Текст книги "Введение в теорию риска (динамических систем)"

3.2. Синтез динамических систем согласно принципам минимального риска и структурного единства

3.2.1. Принцип минимального риска

Традиционные науки изучают организации и процессы, протекающие в подсистемах динамических систем, т. е. на микроуровне. Такой подход крайне необходим для целей жизнедеятельности. Однако микроуровень системы не дает в целом представление о ее роли в иерархии и влиянии иерархии на нашу жизнь, на реализацию наших целей. Поэтому изучение макроуровня необходимо для целей жизнедеятельности и, прежде всего, осмысления основных положений риска и безопасности динамических систем.

Основополагающим принципом динамических систем иерархии бытия является принцип минимального риска, или принцип максимальной безопасности динамических систем, который реализуется посредством принципа структурно-функционального единства, а он в свою очередь реализуется посредством:

– принципа единства структур иерархии;

– принципа единства структурно-функциональных свойств подсистем, наполняющих структуры.

Рассмотрим эти основополагающие понятия на качественном уровне для динамических систем.

Согласно принципу минимального риска реализуются взаимодействия между различными полями и процессами в объектах бытия посредством формирования структур, содержащих подсистемы с соответствующими функциональными свойствами. Взаимодействия между подсистемами на уровне параметров процессов осуществляются согласно соответствующим законам.

Как сказано выше, каждый объект бытия, имеющий структуру, наполненную подсистемами, которые обладают соответствующими функциональными свойствами, выполняет некоторую заданную цель. Объект с заданными структурно-функциональными свойствами, выполняющий заданную цель, представляет собой динамическую систему с организацией.

Для реализации цели динамическая система наделяется принципами и законами функционирования в энергетическо-информационном пространстве, включающими:

– целеполагающие (идеологические, системообразующие);

– целереализующие (теоретические: пути и методы);

– целесозидательные (практической деятельности);

– целеконтролирующие (информационные).

Определение. Систему, содержащую подсистемы целеполагания, целедостижения, целереализации и контроля (рис. 3.5), каждая из которых формирует необходимые информационно-энергетические процессы (поля) из области допустимых значений, при которых обеспечивается достижение заданной цели, будем называть динамической системой, реализующей принцип минимального риска.

Таким образом, чтобы динамическая система функционировала согласно заданной цели как объект бытия, ее подсистемы и система в целом должны реализовывать принцип минимального риска. Системы, в которых нарушен этот принцип, самоуничтожаются. Если в системе отсутствует по каким-либо причинам система целеконтроля, способная определить момент достижения области ее критических состояний Ω_кр, а также отсутствуют управления u_i (i = 1, 2, 3), формируемые соответствующими подсистемами, способные предотвратить выход информационно-энергетических потенциалов (E, J)_i в критическую область, то она исчезает из сферы бытия по причине энергетическо-информационной смерти. Исчезают из бытия также те динамические системы, у которых подсистемы контроля и управления обладают большими погрешностями функционирования и не способны обеспечить условие (E, J) Ω_доп.

Таким образом, принцип минимального риска реализуется посредством структур, содержащих соответствующие подсистемы. Все другие структуры не обеспечивают реализацию процессов в условиях минимального риска. Эти системы рано или поздно входят в область критических состояний, т. е. самоуничтожаются.

Системы со структурой, реализующие принцип минимального риска, имеют место прежде всего среди объектов бытия человека.

Для жизнеобеспечения нам даны два вида динамических систем (рис. 3.8):

– от природы (U⁽¹⁾);

– нами созданные (U⁽²⁾).

Наиболее достоверно познать нам дано динамические системы из класса U⁽²⁾ и с различной степенью погрешности δ из класса U⁽¹⁾. При этом погрешности δ зависят от степени сложности динамической системы, уровня ее нахождения в общей иерархии объектов бытия.

Рис. 3.8

Решающую роль в создании энергетического поля пространства, в которое помещен человек, оказывают динамические системы: биосфера U⁽¹⁾(E^бс(w₁), J^бс (w₁)), где E^бс(w₁) – энергетическое поле биосферы; J^бс(w₁) – информационное поле биосферы; социосфера U⁽²⁾(E^cc(w₂)), где E^cc(w₂) – энергетическое поле социосферы; w₁, w₂ – пространственные координаты биосферы и социосферы соответственно в фазовом пространстве. Эти динамические системы находятся во взаимосвязи, взаимовлиянии. Об этих энергетических полях мы имеем некоторые научные знания.

В процессе изучения U⁽¹⁾ возникает необходимость прогнозирования состояния этой динамической системы для решения следующих проблем:

1) как и в каком виде формируется цель видовая;

2) что можно сказать об исчезнувших видах, каковы процессы, сопутствующие их исчезновению;

3) если была энергетическая смерть отдельного биологического вида, то каков процесс ее достижения и какова роль ресурсов материальных и духовных;

4) как формируются во времени критические области состояний U⁽¹⁾;

5) как формируются процессы управления, направленные на предотвращение выхода U⁽¹⁾ в Ω_κρ.

Три уровня систем объектов бытия – растения, животные, человек – имеют одинаковые структуры, но различные функциональные возможности подсистем структуры. Для этих систем характерны следующие этапы жизненного цикла [4]:

– образование;

– самоорганизация функциональная;

– поддержание устойчивого состояния;

– распад структуры (энергетическая смерть).

Рассмотрим работу принципа минимального риска в биосфере. Для биосферы характерны следующие основные индикаторы состояния:

– энергетический (Е*), характеризующий связь биосферно-планетарных явлений с космическими излучениями (в основном солнечными) и радиоактивными процессами Х(т) в земных недрах, где т – масса вещества, несущего энергию;

– биогеохимический (У), описывающий роль живого вещества в распределении и поведении атомов и, прежде всего, изотопов в биосфере и ее структурах;

– информационный (Ζ), характеризующий принципы организации и управления, осуществляемые в живой природе в связи с влиянием живого вещества на структуру и состав биосферы;

– пространственно-временной (S), освещающий формирование и эволюцию различных структур биосферы в геологическом времени в связи с особенностями пространственно-временной организованности живого вещества в биосфере.

Биосистемы, создающие биосферу, обмениваются энергией, массой, веществом, информацией, обеспечивая себя необходимыми ресурсами, сосуществуют в виде взаимовыгодных симбиозов согласно принципу минимального риска. Биосистема (биоценоз) живет, оставаясь в своей экологической нише, т. е. в некоторой допустимой области Ω_доп некоторого фазового пространства U* = (X, Y, Z, S) индикаторов ее состояния, где Х, Y, Z – вектор-функции своих аргументов. Нахождение вне Ω_доп, т. е. выход в область критических состояний Ω_кр, несовместимо с продолжением жизни отдельной особи или вида в целом. Чтобы выжить, биосистема минимизирует средний по вероятностной мере на траекториях в фазовом пространстве U* состояний риск, характеризуемый вероятностью Р выхода из своей экониши Ω_доп [18].

При неполной информации биосистема минимизирует эмпирический риск, так, например, по имеющимся у нее данным о геометрии границы экониши Ω_доп, для получения которых биосистема вынужденно попадает на границу Ω_кр, оказываясь между жизнью Ω_доп и смертью Ω_кр – в экстремальных условиях.

В случае нахождения в оптимальном пространстве состояний Ω_opt биосистема обеспечивает свое максимальное внутривидовое и межвидовое разнообразие, которое оценивается числом степеней свободы, или числом независимых виртуальных перемещений. Этим определяется стратегия выживания биосистемы, оптимальная с позиции максимальной безопасности, или минимального риска смерти, т. е. реализации принципа минимального риска.

Основные примеры взаимосвязи и влияния систем внешней среды по отношению к изучаемой динамической системе: на эгосферу (на состояние человека) влияет биосфера; на состояние биосферы влияет геосфера; на состояние геосферы оказывают влияние подсистемы Солнечной системы.

Состояние геосферы как динамической системы характеризуется совокупностью внутренних () и внешних () индикаторов состояния. К внутренним отнесем: магнитное поле, температуру, радиоактивность, химический потенциал. К внешним – траекторные параметры, присущие данной динамической системе, реализуемые в среде [20].

Согласно принципу минимального риска, для и имеют место некоторые их допустимые значения, образующие области Ω_доп() и Ω_доп(), при которых обеспечивается функционирование таких динамических систем, как биосфера, этносфера и эгосфера. С другой стороны, состояние геосферы как одной из динамических систем иерархии, которая включается в Солнечную систему, подчиняется принципу минимального риска, который реализуется, благодаря принципу структурной эквивалентности, иерархией. Однако под действием факторов риска возможен выход , областей из Ω_доп(), Ω_доп(), что обусловливает катастрофы для биосферы.

Задача человека: построить области Ω_доп(), Ω_доп(); контролировать , , прогнозировать близость к Ω_кр(), Ω_кр() и принимать меры по нейтрализации критического состояния. Отметим, что для решения этой задачи человек создал различные динамические системы, обладающие различными свойствами, несущие как потери, так и приобретения.

3.2.2. Принцип структурного единства организаций (систем) иерархии

На начальном этапе изучения динамических систем иерархии нам необходима модель реальности, имея которую, мы можем анализировать возможности динамической системы по достижению заданной цели. Рассмотрим исходные характеристики совокупности объектов динамической системы и различные способы их разделения:

– градация объектов по системам;

– градация объектов по структурам, включенным в различные системы;

– градация подсистем структуры по своим функциональным свойствам.

Проблема синтеза структуры иерархии как динамической системы, а также динамических систем, ее наполняющих, обусловлена наличием функционально-целевой направленности (или цели) каждой динамической системы, ее подсистем.

Исходные знания и модели имеют место на качественном уровне классификации динамических систем, который включает синтез:

– структурный;

– структурно-функциональный;

– функционально-параметрический.

Принцип структурно-функционального единства динамических систем порожден (имеет в качестве базовой основы или реализуется) следующими законами:

1) структурно-функционального самоподобия;

2) эквивалентных функциональных преобразований подсистем под влиянием изменения ресурсного потенциала θ = (E, J, m);

3) эквивалентных функциональных откликов на воздействие факторов риска (W, V).

Указанные законы обеспечивают создание иерархии динамических систем из условия их совместимости, взаимоподдержки, обеспечивая при этом:

1) единство цели иерархии (создание свободной энергии);

2) адаптацию функционально взаимозависимых подсистем для достижения цели;

3) создание необходимого запаса энергии для компенсации воздействия внешних W и внутренних V факторов риска.

Иерархия внутренних функциональных подсистем структуры обеспечивает не только единство цели, но и эффективную возможность нейтрализации факторов риска благодаря запасу свободной энергии, обеспечивая свободной энергией функционирование даже при уменьшении ресурсов на входе.

Отметим, что под действием внешних факторов риска W, изменяющих энергетическо-информационные ресурсы у одинаковых объектов бытия (одного вида), происходят такие функционально-структурные преобразования, которые у одинаковых объектов бытия эквивалентны между собой (так, например, путем создания новых программ), обеспечивающие реализацию принципа минимального риска их существования.

Принцип структурно-функционального единства динамических систем, реализующий принцип минимального риска, рассмотрим на примерах различных объектов. При этом рассмотрим на качественном уровне современные подходы к оценке структурно-функциональных возможностей в решении проблем риска и безопасности.

В силу того, что природные системы имеют внутреннюю организацию с соответствующей структурой и входят во внешнюю структуру (иерархию) природной системы, эти структуры имеют одинаковые процессы самоорганизации, основанные на принципе минимального риска. Только при таком взаимоотношении систем обеспечена реализация принципа минимального риска. Если под управлением мы понимаем такую функцию организованных систем различной природы, которая обеспечивает сохранение их структуры, поддержание деятельности, реализацию их программ, то следует выделить следующие системы.

1. Управляющие системы – как правило, сюда относятся кибернетические системы.

2. Самоуправляющие системы – сюда относятся системы более высокого класса, чем управляющие системы, так, например, социальной общности или административно-территориальной единицы в управлении собственными делами.

3. Самоприспосабливающиеся или адаптивные системы – сохраняющие работоспособность при непредвиденных обстоятельствах путем смены алгоритма функционирования, например путем поиска оптимальных состояний (минимальных потерь).

4. Самоорганизующиеся системы – таким свойством обладает человек; но самоорганизация это не все, чем владеет эгосфера, она способна к самоорганизации, образованию, поддержанию, т. е. саморегуляции, обеспечению устойчивости и предотвращению распада структур.

Системы последнего типа принято также называть:

– интегративная;

– синергена [57, 61–65].

Среди самоорганизующихся систем выделим те, которые обладают интеллектуально-энергетическим потенциалом.

Динамическую систему можно назвать синергетической, если для нее характерно содействие, сотрудничество.

К самоорганизующимся системам относятся: биосфера, социосфера, этносфера, эгосфера, стая птиц, животные и другие. Таким образом, синергена – это системы, структуры которых включают подсистемы, способные к содействию, сотрудничеству как с внутренними, так и с внешними объектами и системами [51].

Если следовать Ч. Шеррингтону, то такие системы можно назвать интегративными системами. Так он называл согласованное воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечным движением. В существующей литературе слово синергизм означает совместное и однородное функционирование органов (например, мышц) и систем, так, например, нервная ткань, представляющая структуру из нейронов, которая осуществляет преобразование раздражений из внешней среды в воздействие на определенный орган. На более высоком уровне находится такая управляющая система, как человек, в которой происходит совместное функционирование органов и систем в целом благодаря наличию интеллектуально-энергетического потенциала.

Интеллектуально-энергетическим системам свойственно функциональное развитие, которому сопутствуют различные уровни целеполагания. Так, например, для человека можно выделить следующие уровни целеполагания:

1) примитивный (уровень Homo), например, переместиться из точки А в точку В – как получится;

2) энергетический, например, переместиться из точки А в точку В с минимальными затратами энергии;

3) интеллектуальный – переместиться из точки А в точку В с минимальным риском и максимальным эффектом.

Изменение состояния интеллектуально-энергетической системы в процессе функционирования характеризуется:

1) изменением структурно-функциональных свойств (как правило, трудноконтролируемых);

2) изменением ресурсного потенциала θ(t);

3) изменением параметров, процессов, характеризующих состояние системы;

4) скоростью изменения этих процессов, параметров.

Процессы организации и самоорганизации – два различных этапа жизни объектов бытия, изучать которые можно, используя макросвойства или законы взаимодействия составляющих подсистем системы.

Характеристика самоорганизующихся систем со структурой. Как правило, самоорганизации предшествует организация, т. е. самоорганизация системы начинается с какого-то уровня ее развития (существования). При этом имеют место следующие функциональные свойства.

I. Макроуровень:

1) автономность (отсутствие внешнего управления);

2) изменение функциональных свойств подсистем и системы в целом (динамическая система);

3) избыточность (нечувствительность к повреждениям в подсистемах);

4) адаптивность;

5) сложность (множество одновременных целей);

6) иерархичность (множество структурных уровней самоорганизации);

7) возникновение симметрии (появление внутренней функциональной разнородности);

8) самостоятельность (самовоспроизведение, самовосстановление).

II. Микроуровень (динамические параметры):

1) критичность (краевые эффекты при достижении границ Ω_доп);

2) нелинейность;

3) рассеивание энергетическое (неравновесные процессы);

4) колебания (шум и т. п.);

5) несколько областей положений равновесия Ω_доп (много аттракторов);

III. Итоги целедостижения:

1) повышение организационной формы;

2) перемещение из большой области пространства устойчивого состояния самостоятельно в меньшую область – аттрактор;

3) возникновение корреляционной зависимости по времени и пространству между ранее независимыми подсистемами и параметрами.

В качестве примера динамической системы из микромира рассмотрим химический атом, который не только сложен в своей структуре, но и изменчив – развивается и разрушается. Причинами изменчивости атома являются:

1) внешние источники энергий;

2) самопроизвольные, внутренние факторы.

Под действием внешних источников энергии происходит «возбуждение», и тогда два атома с одинаковым числом внешних электронов и с одинаковыми ядрами могут резко отличаться, если один из них «возбужден» (поглотил добавочную энергию). «Возбуждение» может происходить не только во внешних электронных областях, атом ядра может возбуждаться, образуя «изомеры». Так, например, ядра атомов брома, серебра.

Под действием значительной внешней энергии атом не только возбуждается, но и может быть разрушен частично или полностью. Сначала извлекаются все его периодические электроны (ионизация), а затем быстрые протоны, нейтроны, гамма-лучи могут разрушить само атомное ядро. Атомные ядра испускают при этом альфа-частицы, протоны, электроны превращаются в ядра других элементов. Обычно такие изменения ядра не очень радикальны, так как основная масса ядра остается нетронутой. Самопроизвольное изменение атома, спонтанное, наблюдается для многих элементов, таких, например, как калий и рубидий. При этом «жизнь» различных атомов при отсутствии внешних воздействий изменяется в широких пределах: от бесконечно малого интервала времени до бесконечности.

Рассмотрим основные признаки структурно-информационных свойств веществ химических атомов.

Выделив химический атом, мы наделили этот атом информационными признаками. Иначе не должно быть. Химические атомы, расположенные в порядке их относительных весов, представляют собой таблицу, а количество электронов, находящихся на внешней оболочке атома, соответствует его порядковому номеру.

Масса атома сосредоточена в атомном ядре, которое имеет положительный заряд, равный по величине общему заряду отрицательных электронов, находящихся на внешней оболочке, что обусловливает электрическую нейтральность атомов.

Масса ядра, его заряд и количество внешних электронов – основные факторы, от которых зависят информационные признаки (свойства). Ядро атома состоит из элементарных частиц: протонов и нейтронов. Протоны имеют массу, приблизительно равную массе атома водорода, и положительный электрический заряд, равный по величине заряду отрицательного электрона.

Кроме электронов, протонов и нейтронов, структура атома включает позитрон, имеющий такую же массу, что и отрицательный электрон, заряд его равен заряду электрона, но противоположен по знаку, т. е. положительный.

Проблема возникновения и развития атомов в периодической системе элементов остается нерешенной. Одно очевидно: они усложнялись и развивались как и всякая динамическая система со структурой.

Примером сказанного является превращение света в вещество: гамма-фотоны. В поле электрического заряда ядра превращаются в вещественную пару – электрон и позитрон. При этом позитрон очень быстро исчезает, снова превращаясь в свет. Сегодня теория атома представляет собой теорию строения вещества из частиц изменяющихся, превращающихся и исчезающих.

Все сказанное означает не только принадлежность атома к динамическим системам, но и существование допустимых и критических областей внешней и внутренней сред, в которых он неизменен или изменяется соответственно.

Согласно изложенному выше, приведем ряд свойств динамических систем на структурно-функциональном уровне.

1. Бытие и созданные им объекты имеют единую структуру.

2. Структура объектов бытия никогда не создается заново и не уничтожается.

3. Целевое назначение объектов бытия, рожденное их структурно-функциональными свойствами, сохраняется во времени и в пространстве, изменяясь количественно.

4. Сложные и простые системы – это объекты бытия, высокоорганизованные и низкоорганизованные, создаются организацией со структурой, с различным количеством информации, диапазоном и видом энергий.

5. Различные формы проявления энергии реализуются объектами чисто духовными, а также чисто материальными, а между ними все остальное.

6. Единство мира есть общность материи (вещества) как субстанции, носителя многообразных свойств и отношений, в том числе энергии, информации, массы и организации, формирующей структуру.

7. Сохранение завершенного творения и его распад происходят при постоянстве суммарной энергии сохранения и распада.

8. Информация вне вещества и энергии (поля) не существует. Все то, что вне вещества и энергии (поля), – ложно.

При этом имеем:

– структурно-функциональное подобие основ бытия;

– подобное создает и творит подобное;

– подобное управляет подобным во всех сферах бытия.

Эволюция среды связана с эволюцией функциональных свойств подсистем структуры. Сама структура в устойчивом состоянии неизменна.

Сегодня окружающий нас мир, как сказано выше, включает четыре категории: физическую (космос, геосфера, физический мир); химическую и биофизическую (биосфера) и социальную (социосфера) среды.

Физическая среда является источником основополагающих законов бытия и включает в себя материю и энергию, которые являются первоосновой для всех остальных подсистем структуры бытия.

Химическая среда реализует законы, созданные физической средой, создавая свои законы – теоретические основы для формирования пространства управления биохимической энергии всего живого вещества планеты.

Биофизическая среда, согласно теоретическим основам биохимической энергии, создает соответствующие законы максимального использования биогеохимической энергии, сохранения и развития ее.

Социосфера, находясь в обратной связи системы бытия, воздействует на физическую среду по своим законам. Эти законы должны быть направлены на максимальное использование материи и энергии.

Т. Парсенс в поисках взаимосвязи социологической теории с биологией, психологией, экономической наукой и политической теорией ввел следующее: каждая социальная система в своей структуре имеет четыре подсистемы, соответствующие четырем функциональным императивам:

– адаптации;

– целедостижению;

– интеграции;

– поддержанию латентного образца.

Эти четыре подсистемы могут рассматриваться на различных уровнях: экономики, государственного устройства, институтов социализации.

При адаптации социальных систем к внутренней и внешней среде, в целях поддержания своего существования им приходится анализировать и решать все четыре сферы проблем. Социальные системы развиваются благодаря дифференциации своих структур и достижения более высокого уровня интеграции частей. В работе (Berger P.L., Luckmann T., 1962) П. Бергер и Т. Лукман продемонстрировали, как социальные структуры сами конструируются в процессе человеческой деятельности.

В итоге, учитывая сформулированный выше принцип минимального риска в работе [22], на структурно-функциональном уровне мы синтезировали социальную систему (рис. 3.9).

Рис. 3.9

Функциональные свойства синтезированной системы согласуются с четырьмя функциональными императивами, введенными Т. Парсенсом.

Учитывая полученные результаты, мы утверждаем принцип структурно-функционального единства динамических систем иерархии бытия. Согласно сформулированному принципу, каждая из подсистем может быть представлена в виде соответствующей структурно-функциональной системы, создающей условия для той или иной сферы бытия. При этом мы можем говорить о структурно-функциональном единстве различных объектов и систем, объясняющих или описывающих энергетическо-информационные процессы, протекающие в них. Полученный факт позволяет нам объяснить устойчивость иерархии и динамических систем, ее наполняющих, и надеяться получить необходимые математические модели.

Для того чтобы динамическая система была направлена на реализацию единой цели иерархии, необходимо, чтобы цель конкретной динамической системы формировалась на следующих уровнях (подсистем):

– структурно-целевом (подсистема целеполагания 1);

– структурно-управляющем (подсистема целедостижения 2);

– структурно-реализующем (подсистема целереализации 3);

– структурно-контролирующем (подсистема целеконтроля 4).

Таким образом, структура и ресурсы определяют процессы, формируемые динамическими системами согласно их функциональным возможностям. Процессы создают и изменяют состояния системы в целом и ее отдельных подсистем, т. е. управляют динамикой внутренних и внешних ее процессов и состояний.

Системы и объекты бытия любого уровня иерархии должны:

1) формировать цель, согласованную с целью иерархии;

2) вырабатывать законы для реализации цели согласно имеющимся у них средствам в виде энергии, вещества и информации;

3) производить в необходимых количествах энергию, вещество и информацию для реализации цели;

4) осуществлять контроль и управление с целью компенсации отклонений энергии, вещества и информации при отклонении от нормы или достижении их критических значений.