Что понимается под самоорганизацией в синергетике
Что понимается под самоорганизацией в синергетике
24 Февраля 2011 © Кокин А.В., Кокин А.А
Синергетика – от слова sinergus – совместно действующий. Изучает связи между элементами структуры, а также поведение открытых диссипативных нелинейных систем, далеких от состояния равновесия. Такие состояния исследует неравновесная термодинамика. В ХХ в над ней работали Л.Онсагер, И.Пригожин, С. Грот, П. Мазур и др. В таких системах иногда наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень их упорядоченности, то есть приводит к уменьшению энтропии. В неравновесной термодинамике и самоорганизации в основе лежит утверждение о фундаментальной роли случайных флуктуаций (колебаний относительно равновесного состояния).
Математический аппарат для описания неравновесных процессов, включая теорию катастроф, создается российским математиком В.И.Арнольдом и французским математиком Р.Тома. Идеи универсального эволюционизма в России разрабатываются Н.Н.Моисеевым, В.Волкенштейном, Д.Чернавским.
Важнейшим понятием синергетики является представление о системе. Н.Н.Моисеев вкладывает в ее понятие любую совокупность взаимодействующих элементов. Несмотря на тривиальность такого подхода к понятию системы, оно предполагает нетривиальные следствия.
Общепринятое понятие системы (от греч. сỳstema– целое, составленное из частей; соединение) связано с представлением о множестве элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенное единство. Выделяют материальные и абстрактные системы.
Материальные системы. Подразделяются на неживые (физические, химические, геологические и т.д.) и живые системы (простейшие биологические системы, организмы, популяции, виды, экосистемы). В особый класс живых систем относят социальное общество.
Абстрактные системы – это понятия, гипотезы, теории, научное знание о системах, лингвистические, антропологические, логические и другие.
В современной науке исследование систем разного рода производится в рамках системного анализа.
Любой объект изучения представляет собой систему. Этот факт имеет глубокое значение для научного познания. И он был понят еще в античные времена и являлся объектом изучения классического рационализма.
Однако это направление научной мысли связывало представления о свойствах системы со свойствами ее элементов. Более того, молчаливо предполагалось, что свойства системы можно вывести (изучить) на основе изучения свойств элементов, ее составляющих. Такой подход к изучению свойств системы получил название редукционизма. Он сыграл важную роль в развитии естествознания. Но всё оказалось гораздо сложнее.
Но имеют место и гораздо более глубокие связи между свойствами системы и свойствами ее элементов. Некоторые системы как бы определяют свойства своих элементов, исключают некоторые из них, если эти элементы оказываются неспособными выполнять некоторые функции, необходимые для стабильного существования системы.
Многие системы напоминают инженера, управляющего сложной машиной. Если какая-либо деталь не удовлетворяет его требованиям, он не исправляет её, а просто выбрасывает и подбирает новую, лучше соответствующую требованиям к работе системы. Это обстоятельство особенно хорошо просматривается на уровне систем, характеризующих общество.
Другими словами, взаимосвязь свойств системы и ее элементов гораздо глубже, чем это принято думать: не только свойства системы зависят от свойств элементов, но и обратно — свойства элементов, составляющих систему, могут зависеть от ее свойств.
В целеполагании систем Н.Н.Моисеев видит другой важный аспект явлений в природе взаимодействующих систем. Поскольку элементы подсистемы в свою очередь также являются системами, но другого уровня организации, можно говорить и о целях элементов (подсистем). И они, эти цели подсистем, далеко не всегда совпадают с целями самой системы. Поэтому возникает представление о их соразвитии, или коэволюции. Это понятие означает такое развитие подсистем (систем нижнего уровня), которое не нарушает развития исходной системы.
В этом смысле влияние системы на ее элементы качественно отличается от роли конструктора, поскольку элементы сами развиваются в силу механизмов самоорганизации. Система не конструирует элементы, а лишь отбраковывает негодные, т. е. служит фактором естественного отбора.
Н.Н. Моисеев полагал, что если станет возможным найти общий язык, годный для описания схемы процесса самоорганизации для всех трех этажей мироздания – неживой материи, живого вещества и общества, то синергетика, возможно, станет всеобщим принципом описания развития явлений, происходящих в природе.
Самопроизвольное, не связанное с действием внешних регулярных полей, упорядоченное поведение в неравновесной системе есть следствие развития в ней определенного вида неустойчивости, когда движения отдельных подсистем системы становятся стохастическими (случайными). Возможность возникновения во всей системе упорядоченного движения зависит от характера коллективного взаимодействия подсистем. Система самоорганизуется, если стохастические и коллективные эффекты уравновесятся. В этом случае система попадает в состояние динамического равновесия, в котором стохастические, неустойчивые движения всех подсистем, согласованы между собой, благодаря их коллективному взаимодействию. Таким образом, явление самоорганизации следует рассматривать как коллективный процесс в неравновесной системе.
Основу научной концепции синергетики составляет представление о непрерывной изменчивости окружающего мира посредством его эволюции, ведущие силы которой заключены внутри самой Природы, внутри сущности явлений, движений, состояний, изменчивости объектов и т.д. Другими словами, каких либо внешних сил по отношению к Природе и явлениям, происходящим внутри её нет, а является следствием ее самоорганизации. И эта самоорганизация противостоит предельному состоянию систем достижения ими равновесного состояния или предельного хаоса. А носителем или внутренним фактом самоорганизация является непрерывная изменчивость через флуктуации, которые выражают направленность процессов, избегающих равновесность, упреждающих возможности достижения абсолютного хаоса.
Самоорганизация (термин введен английским кибернетиком У.Эшби в 1947 г) – процесс, в котором по каким-то причинам самопроизвольно создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации известны в различных природных и социальных объектах.
Н. Моисеев дает свое понятие самоорганизации: «Условимся называть самоорганизацией системы такой процесс изменения ее состояния (или характеристик), который происходит без целенаправленного (может, лучше — целенаправляемого) начала, каковы бы ни были источники целеполагания. Можно говорить и о стихии самоорганизации – здесь мы ошибки не сделаем. Причины, побуждающие процесс самоорганизации, могут быть как внешними, так и внутренними. Если же речь идет об Универсуме как единой системе, то процесс ее изменения идёт только за счет внутренних взаимодействий, т. е. за счет факторов, принадлежащих Универсуму. Никаких внешних взаимодействий мы не наблюдаем, значит, согласно принципу дополнительности Бора, мы не имеем права говорить, что они существуют. И центральной проблемой теории систем является проблема описания этого процесса.
При этом под изменчивостью понимается вечно присутствующие во внутреннем состоянии системы случайность и неопределенность, которые могут всегда подвернуться во времени и спровоцировать уход от достижения ею равновесия в непредсказуемое время, через непредсказуемость ситуации.
В теории эволюции на основе синергетики «принцип естественного отбора» может пониматься как отбор случаем через проявление его самого на основе флуктуаций. И хотя «отбор» в самоорганизующихся системах, как таковой, отсутствует, он может пониматься как проявление той же случайности, посредством законов сохранения, то есть являться принципом отбора соответствующим законам сохранения: в физике, химии, той же биологии и т.д.
В синергетике закреплено понятие бифуркации (от лат. слова bifurcus – раздвоенный, вилка), введенное А.Пуанкаре – как процесс внезапного и случайного (революционного) перехода системы из одного состояния в другое, из устойчивого – в неустойчивое.
Такое состояние описано впервые Л.Эйлером на примере анализа поведения вертикальной колонны, находящейся под нагрузкой. Находясь длительное время в состоянии устойчивого (вертикального) равновесия, колонна Эйлера, под влиянием внешних воздействий, медленно накапливает возмущения до тех пор, пока она внезапно не потеряет свою устойчивость. Вместо одного устойчивого равновесия появляется множество положений равновесия, и предсказать какое из них окажется критическим в отношении ее разрушения предсказать невозможно. При этом разрушение произойдет внезапно, скачкообразно.
Таким образом, в синергетике ход эволюционного процесса реализуется по схеме:
начальный этап характеризуется медленным развитием системы, элементы которого можно каким-то образом предсказать. Например, раствор находится в метастабильном состоянии;
затем коллективные внутренние силы, как аддитивный или мультипликативный эффект, приводят систему в критическое состояние, провоцируют ее к хаотичности поведения. В этом случае стабильные параметры системы резко меняются. Возможны сценарии разного развития событий. Например, из раствора может выпасть осадок или, напротив, раствор может перейти в метастабильную фазу. Предсказать по какому сценарию пойдет реакция в тот или иной момент времени – невозможно;
выход из критического состояния системы непредсказуем, он случаен, скачкообразен;
новое состояние системы после бифуркации определяется периодом нового длительного ее развития, пока не наступят новые коллизии в ней по принципу самоорганизации и т.д.
В этом как раз и проявлена направленность эволюции через стадию стационарную, нестационарную, бифуркационную, новую стационарную и т.д. Подобное должно происходить и во вселенной.
Бифуркация играет главную роль в ее эволюции, приводя систему к новизне, новому уровню организации материи, новой сложности. Эволюция, таким образом, – это непрерывный процесс перехода к сложности, а сложность – к ускорению хода эволюции, поскольку в сложных системах процесс спокойного развития короче, чем у простых систем (больше параметров изменения как внутренних, так и внешних). В этом смысле эволюция по И.Пригожину 9 не может пойти вспять, она не обратима. Как необратима стрела времени. Направленность же эволюции связана с ее усложнением через самоорганизацию систем, структур, живого, неживого, самой вселенной.
Процесс самоорганизации универсален и может рассматриваться в качестве всеобщего закона эволюции Природы. Механизмы, которые управляют законом самоорганизации, относят к «механизмам сборки». Зная эти механизмы, можно вычленить управляющие параметры систем, чтобы предугадать направление их изменения или искусственно перевести их в новое состояние. Момент перевода старого состояния в новое, может определяться триггером (спусковым механизмом).
В некоторых случаях свойства развивающихся систем можно предугадать, опираясь на принцип минимума диссипации энергии. Но в природе много явлений, которые еще не могут быть объяснены с позиции свойств частиц, атомов и т.д. Тогда прибегают к таким понятиям, как аномальные свойства. До недавнего времени, например, не могли объяснить аномальные свойства воды, но выявление ее структуры и полиморфизма позволило не только понять, но и использовать эти свойства в познании, например, геологических процессов, да и не только их. Постепенно будет разгадана самая интересная загадка – жизни и разума. И хотя эти загадки невозможно разгадать, опираясь только на свойства органического вещества или свойства нейронов мозга, но поиск новых знаний в эволюции систем позволит подступиться и к этим сложным проблемам на основе того же механизма универсального эволюционизма.
Непрерывность же изменения структуры определяется разрушением (уничтожением) старых и возникновением новых структур. А многообразие расхождения ветвей событий в ходе эволюции не дает возможности обмена информацией между канувших в лету событий, разделивших эти ветви. Например, в биологии запрещено межвидовое скрещивание, мы никогда не поймем язык верветки, хотя можем строить свои версии о том, что вокруг и с ней происходит. Мы никогда не найдем общего языка со своими братьями меньшими, поскольку они не обладают им в том виде общения, которым обладаем мы.
Новое, возникающее из старого, обладает неповторимыми свойствами и качествами. И даже эффект памяти формы в металлургии является новой, постепенно теряющей связь со старой формой. Связь новых и новейших событий проявляется лишь в действии единых законов в Природе, которые одинаковы в любых пространственно-временных и материальных связях – законах сохранения.
Режим детерминированного хаоса связан с определением предельной траектории в ограниченной области физического пространства, к которому стремится процесс (колебание маятника) или система.
В этой связи, можно говорить о том, что динамический хаос состоит из структур, которые сменяют друг друга по истечении времени перемешивания, и тогда явление самоорганизации следует рассматривать как рождение структуры из хаоса структур. Структуры динамического хаоса могут отличаться не только разнообразием, но и симметрией форм.
Динамическая неустойчивость движения выражается в сильной расходимости близких в начальный момент траекторий. Следствием ее является перемешивание траекторий, наличие которых и позволяет перейти от полного описания на основе уравнений движения всех частиц к более простым уравнениям для функций, сглаженных по объему перемешивания. В этом случае система частиц заменяется сплошной средой.
Решение задач турбулентности представляет собой другой этап развития динамической системы, которая весьма сложна, например, для описания явлений при долгосрочном прогнозе погоды.
Д.Рюэлем и Ф.Такенсом в 1971 году был введен особый термин для описания сложных движений в нелинейных диссипативных динамических системах – странный аттрактор.
Слово «странный» подчеркивает два его свойства: необычность его геометрической структуры (она может быть представлена в виде кривых или плоскостей, т.е. геометрических элементов целой размерности) и размерность странного аттрактора, которая является дробной или, как принято говорить, фрактальной.
Странный аттрактор – это притягивающая область для траекторий из окрестных областей. При этом все траектории внутри странного аттрактора динамически неустойчивы.
Понятие хаоса относится к так называемой теории динамических систем.
Динамическая система состоит из двух частей: понятия состояния (существенной информации о системе) и динамики (правила, описывающего эволюцию системы во времени).
Эволюцию можно наблюдать в пространстве состояний, или фазовом абстрактном пространстве, в котором координатами служат компоненты состояния. При этом координаты выбираются в зависимости от контекста. В случае механической системы это могут быть положение и скорость, в случае экологической модели – популяции различных биологических видов. Примером динамической системы может служить маятник.
Динамическая неустойчивость в открытых системах может играть конструктивную роль. Например, при наблюдении облачного покрова с высоко летящего над ней самолета видно, что облачность распределена в пространстве не хаотично, она структурирована! Структурирована по типу ячеек Г. Бенара, в которых есть границы, весьма напоминающие упорядоченные фигуры, а часто вообще выглядят в форме шестиугольников (гексагонов) – типичных структур, которыми характеризуется структура льда. Весь этот геометрический порядок неожиданно, случайно из хаотического движения молекул водяного пара, возникающий в турбулентных потоках атмосферного воздуха, превращается в знакомую структуру элементарной ячейки (кластера) воды. Система как бы наследует её по принципу «памяти» о ней!
Ячейки Г.Бенара (1900 г). Обнаруживаются в результате нагревания слоя вязкой жидкости (например, масла) до определенной температуры. Неожиданно в условиях критического её значения из турбулентного хаоса возникают упорядоченные структуры шестиугольных конвективных ячеек. В этот момент жидкость превращается в более высоко организованное состояние, чем в условиях без нагрева. Другими словами неожиданно огромное количество молекул начинает двигаться согласованно (когерентно) на наблюдаемых расстояниях. Размеры ячеек могут достигать десятков мм и зависят от подвода тепла. Вблизи равновесия – жидкость однородна. Движение молекул несогласованно и оно описывается вероятностными законами. Когда возникают ячейки Бенара, как по команде возникает упорядоченность в движении. Другими словами, неравновесность системы приводит её к новизне, может быть источником её упорядоченности.
Мир нелинейных самоорганизующихся систем богаче закрытых, линейных. Но нелинейный мир сложнее моделировать.
Синергетика открывает возможность вероятного количественного математического описания мира нестабильности, многообразия путей изменения и развития, раскрывает условия и механизмы устойчивости сложных структур, дает возможность моделировать возникновение катастрофических ситуаций.
Динамическая система может развиваться либо непрерывно, либо дискретно во времени и пространстве. Первая называется потоком, а вторая – отображением (иногда каскадом). Маятник непрерывно движется от одного положения к другому и, следовательно, описывается динамической системой с непрерывным временем, т.е. потоком. Число же насекомых, например, рождающихся каждый год в определенном ареале, или промежуток времени между каплями в подтекающем водопроводном кране, более естественно описывать системой с дискретным временем, т.е. отображением.
Квантовая механика – пример статистических закономерностей, которым подчиняются ансамбли, состоящие из большого количества частиц.
Одно из явлений упорядоченности структуры в хаотических системах являются фракталы.
 |
Самоподобие множеств или фрактал Коха. Представляет собой непрерывный процесс достраивания треугольников на прямой (а=1), на прямой с одним треугольником (а=2) и т.д.
Таким образом, фракталы представляют собой геометрические формы с нерегулярной структурой, которая повторяется в различных масштабах.
Многие сложные явления, такие, как образование кристаллов, снежинок и изменения в популяциях животных, можно представить при помощи фракталов. Свойства фракталов обычно связывают с множеством Бенуа –Мандельброта.
Открытия последних лет показали 14 важность значения свойств хаоса. Мерой хаоса служит энтропия (топологическая и метрическая) движения, например, при растяжении. В последнем случае энтропия в первом приблежении равна средней скорости растяжения и складывания или средней скорости, с которой производится информация о растяжении.
Другой статистической характеристикой служит размерность аттрактора. Поведение простой системы должно описываться в фазовом пространстве аттрактором малой размерности. Чтобы задать состояние более сложной системы, может потребоваться несколько чисел, и в таком случае аттрактор может иметь более высокую размерность.
Образом хаоса в фазовом пространстве является странный аттрактор – объект в фазовом пространстве, к которому стремятся все или почти все траектории и на котором они неустойчивы.
Аттрактор – притягивающее множество, к которому самопроизвольно стремится система (подсистема). В классической науке – это состояние равновесия маятника, в сильно неравновесных системах – это состояние устойчивости, зависящее от граничных условий, задаваемых самой средой.
То есть аттракторы это геометрические структуры, характеризующие её поведение в фазовом пространстве по прошествии длительного времени. Это то, к чему стремится прийти система, к чему она притягивается. Другими словами, математическим образом режима функционирования диссипативной динамической системы служит аттрактор – предельная траектория изображающей точки в фазовом пространстве, к которой стремятся все исходные режимы.
Самый простой аттрактор – неподвижная точка. Такой аттрактор соответствует поведению маятника при наличии трения; маятник всегда приходит в одно и то же состояние покоя независимо от того, как он начал колебаться. В условиях отсутствия трения маятник будет колебаться вечно, и его орбита колебаний представляет собой уже не точку, а замкнутую кривую.
До недавнего времени существовали следующие виды аттракторов: точки, предельные циклы и торы. В 1963 г. Лоренц из Массачусетского технологического института открыл конкретную систему низкой размерности со сложным поведением (уравнение движения жидкости). Тем не менее, эта система вела себя случайным образом, и этот аттрактор стал первым хаотичным или странным аттрактором.
В последние годы для многих систем со случайным поведением удалось найти простой хаотический аттрактор (конвективное движение в жидкости, нагреваемой в небольшом сосуде, колебание концентрации веществ при химических реакциях с перемешиванием, сокращение сердца, колебательные процессы в большом числе электрических цепей и механических установок).
В настоящее время идут эксперименты с целью найти хаос даже в таких вещах, как рождение блестящей идеи. Врожденная творческая способность, быть может, скрывает за собой хаотический процесс, который селективно усиливает малые флуктуации и превращает в макроскопические связанные состояния ума, которые мы ощущаем как мысли.
Хаос бросает вызов сторонникам редукционизма, которые считают, что для изучения системы ее нужно разбить на части и изучать каждую в отдельности. Эта точка зрения существовала очень долго благодаря тому, что есть очень много систем, для которых поведение действительно складывается из поведения по причине простого нелинейного взаимодействия нескольких компонент.
Хаос, широко распространенный в микромире, отсутствует в макромире. Поведение частей подсистем и самих систем управляется, например законом всемирного тяготения. На этой основе можно рассчитать орбиты планет, спутников и др. объектов. Общество может управляться общественными законами и т.д.
Идеи самоорганизации проникают в различные области научного знания, поскольку во всех случаях возникает необходимость описания открытых систем, обменивающихся энергией, веществом и информацией. Синергетика проникла не только в физику, химию, но и биологию, а также при описании общественных систем.
Ссылки
Хакен Г. Синергетика.-М.:1980 ↩
Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса.-М.:1986. ↩
Моисеев Н.Н. Универсум, Информация, Общество. — М., 2001. ↩
Понятие не совсем точное. Поскольку в целеполагании заложен другой смысл: ставить цель и достигать ее. Это присуще сознанию, но не природе вещей. Кстати, например, общественные цели могут и не совпадать с природой самоорганизации общества. ↩
Чернавский Д.С.Синергетика и информация: Динамическая теория информации. М.: Наука,2001. ↩
Моисеев Н.Н. Универсум, Информация, Общество. – М., 2001. ↩
Структуру льда жидкой воды. ↩
Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Что такое синергетика//Нелинейные волны. Самоорганизация.-М.:Наука,1983. ↩
Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант.– М.: 1994. ↩
Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития. – М., Наука, 1987 ↩
Жизнь в этом смысле, представляет собой крайне неустойчивое явление. Например, вдох стимулирует жизненные процессы окисления в организме с подачей кислорода (сама жизнь), а выдох выводит из организма отработанный материал газов – углекислоты (смерть организма). Любое прекращение периодичности дыхания ведет к неминуемой смерти организма. Жизнь, таким образом, балансирует на грани смерти. ↩
Вишик М.И. Фрактальная размерность множеств.//Соросовский образовательный журнал, 1998,№ 1. ↩
Джеймс П.Кратчфилд, Дж. Дойн Фармер, Норман Х.Паккард и др. Хаос// В мире науки, 1987, №2. ↩
Любое, полное или частичное использование материалов сайта, кроме как для личного пользования, разрешается только с согласия автора, при этом ссылки на автора и на сайт обязательны.
Самоорганизация: синергетический подход
5.5. Синергетические концепции самоорганизации
Обобщение результатов, полученных специалистами в связи с исследованиями по синергетике, позволяет определить синергетическую концепцию самоорганизации в виде следующих положений.
Синергетика основана на идеях целостности мира и научного знания о нем, общности закономерностей развития объектов всех уровней материальной и духовной организации, нелинейности (многовариантности и необратимости), глубинной взаимосвязи хаоса и порядка (случайности и необходимости). Синергетика дает новый образ мира, который сложно организован и открыт, т. е. является не ставшим, а становящимся, не просто существующим, а непрерывно возникающим и эволюционирующим по нелинейным законам. Последнее означает, что этот мир полон неожиданных поворотов, связанных с выбором путей дальнейшего развития.
Синергетика изучает открытые (обменивающиеся веществом и энергией с внешним миром, имеющие источники и стоки энергии) нелинейные (описываемые нелинейными уравнениями) системы. Предметом синергетики являются механизмы самоорганизации, т. е. механизмы самопроизвольного возникновения, относительно устойчивого существования и саморазрушения макроскопических упорядоченных структур, характеризующих такого рода системы. Эти механизмы присущи и природным (живым и неживым), и человеческим, социальным процессам. Поэтому синергетику развивают представители самых разных дисциплинарных областей (физики, биологии, химии, математики). Г. Хакен подчеркивал, что назвал новую дисциплину синергетикой не только потому, что она исследует совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование различных дисциплин.
Десятилетиями изучаются законы аэродинамики, поднимаются в небо тысячи типов летательных аппаратов. Но известно, что майский жук, который по определенным законам летать не должен, тем не менее летает, причем его полет куда более экономичен, чем полет любого из устройств, созданных руками человека.
Природа рациональна и гармонична, и эта гармоничность достигнута за счет точнейшей подгонки систем и уровней организации: перераспределение энергии между молекулами воздуха порождает мощнейшие ураганы, несколько квантов солнечного света, поглощенные зерном хлорофилла, порождают все необходимое для существования живого.
Необходимо осознать, что создаваемые искусственные системы являются частью общего мира и, следовательно, в них должны в максимальной степени учитываться общие процессы самоорганизации.
Знание принципов самоорганизации сложных систем дает новые направления поиска способов управления сложными системами. Сложная нелинейная система способна сама себя структурировать, необходимо только правильно инициировать желательные тенденции ее саморазвития.
Управляющее воздействие развитием нелинейной системы может быть эффективным, если оно согласовано с внутренними свойствами этой системы, т. е. является резонансным. Если «укалывать» систему в нужное время и в нужном месте, она будет развертывать все богатство своих форм и структур. В соответствии с общими принципами синергетического мировидения необходимо не просто строить или перестраивать, а инициировать, выводить социальные системы на собственные линии развития.
Анализируя различные исторические модели социального управления, И. Пригожин пришел к выводу, что сложная система, поведение элементов которой однозначно и однонаправлено, а также лишено дополнительных степеней свободы, не будет эволюционировать и в конечном счете разрушится. Только хаотичность, подвижность индивидуального поведения и возможность корреляции приводят на уровне системы к направленному прогрессивному движению.
Оптимизация существующих производственных систем в концепции гибкого производства осуществляется в основном путем анализа затрат на каждом производственном этапе. Результаты этого анализа используются в целях совершенствования процессов производства и снабжения, которые после внедрения нововведений вновь подвергаются оптимизационному анализу. При этом используются методы линейного моделирования.
Для И. Урманова очевиден тот факт, что современные крупные хозяйственно-технологические комплексы представляют собой так называемые сложные эмерджентные системы. В условиях олигополистической конкурентной среды многие из них работают в так называемых точках бифуркации (особых критических точках), близ которых поведение системы становится неустойчивым.
Следовательно, система под воздействием самых незначительных факторов может резко изменить свое состояние. Опасность подтверждается реальными событиями, когда крупные, внешне благополучные производители оказывались в кризисной ситуации.
Моделирование глобальной деятельности крупных компаний (включая работу на внешних рынках) характеризуют следующие базовые условия расчетов:
Поэтому концепция синергизма как возникновения и развития положительной обратной связи и последующего за этим процессом «разгона систем» должна стать новой парадигмой управления в современной промышленности. Именно синергетические эффекты, характеризуемые как результаты кооперативного действия в системах, приводящие к изменению качества, являются адекватным инструментом оценки инноваций в сложных моделях.
Сегодня, когда актуальна задача использования преимуществ международного технологического разделения труда, построенного на новых принципах управления сложными системами, изучение и использование потенциала синергетических связей транснациональных компаний представляется исключительно важным.
Синергетическая теория аттракторов имеет все основания стать одной из базисных теорий управления. Она расширяет представления о возможности предвидеть ход событий и воздействовать на ситуацию.
Одним из наиболее важных требований, предъявляемых к фрактальной фабрике, является способность всех ее подразделений и всех сотрудников к предпринимательскому мышлению и деятельности. Каждый фрактал должен быть фрактальной фабрикой меньшего размера. В дальнейшем фрактал не обязательно остается на фабрике, он может стать полностью самостоятельным. Так возникают тесно связанные друг с другом предприятия.
За счет высокого уровня собственной динамики и максимальной способности реагировать на быстро меняющиеся условия среды на фрактальной фабрике осуществляется тесное взаимодействие самоуправляемых и самоорганизующихся фракталов.
Конечные результаты функционирования фрактала постоянно измеряются и оцениваются. Чтобы они успешно действовали в нелинейной среде, необходимо правильно оценивать позицию каждого, а также позиции и направление движения других участников.
В подобной системе сотрудники образуют коммуникационную структуру с широкой автономией, которой они управляют и которая одновременно управляет ими. Руководители больше не наблюдают за действиями своих сотрудников, а определяют задачи и цели, чтобы каждый знал, что нужно делать. Свойство автономности означает, что реакция системы определяется главным образом ее структурой, внутренними связями, а не внешними силами и сигналами.
Таким образом, если каждая конкретная идея нововведения возникает случайно, вся их совокупность позволяет поддерживать существование макроэкономической системы и обеспечивает закономерное направление эволюции. Говорить о какой-либо организации можно, если есть значимые идеи, некая совокупность смыслов, способных объективно служить организующим началом. При этом существует риск эксплуатации этого организующего начала, когда организация перестает быть способом реализации идей, которые стали ее началом, т. е. создание какой-либо организации представляет собой внешнюю цель.
Организация может рассматриваться как объект или самостоятельная цель, а также как качество или средство, способ внутренней, качественной реорганизации.
Влияние организации первого типа направлено на человека, которое он испытывает на себе, а в организации второго типа человек может действовать самостоятельно.
В теории и практике менеджмента известны и децентрализованные структуры управления. Исследования показывают, что сверхсложные задачи могут решаться лишь в структурах, где нет монопольной авторитарности, где наблюдается полицентрическое распределение полномочий. Текущим режимом самоорганизующейся системы является гетерархия, т. е. способность создавать по мере необходимости иерархические структуры. Иерархия создается по мере надобности для решения проблем, требующего, например, волевого усилия или определенных профессиональных знаний. Возможны различные варианты и комбинации изменения структур в целях выживания организаций. Например, есть научные группы, выполняющие рутинную работу в централизованном режиме и переходящие к свободному коллегиальному сотрудничеству при решении инновационных задач.
Таким образом, реализация всех процессов организации основана на общих способах взаимодействия активностей-сопротивлений и их сочетаниях. Наиболее явно это проявляется в процессе самоорганизации, в ходе которого организация самообразуется, самовоспроизводится и самосовершенствуется как сложная динамическая система. Отличительной особенностью процессов самоорганизации является целенаправленный, хотя и естественный характер: процессы, протекающие во взаимодействии с окружающей средой, при этом автономны, что, кстати, не противоречит эволюционной теории.
Можно выделить три типа процессов самоорганизации:
Процесс самоорганизации системы подтверждает, что с усилением организации эффективность рациональных и целенаправленных действий ослабевает, организация сама «создает» себя, порой противодействуя сознательному руководству. Исследования процессов самоорганизации дают возможность не только выявлять механизм автономного циклического самоподдержания, но и позволяют найти возможность запускать этот механизм.
При этом на определенном этапе развития в механизм самоорганизации вмешивается разум человека, способный внести в этот процесс качественно новые элементы. Главное свойство разума заключается в способности предвидеть отдельные фрагменты будущего развития, оценить некоторые из последствий отбора и тем самым влиять на его характер.
Оказалось, что в отношении социальной организации невозможно говорить о ее полной самоорганизации, разум человека позволяет усовершенствовать структуру обратных связей, а значит, осуществлять целенаправленные изменения в интересах общества.