Развивающиеся системы

Развивающиеся системы

Введение.

Стратегия ускорения научно-технического прогресса в современных

условиях перестройки системы управления экономикой предполагает:

концентрацию имеющегося научного и технического потен-

циала на ключевых направлениях;

целеустремленное создание принципиально новой техники и

технологий, многократно повышающих производительность труда;

автоматизацию, компьютеризацию и роботизацию производ-

ства;

снижение материало- и энергоемкости производства за счет

внедрения эффективных видов металлопродукции, прогрессивных

материалов и реализации энергосберегающих технологий;

значительное повышение научного уровня планирования и

прогнозирования НТП.

Последнее направление ускорения НТП все еще мало разработано как в

теоретическом, так и в практическом аспекте. Дело в том, что в условиях

ускорения социального развития перед планированием и прогнозированием стоят

весьма сложные проблемы. Наряду с классическими задачами планирования и

прогнозирования непрерывного эволюционного изменения поведения системы

возникает и неординарная задача прогнозирования качественного,

скачкообразного изменения поведения системы. Если

решение первой задачи при известной экономико-статистической

информации есть, по существу, планирование «от достигнутого»,

то вторая задача предполагает изучение анатомии развития системы, понимания

механизма развития. Решение этой задачи

может быть найдено в рамках общей теории развивающихся

систем.

1.ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗВИТИЯ

Марксистско-ленинская философия рассматривает процесс развития как

особую форму движения, характеризуемую тремя философскими категориями:

количество, качество, структура. Определение количества как наличного

числового множества элементов, составных частей целого дано еще

Аристотелем: «Количеством называется то, что может быть разделено на

составные части, каждая из которых, будет ли их две или несколько,

является чем-то одним, данным налицо. То или иное количество

есть множество, если его можно счесть; это величина, если его

можно измерить».

Качество характеризует целостную нерасчлененную определенность

предметов и явлений. Всякий предмет обладает бесчисленными свойствами. Мы

воспринимаем и познаем лишь ничтожную часть этих свойств. Между тем всякий

предмет всегда предстает перед нами как нечто целое, нерасчлененное, в виде

звезды, камня, дома, дерева, завода, фабрики и т. д.

Структура — это категория, характеризующая распределение

и взаимодействие в пространстве элементов, предметов и явлений, программу

их развития. Главная особенность структуры — целостность, качественное

отличие от составляющих ее элементов. Структура теснейшим образом связана с

качеством.

Изменение качества предметов во всех случаях связано с перестройкой

структуры составляющих их элементов. Развитие может рассматриваться как

совокупное изменение во взаимосвязи количественных, качественных и

структурных категорий в системе. Остановимся более подробно на этих

изменениях.

Количественные изменения—это увеличение или уменьшение составных

частей данного целого, выражаемое увеличениями или уменьшениями их числовых

значений, приводящими на определенных этапах своего изменения к

качественному скачку.

Структурные изменения — это изменения взаимоотношения составных

частей, которые совсем не обязательно должны сопровождаться увеличением или

уменьшением их числа. Напротив, число составных частей может оставаться

неизменным. Между тем структурные изменения также могут приводить к

качественному скачку. Поэтому можно считать, что как количественные, так и

структурные изменения играют причинную роль в качественных изменениях. Но

согласно диалектике движущей силой всяких изменений в системе являются

противоречия. Там, где нет внутренних или внешних противоречий, там не

может быть изменений. Что касается количественных изменений, то они

обусловлены, прежде всего, противоречиями, существующими у рассматриваемой

системы с окружающей ее средой, в структурных же изменениях главную роль

играют внутренние противоречия между элементами системы. Хотя следует

отметить, что и внешние противоречия не абсолютно безразличны для

структурных изменений, но их роль здесь не так велика. Среди главных

противоречий современного развития в условиях научно-технического прогресса

следует выделить два процесса: интеграцию и дифференциацию производства.

Единство и борьба этих двух противоположных процессов порождают в обществе

многообразие различных технико-экономических, политических и социальных

структур.

Остановимся подробнее на механизмах качественных изменений. Будучи

материальными процессами, качественные преобразования, так или иначе,

связаны с количественными характеристиками материи и энергии. Можно

представить себе следующие виды качественных изменений системы:

1. Прежде всего, предметы и явления могут изменять свое качество за

счет количественного прибавления материи и энергии в результате

взаимодействия с внешней средой. При этом количественные изменения материи

и энергии лишь тогда изменяют качество, когда они воздействуют

непосредственно на структуру. Конкретные процессы перестройки структуры

изучают различные науки. Так, в физике установлены способности одних и тех

же веществ при различных термодинамических условиях существовать в

различных агрегатных состояниях. В экономике можно установить зависимость

структуры системы от численности рабочей силы и величины основных фондов.

При определенном их уровне система становится необозримой и происходит

распад структуры (так, в 50-е годы от нефтяной промышленности отпочковалась

газовая и т. д.).

2. Качественные изменения в системе могут происходить

также в результате перераспределения (без нарушения баланса)

энергии и материи внутри самой системы. Физические системы,

например, обладают термодинамическим равновесием, соответствующим максимуму

энтропии. Аналогично в замкнутых экономических системах имеется тенденция к

максимизации некоторой целевой функции, которую можно рассматривать как

аналог физической энтропии. Все это ведет в конечном итоге к новому

качеству системы.

3. Качественные изменения системы могут быть результатом

изменения качества подсистем (элементов), составляющих структуру системы.

Так, при изменении вида клеток в живом организме могут появляться

качественно новые структуры. Аналогично у экономических систем при

изменении вида подсистем (например, автоматизации и компьютеризации

процессов их функционирования) могут появляться новые качества.

Теперь остановимся на общих свойствах законов развития систем. Под

законом мы будем понимать некоторый способ выражения устойчивости связей и

отношений между предметами и явлениями, а также устойчивости структуры

(организации) самих этих предметов и явлений. Иными словами, закон выражает

собой не только порядок превращений предметов и

явлений в процессе их развития, но и способ их существования,

характер их внутренней организации. Законы можно разделить

на две большие категории: законы строения и функционирования; законы

развития.

В первом случае это законы, характеризующие внутреннюю связь элементов

системы и условия сохранения целостности материальной структуры объекта, ее

относительной устойчивости в процессе непрерывных изменений.

Во втором случае это законы, характеризующие определенную

последовательность, ритм, темп и т. д. перестройки самих

материальных структур, связь между различными соотношениями системных

объектов.

Эта классификация законов и определяет два типа наук:

1. Науки, занимающиеся изучением законов взаиморасположения и

взаимодействия одновременно существующих объектов (законы старения и

функционирования): геометрия, механика, кристаллография, анатомия,

физиология и др.

2. Науки, изучающие смены одних объектов другими или од-

них состояний объектов другими состояниями. Например, космогония,

историческая геология, эволюционная биология, эмбриология, генетика, физика

необратимых процессов и термодинамика, экономика развивающихся систем

(теория научно-технического прогресса).

Характерно, что чем выше уровень развития, тем сильнее проявляется

различие между законами функционирования и развития.

Особенно рельефно оно обнаруживается в обществе. Это, вероятно, одно

из проявлений кумулятивного характера развития, отражающее подмеченную еще

Ф. Энгельсом закономерность ускорения поступательного развития

пропорционально квадрату расстояния во времени от исходной точки. Само

ускорение процесса развития связано с тем, что материальные

структуры системных объектов как бы заключают в себе в снятом виде

пройденную историю и ее законы. С другой стороны, процесс развития

характеризуется тенденцией к появлению однотипных материальных образований

и процессов и соответственно законов (тенденция к «стандартизации» состава

и биохимических функций организмов, появление клетки как универсальной

единицы жизни; образование классов, наций, государств как общих форм

организации общества на определенном историческом этапе его развития и т.

п.) и постепенным «выпадением» нетипичных образований. Эти тенденции

обусловливают и проявление в поведении системных объектов общих

закономерностей, характерных для различных форм движения и изучаемых

различными науками (термодинамика, кибернетика, биология, экономика,

социология). Отсюда и возможность их моделирования вследствие изоморфизма

структур.

Следует считать установленным совпадение категории «закон» и

«внутренняя форма». Внутренняя форма (структура) как

закон предполагает непрерывное изменение содержания. Изменение понимается

при этом как подвижность, динамичность содержания в рамках относительно

устойчивой формы — закона движения, способа организации объекта. Что же

касается закона развития, то он характеризует способы существенного

преобразования объекта, т. е. такого изменения, когда налицо не только

подвижность содержания, но и существенное преобразование самой внутренней

формы (структуры). То есть речь должна идти

об обратимых и необратимых изменениях в объекте.

Если законы функционирования воздействуют на ход развития не

непосредственно, а опосредованно, в той мере, в которой они влияют на

объединяющие элементы структуры, то преобразование внутренней структуры

обусловлено не обычной, а особой экстремальной подвижностью элементов. Она

достигается в том случае, когда изменение условий внешней среды приводит не

просто к изменению состояния системы, а к такой ее

перестройке, которая существенно изменяет ее внутреннюю структуру. Законы

развития как бы подчиняют себе законы действия. Законы функционирования не

способны сами по себе объяснить процесс развития, они лишь раскрывают

способ движения, его механизм.

Лишь переход от изучения законов функционирования одной

системы к множеству (ансамблю) систем, различающихся по

своей структуре и характеру функционирования, дает возможность подойти к

пониманию процессов развития. Так, например, в биологии переход к идеям

эволюции связан с накоплением сравнительно-морфологического и

биологического материала.

Экономическая структура общества — это «совокупность производственных

отношений, составляющих экономический базис, основу общества».

2. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ РАЗВИВАЮЩИХСЯ СИСТЕМ

В терминах науки междисциплинарного характера—синергетики может быть

проведен как качественный, так и формально-математический анализ процессов

развития. Основное качественное понятие синергетики — понятие

«самоорганизации». Самоорганизация характерна для всех процессов развития.

Основной акцент в синергетике переносится с взаимодействия элементов

(подсистем) сложной системы на внешние эффекты, порождаемые структурными

изменениями. Эти эффекты принято называть синергетическими, или

кооперативными. Основная особенность кооперативных эффектов —

упорядоченность, целенаправленность поведения сложной системы при

относительной хаотичности поведения отдельных элементов (подсистем).

В дальнейшем будет показано, какое большое влияние на поведение

технико-экономических систем оказывают процессы

самоорганизации в условиях перестройки и ускорения научно-технического

прогресса. Пока более подробно остановимся на общих свойствах развивающихся

систем.

В процессе развития происходит некоторая стандартизация,

унификация преобразований структуры и функций системы, т. е. для развития

характерен изоморфизм. Изоморфизм позволяет перейти от натурного изучения

процесса развития к модельному изучению. Модель —абстрактное изображение

изоморфизма между развивающимися системами различной природы. Наиболее

развиты модели, представляющие собой описание системы на языке

математической символики. Математические

модели развивающихся систем обычно удовлетворяют в той или иной мере трем

основным свойствам: реалистичность, точность, общность.

Реалистичность—это степень соответствия математических утверждений тем

представлениям о системе, которые они должны отражать.

Точность — это способность модели количественно пред-

сказывать изменения или имитировать данные, на которых она

основана.

Общность связана с областью приложения модели, т. е.

определяет характер систем или отдельных состояний одной системы, для

которых модель работоспособна. Общность — наиболее важное свойство моделей

развивающихся систем, в которых с особой полнотой проявляется изоморфизм

развития. Основываясь на общности моделей развития, можно использовать

различные научные результаты, полученные в одной области (например, в

биологии развития), в другой (например, в прогнозировании научно-

технического прогресса).

Для развивающихся систем характерны, с одной стороны, устойчивость

структуры, с другой — потеря устойчивости, разрушение одной структуры и

создание другой устойчивой структуры. Налицо проявление закона «перехода

количественных изменений в качественные».

Время пребывания развивающихся систем различной природы

в устойчивых состояниях (соответствующих устойчивой структуре),

естественно, различно, но независимо от природы. Таким образом, процесс

развития можно представить как последовательность циклов эволюционного

изменения состояний внутри цикла, со скачкообразным переходом состояния в

конце цикла на новый качественный уровень, означающий начало нового цикла

развития.

В качестве примера можно привести процесс смены общественных формаций,

когда постепенное совершенствование производительных сил в результате

научно-технического и социального прогресса приводит к скачкообразному

изменению производственных отношений, знаменующему смену общественной

формации. Аналогично развивается и наука. Наука развивается в рамках данной

парадигмы, «подавляющей» другие научные объяснения эмпирического материала

до тех пор, пока объяснительные возможности данной парадигмы не

исчерпываются под давлением новых, подлежащих объяснению фактов (аномалий).

В этот момент доверие к парадигме ослабляется, резко возрастает количество

новых, конкурирующих между собой теорий. Наступает кризисная ситуация,

которая проходит довольно быстро и заканчивается отбором наиболее

эффективной новой теории, построенной на основе новой парадигмы. Подобный

же процесс сопровождает научно-технический прогресс, проявляющийся в

развивающихся системах через смену конкурирующих технологий.

Применительно к биологическим развивающимся системам можно считать,

что изменение вида и характера источников питания приводит к видовой

дифференциации (увеличению количества видов) и отбору среди них наиболее

приспособленных к новым условиям среды обитания.

В работах Ю. Н. Тынянова сделана попытка рассмотрения литературной

эволюции с позиций общей теории развития. В качестве основы Ю. Н. Тыняновым

принят «конструктивный принцип» организации литературного материала на

данном этапе, который всегда вырисовывается на основе «случайных» выпадов,

ошибок, результатов и закрепляется, сменяя старый, уже успевший

«автоматизироваться».

Следствие циклического развития (с перескоком в конце цикла на

качественно новый уровень) —необратимость, т. е.

невозможность перехода от новообразованной структуры к ста-

рой разрушенной структуре. Необратимость, так же как «устойчивость» и

«потеря устойчивости», — атрибут любой развивающейся системы или

отображающей ее математической модели. На это свойство развития обратил

внимание еще Аристотель: «Нельзя два раза войти в одну и ту же реку». При

этом свойство необратимости развития в свою очередь накладывает

определенные требования на устойчивость систем.

Ясно, что слишком устойчивая система (гиперустойчивая)

к развитию неспособна, так как она подавляет любые отклонения

от своего гиперустойчивого состояния. Для перехода в качественно новое

состояние система обязательно должна в какой-то момент оказаться

неустойчивой. Однако перманентная неустойчивость — это другая крайность,

так же вредная для развивающейся системы, как и гиперустойчивость, ибо она

исключает запоминание, закрепление в системе характеристик, полезных для

взаимодействия с внешней средой, т. е. того, что определяет устойчивую

структуру системы. В математической модели развивающейся системы и должны

быть отражены объективные соотношения между «устойчивостью» системы и ее

«неустойчивостью», порождающей необратимые изменения, т. е. процесс

развития.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗВИВАЮЩИХСЯ СИСТЕМ

Модели развития в настоящее время наиболее широко используются в

физике, химии, биологии и экономике. С учетом изоморфизма развития эти

модели имеют достаточно много общих черт, тем не менее сохраняют

специфические особенности, присущие каждой из этих наук. Естественно, что

методы построения математических моделей в этих науках совершенно

специфические, базирующиеся на тех законах, которые изучаются каждой

из этих наук. Между тем сопоставление различных по природе моделей

развития, исследование их общих свойств позволило в настоящее время

сформулировать некоторые общие принципы математического моделирования

процессов развития и как следствие этого — взаимопроникновения различных

наук.

Дадим характеристику принципов математического моделирования процессов

развития в отдельных частных науках и на основе этого попытаемся

сформулировать общие принципы построения моделей развивающихся

экономических систем.

3.1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИВАЮЩИХСЯ

ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Развивающиеся экономические системы — достаточно емкое понятие. По

нашему мнению, одна из возможных их классификаций представлена на рис. 1.2.

Социально-экономические системы решают проблемы глобального характера,

связанные с мировым историческим развитием человечества. При решении

глобальных проблем нет ни одной науки, отрасли знания, которые остались бы

в стороне.

К числу глобальных проблем экономико-политического характера относятся

проблемы войны и мира, проблемы медицинского обеспечения населения,

проблемы образования, урбанизации и т. д.

Фундаментальные концептуальные и гносеологические основы

глобального моделирования заложены в трудах института ВНИИСИ и работах

академика Д. М. Гвишиани и профессора И. Б. Новика. Причем проблемы

глобального моделирования не могут рассматриваться в отрыве от научно-

технического прогресса. Разработка глобальной модели приводит к построению

своеобразной «динамической карты мира» в многомерном системном измерении с

координатами: «экономика, политика, культура, природные ресурсы, окружающая

среда, народонаселение» и т. д.

Не останавливаясь на детализированных принципах глобального моделирования,

перечислим некоторые наиболее важные глобальные проблемы.

[pic]

Рис. 1.2. Классификация развивающихся экономических систем

Глобальные проблемы экономико-демографического характера связаны с

необходимостью рационального регулирования демографического роста, миграции

населения и т. д. Экономико-демографические проблемы в свою очередь влияют

на упомянутые выше проблемы обеспечения населения продовольствием,

медицинское обслуживание и т. п. Такие системы моделируются с помощью

аппарата математической биологии. В качестве биологических особей

рассматриваются отдельные слои

населения с учетом их пола и возраста. Основная задача по-

строения модели экономико-демографической системы — изучение зависимости

процессов рождаемости и смертности от различных факторов: экономических

(расходы на образование, здравоохранение, валовой национальный доход на

душу населения);

политических (действующая социально-экономическая система, определяющая

способ производства и распределения материальных благ; характер

общественных, культурных, семейных и других отношений в обществе и др.);

экологических (характер загрязнения окружающей среды, состояние природных

ресурсов и т. д.).

Глобальные проблемы природо-экологических систем связаны с

потреблением природных ресурсов, загрязнением окружающей среды, повышением

урожайности сельскохозяйственных культур, водоемов, лесов и т. д. для

решения проблем снабжения населения продовольствием.

Многие типы природо-экологических систем хорошо описываются с помощью

моделей взаимодействия биологических популяций: повышения урожайности

сельскохозяйственных культур с использованием химических удобрений и

пестицидов (модель «хищник—жертва»), интенсификации животноводства, рыбного

промысла (модели управления ростом и развитием биологических популяций),

модели охраны лесных массивов, водоемов

и т. д.

Я не буду подробно останавливаться на моделировании

социально-экономических систем, нашим предметом будут лишь

технико-экономические системы.

Развивающиеся технико-экономические системы требуют решения проблем

моделирования народнохозяйственных процессов на уровне государства,

отрасли, межотраслевых комплексов, регионов и т. д. Однако независимо от

уровня агрегации систем (отраслевые, межотраслевые, региональные) для их

моделирования применяются макромодели, использующие обобщенные,

агрегированные, ключевые технико-экономические показатели.

В настоящее время здесь наметились две противоречивые тенденции. С

одной стороны, используются чисто динамические модели развития,

базирующиеся на «биологических аналогиях развития», а с другой стороны —

квазидинамические модели, базирующиеся на факторных стационарных моделях

типа «производственная функция». Причем параметры производственных функций

могут иметь временные тренды.

3.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАЗВИВАЮЩИХСЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

К физико-химическим относится довольно много процессов,

связанных с физическими, биохимическими, физико-химическими

превращениями вещества. Не занимаясь подробной детализацией

их, мы тем не менее можем выделить некоторые общие принципы их системного

моделирования. Наиболее полно вопросы моделирования развивающихся физико-

химических систем получили освещение в работах И. Пригожина и его учеников

(Брюссельская школа). «Неравновесность — источник развития» — вот отправной

пункт Брюссельской школы.

Основная характеристика описания развивающейся физико-химической системы,

по И. Пригожину, — функция термодинамической энтропии, удовлетворяющей

уравнению

[pic] (1.45)

где dН — прирост общей энтропии системы; [pic]— производство

энтропии внутри системы; [pic]— производство энтропии, возникающей за счет

взаимодействия системы с внешней средой.

Согласно второму закону термодинамики

[pic] (1.46)

т. е. в замкнутой системе производство энтропии всегда неотрицательно. В

случае [pic] возникают обратимые, не разрушаюшие структуры процессы; в

случае же [pic]>0 возникают необратимые процессы, разрушающие структуру

системы. Для замкнутых систем [pic]= 0, в случае же открытых систем [pic]

может принимать самые различные значения. Для расчета полной

энтропии системы И. Пригожий использует методы линейной

неравновесной термодинамики. Анализ состояний развивающейся системы с

позиций термодинамики позволил И. Пригожину сформулировать вывод о том, что

обратимые и необратимые процессы порождают два типа различных структур:

равновесные и неравновесные. Причем неравновесные структуры за счет притока

энергии и материи в открытой системе (явление диссипации) могут сохраняться

в пространстве и во времени довольно долго. Эти структуры названы И.

Пригожиным «диссипативными». Примером экономической диссипативной структуры

может служить город, существующий до тех пор, пока он потребляет пищу,

топливо и другие предметы, производит продукцию и отходы.

Из всего множества возможных диссипативных структур система, согласно

И. Пригожину, выбирает такую, которая соответствует минимуму энтропии.

Возникновение диссипативных структур происходит в результате случайных

флуктуации, происходящих в развивающейся системе. Эти случайные

флуктуации выводят систему из положения термодинамического равновесия, и

при соответствующих условиях притока в систему энергии и материи могут

возникнуть диссипативные структуры. Таким образом, процесс развития

систем, по Пригожину, — это процесс последовательных переходов в

иерархической системе диссипативных структур непрерывно возрастающей

сложности.

По существу, идеи И. Пригожина хорошо корреспондируют

с идеями синергетики, точнее, идеи И. Пригожина предвосхищают идеи

синергетики. С позиций синергетики процесс образования диссипативных

структур и представляет собой процесс самоорганизации. Учитывая

универсальный характер процессов диссипации энергии, материи и информации

в открытых системах, понятие «диссипативные структуры» легко может быть

перенесено и на технико-экономические развивающиеся системы.

Литература:

Кучин Б. Л., Якушева Е. В.

Управление развитием экономических систем: технический прогресс,

устойчивость. – М.: Экономика, 1990.