Статья по теме:
Основные законы диалектики природы и их место в обеспечении эффективного функционирования и развития АПК как открытой системы
Лаптев Владимир Николаевич к. т. н., доцент
Аршинов Георгий Александрович, д. т. н., профессор
Лаптев Сергей Владимирович, к.ф.-м.н., доцент
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
С позиций законов диалектики природы успешное функционирование и развитие открытых систем (ОС) обеспечивающих их выживание (сохранение целостности) в изменяющейся внешней среде осуществляется за счет адаптации ОС к этим ситуациям. Суть адаптации состоит в уравновешивании интегрального (векторного) внешнего воздействия среды Сk адекватным ответным интегральным (векторным) противодействием ОСm. Технология такого гармоничного взаимосодействия ОС с изменяющейся внешней средой (С), когда ОСm=Сk четко определяет место и роль информации в этом процессе. Поиск ОС противодействия, соответствующего текущему внешнему воздействию ОСm=Сk, приводит либо к автоматическому применению одного из множества известных решений, либо к построению неизвестного нового решения, позволяющего ОС добиться желаемого позитивного конечного результата (+Крk) в процессе адаптации к этой неординарной k-й ситуации
Ключевые слова: ЗАКОНЫ ДИАЛЕКТИКИ ПРИРОДЫ, ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ, АПК, ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАЛЬНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ АПК
BASIC LAWS OF DIALECTICS OF NATURE AND THEIR PLACE TO ENSURE EFFECTIVE FUNCTIONING AND DEVELOPMENT OF AGRO-COMPLEX AS AN OPEN SYSTEM
Laptev Vladimir Nikolaevich
Cand.Tech.Sci., associate professor
Arshinov Georgy Aleksandrovich Dr.Sci.Tech., professor
Laptev Sergey Vladimirovich, Cand.Phys.-Math.Sci., associate professor
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
From the standpoint of the laws of dialectics of nature, the successful functioning and development of open systems (OS) ensuring their survival (maintaining integrity) in a changing external environment is carried out by adapting the OS to these situations. The essence of adaptation consists in balancing the integral (vector) external action of the medium Сk with an adequate response integral (vector) reaction OSm. The technology of such a harmonious interaction of the OS with a changing external environment (C), when OSm = Ck clearly defines the place and role of information in this process. The search for the OS of counteraction corresponding to the current external influence OSm = Сk leads either to the automatic application of one of the many known solutions, or to the construction of an unknown new solution that allows the OS to achieve the desired positive final result (+ Крk) in the process of adaptation to this extraordinary k-th situations
Keywords: LAWS OF DIALECTICS OF NATURE, OPEN SYSTEMS, AIC, ENSURING NORMAL FUNCTIONING AND DEVELOPMENT OF AIC
Непрерывный процесс внешнего воздействия на ОС (АПК в нашем случае) можно представить дискретным набором упорядоченных стоп-кадров, среди которых могут быть повторяющиеся. ОС действует в типовых стоп-кадрах автоматически, а в нетиповых - не ординарно, с обязательным доведением этих противодействий до требуемого автоматизма.
Для человека +Кр - это сохранение целостности организма в условиях текущего внешнего стоп-кадра, соответствующего приращению времени ?tk, за счет уравновешивания векторного воздействия Ck внешней среды адекватным ответным векторным противодействием ОСm.
Поэтому в основу выживания человека природа заложила механизм адаптивного управления (МАУ), запускающий выполнение таких одинаковых в типичных и разных в нетипичных внешних стоп-кадрах противодействий, при которых выполнялось условие баланса ОСm= Сk.
Использование стоп-кадровой модели баланса ОСm= Сk позволяет четко разделять все модели взаимодействия ОСm-Сk на типичные и нетипичные.
Для выживания ОС необходимо, чтобы коллективная (синхронная) работа q задействованных ее функциональных (исполнительных) элементов обеспечила создание «эффекта системы» ОСm, при котором выполняется условие ОСm=Сk. Это достигается за счет правильного модельного отражения в мозгу человека реального стоп-кадрового процесса ОСm-Сk и создания ОС адекватного противодействия Сm, при котором ОСm=Сk.
С этих позиций окружающий мир - это единство двух противоположностей: пустоты (вакуум) и твердых частиц (неделимых на части свободных элементов) отдельных или их «сгустков» (открытых систем), взаимодействующих между собой и с окружающей их внешней средой через пустоту (вакуум). Открытыми системами можно считать человека, семью, трудовой коллектив, АПК, страну.
Таким образом, ОС - это конечное множество функциональных элементов (ФЭ), связанных между собой и способных в разных ситуациях контакта с внешней средой, обмениваясь с ней веществом, энергией и сигналами, адаптироваться к ее изменениям.
Необходимо описать МАУ произвольной ОС, способный изменять ее состояния так, чтобы действующие векторные импульсы внешней среды Сk с допустимой погрешностью е компенсировались адекватными интегральными ответными импульсами Сm со стороны ОС.
Такой МАУ ОС успешно реализуется природой в человеке, причем в типичных для человека-творца ситуациях он работает автоматически (максимально реализуя возможности искусственного интеллекта - ИИ), а в неординарных ситуациях - творчески, путем поиска и реализации им (с помощью его естественного интеллекта - ЕИ) новых способов поэтапной автоматизации управления своим организмом на базе совершенствования взаимосодействия искусственного (формализованного) и естественного (творческого) его начал.
Решение проблемы адаптирования ОС к внешним воздействиям состоит в разработке МАУ ОС, способного автоматически запускать известное ему типовое противодействие ОС на конкретные типичных ситуации и оказывать помощь в поиске необходимых еще неизвестных ответных реакций (по аналогии с присущими человеку творческими способностями), определяющих выживание ОС в нетипичных для нее ситуациях [1-2, 8-10].
В этом случае необходимо применение математических методов. Слово «математика» означает «точные знания». Математическое описание явлений и объектов основывается на диалектике непрерывного и дискретного и отображается в виде различных «жестких» (неизменных) и «мягких» (поддающихся изменениям) математических моделей.
Главными законами природы считаются [1-2, 8-10]:
- закон пространственно-временного континуума движения материи (стоп-кадрового взаимодействия ОСm-Ck);
- законы диалектики природы (трактуемые Гегелем как законы мышления):
1) взаимного проникновения противоположностей (точнее их сбалансированного взаимосодействия);
2) перехода количества в качество и обратно (в каждом стоп-кадре);
3) отрицания-отрицания (кардинального уточнения взаимосодействия противоположностей при невыполнении требований первых двух законов).
Из первого закона диалектики вытекает последовательное квантование или стоп-кадровое сбалансированное взаимосодействия противоположностей (природы и человека), из второго - четкое качественное различие разных стоп-кадров, а из третьего - отсутствие баланса между воздействием извне и противодействием ему со стороны ОС.
Стабильное существование живых существ и искусственных ОС определяется выполнением законов диалектики природы в реальном масштабе времени (РМВ), т. е. в каждом стоп-кадре [2, 5-8,10-11].
Природа, базируясь на принципе первичности материи и вторичности сознания, сформировала в человеческом организме механизм гибкого взаимодействия его разума - естественного интеллекта и тела - исполнительного органа. Первый сформировался как орган моделирования сбалансированного взаимодействия человека с изменяющейся внешней средой, а второй - как орган, гибко уравновешивающий все воздействия извне.
Человек научился различать типичные (ОСm=Ck) и не типичные (ОСm?Ck) ситуации процесса ОСm-Ck. В типичных ситуациях он действует автоматически, а в нетипичных - ищет способы быстрого нахождения новых автоматизмов, делающих нетипичные для него ситуации типичными.
Человек осуществляет эти действия по схеме: 1) фиксация нарушений баланса, 2) применение известных или построение новых моделей, устраняющих эти нарушения; 3) выполнение этих совместных действий в РМВ [5-10].
Конечная цель любой ОС - ее выживание в любом текущем стоп-кадре за счет уравновешивания линейного или нелинейного воздействия извне Сk адекватным ему противодействием Оно и представляет собой позитивный конечный результат (+Кр), уравновешивающий внешнее воздействие ОСm.
Если это воздействие типичное, т. е. Yk(xn)=Ym(xn), то в работу по его уравновешиванию автоматически включается «жесткая» модель Ym(xn). В случае нетипичного воздействия ОС запускает одну из «мягких» моделей с ожиданием, что ее реализация может реально спасти ОС от гибели [1-3, 5-6, 8-11].
До настоящего времени считалось, что автоматизация поведения человека имеет предел - невозможность полной формализации всех практических действий. На самом деле в жизни человека имеет место поэтапная формализация его деятельности. Встречаясь с проблемой, человек всегда ее решал, т. е. обеспечивал свое выживание в изменяющемся мире.
Уникальная способность человека поэтапно формализовать, а затем автоматизировать свои действий за счет разработки конкретных моделей и адекватных технологий их реализации дала ему возможность лучше всех живых существ успешно адаптироваться к изменениям окружающего его мира [2-9].
Однако далеко не всеми осознана необходимость органического единства естественного интеллекта (ЕИ) - творческих способность человека и искусственного интеллекта (ИИ) - с его высочайшими скоростями компьютерных вычислений. Их гармоничное взаимосодействие является самой надежной современной научно-технической базой развития человечества [9].
Для выявления места и роли информации в успешном функционировании и развитии ОС необходимо:
1. Выявить проблему, решение которой обеспечит существенное улучшение управления ОС в науке, производстве и образовании и описать технологию решения проблемы.
3. Установить математические модели взаимодействия ОС с постоянно изменяющейся внешней средой (С) в типичных (устойчивых) и нетипичных (неустойчивых) ситуациях.
4. Определить роль информации в математических моделях взаимодействия ОС с изменяющейся внешней средой и технологию ее эффективного применения.
5. Использовать МАУ ОС и описать информационные процессы, происходящие в нем.
6. Организовать защиту информации (ЗИ) в ОС и обеспечить информационную безопасность (ИБ), определяющую устойчивое функционирование и развитие ОС.
В теории функциональных систем (ТФС) [2] П. К. Амосов убедительно доказал необходимость использования в качестве системообразующего фактора +Кр деятельности организма человека в изменяющейся внешней среде в течение временного интервала ?tn, отведенного на обработку информации и реализацию с помощью сигналов управления, генерируемых его мозгом, должной реакции ОС - «эффекта системы», обеспечивающего ее выживание в текущем стоп-кадре.
Функциональные системы (ФС) организма человека - это динамические, саморегулирующиеся центрально-периферические структуры его организации, обеспечивающие своей деятельностью полезные для метаболизма организма и его приспособления к окружающей среде результаты.
Для достижения полезного +Кр ФС избирательно объединяют q ФЭ разных уровней (ткани органов, механизмы нервной и гуморальной регуляции). Их синхронное взаимодействие обеспечивают должную адаптивную устойчивость +Кр и сбалансирование взаимодействие ОСm=Сk в целом (рисунок 1).
|
Рисунок 1 - Схема функциональной системы организма человека |
На рисунке 1 обозначены: 1 - полезный Ym(хn) приспособительный результат ОС; 2 - рецепторы результата; 3 - сигналы, идущие от рецепторов результата в центральную нервную систему (ЦНС) организма (обратная связь); 4 - ЦНС как скопления нейронов, их отростков, тесно связанных между собой, спинным и головным мозгом, который создает текущие стоп-кадровые модели Yk(хn) и сравнивает их с типовыми стоп-кадровыми моделями Ym(хn), хранящимися в памяти человека; 5 - коллективная синхронная работа q функциональных элементов (ФЭ) или систем (ФС), обеспечивающая за счет создания требуемого «эффекта системы» выживание ОС в течение временного интервала ?tn [8-10].
На рисунке 2 представлена структура функционирования ОС, где
|
Рисунок 2 - Структура и работа функциональной системы |
А - блок построения текущей модели взаимодействия ОС с внешней средой Yk(xn); Б - блок сравнения Yk(xn) с типовыми моделями Ym(xn), хранящимися в памяти ОС; В - блок разработки программы синхронной работы q функциональных элементов (ФЭ) для достижения +Крm; Г - блок фиксации наличие или отсутствия баланса ОСm=Ck.
При получении ожидаемого результата выполняется переход к очередному (k+1)-му стоп-кадру взаимодействия ОСm-Сk+1, иначе запускается механизм поиска Yoptk(xn) или Ynewk(xn) моделей выживания ОС за счет творческих способностей человека [2, 5-8, 10-11]. Архитектоника целенаправленного поведенческого акта человека в типовых и нетиповых для него ситуациях представлена на рисунке 3, на котором показано, как из блока акцептор результата поведения в блок афферентного (входного) синтеза подается текущий стоп-кадр Yk(xn) взаимодействия ОСm-Сk.
Туда же от рецепторов результата поведения и внутренних потребностей организма передаются параметры типовых воздействий внешней среды и внутренних потребностей организма Ym(xn).