Сложная система и её особенности. Управляемость сложных систем. Закон усиления регулирования и управления. Управление как антиэнтропийный процесс.

Сложная система состоит из множества взаимодействующих составляющих (подсистем), вследствие чего сложная система приобретает новые свойства, которые отсутствуют на подсистемном уровне и не могут быть сведены к свойствам подсистемного уровня. Изучение сложности — одно из важнейших направлений современной науки. Сложная система определяется как система, имеющая много независимых элементов, каждый из которых может взаимодействовать с остальными. Например, куча песка может рассматриваться как сложная система, поскольку нажатие на одну песчинку увеличивает силы давления на все другие песчинки в куче, а эти песчинки, в свою очередь, отвечают на это легкой деформацией, вызывающей силы противодействия. Фондовая биржа — другой пример сложной системы, где покупатели и продавцы меняют свое поведение при изменении поведения других покупателей и продавцов. Такая система, как фондовая биржа, где поведение элементов меняется в результате действий других элементов, называется сложной адаптивной, или самоприспосабливающейся, системой. Решение современных задач управления, проектирования и исследования технических, экономических, организационных и других систем требует привлечения специалистов разных профилей. Их эффективное сотрудничество возможно лишь при условии наличия общей методологии, в рамках которой проводится исследование. Такая методология носит звание «системный анализ». Объектом его изучения является «сложная система», а один из важнейших его инструментов есть моделирование на ЭВМ. Термин «система» появился в научной литературе давно и является фактически таким же неопределенным, как «множество» или «совокупность». Определим понятие система, как множество компонентов, объединенных в единое целое некоторой формой регулярного взаимодействия или взаимозависимости для выполнения определенной функции. При этом компоненты будем подразделять на подсистемы, также имеющие внутреннюю структуру, как и сама система, и элементы, которые являются неделимыми с точки зрения исследователя сложной системы. Компоненты имеют определенные характеристики (признаки), которые могут принимать дискретные или непрерывные значения в процессе функционирования системы и ее взаимодействия с внешней средой. Воздействие внешней среды выражается через входные (экзогенные) переменные. С другой стороны, результат работы системы фиксируется через выходные (эндогенные) переменные. Если они характеризуют внутреннюю динамику функционирования системы, то это переменные состояния. Выходные воздействия работы системы на внешнюю среду отражаются через переменные, называемые откликами. Системой вследствие присущих ей свойств могут устанавливаться ограничения, представляющие собой пределы изменения значений входных переменных или условия, при которых наблюдаются определенные значения. Ограничения могут также вводиться разработчиком сложной системы. Ни одна задача изучения сложной системы не может быть решена без введения целевой функции (критерия эффективности), которая представляет собой точное отображение целей или задач системы и необходимых правил оценки их выполнения. Наиболее широко термин «система» первоначально использовался в механике, где обозначал материальную систему, т. е. совокупность материальных точек, подчиненных определенным связям. Подобные системы рассматриваются в основном в задачах динамики. Законы динамики были получены длительным индуктивным путем. Выдвигаемые гипотезы проверялись на многочисленных опытах. Проверялись также и многочисленные следствия выдвигаемых гипотез. Все это было реализовано благодаря возможности ставить «чистые опыты», т.е. устранять многочисленные мешающие факторы – сводить трение к минимуму, ставить опыты в вакууме, проводить достаточно точные измерения и т. п. Кроме того, условия опытов могли быть воспроизведены с весьма большой точностью в другое время и в другом месте. Новый этап начался с момента, когда ученые приступили к исследованию систем, названных впоследствии «сложными», динамика которых во многом зависит от человека и принимаемых им решений. Перечислим наиболее характерные особенности сложных систем (СС): 1. Уникальность. Аналогичные по назначению системы имеют ярко выраженные специфические свойства, во многом определяющие их поведение. Так, множество автобусных маршрутов отличается от сети горэлектротранспорта, которые, в свою очередь, имеют существенные отличия от метрополитена. В пределах города эти виды транспорта могут обслуживать население совместно. Схема маршрутов, как правило, подвержена изменениям и т.д. 2. Слабая структурированность теоретических и фактических знаний о системе. Так как изучаемые системы уникальны, то процесс накопления и систематизации знаний о них затруднен. Так, данные, собранные при строительстве одного предприятия, будут, вообще говоря, лишь частично полезными при строительстве другого подобного объекта. Сюда же следует отнести слабую изученность ряда процессов, связанную с обычными для сложных систем изменениями их технической и технологической баз, значительным влиянием человеческого фактора, невозможностью или ограниченностью «натурного эксперимента». Следствием этого, в частности, является необходимость использования ансамбля моделей при анализе системы. Различные модели могут отражать как разные стороны функционирования системы, так и разные уровни отображения исследователем одних и тех же процессов. 3. Составной характер системы. Уже на самом первом этапе изучения системы исследователь вынужден использовать понятие подсистемы как некоторой достаточно автономной части всей системы. Разделение СС на подсистемы, т.е. ее декомпозиция, как правило, зависит от принятых технических решений, целей создания системы и взглядов исследователя на нее. При декомпозиции существенны следующие факторы: • рассматриваемая система может быть разделена (не обязательно единственным образом) на конечное число подсистем; каждая подсистема в свою очередь может быть разделена на конечное число более мелких подсистем и т.д. — до получения, в результате конечного числа шагов, таких частей, называемых элементами сложной системы, относительно которых имеется договоренность, что в условиях данной задачи они не подлежат дальнейшему разделению на части; • элементы СС функционируют не изолированно друг от друга, а во взаимодействии, при котором свойства одного в общем случае зависят от условий, определяемых поведением других элементов, и влияния внешней среды; • свойства СС в целом определяются не только свойствами элементов, но и характером взаимодействия между элементами. 4. Разнородность подсистем и элементов, составляющих систему. Составляющие систему элементы и подсистемы разнородны в самых различных смыслах. Во-первых, это – физическая разнородность. Так, система городского пассажирского транспорта включает в себя сеть автобусных маршрутов, горэлектротранспорт, метрополитен и т.д., которые, вообще говоря, имеют различную природу. Во-вторых, это – разнородность математических схем, описывающих функционирование различных элементов. Например, если взаимодействие транспортных средств с пассажирами может быть представлено моделями массового обслуживания, то для описания процесса движения транспорта на дороге часто используют аппарат дифференциальных уравнений. Удобно разделить модели подсистем и элементов на две категории: внешние и внутренние. Названия эти условны и имеют следующий смысл. Вследствие недостатка знаний о функционировании элемента, из-за необходимости понизить размерность модели, а также по другим причинам часто используют модели типа «вход-выход». При этом не интересуются динамикой состояний элементов, а лишь описывают их внешнее поведение. Примерами моделей подобного типа служат различные регрессионные модели, поверхности отклика, функциональные зависимости и т. п. Такие модели назовем внешними (черный ящик). В отличие от внешних для внутренних моделей характерным является описание механизмов, управляющих динамикой их состояний, которое может базироваться на нашем представлении и гипотезах относительно истинного поведения моделей. В известном смысле идеальным случаем является формирование указанного механизма на базе уже выявленных и экспериментально проверенных закономерностей. Примерами могут служить модели, описываемые дифференциальными уравнениями, Марковскими процессами и др. 5. Случайность и неопределенность факторов, действующих в системе. Примерами подобных факторов могут служить погодные условия, случайные отказы оборудования, транспорта и т. д. Учет этих факторов приводит к резкому усложнению задач и увеличивает трудоемкость исследований (необходимость получения представительных наборов данных). 6. Многокритериальность оценок процессов, протекающих в системе. Невозможность однозначной оценки диктуется следующими обстоятельствами: наличием множества подсистем, каждая из которых, вообще говоря, оценивается по своим критериям; множественностью показателей (иногда противоречивых), характеризующих работу всей системы (например, форсирование темпов, как правило, приводит к ухудшению качества работ); наличием неформализуемых критериев, используемых при принятии решений (в случае, когда решения основаны, например, на практическом опыте лиц, принимающих решения). 7. Большая размерность системы. Эта особенность системы обусловливает потребность в специальных способах построения и анализа моделей. Возрастающее многообразие общественной жизни и государственных институтов, их деятельности обусловило необходимость усиления регулирования и управления общественными процессами. В теории социального управления эта объективная необходимая тенденция рассматривается как общий закон социального управления. (Понятие “регулирование” обозначает необходимый признак управления.) В государственном управлении эффект действия данного закона, отмечает М.Н. Мысин, “наиболее наглядно проявляется в рационализации рычагов социального регулирования на основе высокоспециализированных методов, разрабатываемых наукой управления /З/. Автор характеризует основные изменения, связанные с усилением регуляции в государственном управлении. Это: усложнение и усиление взаимосвязи проблем и расширение круга факторов, которые необходимо учитывать при разборке решений; рост масштабов и сложности реализуемых проектов и программ, значимости и стоимости стратегического решения и соответственно цены возможных ошибок; возрастание размеров, сложности и стоимости самого управленческого аппарата и соответственно изменение характера управленческого процесса; возрастание требований к решению вопроса эффективности использования ресурсов, имеющихся в распоряжении органов власти и управления, поскольку они ограничены. Теоретическое обоснование закона усиления регулирования и управления как общего для государственного управления можно углубить и расширить. Усложнение проблем, увеличение числа факторов, которые влияют на разработку и принятие стратегических и других государственных решений, происходит в силу объективной потребности совершенствования государственного управления как системно-интегрированной деятельности. Стимулируют процесс активизации этой деятельности задачи обеспечения целостности общества и его политической формы организации, необходимость регулирования и разрешения социальных конфликтов — основного условия сохранения стабильности и единства общественного организма. Проблема целостности в современных условиях актуальна для всех стран, и в особенности для России, оказавшейся в яме глубокого системного кризиса, грозящего разрушить почти тысячелетнее государственное образование. Кибернетика установила, что управление присуще только системным объектам. Общим в процессах является его антиэнтропийный характер, направленность на упорядочение системы. Процесс управления можно разделить на несколько этапов: • Сбор и обработка информации. • Анализ, систематизация, синтез. • Постановка на этой основе целей. Выбор метода управления, прогноз. • Внедрение выбранного метода управления. • Оценка эффективности выбранного метода управления (обратная связь). Конечной целью теории управления является универсализация, а значит согласованность, оптимизация и наибольшая эффективность функционирования систем. Энтропия — функция состояния системы, равная в равновесном процессе количеству теплоты сообщённой системе или отведённой от системы, отнесенному к термодинамической температуре системы. Энтропия — связь между макро и микро состояниями, единственная функция в физике, которая показывает направленность процессов. Функция состояния системы, которая не зависит от перехода из одного состояния в другое, а зависит только от начального и конечного положения системы.