Анализ деградации и распада систем

9.2. Примеры анализа деградации и распада систем.

У различных видов систем (естественных неживых, живых и искусственных) процесс деградации и распада имеет существенные различия. Поэтому рассмотрим примеры по каждому виду систем.

* ПРИМЕР 1. Естественная неживая система — Солнечная система.

Объект-носитель: Солнце, планеты. Системообразующие свойства: гравитационные, кинематические и динамические — проявляемые приближенно в зависимостях:

где F -- сила притяжения двух масс m_i и M_j, -- гравитационная постоянная, r --расстояние между массами, -- угол азимута, T -- период обращения планеты вокруг Солнца, -- угол склонения, d/dt—скорость.

Функция системы ѕ сохранение системообразующих отношений, т.е.

База системы: физические, химические и прочие свойства объекта-носителя.

Внешняя среда системы — все, что находится за пределами Солнечной системы.

Внешняя структура отношений: отношения (2) и отношения системы с базой и внешней средой.

Внутренняя функциональная структура — структура отношений (1).

Стадия — стационарное, устойчивое функционирование.

Однако, в соответствии с ГИПОТЕЗОЙ 4, время существования всякой системы конечно. Поэтому возникают задачи: определения , причин перехода и состояний F на отрезке [t_k, ]. Отметим некоторые особенности этих задач.

Состояние -- это утеря системой свойства (2) и всех характеристик этого свойства -- (1). Состояние F на отрезке [t_k, ] -- это сохранение в какой-то мере свойства (2) при наличии отклонений в характеристиках (1). Причины перехода могут быть как внутренними (изменение масс, расстояний, скоростей и т.п.), так и внешними (изменение базы, воздействие внешней среды). При этом мы исключаем из рассмотрения случайные воздействия, вероятность которых близка к 0, поскольку вероятность распада системы равна 1.

СЛЕДСТВИЕ 9.1. Причины распада системы лежат в ее внешних и внутренних отношениях.

В частном случае, для определения отдельных причин распада системы могут быть исследованы нелинейные и перекрестные связи между массой Солнца и внутрисолнечными физическими процессами.

* ПРИМЕР 2. Естественная живая система — биосфера.

"...Мы можем говорить о биосфере как системе..." [155, с. 41, Н.В.Тимофеев-Ресовский].

Объект-носитель: множество клеток. Системообразующие свойства -- биологические. Функция биосферы -- воспроизводство жизни. База системы -- множество физических, химических и прочих систем в клетках. Внешняя среда -- неживая природа (см.пример 2, §6.2). Стадия -- стационарное, устойчивое функционирование.

Задачи исследования аналогичны задачам в предыдущем примере. Отметим некоторые особенности этих задач.

Детализируем иерархическую структуру биосферы: I уровень ѕ гаплоидное ядро; II ѕ диплоидное ядро; III ѕ клетка с ядром и плазмой; IV ѕ ткань из множества клеток; V ѕ орган из взаимодополняющих тканей; VI ѕ физиологическая система из двух или многих простейших органов; VII ѕ организм, состоящий из физиологических дополняющих друг друга систем; VIII ѕ множество организмов одного пола в биологическом виде; IX ѕ биологический вид, как множество обоеполых организмов; X ѕ множество биологических видов; XI ѕ биосфера. Ряд уровней определяется самостоятельными системами.

При этом, статистическое время жизни гаплоидного ядра … 10^-1 лет, клетки … 10⁰ лет, простейшего организма из взаимодополняющих тканей … 10¹ лет, организма … 10² лет, биологического вида … 10³ лет [197]. Простейшая экстраполяция определяет время жизни биосферы как системы в 10⁴ - 10⁵ лет (без учета эволюции, без уточнения начала отсчета и т.п.). Биосфера, как известно, существует 3*10⁹ лет.

В соответствии со СЛЕДСТВИЕМ 9.1 устанавливаем: причины распада биосферы определяются как биологическими отношениями и отношениями с физическими и химическими свойствами клеток, так и отношениями с неживой природой и другими внешними факторами, например, экологическими [88].

* ПРИМЕР 3. Искусственная система … атомная энергетическая установка.

Идентификация системы нами проведена ранее (см. пример 1, §7.2).

В режиме стационарного устойчивого функционирования системы база системы постепенно изменяет свои параметры: материалы устают, изменяют структуру, разрушаются; конструкции деформируются, вырабатываются; оборудование изнашивается. Изменяются параметры базы, которые определяют технологическую схему, режимы работы системы и ее характеристики. Пока эти изменения могут быть компенсированы и пока они не выводят систему за пределы устойчивости, система устойчиво и стационарно функционирует. Однако, постепенные структурные изменения базы делают невозможной дальнейшую эксплуатацию установки, плановый ресурс которой составляет 30 лет.

Поскольку возможное поведение АЭУ, до ее создания, просчитывается и моделируется для основных изменений самой системы, ее базы и внешней среды, то наиболее вероятный путь деградации АЭУ охватывает следующие этапы: структурные изменения базы, при нормальном функционировании системы; выработка планового ресурса установки; снятие установки с эксплуатации. Менее вероятный путь … досрочное снятие установки с эксплуатации из-за существенных дефектов ее основного оборудования. При этом вероятность, как функция перечня оборудования, зависит от типа оборудования. Еще менее вероятный путь … аварийный выход установки из строя (типа аварии на Чернобыльской АЭС).

Факторы, стабилизирующие работу АЭУ, заложены при ее синтезе в параметры конструкций, технологической схемы, оборудования, режимов работы. Они дополняются ремонтными работами, модернизацией, профилактикой, изменением режимов и т.п.

В зависимости от пути деградации АЭУ, новым состоянием системы может быть: плановая остановка и консервация АЭУ (система прекращает функционирование в момент остановки, а ее база разрушается в процессе консервации); досрочная остановка АЭУ (система прекращает функционирование в момент остановки, а ее база демонтируется и переназначается для других целей); аварийная остановка АЭУ (система прекращает функционировать быстро, а ее база приходит в нерабочее состояние и далее либо ремонтируется, либо консервируется, либо демонтируется).

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ. Таким образом, общая схема деградации и распада систем одинакова для всех видов систем. Особенности ДРС определяются видом, типом и т.д. Например, структурные изменения в системе определяются ее базой, которая существенно различна у неживых, живых и искусственных систем. Пути деградации и распада различаются, прежде всего, из-за наличия у большинства живых и искусственных систем соответствующих систем управления, влияющих на устойчивость и пути деградации. Кроме того, у искусственных систем как пути, так и их вероятность могут меняться. Стабилизирующие факторы также различны: у неживых систем они определяются законами неживой природы, у живых … живой природы, а у искусственных … интеллектом. Новые состояния существенно различны для различных видов систем: для атома … это чаще всего новый атом; для Солнечной системы … деформированная система или другое образование космических тел; для живого организма … распад на молекулы; для искусственной системы … преобразование в другую систему, распад на части или исходные материалы.