Самоорганизация и организация

По сценарию, описанному в предыдущем разделе происходит развитие как естественных, так и искусственных систем, предоставленных самим себе. Однако в искусственных системах (технические, технологические, социальные и др.) человек для ускорения и оптимизации протекания процессов с помощью целенаправленных слабых внешних воздействий «организует» их развитие, то есть управляет ими. Благодаря этому время эволюции системы удается существенно сократить. Например, в управляемых технологических химических системах процесс синтеза продолжается от нескольких минут до нескольких суток, это всего лишь мгновение по сравнению со временем химической эволюции Вселенной. Именно благодаря находкам в области управления (подбор оптимальных параметров технологического процесса, катализаторов, ингибиторов и др.) современная химия сумела за последние полсотни лет синтезировать десятки тысяч новых веществ, которые природа не смогла создать за миллиарды лет своего существования.

Результат развития системы во многом зависит от величины, характера, качества и времени внешнего воздействия (т.е. от качества управленческих решений). На процессы самоорганизации накладываются процессы организации. Поэтому в таких системах важная роль принадлежит деятельности коллектива людей или отдельного человека, лидера, руководителя, его способности и возможности ставить цель и искать пути ее реализации. В своей повседневной жизни мы также постоянно сталкиваемся с проблемами управления теми «черными ящиками», которые в изобилии имеются в современной квартире, - телевизором, телефоном, электроплитой и т.д. И совсем необязательно каждому детально знать их устройство (для этого есть узкие специалисты), важно уметь ими пользоваться, т.е. управлять.

Наука об управлении получила название « кибернетика» (греч. kybernetike - искусство управления). Считают, что кибернетика начинается с 1948 года, когда была опубликована работа Норнберта Винера (1894-1964) «Кибернетика или управление и связь в животном и машине». Анализируя работу мозга, он создал теорию управления и связи в живых организмах и машинах и показал, что процесс упорядочивания объекта (управление) можно производить стандартными приемами, независимо от типа объекта. Почти одновременно с «Кибернетикой» Винера появилась теория информации К. Шеннона (1949) и теория игр фон Неймана (1944). В этих трудах разработаны теоретические основы управления.

Любое управление связано с передачей, обработкой и хранением информации. Существует множество средств коммуникации (лат. communico - связываю, общаюсь) и каналов передачи информации: с помощью электрических сигналов, звуков, символов и т.д. Например, в дикой природе многие животные метят свою территорию, сорока своим стрекотом оповещает обитателей леса о присутствии посторонних, «танцующая» пчела ориентируется в направлении, указывающем ее сородичам на место медосбора, в городе светофор подает запрещающий или разрешающий сигнал для перехода перекрестка. В человеческом обществе знаковые системы несут смысловое значение. Чередование знаков или группировка их в определенном порядке несут сообщение (письменная речь, язык жестов, азбука Морзе, секретные шифры). Зная код (способ передачи информации) знакового сообщения, всегда можно его декодировать, т.е. расшифровать. В зависимости от вида информации и способов ее передачи, типа взаимодействующих объектов различают биологическую, медицинскую, экономическую, техническую кибернетику.

КОНТУР С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Кибернетические системы обладают способностью не только приспосабливать формы своего поведения к изменениям окружающей среды, но и активно воздействовать на нее благодаря механизму прямой и обратной передачи информации. Под обратной связью понимают воздействие результатов функционирования какой-либо системы (или объекта) на характер этого функционирования. Например, при прикосновении к горячему предмету человек моментально отдергивает руку. Что произошло? При прикосновении руки к горячему в окончаниях нервных волокон, расположенных в коже (рецепторов), возник нервный импульс, который в виде электрического сигнала попадает в центральную нервную систему (мозг). ЦНС вырабатывает ответный импульс (команду), который направляется к мышцам руки. Учитывая, что длина нерва примерно 1,5 м, скорость распространения импульса - около 140 м/с, то время, в течение которого приходит команда, около 0,002 с. И глазом моргнуть не успеешь, еще и не подумаешь, а мозг уже все сделал. Но нужно еще и проконтролировать, как выполнен приказ. А для этого и потребуется обратная связь, которая несет информацию о правильности выполнения команды. В машинах и автоматических устройствах для управления есть специальные конструкции.

Если обратная связь приводит к неустойчивой работе системы, ее называют положительной. Если обратная связь стабилизирует функционирование, ее называют отрицательной. Системы, обладающие отрицательной обратной связью, способны к самоуправлению (самоорганизации). Например, все биологические системы при изменении внешних факторов перестраивают обмен веществ, работу органных систем, адаптируются к внешним условиям.

Отрицательная обратная связь заставляет систему вернуться к состоянию равновесия. Положительная обратная связь приводит к неустойчивости системы. Однако без неустойчивости нет развития. Поэтому нелинейная положительная обратная связь является важнейшим элементом в автокаталитических процессах самой различной природы (биологические, экономические, социальные и др.). Она создает условия для сверхбыстрого развития процессов, заставляет систему быстрее реагировать на негативные воздействия, перестраиваться и приходить в устойчивое состояние.

Под влиянием внешнего воздействия в управляемой системе происходят изменения каких-то параметров. Посредством прямой связи информация I об этих изменениях поступает в управляющую систему. Управляющая система направляет корректирующий сигнал I_1, под влиянием которого управляемая система перестраивается (рис. 8). Информация об этом I₂ в виде обратной связи поступает в управление, которое снова вырабатывает корректирующий сигнал, и так до тех пор, пока существует вся система. Корректирующая обратная связь управляет поведением объекта при движении его к цели или какому-то состоянию. Каждый управленческий цикл - это некий элементарный акт, «квант» управления. Совокупность таких «квантов» поддерживает систему в устойчивом состоянии.

внешнее воздействие I1 - корректирующий сигнал       управляющая I - прямая связь управляемая действие система система   I2 - обратная связь

Рис. 8. Упрощенная схема контура управления

Процессы функционирования живого организма, общества, автоматических систем складываются из множества контуров управления или самоуправления. Среди этого множества выделяются два типа: первый обеспечивает простое управление, упорядочивание, симметрию, устойчивость, второй - накапливает новые изменения и способствует самоорганизации управляемой системы, благодаря чему образуются новые формы, повышается уровень организации, появляется тенденция к изменениям.

Независимо от иерархического уровня системы, структура механизма управления одна и та же: управляемый объект, управляющий субъект, система обратных связей, управляющее воздействие, способствующее сохранению целостности системы.

Например, система управления государством (государственные власти) ведет целенаправленную деятельность по сохранению целостности государства, диспетчер железнодорожной станции - по сохранению устойчивости работы станции за счет упорядочения грузопотоков, оператор химического производства поддерживает необходимые параметры в реакторных колоннах с целью оптимизации процесса получения желаемых веществ и обеспечения безопасности производства. Разрушение обратной связи ведет к неуправляемости системы и ее разрушению. В случае ослабления обратной связи начинается несогласованность в работе системы. Так, если нарушается обратная связь организма со средой, наступает болезненное состояние, которое может закончиться разрушением всей системы (гибелью организма); если диспетчер не располагает достаточным количеством данных, начинаются сбои в работе транспорта; если предприятие не знает точно спроса на свою продукцию, то может произойти перепроизводство и затоваривание, а значит, и убытки.