Исследование систем управления - Лейла Мухсинова

Но увы! Все, что возникает, имеет свою судьбу. Ее первое простейшее выражение сводится к дилемме – сохранение или уничтожение. То и другое совершается закономерно, так что нередко удается даже предвидеть судьбу форм. Закономерное сохранение или уничтожение – это и есть первая схема универсального регулирующего механизма, которое давно получил в биологии имя – «отбор».

Причины разрыва связи Богданов А. объясняет ослаблением и уничтожением «связки», т.е. актом дезингрессии. Богданов А. дает оценку научной ценности дезингрессии: если бы ее не было, не было бы систем, субсистем. В природе не было бы структурных отдельностей, вообще не было бы отдельных «предметов», «вещей», «явлений». Дезингрессию не всегда легко обнаружить…

Устойчивость систем определяется определенной степенью ее устойчивости к возмущающим воздействиям. Несмотря на то, что система может переходить из одного состояния в другое, она сохраняет некоторые характерные свойства, делающие ее данной системой. Очень хорошо об этом сказал Эшби «через все значение слова «устойчивость» проходит основная идея инвариантности. Эта идея состоит в том, что хотя система в целом претерпевает изменения, некоторые ее свойства (инварианты – фр. слово – не изменяющийся; остаются неизменными при определенном преобразовании переменных) сохраняются неизменными. Всякая устойчивость относительна. Система вполне устойчива в определенных условиях, окажется неустойчивой в иных условиях – неблагоприятных. В каждой ситуации устойчивость может быть охарактеризована как с количественной, так и со структурной сторон. Устойчивость системы по отношению к внешним воздействия может быть охарактеризована количественно. Система, состоящая из большего числа элементов, будет более устойчивой. В процессе выветривания более крупные горы устойчивее, чем небольшие. При высыхании водоемов в одних и тех же климатических условиях, мелкие высохнут быстрее. Увеличение числа элементов может повысить общую устойчивость систем в тех случаях, когда это увеличение не приводит к уменьшению ее структурной устойчивости (в случае землетрясения многоэтажные здания разрушаются быстрее, чем малоэтажные).

Устойчивость систем зависит не только от количества элементов, но и способов их сочетания, от характеристики их структурных связей. Поэтому небольшая гора, состоящая из твердых пород, обладает большей структурной устойчивостью, чем огромная гора, состоящая их рыхлых пород. Различия структурной устойчивости всегда зависят от конкретных условий среды, подобно как различия в количественной устойчивости двух систем могут сохраняться в самых различных условиях. Та среда, относительно которой структура сохраняет свою устойчивость, может быть очень большой и бесконечно большой. Так, например, относительная структурная устойчивость атомов материи сохраняется в различных условиях среды.

Устойчивость систем бывает двух типов: статическая и динамическая. Статическая характерна для систем статического равновесия: устойчивость здания, горного сооружения, пирамиды Хеопса, Парфенон, преториумы римских форумов, средневековые соборы, храмы Индии и Центральной Америки – все эти устаревшие памятники, но они прекрасны и гармоничны. Это примеры статической устойчивости (устойчивость определяется прочностью их конструкций, прочным сцеплением их элементов, но не постоянным их обновлением). Такие системы будут выветриваться, стираться, изнашиваться. Кривая их разрушения все время будет падать. Динамическая устойчивость характерна для систем подвижного равновесия, в этом случае динамическая устойчивость является результатом того, что каждое из возникающих изменений уравновешивается другими, ему противоположными. Примером, является слияние одного народа с другим путем усвоения его языка, обычаев и т.п. В сложных самоорганизующихся системах регулирование обычно приобретает гомеостатический характер. Гомеостаз хорошо известен биологам, изучающим согласование деятельности многих функциональных подсистем в живых организмах и их взаимодействие со средой. Выживание организма и его приспособление к возмущающим влияниям среды ставит определенные задачи перед каждой функциональной подсистемой данного организма. Эти подсистемы выполняют свои «задачи» на основе саморегулирования, но взаимодействуют друг с другом сложным образом. Они поддерживают значения регулируемых переменных внутри допустимых границ, в случае необходимости пуская в ход противодействующие факторы. В общем случае одна существенная переменная находится под контролем и воздействием нескольких перекрывающих друг друга и взаимодействующих подсистем. Каждая из этих функциональных подсистем выполняет свою «задачу», реагирует на свой комплекс факторов, влияющих на данную переменную, имеет свой способ противодействия возмущениям. В то же время каждая из них учитывает состояние некоторых других переменных, с которыми она связана. Согласованное функционирование таких подсистем обеспечивает высокую устойчивость системы в целом.

Организм может существовать, если постоянство состава его тела поддерживается в определенных пределах. Это положение – сущность закона постоянства внутренней среды. Действительно, в норме величина артериального давления, концентрация в крови сахара, жира холестерина и другие показатели колеблются незначительно. Наоборот, любое стойкое отклонение от нормальных пределов говорит о болезни. Это постоянство внутренней среды или гомеостаз (так назвал это фундаментальное свойство в 1929 г. выдающийся физиолог Уолтер Кеннон). Аналитики утверждают, нельзя считать, что именно Кеннон открыл не известную до него закономерность в живых системах. Сходные высказывания можно обнаружить в трудах русского ученого И.Сеченова, немецкого ученого Э. Пфлюгера, бельгийского – Л. Фредерика, французского – Ш. Рише, английского – Д. Холдейна. Но приоритет остается за Кенноном: он ввел в науку, сформулировал теорию гомеостаза.

Если гомеостаз должен строго охраняться, то должны существовать и специальные механизмы поддержания гомеостаза. У одноклеточных организмов в силу ограниченных возможностей их строения такие механизмы не могут быть достаточно эффективными. Чтобы обеспечить постоянство внутренней среды и тем самым сделать организм в определенной степени независимым от внешней среды, должны были возникнуть какие-то приспособления и механизмы, должна была возникнуть специализация органов тела. Но как ни специализированы функции у высших организмов, они обладают свойствами, присущими всем живым существам – от бактерий до человека.

Какие свойства отличают живую систему от неживой? Способность живых систем к размножению, к приспособлению – адаптации, регулированию потока энергии. Чтобы эти свойства проявлялись в организме, нужна определенная структурная организация. В каждом сложном организме существует энергетический, адаптационный и репродуктивный гомеостат, то есть специализированные системы, регулирующие эти основные свойства организма. Главный регулятор этих трех функций у высших организмов – гипоталамус. Он гибрид нервной и эндокринной системы. Гипоталамус – типичная нервная ткань, состоящая из нейронов, которые посредством многочисленных волокон связаны со всеми отделами нервной системы. Поэтому все, что знает нервная система о внешнем и о внутреннем мире организма она передает в гипоталамус. В гипоталамусе и прилегающих к нему отделах мозга находятся центр сна и центр, контролирующий эмоции, центры аппетита, теплопродукции и теплорегуляции. С другой стороны, гипоталамус – типичная эндокринная железа, выделяющая гормоны, которые определяют деятельность гипофиза, железы – регуляторы многих отделов эндокринной системы. В частности гипоталамус через гипофиз регулирует рост тела, деятельность щитовидной железы, надпочечников, функцию молочной железы. Кроме того, гипоталамус направляет свои гормоны и в отдаленные области тела, где эти гормоны самостоятельно выполняют регуляторную роль. Итак, гипоталамус осуществляет взаимосвязь между внешним и внутренним миром организма. Гипоталамус работает как любое устройство по поддержанию стабильности в такого рода системах, как, например, термостат. В таких системах регуляция строится по правилам кибернетики. Стабильность в любой саморегулирующейся системе поддерживается благодаря механизму отрицательной обратной связи. Например, когда в крови снижается концентрация рабочего гормона, то снижается и тормозящее влияние, которое оказывает этот гормон на свой регулятор – гипоталамус. Поэтому гипоталамус начинает посылать к соответствующей эндокринной железе свой гормон – стимулятор, который усиливает ее деятельность. Но вот концентрация рабочего гормона возрастает до нормы, и он теперь снижает, тормозит активность гипоталамуса. В результате меньше вырабатывается гипоталамического гормона – стимулятора, это значит, что активность рабочей эндокринной железы падает. Торможение гипоталамуса прекратится лишь тогда, когда снова уменьшится в крови уровень рабочего гормона. Так поддерживается равновесие: и недостаток рабочего гормона, так же как и избыток его, устраняется.