Категорії

Дипломні, курсові
на замовлення

Дипломні та курсові
на замовлення

Роботи виконуємо якісно,
без зайвих запитань.

Замовити / взнати ціну Замовити

14.3. Самоорганізація та етапи еволюції складних систем

14.3. Самоорганізація та етапи еволюції складних систем

У процесі свого розвитку довільна система проходить дві стадії: еволюційну (або адаптаційну) і революційну (стрибок, катастрофа). Під час розгортання еволюційного процесу відбувається повільне нагромадження кількісних і якісних змін параметрів системи та її компонентів, відповідно до яких у точці біфуркації система вибирає один із можливих для неї атракторів. У результаті цього відбувається якісний стрибок, і система формує нову дисипативну структуру, що відповідає вибраному атрактору.

Еволюційний етап розвитку характеризується наявністю механізмів, що гасять сильні флуктуації системи, її компонентів або середовища і повертають її до стійкого стану, властивого їй на цьому етапі. Через нагромадження в системі, її компонентах та зовнішньому середовищі змін здатність системи до адаптації спадає і зростає нестійкість. Поступово в системі зростає ентропія. Постає гостра суперечність між старим і новим у системі, а з досягненням параметрами системи і середовища біфуркаційних значень нестійкість стає максимальною і навіть малі флуктуації приводять систему до катастрофи — стрибка.

На цій фазі розвиток має непередбачуваний характер, оскільки він зумовлюється не тільки внутрішніми флуктуаціями (силу і спрямованість яких можна спрогнозувати, проаналізувавши історію розвитку і сучасний стан системи), а й зовнішніми. Це вкрай усклад­нює, а то й унеможливлює прогноз. Іноді висновки про майбутній
стан і поводження системи можна зробити, скориставшись «законом маятника» — стрибок може сприяти вибору атрактора, «протилежного» минулому. Після формування нової дисипативної структури система знову стає на шлях плавних змін, і цикл повторюється.

Але насправді розвиток реальних систем включає  в себе не тільки прогресивні атрактори, а й атрактори деградації (які з часом можуть змінитися прогресом, а можуть і привести систему до краху) та руйнування. Розглянемо, коли можливі деградація та руйнування системи.

Деградація системи може відбутися за таких умов.

1. Загальносистемні умови:

система гальмує процес переходу: зі збільшенням кількості нових ознак вона не змінює відповідно свого поводження через що ентропія її зростає, система перестає виконувати свої функції і дезорганізується;

система вибирає неконструктивну траєкторію або сценарій розвитку, наприклад стає закритою;

різко зменшується кількість компонентів, необхідних для функціонування;

зростає кількість неефективних («баластових») компонентів.

2. Умови, що пов’язані з підсистемою управління:

підсистема управління в точці біфуркації намагається перевести систему на траєкторію, що не відповідає минулому та поточному станам системи (наприклад, «перестрибує» через етапи), або система вибирає один сценарій і відповідну йому дисипативну структуру, а підсистема управління «допомагає» їй будувати іншу;

підсистема управління (а не сама система, як у першому випадку) гальмує процес переходу в точку біфуркації;

підсистема управління після катастрофи не змінюється або змінюється недостатньо й у результаті тягне систему на старий, віджилий атрактор;

підсистема управління недостатньо узгоджена з підсистемами, компонентами або системою в цілому (наприклад, нав’язує системі стрибок при відсутності об’єктивних умов для нього);

для досягнення загальносистемних цілей ігнорується необхідність узгодження їх із цілями підсистем, тобто робиться спроба досягти загальносистемного оптимуму за рахунок під-
систем;

підсистема управління не виконує своїх функції або гіпертрофує їх.

Руйнування системи може відбутися якщо:

зазначені щойно умови деградації існують протягом тривалого часу, а зусилля з коригування структури й поводження системи або підсистеми управління недостатні, несвоєчасні, нерезонансні із системою тощо;

зовнішнє середовище здійснює сильно впливає на систему;

внутрішні флуктуації руйнують зв’язки між компонентами системи;

внаслідок зовнішніх або внутрішніх флуктуацій система втрачає елементи, замінити які неможливо.

У процесі розвитку, що складається з циклічно повторюваних стадій еволюції та стрибків, система постійно переходить зі стійкого стану до хисткого та навпаки. Структурна і функціональна стійкість формується у процесі адаптації системи до нових зовнішніх і внутрішніх умов, що змінилися в результаті катастрофи, і зберігається протягом більшої частини еволюційної стадії.

Підвищенню стійкості системи сприяє дублювання головних її функцій. Інший підхід до підвищення стійкості системи в період еволюційного розвитку полягає у збереженні визначеної спеціалізації підсистем.

Наприклад, багато систем (зокрема, соціальні, економічні) мають у своєму складі «оперативні» та «консервативні» підсистеми. Перші з них наближаються до середовища, намагаючись «гасити» його негативні флуктуації та використовувати позитивні. Другі — віддаляються від середовища та намагаються зберігати якісну визначеність системи.

Коли зміни параметрів системи під впливом зовнішніх або внутрішніх флуктуацій перевищують її адаптаційні можливості, настає стан нестійкості (точка біфуркації), переломний для розвитку системи момент. Нестійкість часто виникає у відповідь на введення в систему нового компонента.

У точці біфуркації нестійкість підсилюється через те, що в системах завжди присутні флуктуації, які гасяться у стійкому стані. Але в результаті нелінійних процесів, які виводять параметри системи за критичні значення, такі флуктуації підсилюються і можуть спричинити стрибкоподібний перехід до нового стійкого стану з меншою ентропією, після чого цикл «плавний розвиток—стрибок», «еволюція—революція», «стійкість—нестійкість» повторюється.

Отже, стійкість та нестійкість є однаково необхідними у процесі розвитку будь-якої системи. Абсолютно хистка система не може протистояти флуктуаціям, не здатна до адаптації і швидко руйнується. Проте надто стійка система, придушуючи будь-які флуктуації, консервує свою структуру й поводження і тому не здатна змінитися якісно, вона позбавлена можливості розвитку, і її руйнування стає лише справою часу. Обидва типи систем приходять до хаосу, різниця між ними полягає в часі, що проходить до вибухового зростання ентропії.

Що ж є рушієм розвитку, що змушує систему змінювати свою якість? Висновки концепції самоорганізації значною мірою збігаються з висновками діалектики. Найбільш істотним джерелом процесу розвитку виступають суперечності. До найбільш істотних суперечностей можна віднести:

Суперечність між функцією і ціллю системи.

Суперечність між потребами системи в ресурсах і можливістю їх задоволення.

Суперечність між прагненням до порядку і хаосом (причому чим далі зайшло їхнє протистояння, тим вищий ступінь організованості системи, і навпаки).

Суперечність між прагненням системи до встановлення стійкого стану і засобами його досягнення. Останні забезпечують зміни та розвиток системи, що неминуче приводить її до нестійкого стану. Це відбувається в такий спосіб: система адаптується до середовища і внаслідок цього стає більш чутливою до флуктуацій, посилення флуктуацій викликає нестійкість, яка може спричинити стрибок).

Суперечність між цілями системи і цілями її компонентів.

Суперечність між процесами функціонування і розвитку. Хоча для того, щоб розвиватися, система має функціонувати
і не може функціонувати, не розвиваючись, у точці біфурка-
ції ці процеси стають гостро суперечливими. Інтереси розвитку та існування системи вимагають зміни її якості, а отже, зламу функціональних процесів, а в еволюційний період процеси функціонування стримують розвиток, згладжуючи флуктуації.

Суперечність між функціонуванням і структурою. В еволюційний період процеси функціонування більш пластичні, ніж структура системи, але їхня зміна, що здійснюється в інтересах системи, наштовхується на «жорсткість» незмінної структури. У момент стрибка структура змінюється дуже швидко, а функціонування відстає.

Суперечність між компонентами системи, які, нагромаджуючись, даються взнаки і на макрорівні.

Більшість суперечностей системи в еволюційний період згладжуються: зовнішнім ентропійним тенденціям і суперечностям тут протистоїть адаптація, а внутрішнім — функціонування («робота») системи.

Це досягається за рахунок належного управління. Проте свою неентропійну роль управління може відігравати тільки за наяв-
ності адекватних зворотних зв’язків. У протилежному випадку підсистема управління може генерувати руйнівні або сприятливі для деградації системи флуктуації, що сприяють прискоренню настання порогу самоорганізації. Проте навіть ідеальне управління в найкращому разіу здатне лише пом’якшити суперечності, що виникають.

Максимальні можливості щодо розв’язання назрілих суперечностей настають у момент катастрофи, а далі суперечності поступово нагромаджуються, і цикл повторюється. Можливості згладжування і розв’язання сеперечностей забезпечуються трьома способами: мінливістю, спадковістю (відтворенням) і добором, що відбувається у процесі конкуренції.

Властивість мінливості дає змогу системі варіювати на еволюційній стадії її поведінку, а на біфуркаційній — структуру. «Спадковість» (відтворення, здатність майбутнього залежати від минулого) вводить процеси мінливості у визначені межі, які зумовлені минулою структурою, станом і функціонуванням системи. А добір сприяє виживанню тих систем, в яких структура і функціонування, зумовлені минулим розвитком («спадковість»), здатні змінюватися відповідно до нових умов (мінливість) і адаптуватися до них.

Отже, адаптація не є єдиним чинником добору, і тим більше його наслідком, а являє собою одну з його умов. У точці біфуркації добір має тотальний характер — йому підлягають системи, їхні компоненти від верхнього до нижнього рівня, структури, взаємозв’язки і взаємини, способи функціонування; а в проміжку між точками біфуркації він відбувається передусім на мікрорівні, згодом наближаючись до макрорівня. Добір здійснюється у процесі конкуренції, що зумовлюється обмеженістю ресурсів і завжди призводить до нелінійних процесів.

Зміна еволюційного і біфуркаційного етапів розвитку систем, їхньої стійкості і нестійкості відбувається циклічно. Кожна система має не тільки циклічні процеси, зумовлені її природою, а й цикли, що нав’язуються їй середовищем (наприклад, зміна пори року, дня і ночі, місячних фаз, циклів економічної кон’юнктури і т. ін.). При цьому «зовнішні» цикли більш стабільні і стійкі, а цикли внутрішнього походження можуть змінюватися під їхнім впливом у результаті синхронізації — здат­ності систем найрізноманітнішої природи виробляти єдиний
ритм спільного існування, незважаючи навіть на слабкий взаємозв’язок між ними.

Процеси самоорганізації в економічних системах реалізуються за допомогою механізму зворотних зв’язків. Якщо, скажімо, як кібернетичну систему розглядати підприємство, то флуктуації, що виникають під впливом зовнішнього середовища (зміни законодавства, зростання інфляції, коливання валютного курсу, динаміки відсоткових ставок, зміни ринкової кон’юнктури, зміни технологій, дії конкурентів тощо), можуть деякий час компенсуватись за допомогою механізму негативних зворотних зв’язків, і система, незважаючи на коливання (сукупного попиту, обсягів виробництва, ринкової позиції та частки ринку, рівня інвестицій, обсягів прибутку), повертається до стану динамічної рівноваги. Але з досягненням критичних значень збурювальних параметрів, за рахунок дії позитивних зворотних зв’язків, відбувається стрімке, лавиноподібне зростання флуктуацій. Вони охоплюють всю систему, усі її блоки — управління, виробництво, фінанси, збут, постачання, організацію праці тощо. Тоді система або руйнується, поглинаючись іншими системами, або переходить на іншу траєкторію розвитку. При цьому істотно змінюються її структура, внутрішні взаємозв’язки, цілі та параметри функціонування тощо.

Отже, розвиток соціально-економічних систем, як і інших складних систем, відбувається через процеси самоорганізації, що містять періодичні зміни фаз руйнування старих і виникнення нових структур (за рахунок дії позитивних зворотних зв’язків), а також їх закріплення та підтримання у порівняно стійкому стані (за рахунок негативних зворотних зв’язків).

Контрольні запитання та завдання

Охарактеризуйте сучасні напрямки розвитку кібернетичних ідей.

Що спільного і в чому відмінності у кібернетичному та синергетичному підходах до дослідження складних систем?

Як ви розумієте терміни «динамічний хаос», «дивний атрактор», «дисипативна структура», «точки біфуркації», «фрактали»?

У чому полягає ідея введення фрактальної розмірності? Наведіть приклади фракталів.

Чим характеризуються нерівноважні стани систем?

Чим відрізняються детерміновані, стохастичні та хаотичні процеси?

Опишіть основні етапи еволюції систем. Наведіть приклади для систем різної природи (фізичних, біологічних, економічних тощо).

Наведіть основні чинники, що змушують системи змінювати свої якісні властивості.

Проаналізуйте основні особливості функціонування економіки України з погляду синергетики.