Взаимозависимость подсистем как необходимое условие обеспечения целостности системы
Обновлено: 30.06.2024
Цель – разработать научно обоснованную модель естественного объекта-системы максимально соответствующей объективной реальности.
Задача - представить обоснованное модельное представление и описать, как организуется, функционирует и развивается естественный объект-система в природе во взаимодействии со своей внутренней и внешней средой.
Требование – данная модель должна быть достаточной для того, чтобы её можно было использовать в качестве методологии для разработки, как минимум, прикладной концептуальной модели общественной системы.
Уровень разработки – общенаучная методология.
1. Описание Объекта в статике
Под объектом принято понимать процесс или явление, порождающее проблемную ситуацию и взятое исследователем для изучения. В рамках (границах) объекта рассматривается предмет исследования. Иными словами объект — это та часть природы, которую выделил сам человек, для своего исследования (рис. 1).
Любой объект является системой. Так как кроме предмета, процесса или явления как такового в объективной реальности все объекты обладают множественными связями со своей внешней и внутренней средой. Поэтому любое явление необходимо рассматривать как систему, связанную с множеством других систем в глобальной системе природы. В частности надсистем, если система находится в них, и подсистем, если таковые находятся внутри системы.
При этом любая подсистема в системе может иметь множественные связи не только с подсистемами данной системы или самой системой, в которую она входит, но и с другими системами, находящимися вне рассматриваемой нами системы в которую она входит как предмет исследования (рис. 2).
Исходя из системного представления о природе и объектах, выделяют следующие системные свойства:
структурность - любая система обладает структурой, которая состоит из элементов (подсистем) и связей между ними;
целостность - способность системы организовать устойчивую самостоятельную структуру, которая обеспечивает взаимодействие с внешней и внутренней средой как целое.
Таким образом, любая система входит подсистемой в другие надсистемы и содержит в себе подсистемы, а те в свою очередь содержат системы ещё меньшего порядка. При этом подсистемы в системе могут одновременно входить в другие системы на других уровнях за счёт собственных связей, и в различных системах выполнять различные функции (роли).
То есть связи могут существовать как между объектами-системами с соседних уровней организации природы, так между объектами находящихся на удалённых друг от друга уровнях организации природы в абсолютно разных надсистемах. В том числе, могут существовать опосредованные перекрёстные связи относительно определённого объекта-системы (опосредованная перекрёстная связь Х объекта 2 на рис. 3).
Это представление обоснуется несколькими системными свойствами, которые исследованы в науке:
функциональность – свойство любой системы обладать собственной целевой функцией в различных системах, то есть направленностью на достижение определённой цели, хотя элементы и подсистемы системы представляют собой совокупность разнонаправленных функций (целенаправленных действий);
внутренняя иерархичность (вложенность) – свойство систем состоять из подсистем, которые в свою очередь состоят из вложенных в них подсистем. Элементами (самыми малыми подсистемами) системы определяются исследователем, самими человеком. Обычно в качестве элементов принимаются те однотипные подсистемы, из которых состоит вся изучаемая система (объект) и все подсистемы в данном объекте-системе;
внешняя иерархичность (вложенность) - свойство систем входить в состав более крупных надсистем, которые в свою очередь вложены ещё в более крупные надсистемы;
гомеостатичность – свойство вложенных (иерархически организованных) систем организовывать перекрёстные связи внутри себя между системами одного и разных уровней, которые регулируют внутреннюю среду системы, благодаря чему нормы, структура и другие параметры системы, в условиях постоянно изменяющейся внутренней и внешней среды, поддерживаются постоянными и изменяются лишь в определённых пределах.
Бесконечность вложенности обоснуется тем, что, числовым коэффициентом вложенности являются иррациональные числа.
Наличие иерархии систем и связей между ними предполагает их взаимное влияние друг на друга. Таки образом природа, представляется как пирамида систем, сложным образом взаимодействующих между собой. Механизм саморегуляции каждого уровня организации систем дает свой вклад в поддержание жизни на этом уровне и тем самым формирует следующий уровень организации систем со своими собственными, более мощными механизмами саморегуляции. В ответ системы предыдущего уровня получают целесообразное изменение условий своей жизни – относительную стабильность окружающих условий. Кроме этого на системы оказывают влияние механизмы саморегуляции систем глобального масштаба, с которыми данные системы непосредственно не связаны. Причём нормы надсистем глобального уровня в силу своей мощности являются приоритетными для систем гораздо меньшего масштаба.
Что такое конкретный объект-система?
Объект-система представляет собой структуру, состоящую из элементов, подсистем и связей между ними которые осуществляют взаимодействие между собой по общим для этой системы нормам, реализуя отличную от частных, общую основную целевую функцию (рис. 4).
При этом на систему постоянно воздействуют системы, как с внешней, так и с внутренней среды.
Любая система обладает следующими исследованными в науке системными свойствами:
Нормативность. Все элементы и подсистемы в системе взаимодействуют между собой по общим нормам. Отсутствие общих норм означает отсутствие взаимодействия, а значит отсутствие самой системы.
Информативность. Способность системы распознавать определённую часть вещественно-полевого потока для поддержания своей основной функции.
Связанность (связи). Система связана с внешним и внутренним миром множеством связей вещественно-полевого и информационного характера. При этом выделяют прямые и обратные связи.
Прямые связи – это действия различных систем направленные друг на друга.
Обратные связи – это действия и/или реакция внутренней и внешней среды на выполнение системой своей функции. Различают положительные и отрицательные обратные связи.
Положительные обратные связи – это действия и/или реакция внутренней и внешней среды на выполнение системой своей функции, которые направлены на разрушение системы.
Отрицательные обратные связи – это реакция внутренней и внешней среды, которая нацелена на сохранение системы.
Обобщая, делаем вывод, что обратная связь – воздействие результатов функционирования какой-либо системы (объекта) на характер этого функционирования. Основная идея обратной связи - использовать сами отклонения системы от определенного состояния для формирования регулирующего или саморегулирующего воздействия.
Что есть связь?
Связь - это материальный поток, передаваемый от системы к системе. Под материей в науке понимается вещество и поле. Вещество – это наблюдаемое состояние материи: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма.
Поле бывает электрическим, магнитным и гравитационным, а также нормативным, которое в различных предметах именуется как хрональное поле или биополе, квантовое поле или струна. Смотри рис. 5.
То есть на систему постоянно воздействует вещественно-полевой поток из внешней и внутренней среды. Если система регистрирует (распознаёт) часть этого потока, то система формирует для себя ещё один поток – информационный поток.
За счёт информационного потока система распознаёт часть потока и определяет соответствие или не соответствие данного вещественно-полевого потока для поддержания собственной основной функции.
В систему проникает или система сама поглощает часть вещественно-полевого потока, который для неё является источником энергии.
За счёт организации информационного потока система распознаёт, какая часть энергетического потока способствует реализации основной функции, а какая нет и направлена на разрушение системы.
За счёт информационного потока система преобразует поступающий в неё вещественно-полевой поток для обеспечения своей основной функции, а результаты преобразования отдаёт обратно во внешнюю среду. Внешняя среда также может и отнимать у системы часть материи и информации.
В результате выполнения своей основной функции система оказывает воздействие на внешнюю и собственную внутреннюю среду. Внутренняя и внешняя среда реагируют на это воздействие и ответно воздействуют на систему. Такое воздействие принято обозначать как положительная (+) обратная связь, то есть воздействие, направленное на изменение системы.
В ответ элементы системы выстраивают отрицательные (-) обратные связи по отношении ко всей системе, направленные на самосохранение всей системы (см. рис. 6).
На рис. 6 представлен конфигуратор объекта-системы.
Конфигуратор – графико-текстовая модель объекта описывающая структуру, функции и процессы объекта-системы, которая несёт особую функцию в системе создаваемой теории: она является изображением объекта, созданным специально для того, чтобы объединить уже существующие знания.
Описание принципа организации и действия положительной и отрицательной обратных связей раскрывает ещё два системных свойства:
Д инамичность. Любая система, это динамический объект, что означает, что все системы в природе пребывают в процессе непрерывного движения, которое характеризуется последовательностью смены состояний этих систем.
Целостность – изменение любого элемента системы оказывает воздействие на все другие элементы и приводит к изменению системы в целом; и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех элементах системы.
Процесс преобразования и передачи вещественно-полевого и информационного потоков также является динамическим процессом. В результате преобразования происходит не только преобразование указанных потоков, но и изменение, качественное преобразование эволюция или деградация объектов-систем, их рождение и смерть.
Рождение системы происходит в результате корреляции (взаимного соответствия) нормативных полей первоначального состава элементов или подсистем будущего объекта-системы.
При определённом соответствии норм отличные друг от друга системы способны друг друга распознавать и организовать взаимный информационный поток.
Взаимный информационный поток позволяет системам организовать взаимодействие и даже взаимосодействие систем. Говоря языком диалектики, взаимосодействие направленно на устранение взаимных противоречий (отличий), а точнее на взаимное дополнение друг друга и устранение взаимного несоответствия.
Результат взаимосодействия первичных элементов и подсистем является удачным, когда им удаётся организовать более целесообразную в изменившихся условиях функциональную систему. Это способствует присоединению к этой новой системе других элементов и подсистем со схожими нормами. При достижении определённого критического уровня, новая функциональная система обретает способность порождать аналогичные себе функциональные системы.
Смерть системы происходит в результате её неадекватного функционирования относительно постоянно изменяющихся условий внешней и внутренней среды. Причиной этого является постепенная деградации или полное отсутствия у системы отрицательных обратных связей, то есть подсистем отвечающих за принятие решений в отношении всей системы.
Таким образом, расширение, эволюция и качественное преобразование системы зависит от уровня развития её отрицательных обратных связей.
Что есть отрицательная обратная связь?
Отрицательная обратная связь – подсистема, в кооперации организованная самими элементами системы, каждая из которых работает по определенным нормам и имеет собственную отличную от других функцию, действие которой направлено на сохранение всей системы.
Выделяют четыре уровня развития системы в зависимости от того, какие отрицательные обратные связи она содержит, и какие функции эти отрицательные обратные связи несут:
Простая система . Подсистемы отрицательной обратной связи охватывающей всю систему нет. Система обеспечивает самосохранение благодаря сохранившимся общим текущим нормам взаимодействия и индивидуальным отрицательным обратным связям самих элементов и подсистем системы;
Саморегулируемая система . При сохранении индивидуальных отрицательных обратных связей элементов, элементами организована память и текущая отрицательная обратная связь на всех уровнях иерархии системы. Текущая отрицательная обратная связь действует на основе общих текущих норм системы и включена непосредственно в процессы функционирования.
Функционал текущей отрицательной обратной связи:
· защита системы от действия внешних и внутренних воздействий (положительных обратных связей);
· контроль индивидуальных отрицательных обратных связей элементов и подсистем на предмет их не срабатывания от действия положительной обратной связи;
· контроль и регулирование выхода системы в рамках установленных параметров;
· контроль и регулирование функционирования элементов и подсистем в системе.
Самоадаптивная система. При сохранении индивидуальных отрицательных обратных связей элементов, памяти и текущей отрицательной обратно связи, элементами системы на всех уровнях иерархии системы организуется адаптивная отрицательная обратная связь, которая функционирует в соответствии с общими для системы нормами адаптации.
Функционал адаптивной отрицательной обратной связи:
· контроль индивидуальных отрицательных обратных связей элементов и подсистем на предмет их не срабатывания от действия положительной обратной связи и текущей отрицательной обратной связи;
· контроль функционирования текущей отрицательной обратной связи системы при воздействии внешней и внутренней положительной обратной связи;
· изменение текущих норм системы в соответствии с нормами адаптации и соответственно изменение связей и функционала в рамках существующей структуры системы.
Саморазвивающаяся система. При сохранении индивидуальных отрицательных обратных связей элементов, памяти системы, текущей и адаптивной отрицательных обратных связей, элементами системы на всех уровнях иерархии системы организуются структуры методологической обратной связи.
Методологические обратные связи формируются, если для этого в системе существуют условия: наличие элементов способных осуществлять саморазвитие, свобода элементов в получении информации из внутренней и внешней среды, возможность в применении результатов саморазвития в данной системе.
Нормы методологических обратных связей формируются элементами самостоятельно и могут отличаться.
Функционал методологической обратной связи:
· контроль индивидуальных отрицательных обратных связей элементов и подсистем на предмет их не срабатывания от действия положительной обратной связи, текущей и адаптивной отрицательной обратной связи;
· получение новой информации из всего вещественно-полевого и информационного потока внутренней и внешней среды системы;
· разработка и внедрение принципиально новых норм и структуры системы, изменение всех норм системы. Фактически создание новой системы на базе старой системы, с использованием полученной и переработанной новой информации.
Других уровней развития системы не существует, поскольку при успешном действии методологической обратной связи, будет создана принципиально новая система. Которая по отношению к старой системе будет более функциональной в изменившихся условиях внутренней и внешней среды. Элементы старой системы в целях выживания (самосохранения) присоединяются к более прогрессивным нормам, реорганизуются в новую систему, а старая система перестанет существовать. В этом заключается двоякость методологической обратной связи, она носит одновременно и отрицательный и положительный характер обратной связи по отношению к системе. С одной стороны разрушает старую систему, с другой стороны формирует новую на базе тех элементов и подсистем, которые восприняли новый принцип (методологию) её организации.
Из описания отрицательных обратных связей следует:
· простая, саморегулируемая и самоадаптивная системы – не способны качественно преобразовываться, а значит эволюционно развиваться;
· простая система быстрее, саморегулируемая система позже, а самоадаптивная система ещё позже, в своём развитии непременно двигаются к деградации и затем смерти;
· способностью жить обладают системы саморазвивающегося типа, так как в них периодически происходит перерождение индивидуальных, текущих, адаптивных и методологических обратных и прямых связей. Что даёт им возможность адекватно реагировать на постоянные изменения во внешней и внутренней среде.
На базе описания представим конфигуратор объекта-системы со всеми типами отрицательных обратных связей (см. рис. 7).
Читайте также: