Опубликован: 11.10.2017 | Доступ: свободный | Студентов: 1449 / 419 | Длительность: 11:32:00
Лекция 10:

Анализ циклической эволюции систем

< Лекция 9 || Лекция 10: 12345

10.2. Примеры анализа циклической эволюции систем.

Циклическая эволюция, как мы уже отметили, существенно различается у видов систем и может развиваться различными путями у живых и искусственных систем.

* ПРИМЕР 1. Эволюционная теория Дарвина.

"...Дарвин рассматривает вид не как элементарную сумму отдельных индивидов с их потомками, а как сложную систему во времени и в пространстве" [124].

Рассмотрим эволюционную теорию живых систем Дарвина в последовательности, изложенной автором [68], и ее интерпретацию в общей теории систем.

I этап. Вариант изменчивости в циклической эволюции.(Изменчивость в прирученном состоянии.)

Задача 1.1. Причины изменчивости: (Причины изменчивости:)

  1. внешняя среда (природа условий);
  2. система и ее база (природа организма).

Задача 1.2. Механизм повышения устойчивости: (Действие привычки и упражнения или неупражнения органов:)

  1. действие связей (соотносительная или корреляционная изменчивость);
  2. накопление инерционности или память (наследственность).

Задача 1.3. Общий характер эволюционирующих систем: (Общий характер прирученных разновидностей:)

  1. сходство порождаемых систем (затруднения при различении видов и разновидностей);
  2. общая предыстория (происхождение прирученных разновидностей от одного или нескольких видов).

Задача 1.4. Пример эволюции систем: (Породы домашних голубей, их происхождение и различия:)

  1. методы повышения устойчивости (начало отбора, применявшееся уже в древности);
  2. результат применяемых методов (следствие применения отбора).

Задача 1.5. Механизм повышения устойчивости: (Бессознательный отбор:)

  1. тип механизма (отбор по потребностям);
  2. тип механизма (отбор по качественным характеристикам).

Задача 1.6. Влияние внешней среды на механизм повышения устойчивости. (Обстоятельства, благоприятствующие человеку в применении отбора.)

II этап. Вариант изменчивости в циклической эволюции. (Изменчивость в естественном состоянии.)

Задача 2.1. Множественность устойчивых состояний системы. (Индивидуальные различия.)

Задача 2.2. Близость устойчивых состояний или широта зон устойчивости. (Сомнительные виды.)

Задача 2.3. Условия изменчивости. (Широко расселенные, распространенные и обыкновенные виды наиболее изменчивы.)

Задача 2.4. Условия изменчивости. (Виды больших родов в каждой стране изменяются чаще, чем виды малых родов.)

Задача 2.5. Пути изменчивости. (Многие виды больших родов сходны с разновидностями в том, что представляют очень близкое, но неодинаковое сродство друг к другу и имеют ограниченное распространение.)

III этап. Механизм повышения устойчивости. (Борьба за существование.)

Задача 3.1. Влияние на повышение устойчивости самой системы, ее базы и внешней среды. (Применение термина "борьба за существование" в широком смысле.)

Задача 3.2. Характеристика циклической эволюции. (Геометрическая прогрессия размножения.)

Задача 3.3. Влияние внешней среды. (Природа препятствий, задерживающих размножение.)

Задача 3.4. Взаимосвязь циклических эволюций систем. (Сложные соотношения между всеми животными и растениями в борьбе за существование.)

Задача 3.5. Особенности циклической эволюции. (Борьба за жизнь особенно упорна, когда она происходит между особями и разновидностями того же вида.)

IV этап. Механизм закрепления устойчивости. (Естественный отбор, или переживание наиболее приспособленных.)

Задача 4.1. Пути повышения устойчивости. (Сохранение полезных индивидуальных различий или изменений и уничтожение вредных.)

Задача 4.2. Пути закрепления устойчивости. (Половой отбор.)

Задача 4.3. Взаимосвязь циклических эволюций. (Скрещивание между особями.)

Задача 4.4. Влияние внешней среды на повышение устойчивости. (Обстоятельства, благоприятствующие образованию новых форм посредством естественного отбора.)

Задача 4.5. Пути закрепления устойчивости. (Вымирание, причиняемое естественным отбором.)

Задача 4.6. Разветвление циклической эволюции. (Расхождение признаков.)

Задача 4.7. Вероятностный механизм закрепления устойчивости. (Вероятные результаты воздействия естественного отбора на потомков одного общего предка путем расхождения признаков и вымирания.)

Задача 4.8. Предел устойчивости. (О высшем пределе, которого организация стремится достигнуть.)

Задача 4.9. Сходящиеся циклические эволюции. (Схождение признаков.)

V этап. Механизмы изменчивости живых систем. (Законы изменчивости.)

Задача 5.1. Механизм 1. (Действие возрастающего упражнения и неупражнения органов в связи с естественным отбором.)

Задача 5.2. Механизм 2. (Акклиматизация.)

Задача 5.3. Механизм 3. (Коррелятивная или соотносительная изменчивость.)

Задача 5.4. Механизм 4. (Компенсация и экономия роста.)

Задача 5.5. Механизм 5. (Части, многократно повторяющиеся, зачаточные и низкоорганизованные, изменчивы.)

Задача 5.6. Механизм 6. (Часть, чрезмерно или исключительным образом развитая у какого-нибудь вида, в сравнении с теми же частями сродных видов, обнаруживают наклонность к сильной изменчивости.)

Задача 5.7. Механизм 7. (Видовые признаки более изменчивы, чем родовые.)

Задача 5.8. Механизм 8. (Вторичные половые признаки изменчивы.)

Задача 5.9. Механизм 9. (Виды, между собой различные, представляют аналогичные изменения.)

VI этап. Дополнительные возможности ОТС. (Затруднения, встречаемые теорией.)

Задача 6.1. Переходы в циклической эволюции через стадии деградации и распада. (Об отсутствии или редкости переходных разновидностей.)

Задача 6.2. Множественность переходов в циклической эволюции. (О происхождении органических существ со своеобразными привычками и строением и о переходах между ними.)

Задача 6.3. Вероятность достижения высокого уровня устойчивости. (Органы высокой степени совершенства и сложности.)

Задача 6.4. Вероятностные переходы в циклической эволюции. (Способы перехода.)

Задача 6.5. Целостность внутренней функциональной структуры. (Действие естественного отбора на органы, кажущиеся маловажными.)

Задача 6.6. Одна из форм естественного отбора. (1. насколько верен утилитарный принцип; 2. как приобретается красота.)

VII этап. Глубокие механизмы повышения устойчивости. (Инстинкт.)

Задача 7.1. Механизм закрепления повышения устойчивости. (Унаследованные изменения привычки или инстинкт.)

Задача 7.2. Механизм закрепления повышения устойчивости. (Специальные инстинкты.)

Задача 7.3. Вероятностный характер закрепления повышения устойчивости. (Возражения против приложения теории естественного отбора к инстинктам: бесполые и бесплодные насекомые.)

VIII этап. Механизмы слияния циклических эволюций. (Гибридизация.)

Задача 8.1. Механизм 1. (Степени бесплодия.)

Задача 8.2. Механизм 2. (Происхождение и причины бесплодия первых скрещиваний и гибридов.)

Задача 8.3. Механизм 3. (Взаимный диморфизм и триморфизм.)

Задача 8.4. Механизм 4. (Плодовитость скрещивающихся разновидностей и их помесей не представляет собой всеобщего явления.)

Задача 8.5. Механизм 5. (Сравнение гибридов и помесей независимо от их плодовитости.)

IX этап. Вероятностный характер циклической эволюции и влияние внешней среды. (О геологической последовательности организмов.)

Задача 9.1. Распад. (О вымирании.)

Задача 9.2. Определяющее влияние внешней среды на условную вероятность циклической эволюции. (Об одновременном изменении форм жизни почти на всем земном шаре.)

Задача 9.3. Преемственность циклических эволюций. (О сродстве вымерших видов между собой и с новыми живущими формами.)

Задача 9.4. Направленность циклической эволюции. (О степени развития древних форм сравнительно с ныне живущими.)

Задача 9.5. Вероятностный характер циклической эволюции. (О последовательном появлении одинаковых типов в пределах одних и тех же областей обитания в течение позднейших веков третичного периода.)

X этап. Циклическая эволюция в пространстве. (Географическое распространение.)

Задача 10.1. Малая вероятность возникновения живых организмов. (Единство центра предполагаемого творения.)

Задача 10.2. Распространение в пространстве. (Способы расселения.)

Задача 10.3. Один из этапов распространения в пространстве. (Расселение в течение ледникового периода.)

Задача 10.4. Изменение внешней среды. (Чередование ледниковых периодов на севере и юге.)

Задача 10.5. Тип систем. (Пресноводные организмы.)

Задача 10.6. Тип систем. (Обитатели океанических островов.)

Задача 10.7. Взаимодействие циклической эволюции живых систем и изменений внешней среды. (Отсутствие на океанических островах земноводных и наземных млекопитающих.)

Задача 10.8. Влияние внешней среды. (Отношение обитателей островов к обитателям ближайшего материка.)

XI этап. Циклическая эволюция в механизмах закрепления устойчивости.(Взаимное сродство между организмами, морфология, эмбриология, зачаточные органы.)

Задача 11.1. Классификация систем. (Классификация: виды — роды — подсемейства — семейства(отряды) — классы — общий предок.)

Задача 11.2. Общее в классе систем. (Аналогичные сходства.)

Задача 11.3. Природа общего. (О природе сродства, связывающего организмы.)

Задача 11.4. Общее в системах. (Морфология.)

Задача 11.5. Формы закрепления устойчивости в циклической эволюции (1. развитие и эмбриология; 2. зачаточные, атрофированные и недоразвитые органы.)

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ.

Эволюционная теория Ч. Дарвина полностью объяснима общей теорией систем. Более того, там, где частно-научная теория встречается с трудностями, ОТС дает общее объяснение.

Изложение эволюционной теории Ч. Дарвина носит частично упорядоченный характер. ОТС требует более строгий порядок изложения теории, поэтому возможно развитие эволюционной теории Ч. Дарвина, в частности, на базе ОТС.

* ПРИМЕР 2. Прогнозирование развития АСУ [79].

"...Назначение научного прогноза — не предсказание, а анализ будущего" [67].

Что такое циклическая эволюция АСУ в терминах ОТС? Обратимся к общей формуле внутренней функциональной структуры системы (10.2). При проведении статического анализа АСУ (§6.2) мы уже отметили, что гибкость структуры АСУ достигается изменением значений sijk характеристик системы. С другой стороны, системообразующие свойства (si) АСУ определены и неизменны, это ѕ информационные свойства. Таким образом, эволюция АСУ может проявляться только в изменении характеристик (sij) системы. Определим, в чем заключаются эти изменения, с помощью методов исследовательского научно-технического прогнозирования.

I этап. Методология исследовательского научно-технического прогнозирования.

Задача 1.1. Используются принципы: системного подхода, постановки проблемы, итеративности процесса ее решения, сглаживания тенденций, научной обоснованности решения проблемы.

Задача 1.2. Определены методы, привлекаемые для решения проблемы, из числа методов: моделирования, экспертных оценок, экстраполяции.

II этап. Уровень развития АСУ.

Задача 2.1. Поскольку АСУ характеризуется одним типом системообразующих свойств ѕ информационными, постольку уровень ее развития может быть определен с помощью одного или группы информационных показателей.

Задача 2.2. Для оценки степени изменения функциональных характеристик системы управления с любой структурой может быть использован показатель (z) относительного изменения множества операций, обеспечивающих реализацию функции системы.

Задача 2.3. Удобной единицей измерения показателя z является задача управления, нормированная экспертным путем по числу выполняемых операций по переработке информации.

III этап. Закономерности развития АСУ.

Задача 3.1. Сущность показателя уровня развития АСУ (z) как отношения числа операций, реализуемых техническими средствами, к общему числу операций, реализуемых в АСУ, позволяет наложить ряд условий на его зависимость от времени, тем самым установив закономерности развития АСУ во времени, т.е. циклической эволюции АСУ.

Задача 3.2. На уровень развития АСУ накладываются следующие условия:

0<z>1 (1),

где z=0 — соответствует традиционной системе управления, а z=1 - автоматической.

z=z(t-t0) (2),

где t - текущее время, t0 - начало автоматизации, а функция (2) непрерывна и дифференцируема.

\black z(t-t_0)|_{t=t_0} = 0	\quad	(3),

\black z(t-t_0)|_{t\rightarrow\infty}\rightarrow 1	\quad			(4),

где интервал развития

\black T = (t_0,\infty)					(5);

\black z’(t-t_0)>0,\quad \Delta V>0,\quad t\in T					\quad (6),

т.е. уровень развития постоянно повышается (\black\Delta V — прирост вкладываемых в развитие АСУ ресурсов: технических средств, программного обеспечения, информационной базы, специалистов);

\black z’(t-t_0)|_{t=t_0}=0 \text{и} \Delta V=0 \quad								(7),

т.е. в начальный момент АСУ нет и ресурсов нет;

\black z’’(t-t_0)>0 \text{и} \Delta W>0\quad									(8),

т. е. в начальный момент уже наблюдается прирост мощностей DW (заводов, проектных институтов и вузов) по производству ресурсов для АСУ;

\black z’(t-t_0)|_{t\rightarrow\infty}\rightarrow 0, z''(t-t_0)|_{t\rightarrow\infty}\rightarrow 0,

\black\Delta V(t)|_{t\rightarrow\infty}\rightarrow 0, \Delta W(t)|_{t\rightarrow\infty}\rightarrow 0					(9),

т.е., при приближении уровня развития АСУ к своему максимальному значению, скорость и темпы развития АСУ спадают до нуля, исчерпывается потребность в новых ресурсах и мощностях по их производству.

IV. Пример прогнозирования развития АСУ.

Задача 4.1. Постановка задачи: получить на базе фактических данных прогноз развития АСУТП и АСУП в отрасли черной металлургии.

Задача 4.2. Предварительный анализ АСУ. В иерархической структуре управления крупным заводом выделяются два уровня управления (технологическими процессами управления в отдельности и заводом в целом) и четыре звена управления. Соответственно, выделяются типы и подтипы АСУ.

Задача 4.3. Сбор и анализ ретроспективных данных по методике.

Задача 4.4. Моделирование динамики развития АСУ функцией

\black z(t-t_0)=\frac{\lambda^2\cdot(t-t_0)^2}{\lambda^2\cdot(t-t_0)^2+1}

где \black\lambda - параметр роста.

Задача 4.5. Расчет параметров и значений моделирующей функции. Моменты достижения типами АСУ качественно различных уровней развития приведены в табл.10, где tT - момент сбора ретроспективных данных,

\black z_0\div z_7 - уровни АСУ, характеризующиеся автоматизацией подфункций управления (учета, контроля, анализа и т.д.) в порядке возрастания их сложности.

Таблица 10.
Тип АСУ Моменты достижения уровней развития

z0

z1

z2

z3

z4

z5

z6

z7

АСУТП

tT-24

tT-10

tT-5

tT+1

tT+8

- - -
АСУП

tT-12

tT+2

tT+7

tT+13

- - - -

Задача 4.6. Исторические условия развития АСУ. Этапы "простой" и "комплексной" автоматизации и внедрения управляющих вычислительных машин - для АСУТП, и этапы отдельных ЭВМ, интегрированных систем обработки данных, включения ЭВМ в систему управления - для АСУП.

Задача 4.7. Математический анализ моделирующей функции:

\black z'(t-t_0)=\frac{2\lambda^2(t-t_0)}{(\lambda^2(t-t_0)^2+1)^2} \quad   (11),

\black z''(t-t_0)=\frac{2\lambda^2(1-3\lambda^2(t-t_0)^2)}{(\lambda^2(t-t_0)^2+1)^3}\quad   (12).

Точка перегиба tn функции z(t-t0) ищется из условия

z’’(tn-t0)=0 (13)

и имеет значение

tn-t0=14 лет.

Задача 4.8. Контроль полученного прогноза по методике. Для контроля используются ретроспективные данные по другой отрасли промышленности (мясо-молочной).

Задача 4.9. Развитие базы АСУ (см. §6.2).

Задача 4.10. Развитие внешней среды АСУ (см. гл. XI и [65]).

< Лекция 9 || Лекция 10: 12345