СВОЙСТВА СИСТЕМ

6. СВОЙСТВА СИСТЕМ

Как явствует из предыдущих рассуждений, в качестве систем может быть рассмотрено множество разнородных и разнокачественных объектов, например, атом, клетка, автомобиль, здание, человеческое общество и т. д. Поэтому для создания ориентаций в научной литературе существует большое количество классификаций систем. Раскрывать их все не имеет смысла в связи с постоянно растущим множеством. Остановимся лишь на некоторых, наиболее показательных классификациях.

6.1. Свойства, связанные со строением

Системные свойства целесообразно разделить на свойства строения и свойства функционирования. В свойства строения входят: «целостность», «множество», «окружающая среда», «структура», «иерархия», «подсистема», «элемент», «связь», «отношение», «каналы связи», «организация». Перечисленные взаимозависимые понятия подробно исследовались в главах 1 - 5. Каждое из этих понятий определяется на основе других и, в свою очередь, способствует уточнению их смысла.

В качестве дополнительного свойства можно назвать закон пространственно - временной локализации структуры. Суть этого закона заключается в том, что все части системы расположены в соответствующем порядке в пространстве и во времени.

Закон субординации свидетельствует о существовании взаимозависимости между более главными и менее главными компонентами системы, определенном порядке их взаимодействия, а также целенаправленной передачи информации и энергии. Закон подразумевает наличие «вертикальных» связей в системе. В социальных системах он проявляется в отношениях между начальниками и подчиненными, политической элитой и основной массой населения. Иерархичность и субординация представляют связанные между собой понятия (см. главу 1).

Перечисленных основных характеристик структуры достаточно для описания систем, но можно дополнительно проанализировать некоторые свойства, описанные в литературе [1].

1. Системы делят на расчленённые (состоят, по крайней мере, из двух или более элементов) и нерасчленённые (состоят из одного элемента). По поводу существования нерасчленённых систем можно не согласиться, т.к. определение системы подразумевает нечто состоящее из частей (минимум двух). Если объект не удаётся мысленно расчленить, то его невозможно представлять как систему, поэтому нерасчленённые системы следует исключить из классификации.

2. Элементарноавтономные системы устроены таким образом, что каждому элементу присущи основные характеристики системы в целом. Например, известная игрушка, матрёшка, состоит из вложенных одна в одну идентичных по форме (но различных по размерам) фигурок. Монокристалл можно расчленить на фрагменты, которые функционально также являются кристаллами, способными самостоятельно существовать и расти в размерах. Косяк рыбы состоит из очень похожих особей. Косяк может разделиться на части, способные к самостоятельному существованию. Однако элементарноавтономные части можно считать схожими только в некотором приближении. В природе не существует одинаковых объектов, только сознание может пренебрегать различиями. Химические элементы, классифицируемые номером таблицы Д. И. Менделеева, схожи по строению, но в своём множестве отличаются кинетической энергией движения, характером взаимодействия с соседями и др. Каждая рыба в косяке чем - то отличается от других (размером, весом, травмами, болезнями и пр.). Таким образом, все реальные объекты должны представляться как неэлементарноавтономные системы. Элементарноавтономные возникают при желании упростить описание.

К признакам строения, связанным с «отграниченностью» от внешней среды, можно отнести классификацию систем на открытые и закрытые, основанные на представлениях классической термодинамики. Классические изолированные системы, по определению, не имеют связи с окружением. Закрытые системы не могут обмениваться со средой веществом (В), но могут обмениваться энергией (Э). Такие свойства являются очень сильной идеализацией, т.к. в природе не существует ни полной изоляции, ни «закрытости». Если существует поток энергии, следовательно, должен присутствовать и материальный поток (см. главу 5). Все объекты в природе являются открытыми, т.е. обмениваются со средой веществом (В), энергией (Э) и информацией (И). Однако все без исключения литературные источники продолжают пользоваться представлениями о закрытых объектах, которые по определению не обмениваются с внешней средой энергией. Часто в качестве примера приводят автомобиль или часы. Покажем, что приведенные примеры, нельзя отнести к закрытым системам.

Часы не могут работать без подведения энергии (батарейка, мускульная энергия человека, гравитационная энергия гири). Автомобиль без заправки бензином не способен выполнять свою главную функцию. Изолированная или закрытая система может существовать только временно, пока не израсходуется запас вещества и энергии, далее начнется разрушение и ассимиляция соседними системами. Самый лучший термос не способен вечно сохранять горячую воду. Об изолированных системах можно говорить только условно, если пренебрегать ВЭИ потоками через границу или рассматривать их в течение достаточно короткого времени, до тех пор пока изменения не достигнут существенных значений. Изолированных объектов в природе не существует, могут быть только изолированные системы, т.к. системы - это всего лишь мысленные модели объективной реальности. Различие понятий «объект» и «система» анализируется в главе 1.

Классификация систем на закрытые и открытые осуществлена не по объективным, а по субъективным показателям. Если наблюдателю удобно описывать объект как изолированную систему, то только ради упрощения. При этом формализация описания становиться простой. Именно на этой основе выведены все законы классической термодинамики. Благодаря этому упрощению возникли мифы о тепловой смерти Вселенной, преувеличено значение энтропии (см. приложение 1). Реальные системы являются открытыми, но интенсивность обмена ВЭИ потоками с внешней средой изменяется в широких пределах.

Иногда закрытые системы называют «автономными». Автономность указывает на то, что система существует независимо от других объектов, выполняет присущие ей функции, реализует себя за счет внутренних сил. Система остаётся автономной, пока не израсходуется запас внутренних ресурсов.

Открытость всех систем логически определяет необходимость существования входов и выходов. Понятия «внешняя среда», «граница системы» рассматривались в главе 1.

В связи с изложенным, целесообразно обсудить свойство «коммуникативность» [2], которое означает связь системы с внешней средой. Очевидно, что все открытые системы коммуникативны, поэтому это свойство является синонимом открытости и ничего нового не привносит в классификацию.

В связи с тем, что системы всегда состоят из множества элементов и связей, известно деление их на простые и сложные системы. Подразумевается, что простые системы содержать мало элементов, а сложные – много.

В 70 годах ХХ века Г. Н. Пивоваров классифицировал системы по числу входящих в них элементов. По его мнению, малые (простые) системы содержат 10³, большие, саморегулирующиеся – 10⁶, саморазвивающиеся системы – 10¹⁰-10¹⁴элементов. Предполагается, что сложные системы обладают эмерджентностью, а простые - нет. Часто в качестве примера простой механической системы (не имеющей эмерджентности) приводятся часы. Покажем, что эти представления ложны.

В часах элементов действительно мало. Имеет место детерминированная причинность (каждая шестерня без альтернатив связана с другими шестернями). Но неверно, что часы не обладают эмерджентным свойством. Часы имеют свойство показывать время, но ни одна деталь часов, взятая в отдельности, время показывать не может. Свойства шестерни вне часов отличаются от свойств той же шестерни внутри часов. Вне часов шестерня имеет множество степеней свободы, может быть перемещена в любом направлении, может совершать поступательные и вращательные движения. Внутри часов она не осуществляет поступательные движения, а только вращательные. Рассмотрим ряд других примеров, где число элементов также мало.

Химическое взаимодействие элемента «А» с элементом «В» даёт молекулу «С». Взаимодействуют всего два элемента (по определению простая система), но свойства «А» и «В» не тождественны свойствам «С». Налицо проявление эмерджентности. Свойство отдельного химического элемента не тождественно свойствам группы таких же элементов. Одна молекула воды не имеет свойств водопроводной воды. Опять мы видим противоречивое сочетание признаков и не знаем, как классифицировать молекулярные системы. Если они простые, то почему эмерджентные? Рассмотрим другие примеры.

Смесь одного литра этилового спирта и литра воды в сумме образует объем жидкости менее двух литров. Эффект проявился в результате более плотной упаковки молекул, как при смеси шаров разного размера, когда малые шары могут поместиться между крупными шарами.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Их количество в разных элементах изменяется от двух до сотни (по Пивоварову это малые системы), но нейтрон в составе ядра может существовать тысячи лет, а вне ядра срок жизни его исчисляется десятками минут, следовательно, свойства ядра не являются простой суммой свойств нуклонов. Получается, что малые системы по Пивоварову не аналогичны простым.

Итак, эмерджентность имеет место и в простых, и сложных системах. Эмерджентность является результатом рождения новой информации, которая всегда появляется при комбинировании элементов и связей. Объединение элементов в систему всегда ограничивает степени свободы, уменьшает количество возможных связей, что неизбежно проявляется в изменении свойств. Изменение свойств может приводить к улучшению или ухудшению функций системы, но это уже субъективные оценки. Важно, что свойства системы изменяются. Отсутствие видимых изменений свойств указывает лишь на то, что исследователь просто их не обнаружил (прагматически смотрит только на те свойства, которые его интересуют). Итак, основываясь только на количестве элементов, нельзя разделять системы на простые и сложные.

Сложность может быть онтологической и гносеологической. Гносеологическая сложность сохраняется пока наблюдатель не уяснит сущность объекта и не найдет ясного способа его описания. Онтологическая сложность – это вещь в себе. Каждый реальный объект до конца не познан, поэтому остаётся сложным.

А. Б. Берг характеризовал сложность систем по количеству требуемых математических языков для их описания. Колмогоров [3] сложность оценивал по длине алгоритма преобразования одной системы в другую.

Бир С. [4] сложность выражал по степени предсказуемости поведения системы, по разнообразию её поведения. Слабо предсказуемые (стохастические) системы классифицировались как сложные. Фон Нейман также определял сложность не структурой, а вариабельностью поведения [5]. Например, мы говорим, что кошка более развитое существо, чем черепаха, ибо судим по разнообразию поведенческих реакций. Если трудно предсказать поведение системы, то такую систему следует отнести к сложным системам.

Развивая точку зрения фон Неймана и С. Бира, можно предложить критерий сложности К_с= К_д/К_о, где К_д – количество детерминированных реакций на воздействие. К_о – общее количество реакций, К_с – коэффициент стохастичности.

Видно, что наука постоянно размывает границы между сложными системами и простыми, налицо отсутствие единого критерия сложности. Сложность можно характеризовать по разнообразию связей и элементов, непознаваемости процессов и состояний, по количеству перерабатываемой информации, по входным и выходным функциям, характеру реакций на внешнюю среду. Вся эта совокупность именуется интегральной сложностью.

6.2. Свойства, связанные с функционированием систем

Следующий блок свойств систем связан со способами функционирования объектов. Совокупность элементов образуют систему только тогда, когда отношения между ними порождают целостность, интегративность, эмерджентность, системность. Эти понятия являются синонимами, хотя часто употребляются раздельно.

К функциональному блоку свойств, кроме того, относятся: «суммативность», «адаптивность», «равновесие» (стабильное, нестабильное, подвижное), «обратная связь (отрицательная, положительная, целенаправленная), «саморегуляция», «гомеостазис», «управление».

Целостность (не сводимость целого к его частям) подробно анализировалась в главе 1. Поддержание объекта в целостном состоянии осуществляется факторами целостности системы. Они «скрепляют» все элементы и придают системе интегративные свойства. Именно интегративные признаки позволяют мысленно выделить систему из среды в виде целостного образования.

В работе Л. фон Берталанфи [6] в классификацию системных объектов вводится функция «суммативность», противоположная по смыслу «интегративности». Свойства суммативных (аддитивных) систем равны сумме свойств ее компонентов. Это означает, что при увеличении или сокращении количества компонентов, система не претерпевает заметных функциональных изменений, но может изменять свои размеры и границы. По мнению А. Холла и Р. Фейджина, если изменение каждой части системы не вызывает изменения других частей, то система может считаться суммативной [7]. Утверждается, что связи и отношения между частями суммативных систем носят случайный характер, но при этом могут иметь «явно оформленный вид». В качестве примеров приводят груду камней, деревья в лесу, случайно собравшуюся толпу людей и т.п.

Противоречивость свойства «суммативность» заключается в том, что, отсутствие целостности, интегративности означает и отсутствие системности. Получается, что суммативная система не является системой. Попытаемся осветить неясные моменты в этой части теории систем.

Парадигма целостности мира подразумевает, что весь мир может рассматриваться как система, т.к. всё связано со всем. Если бы было иначе, то не существовали бы инвариантные законы сохранения вещества и энергии. Атомы нашего тела не были бы идентичны атомам, находящимся на краю галактики и всей Вселенной. В главе 1 сделан вывод, что слабые связи не препятствуют проявлению системности.

Случайный (с точки зрения наблюдателя) характер связей также не препятствует проявлению системных свойств. Синергетика (наука о самоорганизации природных систем) накопила много примеров о становлении «порядка из хаоса» [8,9]. Хаос является состоянием, где господствует случайность, а порядок является аналогом системности. Итак, случайные, вероятностные связи и взаимодействия являются естественными для природы, и не препятствуют её саморазвитию.

Можно показать, что примеры суммативных систем (груда камней, толпа и др.), часто приводимые для обоснования их реального существования, не корректны. Груда камней остаётся таковой, если из неё изымать часть камней. Куча песка, как и груда камней, останется кучей, но известен древний вопрос, сколько надо положить песчинок, чтобы оказалась куча песка? Ответа на вопрос нет, т.к. нет четкого понятия «куча». Аналогично можно спросить, когда заканчивается утро и начинается день? Отсутствие четкого, количественно определения объекта не позволяет судить об изменениях, происходящих в нём. Груда камней может иметь разные размеры и формы. Камни могут быть сложены «стенкой», пирамидой, слоем. Можно показать, что даже простые перестановки камней меняют свойства груды. Груда может быть препятствием снежной лавине в горах или нет, всё зависит от количества камней, их размеров, формы кучи и пр.

Можно показать, что независимо от размеров и формы куча камней обладает эмерджентностью (где есть эмерджентность, там нет суммативности). Масса кучи равна сумме масс камней, входящих в её состав, Это очевидный признак суммативности. Но объём кучи превышает сумму объёмов отдельных камней, т.к. в куче между камнями имеются пустоты. Целое превышает сумму своих частей, следовательно, имеет место эмерджентность, интегративность. По массе куча камней является суммативной системой, а по объему – интегративной.

Можно привести пример «упорядоченной кучи». Кристаллическая форма вещества по сути дела представляет собой «упорядоченную груду» атомов (ионов). Но группа атомов в кристалле ведёт себя не так, как группа атомов в газе. Кристалл растёт из раствора (или расплава), воспроизводя строго заданную форму. Кристаллы горного хрусталя (кварц) могут быть размером с песчинку и с кирпич. Добавление и убавление объёма не изменяет структуры, например, кварца. Может показаться, что это доказывает суммативную природу кристаллов. Однако, если рассмотреть другие свойства кристаллов, то от суммативности не останется и следа.

Например, кварц используется как резонатор в системах радиоэлектроники, в кварцевых часах. Резонансные свойства нелинейно зависят от толщины кварцевой пластинки (объёма). Незначительные изменения объема могут вызвать резкие изменения резонансных свойств. Цена бриллианта также нелинейно связана с его размерами и формой. Огранка алмаза (изменение формы) превращает его в дорогой бриллиант.

Увеличение размеров кристалла может изменять также другие его свойства. В растворе кристалл малого размера может растворяться, а крупный – расти. Кристаллы способны «залечивать» повреждения, если их поместить в «питательный» раствор. Ледяная «сосулька» восстанавливает свою форму после откалывания кончика. Такие системы называют регенеративными (способные восстанавливать свои элементы и отношения).

К регенеративным относятся все живые системы и некоторые неживые. Многие животные способны регенерировать утраченные органы. Все организмы периодически заменяют устаревшие клетки. Клетки регенерируют белковые молекулы. По этим признакам живые системы считаются сложными, интегративными. Но неживой кристалл также способен к регенерации, почему его нельзя считать сложной системой?

Как видно поведение простых систем не суммативное. Рассмотрим другие, часто приводимые, примеры.

Нельзя рассматривать свойства леса, как суммативное свойство отдельных деревьев. Есть поговорка: «за деревьями не видно леса». Между деревьями и всеми живыми и неживыми объектами в биоценозе (лес) существует ярко выраженная целостность (интегративность). Симбиозы грибов и деревьев, птиц и деревьев являются тому примерами.

Толпа также не является простой суммой свойств, собравшихся людей. Толпа интеллектуалов может вести себя как стадо животных (З. Фрейд).

Итак, изменение количества элементов системы всегда приводит к возникновению новых свойств (эмерджентность), и только в том случае, когда эти свойства не интересуют наблюдателя, систему считают суммативной.

Суммативность возникает при упрощенном моделировании реальных объектов, как искажение реальности. В каждом объекте можно найти интегративность и суммативность, которые относятся как две стороны медали. Следует всегда помнить, что суммативный взгляд на природу иногда может привести к ошибочным выводам.

Представления о суммативности возникли в связи с тем, что в системах не все связи и элементы равноценны. Можно обнаружить доминирующие элементы и связи, незначительные изменения которых приводят к существенным изменениям свойств системы. Таковыми, например, являются подсистемы управления. Когда доминирующая подсистема усиливает своё влияние, то этот процесс называется централизацией. Централизация сопровождается ростом интегративности. Например, смена руководителя предприятия может резко изменить курс развития.

Но в системе всегда присутствуют элементы и связи, влияние которых на функции системы выражены слабо. Потеря части таких элементов не приводит к заметному изменению функций. Выше приводились примеры с кучей и кристаллами. Потеря командира в бою может привести к поражению, но потеря части рядовых бойцов не останавливает наступление армии.

Автомобиль, потерявший колесо, перестаёт выполнять функции автомобиля, но при избытке колёс у боевого транспортного средства потеря одного колеса не лишает его боеспособности. Боевые корабли разделяются на отсеки, затопление некоторых из них ухудшает плавучесть, но предохраняет от гибели. Трос имеет множество стальных волокон. Разрыв некоторых из них не означает потерю работоспособности.

Однако даже в «суммативных» системах есть количественный предел потерь. Превышение его приводит к разрушению системы, т.е. переходу её в новое качество. Если в системе не происходит регенерация разрушенных элементов (нерегенеративные системы), то потеря части приводит к качественным изменениям. Например, горы постоянно разрушаются, превращаются в камни, а камни превращаются в песок. Боевое транспортное средство, потерявшее большое количество колес, терпит поражение, становится железной коробкой. Если система разрушается при удалении хотя бы одного её элемента, то такая система называется «минимальной».

Интегративные системы, при желании, можно перевести в ранг суммативных, если доминирующие элементы (связи) многократно дублировать. Выше приводились примеры увеличения количества колёс у боевого транспортного средства. При четырех колесах выход из строя одного означает потерю функций. Если колес восемь, то остановку движения вызовет потеря только пяти колес. Поэтому самолёт управляется двумя пилотами – дублёрами. У каждого руководителя должны быть заместители.

Интегративными системами легче управлять, воздействуя на малочисленные параметры порядка [10], но суммативные системы способны сохранять гомеостазис без внешнего вмешательства, т.е. являются самоорганизуемыми. В государстве переход от центральной власти к местному самоуправлению ослабляет управление, но повышает самоуправляемость (устойчивость). Делегирование полномочий персоналу повышает живучесть предприятия в условиях жесткой рыночной конкуренции, т.к. ошибка одного руководителя может быть исправлена действиями коллектива (резерв надежности).

В интегративных системах незначительное воздействие на параметры порядка могут вызвать резкие (нелинейные) изменения состояния управляемого объекта. В суммативных системах изменения происходят плавно («линейно»), пропорционально степени воздействия. Итак, функции связей могут быть линейными (суммативными) или нелинейными (интегративными).

Линейные зависимости однозначно связывают причину и следствие. Простейшие линейные зависимости выражаются формулой y=kx+b. Линейные системы имеют следующие особенности [7].

1. Система имеет только одно устойчивое, равновесное состояние. Например, маятник, совершающий колебания около положения равновесия по закону синуса.

2. Малым воздействиям на систему соответствуют малые отклонения от исходного состояния. Ответ линейной системы на внешнее воздействие почти всегда пропорционален этому воздействию. Когда внешние воздействия достигают критических значений, линейная система разрушается, т.е. становится нелинейной.

Системы, которые можно описывать линейными функциями, встречаются редко, подавляющее большинство из них подчинены одновременно действию как линейных, так и нелинейных функциональных законов. Эйнштейн А. утверждал, что линейных зависимостей в природе не существует. Линейность (как и суммативность) является результатом упрощенного моделирования природных явлений. Однако иногда линейное моделирование может быть адекватно задачам исследователя и нецелесообразно усложнять описание системы нелинейными дифференциальными уравнениями.

Нелинейные системы, как правило, описываются сложными законами Они неоднозначные и многообразные. Здесь причина и следствие могут меняться местами. Они выражаются группой дифференциальных уравнений. Графическое изображение их функций может носить вид гиперболы, параболы, извилистой кривой и т.д.

Нелинейность приводит к тому, что изменчивость системы зависит не только от времени, но также являются функцией многих других переменных. Нелинейными зависимостями описываются, например, атмосферные процессы [11], демографические процессы [12], бифуркационные явления [11] и др. Подробнее о нелинейности систем можно прочитать в приложении 4.

6.3. Динамические свойства систем

В зависимости от точки зрения и целей исследования природные объекты разделяют на динамические и статические объекты. Динамические системы существуют, благодаря преобразованиям в структуре и функциях, в ответ на влияние внешних факторов. Напротив, статические системы способны длительное время сохранять почти без изменения свои собственные связи, отношения и свойства.

Понятие устойчивое равновесие определяется, как способность системы в отсутствии внешних возмущений некоторое время сохранять качественную определенность, неизменность. Термин «некоторое время» не имеет количественного выражения, предполагается что «статичность» может длиться дольше длительности наблюдений.

Итак, вечной статичности быть не может. Все процессы подвержены флюктуациям. Флюктуациями называют малые случайные возмущения, колебания, изменения, образующие фон любого процесса. Флюктуации, воздействующие на систему, в зависимости от своей силы могут иметь совершенно разные для неё последствия. Если флюктуации открытой системы недостаточно сильны, то система самостоятельно вернётся к предыдущему состоянию, структуре или поведению. Если флюктуации очень сильны, система может разрушиться. И, наконец, третья возможность заключается в появлении нового состояния или поведения системы.

В представлениях классической механики любой объект «стремится» занять устойчивое положение и максимально долго (консервативно) в нем находиться, как шарик 1 на рис. 6.3. При малых возмущениях шарик 1, находящийся в положении устойчивого равновесия, будет совершать малые колебания, которые со временем затухнут и равновесие восстановится, система станет статической, равновесной. При сильном воздействии шарик 1 может «перепрыгнуть» через барьер в соседнюю ямку. Избежать внешних возмущающих воздействий невозможно, т.к. закрытых объектов не существует, поэтому вместо кратковременного, устойчивого равновесия лучше говорить о подвижном равновесии.

Рис. 6.3.

Концепция глобального эволюционизма вопреки классической науке отрицает неподвижность и стационарность Вселенной. «Все течет, всё изменяется». Устойчивое равновесие - это субъективное упрощение действительности. Если шарик «успокоился» в земляной ямке, то землетрясение, например, может изменить ситуацию, нарушить его статичность. Известно, что современные горы когда - то были дном моря.

Неравновесность можно определить как состояние открытой системы, при котором происходят изменения её макроскопических параметров, состава, структуры и поведения [13].

Однако неравновесное состояние также может быть устойчивым (устойчивое неравновесное состояние). Примером может послужить положение шарика 2 на рис. 6.3. Чтобы сохранить устойчивое неравновесие шарика, необходимо воздействовать на него силой (слева и справа), т.е. совершать работу, затрачивать энергию. Такой процесс называют сохранением гомеостазиса системы.

Гомеостазис можно сохранять различными способами. Можно построить железобетонный дом, который без ремонта простоит сто лет (условно равновесное состояние), или сто лет осуществлять ремонт и реставрацию непрочного сооружения (устойчивое неравновесие).

Устойчивость (равновесная или неравновесная) реализуется через изменение функций системы. Функции определяются структурой элементов и связей. Многочисленные исследования выявили инвариантные законы функционирования структур (законы организации). Их действию подчиняются многие системы. Они отражают свойства присущие всем целостным объектам, имеют устойчивый и повторяющийся характер. Рассмотрим их.

Закон координации связей и отношений всех компонентов целостного объекта. Его основное предназначение состоит в согласовании действий всех связей и отношений, имеющих место в системе. В природных системах согласование происходит самопроизвольно. В технических и социальных системах координация осуществляется людьми посредством подсистем управления.

К закону координации близко примыкает закон совместимости компонентов системы. Его смысл состоит в согласованности и взаимодополняемости разнородных структур. Благодаря этим законам, обеспечивается полнота функционирования всей системы. На любом предприятии имеются работники разных специальностей (инженеры, экономисты, бухгалтера и др.), которые дополняют действия друг друга.

Совместимость элементов целостного образования проявляется двояким образом. С одной стороны, она означает совместимость частей между собой, а с другой - совместимость частей с целым. Любое ее нарушение приводит к сбоям функционирования. Примером может служить переливание крови. Вливание несовместимой с организмом крови может привести к смерти. Несовместимость характеров мужа и жены может разрушить семью. Запасные части, предназначенные для одной модели автомобиля, не могут использоваться для другой модели, в связи с несовместимостью их размеров и форм.

Важным функциональным законом является закон специализации компонентов системы. Каждая подсистема, часть или элемент выполняют определенные функции и операции. Действие любого из компонентов важно для всех остальных. Изъятие из системы любого из них приводит к нарушению функционирования всей цепочки и вызывает глубокие изменения в качественных характеристиках объекта. Можно добавить, что для повышения надежности функционирования, некоторые элементы дублируются. В организме человека много дублированных функций (два глаза и уха, две ноги, две кроветворные системы и пр.).

6.4. Изменчивость и развитие систем

Ещё одна группа системных свойств имеет связь с представлениями о развитии. К этой группе в первую очередь следует отнести понятия: «изменчивость», «эволюция», «рост», «генезис», «отбор», гомеокинез.

Под развитием понимаются необратимые изменения в объекте, в результате которых возникает новое качество или состояние. Когда изменения носят циклический характер, например, колебания маятника, то такие изменения не считаются развитием. Эволюция и развитие часто используются как синонимы. Изменения могут быть монотонными, скачкообразными, с повторением уже пройденных состояний (циклическое развитие). Многообразие взглядов на причины развития можно представить в виде четырёх групп.

Первая группа исследователей связывает развитие с реализацией поставленных целей [14]. Эта точка зрения исходит из поведения социальных, человеческих систем. И причиной такого развития являются потребности и желания людей.

Вторая группа рассматривает развитие как следствие процесса адаптации к среде. Такое поведение свойственно в большей степени биологическим (социальным) системам. Дарвинизм основан на этой точке зрения [15].

Третья группа считает источником развития противоречия, возникающие в системах. Разрешение противоречий – есть развитие.

Четвёртая группа видит развитие в стремлении к совершенству, прогрессу [16,17]. К сожалению, результаты изменений часто становятся понятны только после свершения события. Иногда вместо прогресса получается регресс. Развитие может идти как по линии прогресса, так и регресса и выражаться в эволюционной или революционной формах [18].

Выбор той или иной ветви развития осуществляется в соответствии с принципом минимума диссипации. Из совокупности допустимых состояний системы реализуется те, которым характерно минимальное рассеяние энергии [16]. Возможны и другие принципы отбора путей развития.

Все перечисленные точки зрения можно считать правильными, но каждая отражает только одну сторону многогранного явления «эволюция».

К изменчивости можно отнести также свойство «адаптивность». Под адаптивностью понимается способность системы изменять свою структуру и выбирать варианты поведения под воздействием факторов внешней среды сообразно с новыми целями системы. Главная задача адаптивности – обеспечение выживания. Важным свойством адаптивной системы является системная инерция, определяющая время, необходимое для перехода из одного состояния в другое.

Адаптивные возможности самоорганизации любой системы не беспредельны. Под самоорганизацией понимается процесс установления в системе порядка, происходящий исключительно за счёт кооперативного действия её компонентов. Система способна прогрессивно развиваться, если удовлетворяет следующим требованиям [19]:

· система должна быть открытой для ВЭИ потоков.

· процессы, происходящие в системе, должны быть кооперативными, функционально согласованными друг с другом.

· система должна быть динамичной.

Как правило, распад целостных объектов происходит под влиянием внешних системоразрушающих факторов. Горы могут быть разрушены землетрясением. Скалы могут быть взорваны человеком.

Системоразрушающие факторы могут быть также внутренними. Если автомобиль столкнулся с деревом, то это внешний фактор разрушения. Но если в результате износа сломалась рулевая тяга, то это внутренний фактор.

Распад многих систем связан с энергетическими характеристиками связей. Это означает, что внутренние характеристики оказываются неспособными поддерживать адаптивность системы. Для человека это может означать, что какие-то органы не в состоянии обеспечить полноценное функционирование организма. В обществе такое положение дел возникает при полной или частичной потере управления. У молекулярных соединений разрушение происходит при разрыве валентных связей. Система перестает существовать, если «агрессия» среды будет выше возможностей сопротивления самой системы.

Разрушение связей может происходить под влиянием малых внешних возмущений. Малые, но согласованные с внутренним состоянием системы, внешние воздействия могут оказаться эффективными. Резонансное возбуждение представляет собой особую чувствительность системы к внешним воздействиям, согласующимся с её внутренними свойствами [19]. Резонансное воздействие может быть сильным системоразрушающим фактором. Например, посредством слабого звука могут быть разрушены оконные стекла дома, если частота колебаний звука совпадет с резонансной частотой стекол.

Динамика флюктуации может быть различной в зависимости от того, устойчив процесс или нет. Обычно в области устойчивого поведения флюктуации уменьшаются, а в зоне неустойчивости флюктуации нарастают и становятся значительными (макроскопическими). Поведение системы в таких условиях становится непредсказуемым и неуправляемым. Малые причины могут приводить к значительным последствиям, и даже небольшая флюктуация «может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении» [8].

Революционным процессам способствуют положительные обратные связи, усиливающие слабые возмущения (см. приложение 2, 4), что может привести к разрушению существующей структуры и переводу системы в другое состояние [19].

Системоразрушающим факторам противодействуют системообразующие, которые также могут быть внутренними и внешними. Чем сильнее системообразующие факторы, тем более защищена система. И наоборот, превышение силы разрушающих факторов направляет движение в сторону распада системы. Системообразующим факторам способствуют отрицательные обратные связи. Деградация системы может произойти в следующих случаях [20]:

· Системоразрушающие факторы накапливаются, а системообразующие недостаточны, либо сильно запаздывают (высокая инерционность адаптивных процессов). Управляющая подсистема не выполняет свои функции.

· Резко уменьшается количество компонентов, необходимых для функционирования системы; (например, ампутация конечностей) или увеличивается количество бесполезных компонентов системы. Нарушается закон пропорциональности.

· Отсутствуют источники внешних ресурсов и истощились внутренние ресурсы.

· Плохая проводимость ВЭИ каналов.

· Нарушена координация (синхронизация) взаимодействий элементов системы.

· Цели частей (подсистем, элементов) не согласованы и противоречат целям целого (системы).

· Отсутствие авторегенеративных или внешнерегенеративных функций. Регенерацию элементов способны осуществлять все живые объекты и кристаллы. Техногенные системы относятся к внешнерегенеративным, т.к. ремонт и замену элементов осуществляет человек.

Когда под давлением обстоятельств объект теряет возможность сохранять устойчивое неравновесие, назревает необходимость перехода в новое качество. Переход, как правило, связан с реорганизацией структуры.

Переломный, критический момент в развитии системы, в котором она осуществляет выбор нового пути, называется бифуркацией (приложение 4). В какое состояние перейдёт система после прохождения точки бифуркации, точно предсказать невозможно. Это связано с тем, что влияние среды носит случайный характер [8]. Повышение размерности и сложности системы приводит к увеличению возможных путей её развития [21].

Иногда вместо понятия «бифуркация» используют термин «катастрофа» (скачкообразные, внезапные изменения). Катастрофа изменяет организованность системы. Для успешного перехода на более высокий уровень развития должны созреть условия, накопиться ресурсы. «Незрелые» переходы ведут к деградации. Направление перехода (скачка) часто определяется наследственностью (способность будущего зависеть от прошлого), прошлый опыт вводит процессы изменчивости в определённые границы, задаёт коридор развития.

Молодая система подвергается действию отбора. Выживают структуры и функции способные адекватно адаптироваться к новым условиям. Отбор осуществляется в процессе конкуренции, которая обуславливается ограниченностью ресурсов. Среди возможных форм развития реализуются лишь устойчивые. Неустойчивые формы, если и возникают, то быстро разрушаются. Идею отбора (естественного или искусственного) высказал Ч. Дарвин.

Для повышения уровня организованности сложных систем имеются следующие пути:

1. Интенсивный путь, осуществляется через уменьшение количества элементов. При этом повышается нагрузка на каждый элемент, возрастает сложность и незаменимость их функций («не числом, а умением»), сокращается потребление ресурсов, растет коэффициент полезного действия. Интегративность возрастает, суммативность уменьшается, но при этом снижается надежность.

2. Экстенсивный путь приводит к увеличению количества элементов в системе, многократному дублированию элементов и связей. Возрастает суммативность.

3. Комбинация 1 и 2.

Например, развитие биосферы идет по интенсивному пути. Древние, простые организмы обеспечивали выживание вида путем воспроизводства многочисленного потомства. Осетровые рыбы вымётывают миллионы икринок, но выживают только единицы (экстенсивный путь). Более развитые существа сократили воспроизводство потомства, но научились сохранять детёнышей путем защиты, воспитания, обучения (интенсивный путь).

Жизненный цикл общественной организации также отмечается сменой способов выживания. В стадии «детства» доминирует экстенсивный путь, организация совершает множество проб и ошибок, поощряется инициатива всех творческих работников, власть децентрализована. В зрелой фазе жизненного цикла выбрана оптимальная сфера деятельности, дающая максимальную прибыль. Все пробные варианты отметаются, деятельность сужается, поисковые инициативы становятся ненужными, деятельность рационализируется, прибыль растёт. Но благополучие хранит в себе угрозу будущей стагнации. Организация теряет адаптивные способности, что приводит к её гибели.

Таким образом, развитие системы осуществляется как процесс движения от одной точки бифуркации к другой. В каждой точке бифуркации система выбирает новый путь развития.

6.5. Биологические системы

Все без исключения системы обладают целостностью, интегративностью (суммативностью), открытостью, диссипативностью, нелинейностью, неравновесностью, самоорганизованностью.

Жизнь характеризуется высокоупорядоченными структурами, способными к самовоспроизведению. Известный отечественный системолог А.Н. Аверьянов выделил следующие основные уровни организации живого.

· вирусы, состоящие в основном из двух компонентов: молекул нуклеиновой кислоты и молекул белка;

· клетки, состоящие из ядра, цитоплазмы и оболочки;

· многоклеточные организмы;

· популяции – коллективы организмов одного типа;

· биоценозы - системы, объединяющие организмы различных видов;

· биосфера - система живой материи на Земле.

· биогеоценоз – система, объединяющая организмы и неживую природу поверхности Земли;

Система каждого уровня включает в себя компоненты ниже лежащего уровня. Приведём наиболее яркие признаки живого.

1. Живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровни их самоорганизации значительно выше, чем в неживой природе [22].

2. Живые организмы используют ВЭИ потоки из окружающей среды для поддержания своей упорядоченности (открытые системы). Обмен веществом - это могучая геологическая сила (Вернадский). Живое вещество Земли за год пропускает через себя и преобразует количество химических элементов, соизмеримое с массой земной коры. Интенсивность обмена веществ усиливается способностью живого активно искать ресурсы (питания). Клетка перемещается в сторону увеличения концентрации пищи. Растения тянутся к свету, воздуху, к воде. Человек ищет и добывает ресурсы.

3. Живые объекты уникальны. Не существует двух полностью идентичных живых существ.

4. Живые объекты целеустремленны. Они способны ставить цель и стремиться к ней.

5. Живые объекты функционируют непрерывно. Организм нельзя «выключить» временно. Остановка функционирования равносильна смерти.

6. Всё живое реализует жизненный цикл (онтогенез). Всё рождается и неизбежно умирает.

7. Универсальное свойство всех живых систем - способность реагировать на внешнее воздействие (раздражитель).

Ответная реакция сложных объектов всегда направлена на “нейтрализацию” «вредного» внешнего воздействия. Объект своей реакцией стремиться сохранить свое исходное состояние. Сложные живые существа реагируют ситуационно, могут менять свое поведение. При появлении опасности могут убежать, напасть, замереть. Если внешнее воздействие идет на пользу организму, то может возникнуть реакция содействия (не противодействия). Однако, чем проще форма жизни, тем менее разнообразны реакции.

Адаптация (стремление к независимости от внешней среды, саморегуляция) также происходит через реакции организма. При болезни человек реагирует повышением (понижением) температуры. Если заболевание не тяжелое, организм с течением времени справляется с ним и температура тела возвращается к норме. Если же адаптивных способностей организма недостаточно, необходимо врачебное вмешательство.

Живое адаптируется разными способами. Создаётся искусственная среда обитания посредством мембран (клетка), кожи, шкур, стен и т.п. В границах искусственной среды поддерживается необходимые параметры, температура (теплокровные), химический состав. Осуществляется постоянное обновление структуры (регенерация).

8. Способность к регенерации (адаптация, саморегуляция).

Живые системы постоянно заменяют «морально устаревшие» или изношенные фрагменты. Процессам распада, дезинтеграции противопоставляются процессы восстановления испорченного и разрушенного. Клетка периодически заменяет белки (ферменты) [23]. Организмы восстанавливают хвосты, ногти, кожу, волосы, стенки желудка. Человек полностью обновляется в течение нескольких месяцев.

9. Размножение и экспансия. Все живое размножается.

Самоизоляция единицы живого внутри некоторого замкнутого объема компенсируется экспансией, стремлением занять всю окружающую среду. Этот процесс реализуется через размножение. Неограниченное размножение подобно биологическому взрыву. Одноклеточные водоросли за 8 дней размножения способны увеличить численность особей, которые по объему могут стать соизмеримыми с объемом Земли [24]. Живое вещество, участвуя в процессах обмена ВЭИ, может преобразовывать окружающую среду.

10. Специализация элементов живых систем.

Живое состоит из разнородных элементов, объединенных единством цели. Например, количество специализированных белков в клетке на порядки превышает число атомов в сложной молекуле. У человека имеется около 200 специализированных клеток и множество специализированных органов.

11. Лабильность (подвижность) функциональных связей.

В клетке нет постоянных мест расположения органелл. Они могут передвигаться в протоплазме, но функции свои они при этом выполняют. В животных все органы связаны эластичными тяжами, гибкими сосудами и нервами. Длина связей в живых организмах существенно выше, чем в неживом веществе.

12. Наличие системы управления. Интенсивное производство и циркуляция информации.

В живых объектах имеется блок памяти, где хранится опыт предков и индивидуума. Молекула ДНК дает “инструкции”, какие белки надо синтезировать и в каком порядке. Цитоплазма включает в работу те или иные гены. Ядро клетки является банком генетической памяти. В организмах память сосредоточена в нервных узлах (ганглиях), в мозге. Посредством РНК – переносчиков информации “инструкции поступают” в “цех” синтеза белка (рибосомы). Комплектующие (аминокислоты) подаются в нужное место и вовремя. Это очень напоминает конвейерную сборку изделий на заводах, созданных человеком.

Информация из одной клетки может передаваться другим клеткам. Трансдукция, трансформация, конъюгация, сексдукция - известные способы передачи генетической информации от клетки к клетке [23]. Вирусы также участвуют в переносе блоков информации между разными клетками. Возможно, в этом и состоит полезная функция этих паразитов. Центральная нервная система является иерархической системой управления сложными организмами.

13. В человеке ярко выражено стремление к снижению зависимости от внешней среды, стремление подчинить себе окружающий мир, опережающее отражение, создание новой информации, обработка и передача больших объемов информации. Тейяр де Шарден в своем труде “Феномен человека” показал, что эволюция – это постоянное усложнение информационных структур живого (цефализация) [25].

6.6. Социальные системы

Результатом развития жизни явилось появление социальных систем. Они коренным образом отличны от других типов и видов сложноорганизованных образований. Хотя они относятся к живым, но не могут быть объяснены только законами структуры организмов.

Социальные (коллективные) системы известны не только в человечестве, но и в биосфере. Примерами могут послужить муравьи, пчелы, термиты, стайные животные, птицы, рыбы (стаи), популяции, колонии бактерий. Общими признаками организмов и их социумов являются признаки 1-12, перечисленные в разделе «Биологические системы».

Однако имеются различия, заключающиеся в том, что

1. Социумы не размножаются, т.е. не производят подобных себе. Социум, исчерпавший свой жизненный цикл, «умирает» и на его месте появляется другой.

2. Элементы социума обладают большей степенью свободы, чем элементы организма.

3. Все социальные системы более крупные, чем составляющие их организмы, поэтому связи между элементами стохастические (лабильные) и более длинные.

Информация между элементами передается звуком, светом, запахом, потоками ВЭИ. Один и тот же элемент может одновременно входить в различные подсистемы. Человек одновременно является частью производственного коллектива, членом своей семьи, состоит в политической партии, в клубе, спортивной секции и т.п.

4. Управление носит рефлексивный характер.

5. Генетическая память дополняется социальной памятью, передаваемой посредством обучения из поколения в поколение.

6. В большей степени развиты эгоистические тенденции, больше выражена конфликтность между конкурирующими элементами.

7. Вырабатываются механизмы согласования целей управления и элементов.

8. У людей создаются техногенные системы поддержания гомеостазиса и развития.

6.7. Техногенные, человеко-машинные системы

Специфическим признаком человека является способность к труду. Определим труд как процесс изменения окружающей среды, в том числе, с применением орудий, направленный на выживание и экспансию субъекта труда.

Труд, как средство выживания, использовался всеми живыми существами. Животные выживают, главным образом приспосабливая свое тело и функции к изменившимся условиям. Животные используют части своего тела в качестве орудий труда. Но у животных труд является лишь дополнением к основным адаптивным возможностям.

Человек унаследовал от млекопитающих все основные подсистемы их организмов: конечности, скелет, дыхательную, нервную, пищеварительную и другие. Органы чувств человека, системы защиты и нападения оказались ослабленными. Резко усилился разум, труд, опережающее отражение, коллективизм поведения. Проявилась дисгармония между очень развитой системой управления и исполнительными системами человека. По законам синергетики для выравнивания диспропорций развитие разума должно было затормозиться, чтобы другие подсистемы смогли ликвидировать своё отставание.

Чтобы не нарушить гармонии, разум, оторвавшийся в развитии от остальных подсистем, вынужден был искусственно усиливать исполнительные функции, зашедшие в тупик. Поэтому были созданы техногенные «руки, ноги, сенсоры, интеллектуальные системы».

Ограждаясь техникой от естественного отбора, человек теряет, забывает технологии естественного выживания. Многие функции атрофируются за ненадобностью (адаптация). Этот путь привел его в капкан зависимости от созданной им же техногенной среды. Труд во всех формах является единственным средством выживания человечества.

Техногенные системы без участия человека пока не способны к саморазвитию. Оставленные без присмотра, они распадутся и будут поглощены биосферой. Однако отмечается тенденция появления саморегуляции и в техносистемах. Техногенные системы приобретают механизмы гомеостазиса, но механизмы самостоятельной (без человека) эволюции пока не созданы. Человек не сможет жить без техносферы, и она не может существовать без человека, т.е. впервые за миллиарды лет в ходе эволюции возник уникальный биотехноценоз. Рассмотрим исторические вехи развития техносферы.

Эволюционный ряд средств передвижения (ноги, транспорт). Волоки (100 – 6 тысяч лет до н. эры); водный транспорт, бревна, колоды, тростниковые челны, долблёные бревна, шесты, весла (40-13 т. л. до н. эры); сани, лыжи (13-6 т. л. до н. эры); вьючные ослы, быки, верблюды (3 - 4 т. л. до н. эры); телеги (сани + колеса, 4 т.л. до н. эры); экипажи (телега + лошадь, 4 т. л. до н. эры). Далее рельсовый транспорт на угледобыче (15-16 вв.), паровые повозки (Англия 1700 г.), паровозы железных дорог (Англия, 1830), автомобиль (карета + двигатель, 1700-1890 г.); гомологический ряд автомобилей ХХ века, который продолжается и сегодня. От этого ствола отделился ряд рельсовых транспортных средств с приводом от: лошади (1800 г.), паровой машины (1804 г.), дизеля (20 век.) и электротяги.

Эволюционный ряд манипуляторов (конечности, руки). Ранний палеолит (600-100 т. л. до н. эры). Ручные рубила из осколков камня, колья, раковины, кости. Эти орудия вооружали руку, делали усилия концентрированными.

Средний палеолит (100-40 т. л. д. н. эры). Появляются составные орудия (комбинаторика) палка + камень + кость. Происходит «удлинение» руки: палка, дубинка, каменный топор, шест.

Поздний палеолит (40 - 3 т. л. до н. эры). Продолжается удлинение руки: метательные копья, дротики, луки, бумеранги.

Неолит (6 - 4 т.л. до н. эры). Оружие, инструменты приспосабливаются к руке (эргономика). Изобретаются станки для обработки камня, рога, дерева, металла (5 т.л. до н. эры). Гончарный круг и изделия из фаянса появились около 4 - 2 т. л. до н. эры. (Двуречъе, Крит, Египет). Из железа изготовляли серпы, косы, проколки, шилья, долота, тесла, топоры, зубила, пилы (Шумера 3 т.л. до н. эры). Растет разнообразие и специализация инструментов, усовершенствуется лук, появляется арбалет, метательные машины (Греция 7 - 9 вв. до н. эры).

Порох используется для метания предметов (начало нашей эры). Ракеты (6 век) и огнестрельное оружие в Китае (8 в.), огнестрельное оружие в Европе (13 в). Бронзовые пушки на флоте и на суше (14 в.), ручное огнестрельное оружие (конец 14 в.), пистолеты (конец 16 в.), боевые ракеты (Россия 1815 г.), пулемет (конец 19 век).

Ряд двигателей: мышцы человека (100 - 13 т. л. до н. эры); мышцы животных (3 т. л. до н. эры); ветряные двигатели (парус 2,5 т. л. до н. эры); водяные колеса (5 век до н. эры); паровые двигатели (1700 г.); двигатели внутреннего сгорания (1860 г.); газовые турбины; реактивные двигатели; электродвигатели (начало19 в.).

Сенсоры, приёмники информации. Глаза, очки – дырочки в дощечках, стеклянные очки (13-14 вв. Флоренция), микроскоп, телескоп, тепловизор, датчики радиации, приемники радиоволн, сейсмоприёмники, фотоаппараты, кинокамеры, видеокамеры и т.п.

Защитные оболочки (кожа), средства экологического гомеостазиса (жилища). Пещеры, навесы, хижины, огонь костра (100-40 т. л. до н. эры). Химическая обработка шкур (золение), плетение из лозы, стеблей листьев. Постройки из дерева, костей, шкур, землянки из жердей покрытые шкурами. Перегородки в домах и пещерах. Жилища на бревенчатых настилах, глинобитные дома, кирпичное строительство (города в Индии в 2-3 т. л. до н. эры и в Вавилоне 1 т. л. до н. эры). Строительство пирамид (Египет 2,5 век до н. эры). Каменные дома сложной архитектуры появились в Греции и Риме с высоким уровнем комфорта (водопроводы, водостоки, бани с подогревом, ванные комнаты, портативные очаги, камины). Многоэтажные дома строились в Риме. Там же проводили кондиционирование воздуха и воды, строили кладбища. Позже города только расширялись, обеспечивались транспортом, освещением, заводами, цехами, учебными заведениями.

Осветительные приборы (каменные плошки для жира) появились 40 - 13 т. л. до н. эры. Им предшествовала искусственная добыча огня трением (100 - 40 т. л. до н. эры). Освещение шахт жировыми лампами из кусков мела, горящие ветки, берестяные факелы, сосновые лучины в домах (6 - 3 т. л. до н. эры). Использование нефти для освещения (Вавилон). До 15 века в Европе для освещения служил очаг, появились промасленные бумажные окна, масленые лампы из глины, стекла, металла. Лампы накаливания, люминесцентные и полупроводниковые светильники, лазеры (ХХ век).

Защита тела от холода: одежда из шкур, льна (13 - 6 т. л. до н. эры). Первые ткацкие станки (5 т. л. до н. эры). Кожевенное и меховое производство. Ткани из конопли, льна, шерсти (Египет 3 т. л. до н. эры). Ковры в Персии (8 век до н. эры)

Энергетика человечества и биосферы развивалась в следующей последовательности. Энергия мышц человека; химическая энергия горения; энергия движения быков, ослов, лошадей. Энергия воды, ветра. Сжигание угля, позже нефти и газа (паровые машины, ДВС, турбины). Солнечная энергия (батареи, солнечные нагреватели); атомная энергия; преобразование тепловой энергии в электрическую, световую, использование тепла недр.

Управление ресурсами. Собирательство растительной и животной пищи. Добыча поверхностного гранита, сланца для каменных изделий. Охота на животных, рыболовство (13 - 6 т.л. до н. эры). Приручение овец, коз, баранов, крупного рогатого скота (Иран, Ирак, юг Прикаспия. 10 - 7 т. л. до н. эры). Переход к возделыванию ячменя, пшеницы (Ближний и Средний Восток, Средняя Азия. 9 - 7 т. л. до н. эры). Производство бобов, перца, агавы тыквы, хлопчатника (Америка).

Шахтная добыча камня: кремнистого сланца, обсидиана, базальта, абразивного песчаника, нефрита. Устойчивый переход к земледелию и скотоводству (6 - 4 т. л. до н. эры). Расширение добычи камня, переход к добыче самородного золота, меди, серебра, свинца и олова. Освоение металла вместо камня, выплавка меди из руды (5 - 3 т. л. до н. эры). Глубокие шахты. Чугун в Китае (4 век до н. эры). Железо в Индии (4 век до н. эры). Железо в Египте (2.8 т. л. до н. эры) Железная руда добывались из болотных, луговых и озерных руд. Изобретение бронзы (Иран, 3 т. л. до н. эры) и распространение её в другие регионы планеты.

Появилось рыбоводство, животноводство стойловое и пастбищное, распашка земель, система орошения. Освоение хлопка, шелка. Изобретение фаянса и стекла (Египет, Двуречье, 3 т. л. до н. эры). Освоение минерального сырья для приготовления красок. Добыча соли из морской воды. Костный клей (3 т. л. до н. эры). Использование глины, гипса, смолы, асфальта, битума в качестве связующих компонентов при строительстве. Тростник использовали для строительства судов (Египет, 3 т. л. до н. эры). В Риме развивалось садоводство и птицеводство (3 - 1 т. л. до н. эры). Ткацкий станок, токарный станок по металлу появились в 6 веке до н. эры.

Как видно, до наступления нашей эры были сделаны основные изобретения, функционально обеспечивающие существование людей. Эволюционные техногенные ряды своими корнями уходят в неолит и продолжаются в настоящее время. Особенно заметен количественный рост техносферы, связанный с ростом народонаселения и повышением уровня потребления. В 14 в. развивалась добыча разнообразных минералов и специализированное товарное производство во всем мире. Росло разнообразие и количество добытых полезных ископаемых (угля, железа, нефти). ХХ век - добыча радиоактивных веществ, интенсивная добыча нефти и газа, синтез полимерных материалов, композитов, производство углеводородов.

Можно подчеркнуть следующие особенности технических систем.

Детерминизм поведения. Технические системы создаются для пользования человеком, поэтому они должны быть предсказуемыми в поведении. Если случаются фарс мажорные ситуации, то это считается недоработкой конструкторов. Человек может создавать и не предсказуемые в поведении системы, но в этом редко бывает необходимость. Примером могут быть игральные автоматы.

Технические системы управляемы или человеком (автомобиль), или автоматом (автопилот).

Адаптивность технических систем начинает возрастать. Например, в современных автомобилях изготавливают амортизаторы, приспосабливающиеся к качеству дорожного покрытия.

Элементы технических систем четко специализированы и совместимы. Иногда допускается дублирование для повышения надежности. В автомобиле один двигатель, один руль, четыре колеса, но все разные. Каждый элемент конструктивно сопрягается с другими, как зубья шестерни.

Связи между элементами «жесткие», детерминированные. Каждый элемент связан с другими однозначно. Связи практически не изменяются. Изменчивость связей закладывается в компьютерах, интернете. Но эта изменчивость не стохастическая, а детерминирована определёнными алгоритмами.

Технические системы не способны самостоятельно размножаться и регенерировать изношенные элементы. Производство, ремонт и экспансию пока осуществляет человек.

Все технические системы подчиняются закону жизненного цикла, последовательно сменяя друг друга. Выше приведенные эволюционные ряды технических достижений человечества являются свидетельством сказанному.

Технические системы могут временно прекращать функционирование, в отличие, от биологических и социальных систем. Автомобиль можно поставить в гараж, отключив все его функции.

В техническом творчестве тысячи лет все изобретения делались случайно. Известно, что для создания великих изобретений нужно не только большое творческое мастерство. Нужны ещё и определённые исторические условия, нужно стечение многих обстоятельств.

В настоящее время идёт непрерывный процесс уменьшения роли случайности. Бессистемные поиски, сопряжённые с огромной затратой энергии и времени, пытаются заменять рациональной системой действий. Поиск можно вести бессистемно, а можно заранее продумать план поиска, исключив из него бесперспективные действия.

Решая техническую задачу, исследователь должен пройти три этапа:

1. Выбрать задачу и определить противоречие, которое мешает её решению обычными, уже известными путями. В аналитической части изобретатель идёт от общего к частному, от сформулированной задачи в «общем» виде, к отысканию содержащегося в ней противоречия, затем к определению непосредственной причины противоречия и нахождению условий, при которых эта причина снимается.

2. Оперативная часть решения задачи позволяет устранить противоречия путём внесения изменений в одну из частей (или в одну из стадий процесса). Поиски решения ведутся по определённой рациональной системе. Общей формулы нет, но есть приёмы, достаточные для большинства случаев. Появляются методики рационального поиска решений. Приведём одну из них [26].

ПЕРВЫЙ ШАГ.

Проверка возможных изменений в самом объекте.

1. Изменение размеров.

2. Изменение формы.

3. Изменение материалов.

4. Изменение температуры.

5. Изменение давления.

6. Изменение скорости.

7. Изменение окраски.

8. Изменение взаимного расположения частей.

9. Изменение режима работы частей с целью максимальной их нагрузки.

ВТОРОЙ ШАГ. Проверка возможности разделения объекта на независимые части.

1. Выделение «слабой» части.

2. Выделение «необходимой и достаточной» части.

3. Разделение объекта на одинаковые части.

4. Разделение объекта на разные части по функциям.

ТРЕТИЙ ШАГ. Проверка возможных изменений во внешней (для данного объекта) среде.

1. Изменение параметров среды.

2. Замена среды.

3. Замена среды на несколько частичных сред.

4. Использование внешней среды для выполнения полезных функций.

ЧЕТВЕРТЫЙ ШАГ. Исследование прообразов в природе (поставить вопрос: как данное противоречие устраняется в природе?).

ПЯТЫЙ ШАГ. Возвращение (в случае непригодности всех рассмотренных приёмов) к исходной задаче и расширение условий, т.е. переход к другой, более общей задаче.

3. Синтетическая стадия осуществляется с целью приведения других частей или других стадий процесса в соответствие с изменённой частью. Проверка возможных изменений в соседних объектах.

1. Установление взаимосвязи между ранее независимыми объектами, участвующими в выполнении одной работы.

2. Устранение одного объекта за счёт передачи его функций другому объекту.

3. Внесение изменений в другие объекты, связанные с данным объектом.

4. Внесение изменений в методы использования объекта.

Выводы к разделу 6.1

1. К свойствам строения относятся «целостность», «множество», «окружающая среда», «структура», «иерархия», «подсистема», «элемент», «связь», «отношение», «каналы связи», «организация».

2. Системы подчиняются закону пространственно - временной локализации структуры и закону субординации.

3. Все объекты в природе являются открытыми, т.е. обмениваются со средой веществом (В), энергией (Э) и информацией (И). Открытость всех систем логически определяет необходимость существования входов и выходов.

4. Свойство эмерджентности есть и в простых, и сложных системах.

Выводы к разделу 6.2

1. К функциональному блоку свойств систем относятся понятия - синонимы: целостность, интегративность, эмерджентность, системность, которые часто употребляются раздельно, а также «суммативность», «адаптивность», «равновесие» (стабильное, нестабильное, подвижное), «обратная связь (отрицательная, положительная, целенаправленная), «саморегуляция», «гомеостазис», «управление».

2. Функция «суммативность», противоположна по смыслу «интегративности». Свойства суммативных (аддитивных) систем равны сумме свойств ее компонентов. Суммативные системы являются сильным упрощением реальности, когда не желают замечать интегративные свойства.

3. Интегративные системы можно перевести в ранг суммативных систем, если доминирующие элементы (связи) многократно дублировать.

4. Интегративными системами легче управлять, воздействуя на малочисленные параметры порядка, а суммативные системы способны сохранять гомеостазис без внешнего вмешательства, т.е. являются самоорганизуемыми.

5. Не всякие слабые связи препятствуют проявлению системности. Случайный (с точки зрения наблюдателя) характер связей также не препятствует проявлению системных свойств.

6. Системы, способные восстанавливать свои элементы и отношения, называют регенеративными системами. К ним относятся все живые системы и некоторые неживые.

7. Случайные, вероятностные связи и взаимодействия являются естественными для природы, и не препятствуют её саморазвитию.

8. Линейные связи и зависимости однозначно ведут от причины к следствию.

9. Нелинейные системы, как правило, описываются сложными законами, графическое изображение функций которых может носить вид гиперболы, параболы, извилистой кривой и т.д.

Выводы к разделу 6.3

1. Динамика систем существляется благодаря преобразованиям в структуре и функциях в ответ на влияние внешних факторов.

2. Статические системы способны длительное время сохранять (почти без изменения) свои собственные связи, отношения и свойства.

3. Понятие устойчивое равновесие - это субъективное упрощение действительности, определяемое, как способность системы в отсутствии внешних возмущений некоторое время сохранять качественную определенность, неизменность.

4. Вечной статичности быть не может. Все процессы подвержены флюктуациям. Флюктуациями называют малые случайные возмущения, колебания, изменения.

5. Вместо кратковременного, устойчивого равновесия лучше говорить о подвижном равновесии.

6. Неравновесность определяется как состояние открытой системы, при котором происходит изменение макроскопических параметров, состава, структуры и поведения.

7. Неравновесное состояние может быть устойчивым и чтобы это состояние (гомеостазис) сохранить, необходимо совершать работу, затрачивать энергию.

8. Устойчивость (равновесная или неравновесная) реализуется через изменение функций системы.

9. Существуют инвариантные законы функционирования структур (законы организации) к числу которых относятся законы: координации, совместимости компонентов системы, специализации.

Выводы к разделу 6.4

1. К системным свойствам, связанным с представлениями о развитии относят: «изменчивость», «эволюцию», «рост», «генезис», «отбор», гомеокинез.

2. Под развитием понимаются необратимые изменения в объекте, в результате которых возникает новое качество или состояние.

3. Причины развития можно разделить на четыре группы . Первая группа связывает развитие с реализацией поставленных целей. Вторая - рассматривает развитие как следствие процесса адаптации к среде. Третья - считает источником развития противоречия, возникающие в системах. Четвёртая - развитие видит в стремлении к совершенству, прогрессу. Каждая из этих групп отражает только одну сторону многогранного явления «эволюция».

4. К изменчивости также относится свойство «адаптивность».

5. Важным свойством адаптивной системы является системная инерция, определяющая время, необходимое для перехода из одного состояния в другое.

6. Распад целостных объектов происходит под влиянием внешних системоразрушающих факторов.

7. Системоразрушающие факторы могут быть также внутренними.

8. Резонансное возбуждение может быть сильным системоразрушающим фактором и представляет собой особую чувствительность системы к внешним воздействиям, согласующимся с её внутренними свойствами.

9. Революционным процессам способствуют положительные обратные связи, усиливающие слабые возмущения, что может привести к разрушению существующей структуры и переводу системы в другое состояние.

10. Системообразующим факторам способствуют отрицательные обратные связи.

11. Переломный, критический момент в развитии системы, в котором осуществляется выбор нового пути, называется бифуркацией.

12. Вместо понятия «бифуркация» можно использовать термин «катастрофа» (скачкообразные, внезапные изменения), которая изменяет организованность системы.

13. Направление перехода (скачка) часто определяется наследственностью (способность будущего зависеть от прошлого), причём прошлый опыт вводит процессы изменчивости в определённые границы и задаёт коридор развития.

14. Для успешного перехода на более высокий уровень развития должны созреть условия, накопиться ресурсы. «Незрелые» переходы ведут к деградации.

15. Молодая система подвергается действию отбора, при котором выживают структуры и функции способные адекватно адаптироваться к новым условиям.

16. Повышение уровня организованности сложных систем происходит по трём направлениям: интенсивный путь (интегративность возрастает, суммативность уменьшается, при общем снижении надежности), экстенсивный путь (увеличивается количество элементов в системе, возрастает суммативность), и третий путь – комбинация 1 и 2.

Выводы к разделу 6.5

1. К основным уровням организации живого относятся вирусы, клетки, организмы, популяции, биоценозы, биосфера.

1. Система каждого уровня включает в себя компоненты нижележащего уровня.

2. Уровни самоорганизации биологических систем значительно выше, чем в неживой природе.

3. Живые организмы используют ВЭИ потоки из окружающей среды для поддержания своей упорядоченности (открытые системы).

4. Живые объекты уникальны. Не существует двух полностью идентичных живых существ.

5. Живые объекты способны ставить цель и стремится к ней.

6. Живые объекты функционируют непрерывно.

7. Всё живое реализует жизненный цикл (онтогенез).

8. Универсальное свойство всех живых систем - способность реагировать на внешнее воздействие (раздражитель)

9. Живое способно к регенерации своих частей.

10. Для живого характерна лабильность (подвижность) функциональных связей, наличие системы управления, интенсивное производство и циркуляция информации.

11. В человеке ярко выражено стремление к снижению зависимости от внешней среды, стремление подчинить себе окружающий мир, опережающее отражение, создание новой информации, обработка и передача больших объемов информации.

Выводы к разделу 6.6

1. Результатом развития жизни явилось появление социальных систем, существование и развитие которых не может быть объяснено только законами структуры организмов.

2. Социальные (коллективные) системы известны не только в человечестве, но и в биосфере (муравьи, пчелы, термиты, стайные животные, птицы, рыбы, популяции, колонии бактерий).

3. Общими признаками организмов и их социумов являются признаки 1-12, перечисленные в разделе «Биологические системы».

4. Различия организмов и их социумов заключаются в том, что:

· социумы не размножаются;

· элементы социума обладают большей степенью свободы, чем элементы организма;

· все социальные системы более крупные, чем составляющие их организмы, поэтому связи между элементами стохастические (лабильные) и более длинные;

· управление в социумах носит рефлексивный характер;

· генетическая память дополняется социальной памятью, передаваемой посредством обучения из поколения в поколение;

· в социумах больше развиты эгоистические тенденции, больше выражена конфликтность между конкурирующими элементами;

· вырабатываются механизмы согласования целей управления и элементов системы;

· у людей создаются техногенные системы поддержания гомеостазиса и развития.

Выводы к разделу 6.7

a. Специфическим признаком человека является способность к труду.

b. Труд - это процесс изменения окружающей среды, в том числе и с применением орудий, направленный на выживание и экспансию субъекта труда.

3. Труд во всех формах является единственным средством выживания человечества.

4. Техногенные системы без участия человека пока не способны к саморазвитию. Отмечается тенденция появления саморегуляции и в техносистемах.

5. Технические системы имеют особенности: детерминизм поведения, управляемость человеком или автоматом, четко специализированные и совместимые элементы, жесткие», детерминированные связи между элементами, не способность самостоятельно размножаться и регенерировать изношенные элементы, подчинение закону жизненного цикла, способность временно прекращать функционирование.

Контрольные вопросы

1. Перечислите свойства строения систем и охарактеризуйте их.

2. Существуют ли в природе закрытые системы?

3. Почему часы нельзя отнести к закрытым системам?

4. Докажите, что эмерджентность имеет место и в простых, и сложных системах.

5. Объясните, что такое «суммативность» и что такое «интегративность».

6. Что такое линейные и нелинейные системы?

7. Дайте определение статическим системам.

8. Что такое флюктуации?

9. Сформулируйте инвариантные законы функционирования структур.

10. В каких случаях может произойти деградация системы?

Литература

1. Миротин Л. Б., Ташбаев Ы. Э. Системный анализ в логистике. – М.:Экзамен, 2002.

2. Спицнадель В. Н. Основы системного анализа: Учеб. пособие. - СПб.: Изд. дом «Бизнес пресса», 2000.

3. Колмогоров А. Н. Теория передачи информации. - М.: Наука, 1956.

4. Бир С. Мозг фирмы. - М.: Радио и связь, 1994.

5. Морозов И. М.. Природа интуиции. - Минск. Университетское, 1990.

6. Берталанфи Л. Общая теория систем. - М.: Системное моделирование, 1969.

7. Лекторский В. А., Садовский В. Н. О принципах исследования систем // Вопросы философии, 1960, №8.

8. Пригожин И., Стингерс И. Порядок из хаоса. - М.: Иностр. литература, 1986.

9. Хакен Г. Синергетика. - М.: Мир, 1980.

10. Колесников А. А. Синергетическая теория управления. – М.: Энергоиздат, 1994.

11. Князева Е. Н, Курдюмов С. П. Основания синергетики. Режимы с обострением, самоорганизация. Темпомиры. – СПб.: Алетейя, 2002.

12. Капица С. Л., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. . Синергетика и прогнозы будущего. - М.: Наука, 1997.

13. Арнольд В. И. Теория катастроф. - М.: Наука, 1990.

14. Гумеров Ш. А. Развитие и организация //. Системные концепции развития, 1985, вып. 4, с.71.

15. Попов В. П., Крайнюченко И. В. Глобальный эволюционизм и синергетика ноосферы. - Ростов – на - Дону. СКНЦВШ, 2003.

16. Моисеев Н. Н. Алгоритмы развития. - М.: 1987.

17. Ерохина Е. А. Теория экономического развития: системно-синергетический подход - М.: 1999.

18. Айламазян А. К., Стась Е. В. Информатика и теория развития.- М.: 1989. С.

19. Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г. Синергетика – теория самоорганизации // Идеи, методы, перспективы. - М.: 1983.

20. Ерохина Е. А. Теория экономического развития: системно - синергетический подход. - М.: 1999.

21. Моисеев Н. Н. Человек, среда, общество. - М.: 1982.

22. Лавриненко В. П., Рапищев В. П. и др. Концепции современного естествознания: Учебник. - М.: Культура и спорт. ЮНИТИ, 1997.

23. Боген Г. Современная биология. - М.: Мир, 1970.

24. Баландин Р. К. Вернадский: жизнь, мысль, бессмертие.- М.: 1998.

25. Тейяр де Шарден. Феномен человека. - М.: Наука, 1987.

26. Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. - М.: Сов. Радио, 1979.