16 Лекция 19 развитие сложных систем

При исследовании сложных систем принято выделять процесс развития в качестве самостоятельного этапа существования системы, имеющего специфические, присущие только развитию, законы, принципы, формы, свойства, характеристики. Среди традиционно называемых этапов жизненного цикла системы (зарождения, функционирования, развития и гибели или перерождения) сравнению подвергают, как правило, этапы функционирования и развития. Эти этапы являются, с одной стороны, наиболее близкими по составляющим их процессам, а, с другой стороны, как следствие, наиболее пригодными для анализа с целью выявления отличительных свойств каждого из них.

Для производственных систем (ПС), как систем, относящихся к классу сложных динамических систем, процесс функционирования рассматривается как процесс выпуска продукции и ее реализации на рынке при отсутствии качественных изменений технологий производства, организации и управления, видов производимой продукции и рынков сбыта.

Процесс функционирования ПС имеет своей обобщенной целью либо поддержание текущего достигнутого уровня в производстве и реализации продукции, либо обеспечение перехода к новому состоянию, незначительно отличающемуся в количественном отношении и идентичному в качественном отношении. Для достижения этой цели решаются задачи планирования, контроля, диагностики состояния, анализа, принятия решения, исследования устойчивости, обеспечения безопасности функционирования, управления и адаптации системы в условиях динамичной и неопределенной внешней среды. Перечисленные задачи рассматриваются в этом случае как тактические, т.е. исследуются особенности функционирования ПС на достаточно небольшом временном интервале.

Подходы к решению ряда из названных выше задач основаны на применении методов моделирования и синтеза управленческих решений с использованием технологий нейронных сетей, нечеткой логики и экспертных систем и были рассмотрены в предшествующих главах. Ниже излагаются некоторые взгляды на проблемы, связанные с процессом развития ПС.

Системный подход к развитию сложных систем

Проблема развития сложных систем различной физической природы интересовала ученых, занимающихся исследованиями в разных областях науки и техники, с давних времен. К настоящему времени данная проблема приобрела достаточно конкретные очертания. Процесс развития как система имеет иерархическую структуру, уровни которой выделены по степени обобщенности объектов развития. На верхних уровнях системы рассматривается процесс развития цивилизации и мировой системы в целом, а на нижних уровнях – процессы развития объектов научной и практической деятельности человека. В соответствии с этой структурой в методологии исследования развития можно выделить три уровня научных подходов: общую методологию, частную (или специальную) методологию и конкретную методологию исследования развития.

Общая методология, отражающая общефилософский подход к проблеме развития, представлена диалектикой как наукой о наиболее общих законах развития природы, общества и мышления. В соответствии с основными положениями диалектики развитие рассматривается как направленное движение во времени, которое характеризуется:

• наличием движущей силы в виде противоречия, как источника всякого развития;

• постепенным переходом количественных изменений в качественные;

• перерывом постепенности и скачком;

• отрицанием исходных моментов развития и отрицанием самого отрицания;

• спиралевидной формой, отражающей повторение на более высоком уровне прежних черт, характеризующих начальное состояние.

Частная методология, отражающая общенаучные принципы, применяемые в данной области знаний, представляет собой реализацию философских принципов применительно к специфическому объекту исследования, например, к сложным системам. В этом случае на уровне частной методологии процесс развития рассматривается с позиций системного, динамического, структурного, кибернетического и других подходов, что позволяет сформировать концепцию исследования развития сложных систем, имеющих различную физическую природу.

Конкретная методология предполагает разработку конкретных методов и методик исследования развития конкретных систем, например, финансовых, производственных, технических систем и т.д., на основе сформулированных ранее концепций исследования, а также изучения особенностей этих систем.

Цель исследования процесса развития производственных систем – разработка концепции развития ПС на основе системного подхода, выявление особенностей ПС как объекта развития, а также разработка структур и моделей управления процессом развития ПС как сложной системой.

Согласно требованиям системного подхода процесс развития ПС должен быть рассмотрен, во-первых, с разных сторон, отражающих различные системные аспекты развития ПС (развитие цели, структуры, функции, технологий, ресурсов и т.д.); во-вторых, как сложная система, состоящая из множества отдельных функциональных подсистем, взаимосвязанных друг с другом, а также с подсистемами внешней среды; и, в-третьих, как элемент другой, более сложной, системы. При этом в процессе анализа должны быть выявлены как общие закономерности развития, присущие сложным системам различной физической природы, так и специфические черты развития, присущие производственным системам.

Для выявления общесистемных свойств процесса развития ПС целесообразно рассмотреть некоторые из имеющихся в научной литературе определений понятия развития.

1. Развитие – это необратимое, направленное, закономерное изменение во времени и в пространстве атрибутов системы и ее моделей [1]. Под атрибутами системы как принадлежащими ей неотъемлемыми существенными признаками понимаются ее цели, функции, структура, определяемая как множество элементов и связей на выделенном уровне декомпозиции, а также параметры, свойства, конструкция, ресурсы, технологии и т.д. Только одновременное наличие всей триады указанных особенностей позволяет отделить процесс развития от других видов изменений, например, функционирования или случайных изменений.

Для процесса функционирования характерна обратимость изменений, например, наличие циклического воспроизводства постоянного множества функций. Производственная система, которая может быть представлена мелкосерийным, крупносерийным, единичным и т.д. производством, при выпуске каждой партии продукции неизменного качества выполняет одну и ту же последовательность технических операций и, следовательно, одинаковый по содержанию набор функций, например, планирования, учета, контроля, принятия решений и т.д.

Процесс развития ПС имеет необратимый характер и предполагает внедрение качественно новых технологических операций, оборудования, материалов, технологий управления и создание на этой основе ПС следующего уровня развития. Последняя включает также и все положительное, имевшее место ранее, что совместно с новым составляет основу для будущего эффективного существования ПС.

При отсутствии в системе направленности изменения ее атрибутов (например, из-за отсутствия цели развития) в ней принципиально не могут накапливаться ни ресурсы, ни новые свойства, ибо они то появляются, то разрушаются и исчезают вновь. В этом случае процесс движения лишается характерной для развития единой, внутренне взаимосвязанной структуры, определяющей ее свойство преемственности.

Производственная система как развивающаяся система является целеустремленной. В общем виде цель развития ПС, вне зависимости от конкретных показателей, выбранных для оценки состояния системы, может быть выражена как стремление к улучшению или совершенствованию этих показателей путем достижения нового качества в структуре и технологии производства и управления, выпускаемой продукции, особенностях организации и т.д. Весь процесс развития ПС можно представить как множество взаимосвязанных этапов, каждому из которых соответствует свое поколение системы. Тенденции изменения при переходе от одного этапа к другому определяют направление развития. Для ПС исторически глобальным направлением можно назвать их развитие от механизации труда на начальных этапах до интеллектуализации производственной деятельности в настоящее время. Следует отметить, что поскольку всякое развитие осуществляется в реальном времени, то только фактор времени выявляет направленность развития.

На рис.1 представлено графическое изображение процесса развития на некотором отрезке времени. Процесс развития происходит по огибающей по отношению к циклическим процессам функционирования системы, которая определяет направление развития системы.

Наличие направления развития и сохранение его во времени в виде устойчивого процесса свидетельствует о закономерном характере этого процесса. Развитие ПС, являясь сложным процессом, подверженным действию, как отмечалось выше, различного рода неопределенностей, не является в то же время случайным процессом по своей сущности. Закономерный характер изменений в развитии ПС обусловлен устойчивыми тенденциями совершенствования различных сторон деятельности ПС, опирающимися на основные направления научно-технического прогресса.

2. Развитие системы – совокупное изменение во взаимосвязи количественных, качественных и структурных категорий в системе. Динамические процессы, соответствующие данному представлению о развитии, изображены в графическом виде на рис.2. Процесс развития является циклическим. Каждый цикл развития представляет собой последовательное прохождение этапов, во-первых, эволюционного изменения качественного состояния (этапы I и II на рис.2,а) и, во-вторых, скачкообразного перехода достигнутого состояния в конце текущего цикла на новый качественный уровень, означающий начало нового цикла развития (этап III на рис.2,а). Таким образом, для развивающихся систем характерны, с одной стороны, устойчивость функционирования и развития структуры внутри цикла (этап I), а с другой стороны, потеря устойчивости в конце цикла (этап II), что сопровождается разрушением старой структуры и созданием новой структуры, устойчивой в новых ситуациях или условиях функционирования.

Отметим, что потеря устойчивости в конце эволюционного этапа развития может носить либо колебательный (рис. 2, а), либо апериодический характер (рис. 2, б). Так, например, процесс структурных преобразований промышленного комплекса России при переходе от планового ведения хозяйства к рыночной экономике, соответствующий революционному этапу развития, характеризуется временной потерей устойчивости и носит колебательный характер.

а б

Рис. 2. Графическое представление процесса

развития системы

Отметим также, что реальный процесс развития представляет собой некоторое периодическое движение. Направление этого движения определяется законом эволюции. Общее направление этого движения может быть выражено либо в линейной форме (рис.2), либо в более сложной форме, например, также в циклической, но с более протяженным во времени периодом.

Указанная периодичность процесса развития соответствует классической модели развития в виде расширяющейся кверху спирали, предложенной Гегелем. Существуют также модели в виде сужающейся кверху спирали. Вообще-то о развитии необходимо говорить по отношению к конкретному отрезку времени. При построении модели развития больших систем следует учитывать периодичность спадов, подъемов, этапы более или менее стабильного развития системы, тогда форма развития системы может быть представлена в виде то расширяющейся, то сужающейся, то относительно «ровной» спирали (рис.3).

3. Развитие – процесс последовательного прохождения системой трех стадий. Первая стадия, носящая название конвергенции, соответствует устойчивому эволюционному развитию системы. На этом этапе происходит сближение свойств, структуры и функций системы с такой системой, которая наилучшим образом приспособлена к данной окружающей внешней среде или данному множеству ситуаций, т.е. происходит процесс адаптации системы.

Вторая стадия, носящая название дивергенции, соответствует предскачковому (предреволюционному) состоянию развития, которое характеризуется появлением некоторого многообразия альтернативных путей и форм развития. Данный этап зарождается либо из-за изменения свойств внешней среды, либо из-за изменения внутренних свойств самой системы, либо из-за истощения ресурсов, либо из-за попадания системы в состояние насыщения (ограничения) и потери эффективности управляющих органов или факторов. Все это в совокупности приводит к существенным изменениям (отклонениям, дивергенции) свойств системы, ее поведения, что и порождает необходимость пересмотра в ближайшем будущем (т.е. имеется еще резерв времени) форм существования системы и путей ее развития.

Третья стадия, носящая название кризисной (критической), характеризуется потерей устойчивости процесса развития. Через эту стадию система должна пройти для того, чтобы перейти в новое качественное состояние, в котором она будет устойчиво функционировать в новых условиях. При этом переходе происходит реорганизация системы путем трансформации, разрушения (удаления) старых или построения и введения новых элементов и связей с целью адаптации системы к новой среде.

Данное определение по содержанию схоже с предыдущим определением и может быть представлено в виде вышеописанных моделей (рис.2). Только на стадии II, как отмечается в данном определении, в зависимости от сложившейся ситуации возможны альтернативные пути и формы развития.