Самоорганизация: синергетический подход

В идеях И. Пригожина, развитых Г. Хакеном в синергетику, рассматривается так называемая когерентная самоорганизация. Ее механизм связан с кооперативным взаимодействием множества однородных компонентов, приводящим к синхронизации внутренних процессов и их когерентному поведению. Такой механизм Г. Хакен назвал синергетическим (от греческого synergia – совместное кооперативное действие). Термин «синергетика» введен Г. Хакеном для обозначения междисциплинарного направления, предоставляющего благодаря результатам исследований в области теории лазеров и неравновесных фазовых переходов идейную основу для плодотворного сотрудничества исследователей в различных областях. Синергетика, по Г. Хакену, занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей и сложным образом взаимодействующих между собой. У Г. Хакена в этом отношении были предшественники: Ч. Шеррингтон, И. Забуский и др. Но они говорили лишь о частных примерах синергетических процессов.

Некоторые авторитетные авторы высказываются о синергетике  как о новой научной парадигме. Под парадигмой в философии науки  понимают определенную совокупность общепринятых в научном сообществе идей и методов (образцов) научного исследования. Синергетику как новую парадигму можно кратко охарактеризовать тремя ключевыми идеями: нелинейность, самоорганизация, открытые системы.

В отношении самоорганизации  Г. Хакен писал: «Полезно иметь какое-нибудь подходящее определение самоорганизации. Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную и функциональную структуру. Под специфическим воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизации система испытывает неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки».

В настоящее время  общепризнанным можно считать представление  о самоорганизации как о спонтанном переходе открытой неравновесной системы  от менее сложных и упорядоченных  форм организации к более сложным.

С точки зрения теории динамического хаоса феномен самоорганизации можно рассматривать в виде рождения структуры из хаоса структур. Система, в которой стохастичность траекторий есть следствие внутренних взаимодействий, а не случайных внешних воздействий, называется динамическим хаосом – движение частиц рассматривается как случайное.

Обобщая вышеизложенное, можно отметить, что синергетика (от греческого synergetikos – совместный, согласованно действующий) – научное направление, изучающее процессы образования и коллективных взаимодействий объектов (элементов, подсистем):

• происходящие в открытых системах при неравновесных условиях;
• сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой;
• характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимоСОдействием;
• имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, а также эволюцию систем.

2.2. Синергетическая концепция самоорганизации.

Обобщение результатов, полученных специалистами в связи с исследованиями по синергетике, позволяет определить синергетическую концепцию самоорганизации в виде следующих положений.

1. Объектами исследования  являются открытые системы в  неравновесном состоянии, характеризующиеся  интенсивным обменом веществом и энергией между подсистемами, а также между системой и ее окружением.

2. Различаются процессы  организации и самоорганизации.  Их общий признак – возрастание  порядка, обусловленное протеканием   процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия, независимо от влияния взаимодействующих элементов внешней среды. Организация в отличие от самоорганизации может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.

3. Результатом самоорганизации становятся возникновение, взаимодействие, а также взаимное содействие (например, кооперация) более сложных в информационном смысле объектов, чем элементы внешней среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются динамическими образованиями.

4. Направленность процессов  самоорганизации обусловлена внутренними  свойствами подсистем в их  индивидуальном и коллективном  проявлении, а также воздействиями  со стороны среды, в которую  «погружена» система.

5. Поведение подсистем  и системы в целом существенным образом характеризуется спонтанностью – акты поведения не являются строго детерминированными.

6. Процессы самоорганизации  происходят в среде наряду  с другими процессами, в частности,  имеющими противоположную направленность  и способными в отдельные фазы существования системы как преобладать над процессами самоорганизации, так и уступать им. При этом система в целом может характеризоваться устойчивой тенденцией, колебаниями к эволюции либо к деградации и распаду.

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 нам новый образ мира, который сложно организован и открыт, т. е. является не ставшим, а становящимся, не просто существующим, а непрерывно возникающим, эволюционирующим по нелинейным законам. Последнее означает, что этот мир полон неожиданных поворотов, связанных с выбором путей дальнейшего развития.

Синергетика заставляет нас по-новому осмыслить то, что  составляет сокровищницу древней мудрости, прежде всего мудрости Древнего Востока. От Востока синергетика воспринимает и развивает идею целостности общего закона, единого пути, которому следуют и мир в целом, и человек в нем. А от Запада она берет традиции анализа, опору на эксперимент, общезначимость научных выводов, их транслируемость (от одной школы в науке к другой, от науки к обществу в целом) через научные тексты, особый математический аппарат.

Синергетика изучает открытые (обменивающиеся веществом и энергией с внешним миром, имеющие источники и стоки энергии) нелинейные (описываемые нелинейными уравнениями) системы. Предмет синергетики – механизмы самоорганизации, т. е. механизмы самопроизвольного возникновения, относительно устойчивого существования и саморазрушения макроскопических упорядоченных структур, характеризующих такого рода системы. Эти механизмы присущи и миру природных (живых и неживых), и миру человеческих, социальных процессов. 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.

Синергетика – это  интенсивно развиваемое направление, а не сложившаяся наука. Синергетика имеет собственный язык. Это язык таких понятий, как «аттракторы» и «бифуркации», «фракталы» и «детерминированный хаос». Понятие аттрактора близко понятию цели. Последнее можно раскрыть в широком смысле как направленность поведения нелинейной системы, «конечное состояние» (конечное относительно, завершающее некоторый этап эволюции) системы. Под аттрактором в синергетике понимают относительно устойчивое состояние системы, которое как бы притягивает (от латинского attrahere – притягивать) к себе множество «траекторий» системы, определяемых разными начальными условиями. Если система попадает в конус аттрактора, она неизбежно эволюционирует к этому относительно устойчивому состоянию (структуре).

На уровне математического  описания бифуркация означает ветвление решений нелинейного дифференциального уравнения. Физический смысл бифуркации: точка бифуркации – точка ветвления путей эволюции системы. Иными словами, нелинейная система «таит в себе» бифуркации.

Фракталами называются объекты, обладающие свойством самоподобия. Это означает, что малый фрагмент структуры такого объекта подобен другому, более крупному фрагменту или даже структуре в целом. Свойство фрактальности имеет аналоги в глубинах философской мысли, а именно в философских представлениях о монадности элементов мира. Каждая монада, по Лейбницу, отражает, как в зеркале, свойства мира в целом. Этот же образ присутствует в восточном принципе мироощущения – «все в одном и одно во всем». Типичные фрактальные объекты – облака или береговая линия моря (реки); их рисунок сходен и повторяется в различных масштабах.

Синергетика рассматривает  случайность, играющую особую роль в  процессах самоорганизации, как  элемент мира. Случайности на языке  синергетики называются флуктуациями. Случайность – творческое, конструктивное начало; она способна играть роль механизма, выводящего систему на аттрактор, на одну из собственных структур среды, на внутреннюю тенденцию ее организации. Нелинейная среда начинает сама себя выстраивать, организовывать, но необходим хаос для инициирования, начального спускового механизма этого процесса.

А. Богданов еще в начале XX в. высказал мысль о существовании фундаментального закона сохранения организации – ее видоизменения, преобразования, но не исчезновения. Форма изменчива, но не разрушаема до конца. А. Лоскутов также писал о том, что знания закономерностей поведения хаотических сред позволяют перейти к целенаправленному конструированию искусственных систем, в которых процессы самоорганизации приводили бы к образованию необходимых структур.

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 наших устройств.

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  и общие процессы самоорганизации.

Традиционный подход к управлению природными и социальными процессами основан на линейном представлении о функционировании систем природы и общества. Согласно этому представлению результат внешнего управляющего воздействия есть однозначное и линейное следствие приложенных усилий, что соответствует схеме:

управляющее воздействие  –> желаемый результат.

Знание принципов самоорганизации  сложных систем дает новые надежды, раскрывая новые направления  поиска способов управления сложными системами. Сложная нелинейная система  способна сама себя строить, структурировать, нужно 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. Пригожий пришел к выводу, что  сложная система, поведение элементов  которой однозначно и однонаправленно, 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.

Практически вся история  управления отраслями современного машиностроения, ориентированного на выпуск массовой и крупносерийной продукции, представляет собой поиск оптимального компромисса между преимуществами масштабности производства и стремлением расширять товарную номенклатуру. Особенно явно этот процесс протекает в автомобилестроении. Машиностроение конца XIX–начала XX вв. представляло собой кустарное производство. Г. Форд положил начало переходу от кустарного к массовому производству. Э. Тойота и Т. Оно из японской автомобильной компании «Тойота» стали пионерами гибкого производства. Вопрос «производить или покупать?» руководители «Тойоты» не считали особо важным. Действительно, по их мнению, серьезная проблема заключалась в том, чтобы обеспечить взаимодействие сборочного завода и его поставщиков, добиться снижения стоимости комплектующих и повышения качества независимо от формальных, юридических отношений между сборщиком и поставщиками.

Оптимизация существующих производственных систем в концепции  «гибкого производства» осуществляется в основном путем анализа затрат на каждом производственном этапе. Результаты этого анализа используются при совершенствовании 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: «СААБ» (Швеция), «КИА» (Корея), «Ровер» (Великобритания).

Моделирование глобальной деятельности крупных компаний (включая  работу на внешних рынках) характеризуют следующие базовые условия расчетов: нелинейность изменения экономических систем, многофакторность, разнородность, многосистемность. Поэтому концепция синергизма как возникновения и развития положительной обратной связи и последующего за этим процессом «разгона систем» должна стать новой парадигмой управления современной промышленностью. Именно синергетические эффекты, характеризуемые как результаты кооперативного действия в системах, приводящие к изменению качества, являются адекватным инструментом оценки инноваций в сложных моделях.