссипативной».
Если обнаруживается, что канал связи не удовлетворяет требуемым качествам, то возникает необходимость изменить его организацию. Для этого канал рассматривают как систему, находят «дефекты» и устраняют их. В связанном материальном Мире нельзя ликвидировать канал, проводящий ВЭИ, но можно сделать его малопригодным для целей системы.
Итак, канал связи отличается от понятия «связь» тем, что канал – это материальная система, а связь является процессом, прорекающем в нём.
5.3. Эволюция системных связей
Каждый структурный уровень Мира организован своими связями. Принято выделять иерархическую последовательность мировых структур, а именно: кварки, нуклоны, ядра атомов, атомы, молекулы, агрегаты молекул, клетки, ткани, органы, организмы, сообщества организмов, биоценозы, биосфера [10]. В этой же последовательности целесообразно рассмотреть эволюцию связей.
На субатомном уровне действуют сильные и слабые взаимодействия, которые физики представляют как обмен глюонами или мезонами. В ядре атома нуклоны обмениваются мезонами, и это удерживает их от распада. Можно образно представить жонглеров, перебрасывающихся предметами. Процесс переброски обеспечивает их работой и удерживает систему от распада. Обмен предметами происходит через пространство (воздух), которое зрителем воспринимается как пустота. Физики также считают, что мезоны перемещаются в пустоте. Будем считать, что пустота – это образ еще не понятой материальной среды. Сильные и слабые взаимодействия действуют на расстояниях, соизмеримых с атомными ядрами, и обходятся без «видимых» посредников.
На ядерном уровне действуют также «длинные», но более слабые электромагнитные и гравитационные взаимодействия. Положительно заряженные протоны отталкиваются электрическими силами и притягиваются очень слабыми гравитационными силами.
Атом – это система более крупных размеров, где начинают доминировать электромагнитные взаимодействия, которые могут распространяться на бесконечные расстояния в любой среде, но взаимодействия ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния и диэлектрической проницаемости среды. Их также пытаются объяснить процессами обмена фотонами. Электромагнитные и гравитационные связи самые длинные, диффузные, не имеющие четких каналов распространения в однородных средах.
Кроме электромагнитных сил в атоме присутствуют силы инерции, возникающие при движении тел. Центробежные силы препятствуют «падению» электронов на ядро. Атомное строение уравновешивается взаимодействием сил притяжения и отталкивания. Высокая стабильность такой системы свидетельствует о наличии гомеостазиса, присутствия отрицательных обратных связей.
Атомные агрегаты, молекулы, существуют благодаря электромагнитным взаимодействиям. На молекулярных расстояниях эти связи слабее, чем внутри атома. Молекулы связаны в цепи, как люди в хороводе (см. рис. 2.1.1.В). Так связаны атомы в кристаллах, группы молекул в полимерах, все макроскопические «вещи». Силы трения, силы упругости, химические взаимодействия – всё это проявление эстафетных электромагнитных взаимодействий. Длина связей возрастает за счет эстафетной передачи взаимодействий. Эстафетные связи усматриваются в волновых процессах, где колебания передаются от частицы к частице, почте (на перекладных), эффекте домино, штапельном волокне, в железнодорожном составе и пр.
Усиление электромагнитных связей стало возможным только при возникновении упорядоченных материальных каналов. Диффузное электромагнитное поле (взаимодействие) может стать направленным, канализированным только в сильно нелинейных (гетерогенных) средах. В технике известны магнитопроводы, волноводы, световоды, линии электропередач, водопроводы, газопроводы и пр. Такие каналы можно увидеть и в природе. Реки и потоки лавы в трещинах земной коры, космические ливни заряженных частиц в магнитосфере Земли, ливни электронов в атмосфере (молния), морские и атмосферные течения, маршруты передвижения птиц, рыб, животных (тропы).
В живых организмах в ходе эволюции связи удлинялись, становились адресными. Например, древняя гуморальная система в организмах работает на потоках жидкости (кровь, лимфа). На уровне живой клетки циркулируют потоки белковых молекул, РНК, воды, газа и пр. Потоки несут информацию, которая по каналам достигает всех подсистем. Появление нервной системы создало адресную, экономную эстафету. Так же работают и радиорелейные технические линии.
Взаимодействие более крупных организмов воспринимается сознанием человека преимущественно как перемещение тел, частей тела, хотя в их основе остаются элементарные, фундаментальные взаимодействия.
В макроскопических масштабах роль электромагнитных сил ослабевает и системообразующей силой становится гравитация. При слиянии заряженных частиц образуются макрообъекты, не имеющие заряда (нейтрализация), но масса возрастает, и гравитационные силы увеличиваются.
Можно показать следующие закономерности эволюции связей.
1. Длина каналов связей возрастает по мере укрупнения «вещей». В ядрах атомов «господствуют» короткие связи. В атомарных и молекулярных агрегатах приобретают значимость электромагнитные связи. Удлинение электромагнитных связей в сложных агрегатах осуществляется «эстафетным» способом.
2. По мере усложнения объектов и удлинения связей в составе ВЭИ потоков уменьшается энергетическая составляющая (ВэИ). Чтобы разрушить связь между нуклонами, нужна температура в миллиарды градусов. Чтобы разрушить электромагнитную связь в химических соединениях достаточно температуры до 1000 0 К. Белковые молекулы деградируют при температуре 60 0 К. Живой организм может погибнуть от точечного укола. Социальные системы разрушаются из-за внутренних противоречий, но эти процессы нельзя оценивать с энергетической точки зрения. Устойчивость определяется не энергетической прочностью, а информационной, управленческой.
3. В ходе эволюции возрастает степень специализации и организации связей. Количество диффузных связей уменьшается. Вместо них возрастает количество и разнообразие адресных, специализированных связей. Например, электромагнитное поле изолированного заряда (электрона) имеет круговую симметрию. Поле более сложной молекулы может быть ассиметричным, направленным (диполь). Взаимодействие между молекулами стохастично, происходит множество проб и ошибок пока не возникнет комплиментарное взаимоположение. Но гетерогенные катализаторы работают целенаправленно, выбирают нужную молекулу, разворачивают её в нужное положение и «сшивают». Ферменты живых систем еще более уникальны по своей избирательности. Транспортные системы организмов локализованы и доставляют ресурсы (ВЭи) по кровотоку, лимфотоку ко всем клеткам. Более поздние нервные системы становятся адресными (вэИ). В нервных волокнах осуществляются длинные связи эстафетным путем от нейрона к нейрону. Но в мозге большую роль продолжают играть длинные прямые связи нейрона с другими нейронами. Каждый нейрон может иметь около 10 4 связей. Адресные связи между людьми достигают размера земного шара.
4. Замечательно, что самоорганизация может быть представлена как процесс интеграции связей, которая приводит ко всем выше названным закономерностям. Множество диффузных связей «сливаются» в локализованных каналах. Например, струи дождя занимают весь объем воздуха. На земле вода собирается в ручейки. Ручейки стекают в реки. Реки сходятся в океане. Этот процесс идет самопроизвольно. Ручьи промывают себе желоба, реки – русла, уменьшая вероятность диффузного растекания.
Социальные образования человечества также не избежали процессов канализации связей. Сточные колодцы в селах равномерно рассеяны по территории. В крупных городах стоки от каждой квартиры последовательно интегрируются в системе канализации, моделируя природные водостоки. Производственные потоки, транспортные системы, системы водоснабжения, газоснабжения напоминают фрактальную организацию легочных бронхов, систему кровоснабжения. Внутриклеточные процессы также протекают не хаотично. Самоорганизацию потоков можно видеть и в химических процессах (колебательные реакции Белоусова – Жаботинского) 11] и в конвекционных потоках жидкости (ячейки Бернара) [12].
Интеграция связей имеет место и в обществе. Каждый человек может взаимодействовать с другими людьми большим количеством способов. Более того, отдельный человек одновременно или последовательно может находиться в различных связях со многими людьми.
На производстве люди объединены в группы, коллективы. Коллективные связи обеспечивают только усредненные интересы коллектива, поэтому менее разнообразны. При распаде коллектива, системные связи распадаются на индивидуальные связи, которые интегрируются и дифференцируются в различных комбинациях.
Эволюция живых организмов осуществляется в направлении повышения уровня локализации связей. Например, живая клетка общается со средой через множество пор на всей поверхности мембраны. В многоклеточных организмах проявляется специализация наружных клеток, приводящая к появлению локализованного пищевода, анального отверстия, дыхания. Однако продолжают сохраняться и рудиментарные способы коммуникации с окружающей средой. У человека поры кожи напоминают поры мембран клетки. Некоторые рептилии способны поглощать воду через кожу лап, дышать всей поверхностью кожи и пр.
5. Возрастает роль положительных и отрицательных обратных связей. Даже в простых газах молекулы связаны обратными связями. Движение любой молекулы вызывает ВЭИ потоки, которые достигают всех остальных участников движения и в виде «эхо» возвращаются к первоначальному источнику. Однако такие диффузные обратные связи имеют конфигурацию «вЭи».
6. Информационная составляющая потоков возрастает (вэИ). Кибернетики подробно описали действие обратных связей и систем управления в живых организмах. Общество людей также управляемо и охвачено обратными связями всех видов.
7. На фоне специализации происходит иерархизация связей. Например, в газах реализуются все возможные типы связей и они равноценны. В жидкостях минимизируются вращательные движения молекул, ограниченно остаются поступательные и колебательные. В кристаллах остаются только колебательные движения. В организмах возникают иерархические связи управления (вэИ) и горизонтальные связи соподчинения, согласования, координации.
8. В ходе эволюции, с усложнением систем длительность циклов управления возрастает. Биосферные циклы растянуты на сотни миллионов лет. Популяционные волны короче. Клеточные циклы исчисляются минутами. Очевидно, при проектировании систем управления необходимо вести поиск оптимальных ритмов пульсаций ВЭИ потоков в каналах связи.
Поскольку материальный мир является дискретным и энергетически квантованным, то ВЭИ потоки также всегда дискретны, неравномерны. Движение электронов по проводнику сопровождается «дробовым эффектом» (шум, неравномерность потока электронов). В изолированном сосуде давление не постоянно, а наблюдаются флюктуации, вызванные неоднородностью движения молекул. Любой гомеостат работает в колебательном режиме. Инерционность систем управления принуждает вести гомеостатирование импульсами с определенной периодичностью. ВЭИ потоки периодически изменяются количественно и качественно.
9. В ходе эволюции ВЭИ связи приобретают сигнальный характер. Сигнал – это поток конфигурации «вэИ». Для действия сигнальной связи передатчик и приёмник должны иметь память и знания о содержании сигнала. Приёмник должен иметь также запас энергии и вещества для выполнения команды сигнала. Сигнальные связи могут функционировать только в обучаемых системах. Например, красная ракета – это сигнал атаки. Данные сведения бойцы получили заранее. Они имеют боезапас и энергию для передвижения. Сигнальное управление можно отнести к категории синергетического управления. Сигнал воздействует на «параметр порядка». Наездник не учит лошадь переставлять ноги, он действует сигналом (кнут и пряник). Очевидно, что управлять ослом легче, чем молекулой. Осел сам знает, что ему делать.
1. Односторонних воздействий и односторонних связей в природе быть не может, существуют только взаимосвязи.
3. Связи (взаимодействия) между объектами реализуются в виде потоков вещества, энергии и информации (ВЭИ). Связь – это триединый поток вещества, энергии и информации (ВЭИ) через структурированный материальный канал.
4. Поток сопровождается изменением состояния канала связи.
5. Изменение состояния вещества сопровождает все без исключения потоки, поэтому изменение состояния системы можно считать потоком.
6. Поток перемещения является частным случаем процесса изменения состояния.
7. П еремещение вещества всегда сопровождается изменением состояния системы «вещество – среда», в которое это вещество входит.
8. Существуют процессы, в которых перемещаются состояния.
9. В связи с триединством ВЭИ потоков следует считать некорректной классификацию систем, в которой они делятся на изолированные, закрытые и открытые системы.
10. Степень организованности системы определятся долей локализованных и целесодействующих связей.
12. Отношения без связей являются субъективной оценкой существующих, незамеченных, или прошлых информационных связей.
15. С истему, через которую протекают потоки, можно назвать каналом связи, который отличается от понятия «связь» тем, что канал – это материальная система, а связь является процессом, прорекающем в нём.
16. Чем больше локализованных связей в пространстве объекта, тем выше его степень организованности.
17. Целевая степень организованности может быть охарактеризована долей связей системы, содействующих достижению цели. «Степень организованности» О=КЛ КЦ, Где К л – доля локализованных связей; КЦ– доля «целесодействующих» связей.
18. На субатомном уровне действуют сильные и слабые взаимодействия, обходящиеся без «видимых» посредников. На атомном и молекулярном уровнях действуют самые длинные, электромагнитные и гравитационные связи. В макроскопических масштабах роль электромагнитных сил ослабевает и системообразующей силой становится гравитация.
1. Что такое связи с позиций философии?
2. К чему приводит реорганизация связей при неизменном элементном составе?
3. Существуют ли в природе односторонние связи?
4. К каким системам и почему не применим закон равенства действия и противодействия?
5. Раскройте материальную природу связей, подтверждая рассуждения соответствующими примерами.
6. Докажите, что перемещение вещества всегда сопровождается изменением состояния системы, в которое это вещество входит.
7. Приведите примеры процессов, в которых перемещается состояние, а не само вещество.
8. Изложите суть потоковой парадигмы.
9. Почему некорректна классификация систем на изолированные, закрытые и открытые системы?
10. Дайте определение связей в соответствии с современной классификацией.
11. Объясните, в чём отличие понятий «связь» и «отношение».
12. Раскройте природу каналов связи.
13. Какими параметрами характеризуется канал связи?
14. От чего зависит эффективность канала связи и степень организованности объекта?
15. Рассмотрите эволюцию системных связей.
1. Акофф Р. О природе систем в сб. «Техническая кибернетика». Известия АНСССР, 1973, №3.
2. Зиновьев А. А. К определению понятия связи // Вопросы философии, 1960. №8.
4. Витков Л. П. Термодинамика и молекулярная физика.- М.: Просвещение, 1971.
8. Вернадский В. И. Автотрофность человечества. / Владимир Вернадский. – М.: 1993.
9. Уёмов А. И. О диалектико – материалистическом понимании связей между явлениями // Философские науки, 1958, №1.
12. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. Под ред. Жукова М. Ф.- Новосибирск. ЮКЭА, 1997.
