реферат. Проблема возникновения нового знания, научного поиска и творчества привлекали внимание ученых с самого начала становления науки
 Скачать 74.15 Kb.
|
|
3 Основные определения системного подхода Теперь рассмотрим значение ключевых понятий системного подхода. Очевидно, что основным является определение системы. Определений системы вероятно столько же, сколько и специалистов, которые используют системный подход как основу научных исследований. Система ‒ это совокупность взаимосвязанных элементов, образующих единое целое и имеющих единое назначение или цель. В общем смысле систему можно определить как принятую в целом совокупность элементов, которые различимы в пределах действительности. Элементы внутри системы связаны между собой. Их отношения формируют структуру системы, но они не исчерпываются только внутренними отношениями, а включают отношения с элементами вне системы, в частности, с окружающей средой. Это означает, что система имеет определённый набор постоянных свойств, которые остаются таковыми, несмотря на изменения условий внешней среды. То есть, система представляет собой скорее порядок, чем хаос, скорее последовательность, чем непоследовательность в решениях и действиях. Система имеет статическую и динамическую составляющие, поскольку она изменяется при взаимодействии с окружающей средой. Часто открытые системы снаружи кажутся достаточно устойчивыми. Эта стабильность желательна, но в реальности она трудно достижима. Поскольку, если стремиться к тому, чтобы все элементы и их взаимосвязи долгое время оставались постоянными, то случайное изменение в одном из элементов или их отношений, должны обязательно быть скомпенсированы за счёт изменений где-нибудь ещё. Таким образом, возникает временная нестабильность ‒ переходный процесс, результатом которого может быть даже разрушение. Поэтому, открытая система стремится сохранять равновесие, но это равновесие имеет динамический характер. Обобщая, приведём более полное и более сложное определение системы. Итак, система ‒ это организованное множество элементов (произвольной природы), обладающее относительной целостностью и полифункциональностью: иерархической организацией, включающей в себя составы и структуры (логические, пространственно-временные, стохастические и др.); динамикой, охватывающей функционирование и развитие; особенностями и условиями существования других систем. Важнейшими характеристиками любой системы являются функция, цель и структура. Под функцией системы понимают такие действия системы, которые выражаются в изменении возможных её состояний. Во время функционирования совершается переход системы из одного возможного состояния в другие. Множество всех возможных состояний системы определяется числом её элементов, их свойствами и разнообразием связей между ними. Поэтому функция системы характеризует её как единое целое, как результат взаимодействия её элементов между собой и с внешними системами. Целью системы называется определённое (заданное извне или устанавливаемое самой системой) наиболее предпочитаемое конечное состояние (например, параметры выходных характеристик), т.е. некоторое подмножество значений функции системы. Структура системы определяется расположением и взаимосвязями между составляющими ‒ элементами системы, которые образованы для выполнения системой своей функций, т.е. зависит от величины и сложности системы. Величина системы характеризуется числом её элементов и количеством связей между ними, а сложность ‒ многообразием элементов, неоднородностью их свойств и разным качеством связей. Большим и сложным системам присущи свойства целостности и эмерджентности. • Целостность системы означает, что все её части служат общей цели и способствуют формированию наилучших (оптимальных) результатов в смысле принятого критерия эффективности. • Эмерджентность (англ. ‒ возникновение, появление нового) означает, что большие и сложные системы обладают такими свойствами, которые не присущи ни одному из её элементов, в том числе подсистемам (систем более низкого иерархического уровня). Эмерджентные или системные качества (как их часто называют в научной литературе) кардинально отличают системы от «не систем». Объединение подсистем с различной природой (например, экономической, технической, социальной), структурой и валентностью в сложные системы происходит при их взаимовлиянии друг на друга, что и создаёт новое системное качество, которое не присуще ни одной из подсистем. Чем больше система и разница в размерах целого и частей, тем вероятнее различие в их свойствах и, следовательно, тем труднее согласовывать цели их функционирования. Английский кибернетик С. Бир наиболее ярко выразил суть эмерджентности: «Оптимальное функционирование частей не исключает гибели целого». С учётом изложенного можно сформулировать основное требование системного подхода как необходимость комплексного исследования больших и сложных объектов в совокупности с параметрами внешней среды, в которые встроена эта система. Изучать системы необходимо как единое целое, т.е. с учётом функционирования всех её элементов и частей. Исходя из этого принципа, нужно изучить каждый элемент системы в его связи и взаимодействии с другими элементами, выявить влияние свойств отдельных частей системы на поведение системы в целом, установить эмерджентные свойства системы, а также определить оптимальный режим её функционирования. Системный анализ ‒ это совокупность методов, позволяющих реализовать системный подход при исследовании больших и сложных объектов. К таким методам относятся, прежде всего, анализ и синтез, математическое моделирование и оптимизация с использованием компьютерных технологий и соответствующего программного обеспечения. При применении системного анализа требуется максимальный учёт взаимосвязей и взаимовлияния всех элементов системы (человека на уровне его особенностей, параметров технических устройств, природных условий и ресурсов). С усложнением задач и объектов исследования возникает необходимость декомпозиции (деления) систем на подсистемы, которые исследуются автономно, но при этом обязательно предполагается согласование частных целей подсистем с общей целью системы (по отношению, к которой проводилась декомпозиция). Таким образом, декомпозиция системы предопределяет создание иерархической (соподчинённой) структуры с такими преимуществами для исследования, как резкое снижение размерности системы, улучшение надёжности её функционирования, увеличение структурной гибкости системы и других факторов. По существу декомпозиция ‒ это операция анализа системы. Естественно, что исследование менее сложных систем нижнего уровня проще и удобнее. Однако, последующее согласование функционирования подсистем (операция синтеза) представляет собой гораздо более сложную задачу, чем исследование отдельных подсистем, причём основная трудность связана с эмерджентностью системы. 4 Характеристики открытых систем Несмотря на разнообразие целей, функций и структур множество открытых систем имеет общие следующие характеристики. 1. Привнесение энергии. Открытые системы вынуждены потреблять (привносить) определённый вид и количество энергии из окружающей среды. Функционирование системы существенно зависит от постоянного поступления определённых ресурсов из внесистемной среды. Поэтому, ни одна реально действующая система не является в полной мере самодостаточной или замкнутой. 2. Пропускная способность. Открытые системы преобразовывают доступные им ресурсы. Система создаёт новый продукт, или обрабатывает вещества, или обучает людей, или обеспечивает услуги. Эти виды деятельности включают некоторое преобразование входного сигнала в выходной. 3. Продукт. Открытая система всегда экспортирует в окружающую среду свой продукт. Это может быть, например, изобретение know how или мост, построенный инженерной фирмой. Постоянное производство продукта в системе зависит от восприимчивости окружающей среды. Продукты системы могут быть, и не востребованы, не иметь относительной полезности, перенасыщать рынок и даже загрязнять окружающую среду. 4. Открытые системы, как циклы событий. Обмен ресурсами с окружающей средой имеет циклический характер. В результате обмена продукт, экспортируемый в среду, представляет собой будущий источник энергии для воспроизведения цикла. Энергия (ресурс), подкрепляющая цикл, производится посредством эффективности обмена продукта (ресурсной модели) во внешней среде. Этот процесс организован так, чтобы составлять единство и завершённость (замкнутый цикл). Единичный цикл представляет собой простую форму модели. Но такие единичные циклы комбинируются в более крупную структуру событий или системы событий. Система событий может состоять из цикла небольших циклов, каждый из которых влечёт за собой другие. Циклы разных типов могут не иметь прямого отношения друг к другу. В этом смысле, основной областью для исследования и построения систем является прослеживание энергетической цепочки событий от момента поступления энергии, её трансформации до окончания цикла (динамики ресурсной модели). 5. Снижение неопределённости. Чтобы выживать открытые системы должны противодействовать развитию неопределённости (увеличению энтропии). Развитие неопределённости ‒ естественный закон природы, в ходе которого все живые формы движутся к дезорганизации или смерти. Цикл «вход ‒ трансформация ‒ результат» является основным для системы жизнедеятельности, это и есть цикл снижения неопределённости. Открытые системы отличаются в их способности выживать даже в случае резкого прерывания этого цикла. Для этого важна такая характеристика как способность к аккумулированию и накоплению. В результате того, что привнесённой энергии больше, чем поставляется в среду, система может аккумулировать энергию и снижать неопределённость в дефиците энергии. Внутри границ своей способности к накоплению, открытая система всегда стремится максимизировать соотношение между привнесённой и поставляемой в среду энергией, чтобы выжить, и даже в периоды кризиса жить за счёт полученного взаймы времени. 6. Получение информации, нейтрализация обратной связи и кодирование. Система привносит из среды не только энергию, которую она трансформирует и изменяет в процессе работы, но она получает также информацию и сигналы о среде и о своём собственном функционировании по отношению к среде. Реакция системы на отрицательную обратную связь позволяет корректировать отклонения от первоначальной цели. В процессе кодирования информации процесс местоопределения системы упрощается до небольшого количества значимых базовых переменных. Но при этом, очень важно, чтобы при упрощении не «потерялась» адекватность и не смещались акценты между переменными среды или системы. 7. Стабильность и динамическое равновесие. Энергия, которая сдерживает рост неопределённости, привносится для того, чтобы поддерживать стабильность системы. Стабильность не значит отсутствие действий или постоянного равновесия. В этом случае, существует постоянный приток ресурсов из среды и постоянный экспорт продуктов организационной системы. Стабильность как характеристика системы заключается в том, что пропорция энергетического обмена и отношение между элементами системы сохраняются. Временная схема активности системы, которая может иметь серию подъёмов и спадов, в целом, стремится к прямой линии. Более того, система сама по себе находится в постоянном движении. Её равновесие, это квазистационарность, основной принцип ‒ это сохранение характеристик системы. Таким образом, стабильность, которая на первоначальном этапе развития является одним из видов равновесия, в течение времени на более сложном этапе становится специфическим равновесием, сохраняющим характер системы во время роста и экспансии. 8. Специализация. Открытые системы движутся по направлению к специализации. Общие способы поведения в перспективе заменяются более специализированными. 9. Интеграция и координация. В процессе специализации система приходит к объединённому функционированию различных по природе и предназначению элементов. В системах существует два различных пути объединения координация и интеграция. Интеграция позволяет объединять усилия элементов благодаря совпадению, например, отношению к цели. Для больших и сложных систем (особенно с участием человека) координация скорее, чем интеграция, является средством обеспечения чёткости и систематического объединения усилий ‒ благодаря таким правилам, как установление и регулирование детерминированных операций, синхронизация функций, создание расписания и упорядочение событий. 10. Принцип равных конечных состояний. Открытые системы могут быть также охарактеризованы посредством принципа равных конечных состояний, предложенного фон Берталанффи. В соответствии с этим принципом, система может достичь одного и того же конечного состояния при различных начальных условиях и различными путями. В зависимости от того, каким способом система создаёт регулирующие механизмы, чтобы контролировать свои действия, количество равных конечных результатов может быть сокращено. Приведённые общие характеристики присущи системам, которые имеют различную природу, цели и структуру. Поэтому их часто используют при анализе и сравнении систем не только в теории, но и на практике. 5 Описание конструкций систем комбинированного орошения, применяемых в мире В настоящее время ведутся активные поиски возможности снижения влияния температурного и водного стресса на растения. Пути и способы решения указанной проблемы довольно разнообразны. В частности, одним из способов является повышение устойчивости растений к высоким температу-рам путем применения различных химических веществ. Примеры такой за-щиты описаны в следующих изобретениях. Европатент ЕР 1891854 А 1 выдан на «Способ и смесь для полива рас-тений». Согласно этому способу полив растений выполняют путем подачи с водой к растениям раствора или взвеси полипропиленгликоля. Применение упомянутого раствора приводит к существенному снижению количества воды, необходимого для полива растений вследствие уменьшения испаряемости. Европатент ЕР 1929866 А 1 «Использование полимеров и олигомеров ксилодекстрана и производных соединений в качестве фитосанитарных про-дуктов и биоудобрений» имеет целью утилизацию вещества, содержащего соединение олигозида формулы Х1-Х2-Х3-(Х4)n, в которой Х1, Х2, Х3, и Х4 представляют, каждый независимо друг от друга, одну из моноз, выбранных среди глюкозы, галактозы, ксилозы, фруктозы или арабинозы. Монозы пред-ставлены в восстановленной форме и/или замещены группой алкида или ацила, такой как группа метила или ацетила, а n принимает значения 0 или 1. Изобретение предназначено для адаптации растений к абиотическому стрессу, для регулирования цветения и плодоношения растений и индуцирования защитных реакций против патогенных возбудителей. Заявка ВОИС (Всемирная организация по охране интеллектуальной собственности) WO 2009079508 A1 на «Способы и составляющие снижения стресса у растений, обеспечивающие улучшенный рост и урожайность растений с помощью снижения стресса от абиотических факторов». Раствор, содержащий одно или более веществ, регулирующий рост (растительные гормоны, аминокислоты, производные аминокислот и терпены, или смесь этих соединений), наносят на поверхность растений, при этом образуется защитная пленка, снижающая влияние таких абиотических факторов, как жара, холод, свет и водный стресс. При этом фотосинтез не испытывает отрицательного воздействия. Следует отметить, что возможности повышения устойчивости растений к стрессам с помощью химикатов весьма ограничены. В литературе прослеживается несколько направлений снижения стресса путём регулирования микроклимата в приземном слое воздуха. Наиболее масштабным представляется техническое решение по заявке WO №2008050799 A1, поданной в ВОИС. Предложена система, использующая реактор ядерного синтеза или распада в качестве источника тепла. Для выработки пара применяют теплообменник, выполненный в виде системы заполненных водой труб, обеспечивающих её циркуляцию и охлаждение реактора. В результате нагрева воды производится выработка пара. Струи пара направляются в атмосферу через выпускной паропровод. Пары воды об-разуют облака, закрывающие солнечный свет, с соответствующим снижением температуры поверхности земли. Комплекс, описанный в заявке WO № 2008052224 A2, содержит две системы: орошения сельскохозяйственных культур и выработки электро-энергии. Система выработки электроэнергии содержит зеркальный солнечный коллектор и фотоэлементы, установленные на опоре, и отслеживающие положение солнца. Комплекс снабжен источником воды и насосом, обеспечивающим подачу воды к обеим системам. В дневное время поток воды отбирает тепло, понижая температуру приземного слоя воздуха, при этом фото-элементы обеспечивают выработку энергии системой. В ночное время теплую воду используют для полива сельскохозяйственных культур. Патент Российской Федерации (РФ) RU № 23338368 C1 выдан на вегетационную систему для создания микроклимата при выращивании сельско-хозяйственных культур в открытом грунте. Микроклимат формируется с помощью автоматизированной системы управления, оборудованной датчиками влажности и температуры, регулирующей подачу воды посредством системы труб, снабженных форсунками, из оросительного устройства, имеющего гидроаккумуляторы и нагреватели. Эта система содержит ветрозащитное ограждение по периметру земельного участка. Патент РФ RU № 2337525 C1 «Способ орошения атмосферной паро-образной влагой» предусматривает обеспечение потребности растений во влаге за счет ее конденсации из воздуха. Способ включает высадку деревьев и прокладку подпочвенных воздуховодов, периодически соединяющихся восходящими каналами с атмосферой. Подпочвенные воздуховоды выполняют в виде почвенных щелей, заполненных камнем, закрытых пленкой и засыпанных почвой. Восходящие каналы, соединяющие подпочвенный воздуховод с атмосферой, заполняют камнем до поверхности почвы. Соединение подпочвенного воздуховода восходящими каналами с атмосферой чередуют с солнечной и теневой стороны деревьев, определяемой по наибольшему суточному интервалу времени. Согласно второму варианту в восходящий канал, расположенный с солнечной стороны деревьев, устанавливают вытяжную трубу. Труба выступает над поверхностью почвы и выполнена из теплопроводного материала. Технический результат заключается в повышении эффективности конденсации атмосферной влаги за счет интенсификации воздухообмена между атмосферой и почвой. Европейский патент EP № 2092820 A1 «Способ и устройство для за-щиты виноградных лоз от мороза». В предложенном устройстве газ, в частности воздух, нагревается в узле посредством сжатия и через распределительную систему подается к виноградным лозам. Распределительная система имеет гибкие шланги с капиллярными отверстиями, которые распределяют подогретый воздух равномерно по всей поверхности шланга. Для защиты сельскохозяйственных культур от заморозков используют специальные системы, которые включают мощные вентиляторы, датчики температуры, установленные ниже инверсионного слоя и в инверсионном слое. Эти датчики передают информацию в режиме текущего времени на контроллер, который при снижении температуры растительного покрова ни-же температуры инверсионного слоя (заявка WO №2010006473). Похожая система защиты сельскохозяйственных культур от заморозков описана в заявке ВОИС WO №2010008602, она использует мощный вентиля-тор, установленный на мачте и снабжённый подогревателем воздуха. В заявке ВОИС WO №2010076959 описан способ обогрева участков с одновременным созданием благоприятных условий для формирования искусственного дождя. В патенте US № 7654035, выданном в США, восходящий поток воздуха, формируемый вентилятором, используется для создания воздушного барьера на пути продвижения холодного воздуха. Этот барьер обеспечивает поднятие холодного воздуха выше приземного слоя и защиту растений от радиационных заморозков. Для воздействия на атмосферные условия с вызыванием осадков над заданным районом во время засухи, предлагается использовать дождевальную установку «Данус-Жанбыр». Эта установка использует для создания восходящего парогазового потока реактивный двигатель, снабжённый волновым активатором. Струя парогазовой смеси выбрасывается на высоту нескольких километров, что, по замыслу авторов, способствует формированию дождевых облаков (Патент РФ №2283580). Отличается оригинальностью предложение регулировать микроклимат поля путём формирования концентрированного потока солнечного излучения и направления его на заданный участок (Патент РФ №2071232). Обращает на себя внимание тот факт, что большая часть рассмотренных технических решений направлена на защиту сельскохозяйственных культур от заморозков. Что касается защиты растений от засухи и температурных стрессов, то в этом направлении вопросы регулирования фитоклимата поля оцениваются преимущество при рассмотрении способов совершенствования технологии и техники орошения. |