Системные связи и системное поведение

Системные связи и системное поведение

Связи и взаимодействия между элементами сложных систем осуществляются переносами (потоками) вещества, энергии и информации. Взаимодействие между элементами системы может иметь различную природу и выражаться разными функциями. Чаще всего рассматриваются парные взаимодействия типа «сдал — принял», «сигнал — ответ» или «импульс — реакция». Научный ана¬лиз систем в большинстве случаев сосредоточен именно на изучении характера этих функций. Между тем поведение системы часто опре¬деляется не столько функциональными характеристиками связей, сколько их причинной направленностью.
Если есть два связанных процесса А и В, то изменения А во времени могут приводить к разным случаям зависимого от А измене¬ния В, причем однонаправленность изменений считается положитель¬ной (знак «+»), а разнонаправленность — отрицательной (знак «-»). (Здесь имеется в виду именно направленность причинной зависимо¬сти, а не качественный результат в смысле «хорошо — плохо».) Кроме того, речь не идет о пропорциональности изменений. В большинстве случаев зависимости бывают нелинейными. Возможно еще запазды¬вание ответа.
Основные типы поведения, наблюдаемые в системах, можно изобразить в виде графика базовой динамики, где на оси абцисс от¬кладывается время, а на оси ординат — существенные факторы динамики системы:

Рисунок: график базовой динамики

Кроме односторонних зависимостей существуют различные вари¬анты парных двусторонних связей — взаимозависимостей или взаимо¬действий. При взаимодействиях главную роль приобретает качественный результат, а не только однонаправленность или проти-вонаправленность сопряженных процессов. Эти взаимоотношения можно представить следующим образом: В первом случае — взаимное противонапраленное (негативное) дейст¬вие. Если речь идет о взаимодействии между подсистемами одной сис¬темы или между разными системами, — это конкуренция, взаимоугне¬тение (например, «отдай — отдай»; два разных потребителя одного ог¬раниченного ресурса; угнетение растений в загущенных посевах). Во втором случае — двустороннее благоприятствование, взаимопомощь или взаимостмулирование («бери — бери»; каждый из членов пары яв¬ляется источником ресурса для другого; явления симбиоза в живой при¬роде). В третьем случае — сочетание сопряженных благоприятствования и угнетения («отдай — не дам»; взаимоотношения ресурса и эксплуататора ресурса; в природе — продуценты и потребители, жертвы и хищники, паразиты и их «хозяева»). По существу, это модели замкнутых контуров прямых и обратных положительных и отрицательных связей.
В теории систем наиболее важны взаимодействия третьего типа — контуры с отрицательной обратной связью, так как они авторегуляторны и содержат потенциал самоорганизации. Отрицательная обратная связь является главным элементом любого регулятора в технике. На прин¬ципе отрицательной обратной связи построены все механизмы регуля¬ции физиологических функции и поддержание постоянства внутрен¬ней среды, т.е. гомеостаза любой авторегуляторной системы. При функционировании внутри системы-организации такое значение от¬дельной отрицательной обратной связи маскируется множеством свя¬зей и взаимодействий любого элемента — члена системы.
Два других варианта парных взаимодействий («— —» и «+ +») образуют контуры положительных связей [«минус и минус» (отрица¬ние отрицания) дают «плюс»]. В отличие от контуров с отрицатель¬ной обратной связью контуры положительных связей сами по себе не только не способствуют регуляции, а, наоборот, генерируют дес¬табилизацию систем, приводя их либо к угнетению и гибели, либо к ускоряющемуся росту «в разгон», за которым, как правило, также сле¬дует срыв и разрушение системы. На контурах положительной об¬ратной связи основаны некоторые механизмы современной эконо¬мики, когда рост производства поддерживается на основе диктата предложения с помощью навязчивой рекламы, которая искусствен¬но провоцирует новые потребности. Ярким примером фатальности положительной обратной связи может быть гонка вооружений, при которой увеличение количества оружия увеличивает риск пораже¬ния оружием и потребность в усилении вооруженной защиты, что ведет к новому витку производства еще более мощных вооружений.
В сложных системах всегда сочетаются контуры обоих знаков. Следует подчеркнуть, что поведение подобных систем в большей степени определяется наличием контуров обратной связи, а не конкретными значениями коэффициентов, которые обуславливают силу каждой отдельной причинной связи. Чтобы изме¬нить поведение системы, недостаточно изменить коэффициенты, гораздо важнее добавить или изъять какие-то кольца связей, которые могли бы изменить знак системы.
Известный аналитик Д. Медоуз пишет: «Та система, кото¬рая заставляет наносить вред окружающей среде, очень похожа на другие системы, такие, например, которые заставляют людей курить, становиться наркоманами, использовать все больше пестицидов в сельском хозяйстве, создавать все больше и больше оружия, чтобы обеспечить безопасность». Автор называет такие порочные системы «мания-структурами», имея в виду их сходство с явлением пристра¬стия человека к тому, что объективно наносит ему вред и последствия чего он в большинстве случаев осознает. Рассмотрим вслед за Д. Ме-доузом, как возникают «мания-структуры» (см. рисунок).

Рисунок: схема возникновения «мания-структуры»:
а — контур регулирования; б — контур «мания-структуры»

Предположим, что появление каких-то проблем приводит к ухудшению состояния системы. Назовем его здоровьем системы. Под¬линное здоровье системы нам неизвестно, мы о нем можем судить лишь по некоторым наблюдениям, на которые требуется время. Нако¬нец, мы воспринимаем ухудшение здоровья и, сопоставляя его с на¬шими целями — желаемым здоровьем системы, выполняем некото¬рое действие. Его результат противодействует негативному влиянию возникших проблем и частично или полностью восстанавливает здо¬ровье системы. По существу это настоящий контур регулирования.
Под регулируемым параметром — здоровьем системы — можно по¬нимать состояния самых различных систем. Это может быть постоянст¬во температуры в термостате, обеспеченность механизма смазкой, орга¬низма — пищей, больного — лекарством, ребенка — материнской забо¬той, фирмы — прибылью, государства — хорошим правительством. Но очень часто бывает так, что регулируемым параметром становится не действительное, а воспринимаемое по внешним признакам, кажущееся состояние системы. Больше того, в силу особенностей человеческой психологии оно постепенно все легче принимается за желаемое, и тогда ослабляется или вообще отпадает необходимость противодействия. На фоне кажущегося благополучия действительное состояние системы ухудшается. Она приобретает свойства контура положительной обрат¬ной связи. По существу здесь вступает в действие логика самообмана: результат действия замыкается уже не на подлинное, а на кажущееся здоровье системы. Это и есть «мания-структура».
В социально-экономических системах часто неверно выбирается критерий, оценивающий здоровье системы. Например, рост доходов сам по себе, без сопоставления с издержками и расчета рентабельно¬сти не может служить параметром состояния. Текущее и целевое со¬стояния системы определяются набором значений актуальных пара¬метров. Отклонение характеризует степень несоответствия целевому (начальному) состоянию. Целевая направленность поведения системы — это стержневая системная закономерность, что и делает совокуп¬ность элементов целостным организованным образованием, ориен¬тированным на получение определенного результата.
В соответствии с современными представлениями о самооргани¬зации цель можно трактовать в виде устойчивого целевого состояния — аттрактора, который генерирует тенденции изменений или пре¬образований в системе, отвечающие прообразу будущего. Достижение целевого состояния связано с реализацией известной системной триады: цель, организация, функция. Организация здесь как орга¬низационный процесс, включающий структурогенез и новое целевое функционирование. Если отклонение от целевых параметров будет возрастать, то начнет реализовываться дезорганизационный про¬цесс. Конечным результатом также будет устойчивое состояние-аттрактор, соответствующий другой, более низкой степени организации системы. Таким образом, у системы всегда имеется два качествен¬но различных состояния-аттрактора, которые, как «маяки будущего», притягивают к себе траектории состояния системы. Количественной характеристикой текущего состояния системы является величина от¬клонения от целевого состояния-аттрактора. Сама изменчивость коли¬чественных характеристик системы ограничена пределами. Когда они выходят за рамки меры, скачкообразно происходит преобразование системы согласно переходу количественных изменений в качествен¬ные. Пороговое отклонение соответствует тому критическому положе¬нию, когда система начинает лавинообразно самораспадаться или самодостраиваться. С этого момента уже невозможно организовать необходимое воздействие на систему, приводящее к получению поло¬жительного результата.
Сложность и неустойчивость, возрастая с известного момента, на¬чинают перевешивать организационную связь и единство системы, которая становится тогда уже неустойчивой в своем целом. Части це¬лого становятся слишком различны. Вывод, что положи¬тельная корреляция между разнообразием и устойчивостью существует только до определенного предела, пока она не начинает перевешивать организационное единство, имеет принципиальное значение для по¬нимания поведения систем и объяснения происходящих в них органи¬зационных процессов. Неустойчивость системы есть источник ее внутреннего саморазвития и может приводить к более высокой орга¬низации. Эта же идея лежит в основе современной концепции само¬организации. Саморазвитие системы происходит вследствие накопле¬ния внутренних системных противоречий, неустойчивости системы, приводящей к преобразованию ее структуры в более организованный комплекс либо к кризису и новому циклу развития.