link1184 link1185 link1186 link1187 link1188 link1189 link1190 link1191 link1192 link1193 link1194 link1195 link1196 link1197 link1198 link1199 link1200 link1201 link1202 link1203 link1204 link1205 link1206 link1207 link1208 link1209 link1210 link1211 link1212 link1213 link1214 link1215 link1216 link1217 link1218 link1219 link1220 link1221 link1222 link1223 link1224 link1225 link1226 link1227 link1228 link1229 link1230 link1231 link1232 link1233 link1234 link1235 link1236 link1237 link1238 link1239 link1240 link1241 link1242 link1243 link1244 link1245 link1246 link1247 link1248 link1249 link1250 link1251 link1252 link1253 link1254 link1255 link1256 link1257 link1258 link1259 link1260 link1261 link1262 link1263 link1264 link1265 link1266 link1267 link1268 link1269 link1270 link1271 link1272 link1273 link1274 link1275 link1276 link1277 link1278 link1279 link1280 link1281 link1282 link1283 link1284 link1285 link1286 link1287 link1288 link1289 link1290 link1291 link1292 link1293 link1294 link1295 link1296 link1297 link1298 link1299 link1300 link1301 link1302 link1303 link1304 link1305 link1306 link1307 link1308 link1309 link1310 link1311 link1312 link1313 link1314 link1315 link1316 link1317 link1318 link1319 link1320 link1321 link1322 link1323 link1324 link1325 link1326 link1327 link1328 link1329 link1330 link1331

Лекция по системному анализу в чрезвычайных ситуациях. Часть 3

2.1.3. Особенности организации и динамики систем

Вспомним, что одной из важнейших характеристик системы является ее состояние как совокупность всех ее существенных свойств на момент проявления. Функционирование системы есть процесс смены состояний при неизменности в времени и пространстве обобщенной структуры системы. Развитие системы подразумевает изменение, перестройку структуры системы.

Сам процесс функционирования или развития системы может быть представлен как ее перемещение по некоторой траектории. В свою очередь, каждая точка такой траектории может быть интерпретирована в виде вектора соответствующих интегральных переменных (показателей) системы. Сама же траектория принадлежит пространству всех ее возможных состояний, характеризуемому размерностью не меньшей, чем число тех показателей, которые входят в только что обозначенный вектор. Примером может служить физический цикл существования организма, например, человеческого (см. рис. 2.2), где в качестве показателей взяты возраст, вес и рост.

Каждый год, прожитый человеком или человеко-машинной системой, будет отличаться хотя бы одним из соответствующих показателей-координат, т.е. иметь определенное положение в выбранном пространстве состояний. Линия, соединяющая все соответствующие его точки — концы векторов, или годограф, и есть траектория системы. Траекторию системы для наглядности можно проецировать на какую-либо плоскость пространства состояний.

Что касается динамики техносферы и человеко-машинных систем, то здесь следует отметить следующие обстоятельства:

1) число возможных состояний таких систем ограничено,

2) выбор таких состояний не может быть произвольным.

Это объясняется тем, что такие системы обладают естественным стремлением к устойчивости, стабильности и живучести. При этом каждому диапазону внешних воздействий соответствует лишь одно, вполне определенное состояние системы. Поскольку общий диапазон подобных воздействий ограничен, общее количество состояний системы конечно.

clip_image004

Процесс функционирования системы обусловлен строго определенными соотношениями между энергией внешнего возмущения и собственной энергоемкостью конкретного ее состояния. Если внешняя энергия не превышает некоторых пороговых значений, не накапливается в системе, а уменьшается в результате частичного рассеивания или преобразования в другую энергию, то реакция системы на данное возмущение проявляется лишь в незначительном колебании своих существенных показателей, либо в их эволюционном изменении.

Один из наиболее общих механизмов сохранения системой стабильности связан с т.н. принципом Ле-Шателье — Брауна, в соответствии с которым любое внешнее воздействие порождает ответную реакцию системы, направленную на ослабление его эффекта и сохранения гомеостазиса. Нахождение таких систем в устойчивом или стабильном 0состоянии проявляется в относительной неизменности их обобщенной структуры и интегральных показателей.

Смена или утрата определенных состояний системы иногда сопровождается структурной перестройкой и происходит скачкообразно. Нередко это связано с причинением системе некоторого ущерба. Это связано с тем, что компенсационные механизмы системы уже не способы удержать ее в прежнем состоянии, и она утрачивает стабильность из-за радикальной перестройки своей структуры и скачкообразного изменения интегральных показателей.

Выбор направления смены состояний осуществляется, как правило, ради сохранения системой своей устойчивости и стабильности, причем из ограниченного числа альтернатив. Чаще всего необходимость выбора альтернативного состояния возникает при выходе системы на так называемый «режим с обострением», который может завершаться кризисами и катастрофами.

Кризис следует расценивать как свидетельство необходимости обновления, улучшения системы.

Катастрофа, в отличие от кризиса, сопровождается значительным и резким изменением интегральных показателей системы вследствие коренной перестройки структуры и морфологии.

clip_image006Под катастрофой в математике понимается скачкообразное изменение состояния системы при малом изменении управляющих параметров. Такое изменение бывает возможно далеко не всегда, и лишь тогда, когда система находится в неустойчивом состоянии (состояние неустойчивого равновесия). Например, мы повернули руль совсем чуть-чуть не вправо, а влево, и автомобиль оказался в кювете; оператор АЭС совсем немного выдвинул стержни, и реактор начал разогреваться в аварийном режиме. С катастрофой в математике связан также термин "бифуркация".

Бифуркация — означает «раздвоение». Этот термин употребляют в широком смысле для обозначения всевозможных качественных перестроек и метаморфозу различных параметров, от которых они зависят.

Иногда выделяют понятие катаклизма как чрезвычайно сильные изменения, появление которых равносильно краху, т.е. прекращению существования системы.

Функционирование техносферной системы характеризуется, таким образом, следующими возможными ситуациями:

1) гомеостазис (динамическое равновесие),

2) различные возмущенные состояния, вызванные ошибками людей (человеческий фактор), отказами техники, неблагоприятными внешними воздействиями,

3) опасные, критические и катастрофические состояния.

Таким образом, можно сформулировать основные положения динамики сложной системы.

1. Поведение системы является следствие взаимодействия наиболее существенных ее элементов между собой и с окружающей средой.

2. Определяющее влияние на поведение системы оказывают те звенья ее морфологии, которые включают в себя обратные связи.

Из этих положений следует, что поведение любой системы зависит не только от характера каких-либо воздействий на нее, но и, в значительной, а иногда и в определяющей степени от самой системы.

3. Проблемы создаются преимущественно внутри системы, а не в ее окружении.

Из этого следует, что поиск причин возникающих проблем следует искать прежде всего в самой системе.

4. Изучить сложную систему означает установить наиболее существенные отношения между ее элементами и окружающей их средой.

5. При исследовании сложной системы важно понять ее структуру, прежде чем количественно оценить и спрогнозировать все ее существенные характеристики.

6. Конечная цель изучения сложной системы — это анализ эффективности различных путей усовершенствования, улучшения системы.

Из трех последних положений следует, что количественный анализ любых сложных систем чрезвычайно трудоемок, поскольку надо не только выявить их состав, структуру, морфологию и функциональную среду, но и определиться с параметрами, показателями и интегральными характеристиками как всей системы, так и ее существенных компонентов.

Что касается техносферы в целом и различных человеко-машинных систем, то их особенности, существенные для моделирования и прогнозирования заключаются в следующем. Во-первых, это трудоемкость моделирования и системного анализа человеко-машинной системы, во-вторых, невозможность точного прогноза интегральных показателей столь сложной системы, не говоря уже о траектории ее изменения. Это требует привлечения методов математической статистики и теории нечетких множеств. Основатель теории нечетких множеств Л. Заде сформулировал так называемый принцип несовместности: чем сложнее система, тем менее правдоподобны точные количественные предсказания ее будущего поведения; если же сложность системы превосходит некоторый пороговый уровень, то точность количественного прогноза и практический смысл становятся почти исключающими друг друга характеристиками.

Таким образом, для повышения результативности системного исследования техносферы, моделирования безопасности, чрезвычайных ситуаций, необходимо основное внимание уделять уяснению тех внутренних закономерностей и узких мест, воздействие на которые окажется наиболее результативным.

Вы здесь: Главная БЖД и Охрана труда Чрезвычайные ситуации Лекция по системному анализу в чрезвычайных ситуациях. Часть 3