Кто ввел термин самоорганизующаяся система. Понятие самоорганизации. Вопросы и задания для обсуждения

сложная динамич. система, способная при изменении внешних или внутр. условий ее функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта. Типы объектов, к-рые могут быть названы С. с., по своему субстрату весьма различны; примерами их являются живая клетка, организм, биологич. популяция, человеч. коллектив. С. с. впервые начали исследоваться в кибернетике. Термин "С. с." ввел в 1947 Эшби (см. "Principles of self-organizing dynamic system" в "J. Gen. Psychol.", 1947, v. 37, p. 125–28). Широкое изучение С. с. началось в конце 50-х гг. В понятии С. с. фокусируется целый ряд проблем и специфич. трудностей, стоящих перед теоретич. кибернетикой и др. связанными с ней отраслями совр. науки и техники. С одной стороны, изучение таких систем открывает совершенно новые принципы построения технич. устройств с высокой надежностью, способных работать в широком диапазоне внешних условий. С другой, именно на этом пути возможна передача машине ряда логич. операций, считающихся до сих пор исключит. привилегией человека. В наст. время понятие самоорганизации вышло далеко за рамки кибернетики и все более широко применяется в биологии, а также социальных науках. Характерно, напр., рассмотрение отд. нейрона как С. с. либо как ее элемента в структуре функционально выделенного участка нейронной сети (работы группы Мак-Каллока – Питса в США, Напалкова и др. в СССР). Это направление составляет осн. содержание нейрокибернетики. В наст. время в науке исследуются различные типы С. с. Их типология определяется выделением той или иной группы св-в в качестве ведущей: саморегулирующиеся, самонастраивающиеся, самообучающиеся, самоалгоритмизирующиеся системы. Уже первые работы по созданию теории С. с. показали, что здесь наука столкнулась с принципиально новым классом познават. задач, для решения к-рых необходима выработка существенно новых средств и методов анализа. Одна из первых задач в исследовании таких систем состоит в том, чтобы определить и ограничить класс тех реальных объектов, относительно к-рых можно адекватно употреблять понятие самоорганизации. Поскольку "самоорганизующийся" означает не только организующийся сам, но и организующийся для себя, постольку даже обнаружение естеств. С. с. оказывается сложной исследовательской задачей. Чтобы выявить самоорганизующийся характер объекта, исследователь должен так построить взаимодействие с ним, чтобы на "вход" подавать определ. последовательность сигналов и на "выходе" получать последовательность ответов, на основании к-рой можно было бы судить о структуре поведения системы. Иными словами, процесс исследования здесь должен рассматриваться как взаимодействие двух С. с. – объекта и исследователя, причем это взаимодействие является значимым для обеих этих систем. Впервые на это обратил внимание известный англ. кибернетик Г. Паск (см. его ст. в рус. пер. – "Естеств. история цепей", в сб.: С. с., М., 1964), к-рый назвал такой метод исследования "стратегией естествоиспытателя", в отличие от традиционно применяемой "стратегии специализированного наблюдателя". Тот факт, что развитие организации С. с. преследует свои "цели", должен приниматься во внимание и при конструировании искусств. технич. устройств, основанных на принципе самоорганизации: параллельно с методами построения таких систем должны создаваться и методы управления их поведением. В противном случае либо нельзя будет использовать их самоорганизующийся характер, либо самоорганизация пойдет в направлении, противоположном замыслам создателей такой системы (см. вэтой связи Н. Винер, Останется ли машина рабой человека?, "Америка", 1963, No 80, а также У. Росс Эшби, Принципы самоорганизации, в сб.: Принципы самоорганизации, пер. с англ., М., 1966). Еще не так давно подобная перспектива казалась утопической, но практич. конструирование С. с., поставленное совр. наукой в порядок дня, делает такую постановку проблемы реальной и необходимой. Опасные последствия, к-рые могут возникнуть при создании искусств. систем, осуществляющих собств. цели и трудно контролируемых человеком, рассматривает, напр., С. Лем (см. ст. "Введение в интеллектронику", ж. "Знание – сила", 1965, No 3). В общем виде теоретич. проблема здесь такова: либо создание С. с. для реализации заранее заданного диапазона задач без выхода за их пределы и, следовательно, планируемое существ. ограничение возможностей и направления самоорганизации, либо создание неполностью С. с. в том смысле, что система может функционировать лишь после получения задач извне. Понятно, что исследование естеств. С. с. не связано с этой проблемой. Наиболее абстрактную схему С. с. можно представить след. образом. Имеется множество элементов и связей между ними; связи двух типов: жесткие и изменяющиеся (следует отметить, что до наст. времени не удалось выделить связи, специфические для С. с.). Нек-рый механизм управляет изменением связей и (в общем случае) элементов. Большинство исследователей рассматривает механизм как ту часть системы, к-рая определяет ее самоорганизующийся характер, "несет ответственность" за управление и самоорганизацию, однако вопрос о физич. сущности этого механизма остается открытым. Наиболее распространена т. зр., согласно к-рой механизм воплощается материально как определ. регулирующий "орган", однако отд. исследователи считают, что этот механизм можно рассматривать как нек-рый логич. закон, к-рому следует система. К этим последним можно, в частности, отнести Эшби, к-рый утверждает, что каждую изолированную динамич. систему, подчиняющуюся постоянному закону, можно считать самоорганизующейся. У др. ученых в качестве такого механизма выступает "проект", "идеал" и т.п. По-видимому, возможно и совмещение обоих этих подходов, когда в системе регулятор к.-л. физич. природы является вместе с тем логич. механизмом, обусловливающим ее функционирование и развитие. В исследованиях С. с. у этих последних выделяются и специально описываются такие аспекты, как способность к обучению; самовоспроизведение структуры согласно нек-рому "проекту" (эталону); взаимодействие С. с. с ее окружением (рассматриваемое по типу взаимодействия организма со средой); надежность систем, созданных из элементов, каждый из к-рых ненадежен; поведение (деятельность) системы при решении задач и т.п. Исторически изучение каждой из этих проблем началось раньше, чем развилось понятие С. с. Поэтому на анализ такого рода проблем в связи со спецификой самоорганизации сильное влияние оказывает предшеств. традиция, к-рая в ряде случаев затрудняет анализ, приводит к односторонности в подходе исследователя, что особенно сказывается на методах и языке, применяемых в попытках построить теорию самоорганизации. Обычно описание С. с. производится в спец. терминах и понятиях той или иной науч. дисциплины. Напр., Г. фон Ферстер оперирует понятиями теории информации и термодинамики, Эшби описывает самоорганизацию с помощью понятий теоретич. кибернетики, Паск – при помощи языка теорий игр, сов. исследователи Напалков, Брайнес и Свечинский идут к проблеме самоорганизации от нейрофизиологии и свойственного ей аппарата; большое число исследователей привлекает для описания С. с. аппарат биологии, в той или иной мере связанный с кибернетическим (теория нейронных сетей, цитология, генетика, эмбриология и др.). Все эти методы позволяют успешно решать ряд важных проблем, однако оказываются недостаточными для построения общей теории С. с. Это особенно относится к анализу поведения С. с. Обычно в кибернетике поведение системы изучается как "история выхода" для "черного ящика", т.е. как совокупность реакций системы в ответ на входные воздействия. Но применительно к С. с. такой подход позволяет фиксировать не само поведение с его механизмом, а лишь результаты, итог поведения. В качестве простейшего элемента, единицы поведения у большинства исследователей выступают отд. состояния системы, а цели системы рассматриваются как логич. связи. Однако такой подход оказывается малоперспективным. Паск (см. Г. Паск, Модель эволюции, в сб.: Принципы самоорганизации, пер. с англ., М., 1966) предпринял попытку произвести расчленение структуры поведения иным путем: в качестве элементов у него выступают отд. характеристики (св-ва автоматов); связи можно интерпретировать как логич. механизмы модели поведения системы, объясняющие изменения св-в. Такой способ позволил обосновать ряд интересных особенностей рассматриваемой Паском системы автоматов – корреляцию стратегий отд. автоматов, объединение их в колонии (домены) и т.п. Однако логич. необходимость этих св-в не доказывается. Тем не менее в таком подходе можно усмотреть элементы новой логики – логики поведения систем, т.е. методов и способов обобщенного описания поведения, необходимых как для теории С. с., так и для науч.-технич. практики. Лит.: Полетаев И. ?., Сигнал. О нек-рых понятиях кибернетики, М., 1958; Брайнес С. Н., Напалков А. В., Некоторые вопросы теории самоорганизующихся систем, "ВФ", 1959, No 6; Тьюринг?., Может ли машина мыслить?, пер. с англ., М., 1960; Гаазе-Рапопорт М. Г., Автоматы и живые организмы, М., 1961; Беркович Д. М., Машины управляют машинами, М., 1962; Принципы построения самообучающихся систем, К., 1962; Брайнес С. Н., Напалков А. В., Свечинский В. Б., Нейрокибернетика, М., 1962; Винер Н., Новые главы кибернетики, пер. с англ., М., 1963; Глушков В. М., Самоорганизация и самонастройка, К., 1963: Автоматизация производства и промышленная электроника. Энциклопедия совр. техники, т. 3, М., 1964, с. 293; Возможное и невозможное в кибернетике. Сб. ст., М., 1964; Зуев А. К., Самонастройка в технике и живой природе, Рига, 1964; Самонастраивающиеся автоматич. системы, М., 1964; Самоорганизующиеся системы, пер. с англ., М., 1964; Проблемы бионики, пер. с англ., М., 1965; Смолян Г. Л., Техника и мозг, "ВФ", 1965, No 5; Self-organizing systems, eds. M. С. Yovits, G. T. Jacobi, G. D. Goldstein, Wash., 1962. Б. Юдин. Москва.

САМООРГАНИЗАЦИЯ - процесс, в ходе которого создается, воспроизводится пли совершенствуетсяорганизация сложной динамической системы. Процессы самоорганизации могут иметь место только всистемах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи междукоторыми имеют не жесткий, а вероятностный характер. Свойства самоорганизации обнаруживают объектыразличной природы: клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив и т. д.Процессы самоорганизации выражаются в перестройке существующих и образовании новых связей междуэлементами системы. Отличительная особенность процессов самоорганизации - их целенаправленный, новместе с тем естественный, спонтанный характер: эти процессы, протекающие при взаимодействии системыс окружающей средой, в той или иной мере автономны, относительно независимы от среды.

Различают 3 типа процессов самоорганизации. Первый - самозарождение организации, т. е.возникновение из некоторой совокупности целостных объектов определенного уровня новой целостнойсистемы со своими специфическими закономерностями (напр., генезис многоклеточных организмов изодноклеточных). Второй тип - процессы, благодаря которым система поддерживает определенный уровеньорганизации при изменении внешних и внутренних условий ее функционирования (здесь исследуются гл. о.гомеостатические механизмы, в частности механизмы, действующие по принципу отрицательной обратнойсвязи). Третий тип процессов самоорганизации связан с развитием систем, которые способны накапливать ииспользовать прошлый опыт.

Специальное исследование проблем самоорганизации впервые было начато в кибернетике. Термин“самоорганизующаяся Система” ввел английский кибернетик У. Р. Эшби (1947). Широкое изучениесамоорганизации началось в кон. 50-х гг. в целях создания вычислительных машин, способных моделироватьразличные стороны интеллектуальной деятельности человека. С 70->х гг. к изучению самоорганизациишироко привлекается аппарат термодинамики открытых систем. Поведение таких систем в условиях, далекихот равновесия, представляет собой необратимый процесс - последовательный переход от одногонеравновесного стационарного состояния К другому, происходящий с понижением энтропии, т. е. сповышением организованности системы. В современных исследованиях по самоорганизации изучаетсяпроблема соотношения хаоса (беспорядка) и космоса (порядка), впервые поставленная еще в античнойфилософии.

КИБЕРНЕТИКА (от греч. kybernetike – искусство управления) – наука о самоуправляющихсямашинах, в частности о машинах с электронным управлением («электронный мозг»). Кибернетика получиласамое широкое распространение в последней трети 20 в. и сейчас находит широкое применение также вбиологии и социологии. «Отец кибернетики» амер. ученый Норберт Винер в труде «Кибернетика, илиУправление и связь в животном и машине» (1948) показал, что человеческий мозг действует наподобиеэлектронных вычислительных машин с двоичной системой исчисления.

Термин «кибернетика» изначально ввел в научный оборот Ампер, который в своем фундаментальном труде «Опыт о философии наук» (1834-1843) определил кибернетику как науку об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам разнообразные блага. А в современном понимании - как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе, впервые был предложен Норбертом Винером в 1948 году.

Она включает изучение обратной связи, чёрных ящиков и производных концептов, таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять первые две задачи. Стаффорд Бир назвал её наукой эффективной организации, а Гордон Паск расширил определение, включив потоки информации «из любых источников», начиная со звёзд и заканчивая мозгом.

Более философское определение кибернетики, предложенное в 1956 году Л. Куффиньялем (англ.), одним из пионеров кибернетики, описывает кибернетику как «искусство обеспечения эффективности действия». Новое определение было предложено Льюисом Кауфманом (англ.): «Кибернетика - исследование систем и процессов, которые взаимодействуют сами с собой и воспроизводят себя».

Кибернетические методы применяются при исследовании случая, когда действие системы в окружающей среде вызывает некоторое изменение в окружающей среде, а это изменение проявляется на системе черезобратную связь, что вызывает изменения в способе поведения системы. В исследовании этих «петельобратной связи» и заключаются методы кибернетики.

Современная кибернетика зарождалась как междисциплинарные исследования, объединяя области систем управления, теории электрических цепей, машиностроения, математического моделирования,математической логики, эволюционной биологии, неврологии, антропологии. Эти исследования появились в1940 году, в основном, в трудах учёных на т. н. конференциях Мэйси (англ.).

Другие области исследований, повлиявшие на развитие кибернетики или оказавшиеся под её влиянием, -теория управления, теория игр, теория систем (математический эквивалент кибернетики), психология(особенно нейропсихология, бихевиоризм, познавательная психология) и философия.

В каждой организации имеются регламентирующие документы на систему управления организации (уставные документы, законодательные и нормативные акты и т.д.). Однако наряду со штатным управленческим процессом в организации происходят процессы, связанные с несанкционированным управлением и организацией, т. е. самоуправление и самоорганизация.

Термин«самоорганизация» введен в науку в 1947 г. американским ученым Эшби У. Р. Самоуправление и самоорганизация свойственны живой и неживой материи. В ряде случаев самоуправление и самоорганизация более эффективны, чем искусственные управление и организация. В некоторых случаях они инициируют развитие искусственного управления в организации или же функционируют совместно. Иногда трудно определить, что послужило источником профессионального управления: оно само или элементы самоуправления.

Самоорганизация может рассматриваться как процесс и как явление. Сущность ее как процесса состоит в формировании совокупности действий, ведущих к созданию устойчивых реакций в системе. Сущность самоорганизации как явления состоит в объединении элементов для реализации программы или цели и действующих на основании внутренних правил и процедур.

Самоорганизация - свойство присущее любой системе.

В настоящее время под системой понимается совокупность функционально взаимосвязанных элементов (объектов), представляющая собой целостное образование или обладающая свойством целостности.

Самоорганизующиеся системы--это открытые системы, они свободно обмениваются с внешней средой энергией, веществом и информацией. Одной из основных особенностей самоорганизующихся систем является способность противостоять энтропийным тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру.

Целостным считается такое образование, у которого в процессе функционального взаимодействия элементов появляются новые системные свойства, или системный результат, отсутствующие у составляющих ее элементов и которые не выводятся из свойств элементов и не сводятся к ним.

Таким образом, в качестве основных признаков системы являются наличие структурированных элементов и функциональных связей между ними и окружающей средой, а в качестве основных системообразующих принципов можно выделить следующие:

• а) целостность или системный результат функционирования системы;
• б) функциональная зависимость каждого элемента, части системы, свойств и отношений этих элементов от их места и назначения внутри совокупности;
• в) структурность, т. е. возможность описания статического состояния системы через установление ее структуры;
• г) взаимозависимость системы и окружающей среды;
• д) иерархичность структуры, т. е. возможность функционально упорядоченного деления системы на соподчиненные части.

Целостность как проявление особых системных свойств искусственных объектов может проявляться в социальных (человеческих) системах деятельности в виде синергического эффекта организации.

Более того, все без исключения искусственные продукты деятельности человека (одежда, утварь, техника, продукты питания, фабрики, заводы и т. п.) могут только функционировать, т. е. выполнять определенные функции, обусловленные их конструктивно-технологическими особенностями, не сами по себе, а только в результате использования их человеком. Таким образом, искусственными системами могут быть только социальные объекты типа «человек-машина (любой искусственный продукт деятельности человека)», «человек-человек (группа людей)» в процессе их функционирования или динамики, когда целостность системы проявляется только в результате их использования, потребления, или разумной деятельности человека.

Применительно к объектам живой и неживой природы объективного мира понятие системы можно рассматривать следующим образом. Безусловно, муравейник, пчелиный рой, термитник и другие сообщества живого и органического мира обладают свойством целостности, так как основным условием их жизни является совместное существование. И с этой точки зрения они могут быть определены как биосистемы, только здесь отсутствует искусственная разумная основа их системного объединения.

Основой их системной организованности являются естественные (физико-химические процессы), бессознательные, стихийные силы природы, инстинкты и рефлексы.

Основными процедурами системного подхода являются:

• а) идентификация объекта или предмета изучения совокупности элементов как системы, т. е. определение границ системы, выделение ее из окружающей среды путем установления функциональных взаимосвязей с окружающей средой. Применительно к субъекту деятельности - человеку, включенному в организационную деятельность, к информации, используемой в социальных системах, энергообмену живых биосистем с окружающей средой все живые и социальные системы являются открытыми системами;
• б) моделирование, т. е. физическое, аналоговое модельное представление системы или формализованное абстрактное (идеальное) описание системы при помощи различных знаковых систем (вербальных описаний, экономико-математических моделей, символических, логических схем и т. п.).

Концепции синергетики и самоорганизации формируют общий познавательный аппарат и позволяют выделить основные принципы синергетического подхода к моделированию. Наиболее существенное влияние сделала на понятие развитие . Как правило, развитие представляется необратимой, направленной, закономерной сменой материи и сознания, их универсальным свойством; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта - его состава или структуры. На наш взгляд, в данном определении является положение, требующее существенной корректировки:

1. Необратимыми являются процессы изменения открытых систем, и хотя таких большинство, все же существуют и закрытые системы, в которых происходят обратимые изменения.
2. В результате развития изменяется не только структура системы, но и ее поведение, функционирование. В системных и даже некоторых синергетических определениях развития указанные недостатки присутствуют, а его преимущества нередко не реализуются.

Взгляды на развитие самоорганизации

• Первая группа исследователей связывает развитие с реализацией новых целей, целенаправленностью изменений. Этот подход реализует кибернетика, в которой развитию противопоставляется функционирования, что происходит без изменения цели. В синергетике предполагается, что целеустремленность не является необходимым условием, а тем более атрибутом развития.
• Вторая рассматривает его как процесс адаптации к окружающей среде, что также является лишь его условием - необходимым, но отнюдь не достаточным.
• Третья группа подменяет развитие его источником - противоречиями системы.
• Четвертая - отождествляет развитие с одной из его линий - прогрессом, или усложнением систем, либо одной из его форм - эволюцией.

Суть понятия "самоорганизация"

Соотношение развития и самоорганизации

Требования к самоорганизующейся системе

• система должна быть открытой, т.е. обмениваться со средой веществом, энергией или информацией;
• происходящие в ней, должны быть кооперативными (корпоративными), т.е. действия ее компонентов должны быть согласованными друг с другом;
• система должна быть динамичной;
• находиться поодаль состояния равновесия.

Системы, способные к самоорганизации, характеризуются такими свойствами, как открытость, неравновесность, нелинейность, наличие в них диссипативных, рассеивающих процессов.

Открытость означает способ существования, характеризующийся постоянным обменом с внешней средой. Может происходить обмен веществом, энергией или информацией или тем и другим одновременно (в разных сочетаниях, например, веществом и энергией или энергией и информацией и т.п.).

Неравновесность предполагает, что система выведена из состояния равновесия, как правило, далека от него. Тогда она становится чувствительной к малым возмущениям, незначительным флуктуациям, приводящих к рождению макроскопических упорядоченных структур.

Важнейшее значение для самоорганизующейся системы имеет ее нелинейность , которая характеризует, прежде всего, способность системы к самодействию . Линейная система отличается от нелинейной своим пассивным характером, т.е. способностью испытывать лишь внешние воздействия. Линейные системы реагируют на внешние воздействия пропорционально: малые воздействия приводят к малым изменениям состояния, а большие – к большим (отсюда термин «линейность», подразумевающий линейный характер пропорциональной зависимости).

Самодействие нелинейных систем приводит к нарушению указанной пропорциональности: малые воздействия теперь могут вызывать очень большие последствия («малые причины больших исторических событий»), а большие – к совершенно незначительным («гора родит мышь»). Самодействие нелинейных систем приводит к эффекту самоорганизации.

Самоорганизация отличается от процесса организации тем, что сущность процесса здесь объясняется уже природой самой системы (а не действием внешних факторов). То есть: система называется самоорганизующейся, если она без дополнительного воздействия извне, обретает определенную пространственную, временную или функциональную структуру.

Непропорциональность зависимости состояния системы от состояния среды делает такие системы, с одной стороны, поразительно устойчивыми по отношению к крупномасштабным неблагоприятным воздействиям на определенных стадиях своего развития, далеких от моментов нестабильности (точек бифуркации), а с другой стороны – необычайно чувствительными к очень незначительным изменениям состояния среды вблизи точек бифуркации. То есть, благодаря нелинейности сложные системы обретают весьма своенравный характер , резко отличающийся от обычных линейных систем. И управление ими требует для получения нужно результата целого спектра новых для менеджера знаний.

Нелинейность – свойство сложных самоорганизующихся систем, имеющее глубокий мировоззренческий смысл.

Нелинейность означает:

– пороговость чувствительности (ниже порога все стирается, забывается, а выше – наоборот многократно усиливается);

– возможность «разрастания малого», «усиления флуктуаций», выявления огромного внутреннего потенциала системы;

– появление целого спектра возможных путей развития;

– изменение темпов развития, смену режимов ускоренного роста и существенного замедления процессов.

Таким образом, самоорганизующиеся системы – это открытые, нелинейные, существенно неравновесные системы. В научной литературе их часто называют по одной из данных характеристик. Например, говорят: нелинейная система, и это означает, что речь идет об открытой системе, способной к самоорганизации и саморазвитию.

Итак, самоорганизация – ключевой термин синергетики. Синергетику часто так и называют – теориясамоорганизующихся систем.

Необходимыми условиями для самоорганизации являются открытость, нелинейность, неравновесность системы, наличие в ней диссипативных процессов.

Самоорганизующиеся системы сохраняют свою целостность и динамично развиваются благодаря возможности переключаться на иной, противоположный, режим, чтобы избегать угрозы распада и дезинтеграции в моменты их неустойчивости, и это переключение происходит вследствие наличия в них хаотических элементов. Кроме того, элементы неорганизованности и хаотичности готовят системы к многовариантному будущему, делают их гибкими и пластичными, способными приспосабливаться к изменчивым условиям окружающей среды.