Концепция системно-физического подхода и его приложения к исследованию процессов обмена в сложных системах

Предмет исследования. Диссертация посвящена разработке общей концепции системно-физического подхода и его практическому применению в исследовании обменных взаимодействий в социально-экономической, технологической и физической сферах. Основными объектами внимания в ней являются реальные системы, которые с известной степенью условности можно назвать технологическими, т. е. подчиняющимся определенным технологиям (программам) своего существования. В этом смысле технологической, например, является избирательная система, поскольку процессы проведения предвыборной кампании, голосования и подсчета голосов достаточно жестко регламентируются соответствующей совокупностью определенных правил. Причем указанные правила (т.е. технология выборов) являются общими (одинаковыми) для большого числа структурных элементов системы (избирателей, участковых, окружных и центральных комиссий, кандидатов, общественных организаций и т. п.). Кроме того, характерной особенностью выборов является их циклическая повторяемость. Именно эта циклическая повторяемость порождает значительный практический интерес в исследовании существующих в данной области закономерностей. Другим характерным примером технологической системы может служить какая-либо физическая (химическая, биологическая и т. п.) технологическая установка (например, тепловая машина, радиотелескоп или ускоритель).

Методы исследований. Методологической основой данной работы является системный анализ, органически сочетающейся с физическим подходом, что обеспечивает целостность, целесообразность, открытость и содержательность модельного представления об исследуемых проблемах, целенаправленное выявление их наиболее важных особенностей и существенных черт. В качестве математического аппарата в диссертации использованы элементы теории множеств, математической логики, теории автоматов, теории графов, теории вероятностей и математического программирования. В ней также достаточно широко используются некоторые достижения современной и классической физики (в частности из области статистической физики, термодинамики, физики кипения, механики сплошных сред и т. д.).

Актуальность. Научно-технический процесс и связанная с ним системная революция породили к настоящему времени настолько сложные, многоаспектные проблемы взаимоотношений человека и окружающей его природы, что он по сути дела потерял способность к их адекватной интерпретации в рамках существующей совокупности специальных наук. Стало вполне очевидно, что указанные проблемы, с одной стороны, для своего решения требуют интегративного системного подхода, а, с другой стороны, на содержательном уровне они лежат далеко за пределами последнего. Причина такого двойственного положения заключается в том, что классический системный анализ вполне определяет лишь форму (методы) исследования, а не содержательное разнообразие информационного образа самого предмета исследования. Попытка же сочетания указанной общей формы с частным содержанием каких-либо специальных наук приводит в силу их очевидного несоответствия к внутренней противоречивости и к значительной потере интегративности, целостности, целесообразности и открытости модельного представления о реальной действительности. Типичным примером подобной рассогласованности формы и содержания научного знания может служить так называемый системный подход в экономике, который в силу сказанного выше трудно назвать системным, — ведь он имеет дело лишь с частичными образами реальных систем.

Вследствие этого традиционные методы управления указанными системами, основанные практически только на индивидуальном житейском и профессиональном опыте отдельных людей стали неэффективными. В связи с этим возникла настоятельная необходимость изучения указанных систем, (казалось бы совершенно различной природы) с единых научных позиций. И хотя эта задача значительно осложняется оторванностью исследований в области теории систем от реальной действительности, отсутствием в них физически адекватного содержания, однако большую надежду на возможность ее решения дает то, что к настоящему времени накоплен уже достаточно большой объем эмпирических данных, свидетельствующих о наличии в данной области некоторых фундаментальных закономерностей. Кроме того, имеется весьма положительный опыт разработки и практического использования самых разнообразных методик, базирующихся на системном подходе. Существует также целый ряд весьма интересных теоретических результатов, связанных с использованием физических модельных представлений в других отраслях знаний (в социологии, в экономике, в психологии и т. п.). Помимо этого к настоящему времени сложилось довольно большое количество достаточно интересных и продуктивных научных теорий (таких как общая теория системтеория сложностиэкономические, социальные и психологические теории полезностейтеории технической эффективноститеория игртеория коллективного выбора теории голосованийи т. п.)., которые как бы «повисают в воздухе», существуя сами по себе. Их отнесение к той или иной социальной научной дисциплине очень часто является настолько искусственным, что это бросается в глаза даже неискушенному в вопросах методологии познания студенту. Причина такой методологической путаницы заключается в том, что указанные теории представляют собой некоторые зародышевые образования (фрагменты) некоего общего системного научного управления.

Все это вместе взятое свидетельствует о наличии необходимых предпосылок для возникновения и развития целостного научного направления, в котором естественным образом соединились бы концептуальная мощь системного анализа и содержательная интерпретируемость, эмпирическая согласованность, формальная строгость и красота физических теорий. Только такой системно-физический подход (систематика) позволяет обеспечить необходимую глубину и общность понимания сущности реальных систем, имеющих разнообразные многоаспектные проявления, уровень сложности которых сравним или превышает уровень сложности живых организмов.

Сущность системы любой природы проявляется посредством взаимодействий ее структурных образований. Эти взаимодействия структурных образований реализуются в форме различного рода обменов, сопровождающихся количественными и качественными изменениями состояния и относительного пространственного положения последних. Отсюда следует, что взаимодействия систем представляют собой в конечном счете обмен информацией. И в этом смысле актуальной становиться проблема раскрытия информационной природы процессов, протекающих в различных сферах, информационной природы физической содержательности.

Существующая ситуация. Широкое внедрение методов системного анализа в практику исследований сложных проблем, изучаемых в рамках отдельных специальных наук привело, на наш взгляд, к значительному выхолащиванию его концептуальной основы, сформировавшейся в рамках общей теории систем. Типичным примером здесь может служить широко известная работа Месаровига и Такахары [114], посвященная формально-математическим основам этой теории. Принципиальное, концептуальное отличие предложенного в этой работе подхода от методологических подходов других наук (например, математической физики) заключается в практически полном отказе от принципов эмпирической согласованности и физической содержательности. Это обстоятельство обусловлено в первую очередь тем, что разрабатываемая авторами теория не строиться как обобщение эмпирических фактов, а она создается как некая рефлексия некоторых областей математики, затрагиваемых общей теорией систем, в себя, т. е. чисто умозрительно.

К наиболее разработанным вопросам практического использования системного подхода следует прежде всего отнести вопросы моделирования деятельности организационных и производственно-экономических систем, их взаимодействия со своим локальным окружением [11,33,35,41,4346,56,63,70,113,115,188,189,195−203,240,258], а также вопросы оптимального планирования и оперативного управления технологическими процессами [64,65,72,95,96,236]. Значительные достижения, связанные с использованием некоторых системных принципов, получены также при решении целого ряда социально-экономических и социально-психологических задач. И здесь нельзя не упомянуть об исследованиях в области принятия решений, выполненных в разные годы В. Парето, Л. С. Миркиным, Ю. Б. Гермейером, Р. Беллманом, А. Заде, У. Феррелом, Т. Шериданом, Э. Муленом, Ю. Казелецким, Ю. И. Клыковым, Д. А. Поспеловым, H.H. Пушкиным, Т. Саати и многими другими [26,8,21,26,35,51,68,71,72,86,87,89−93,99,101,119,120,189,202,203,209,211−215,253,254].

Однако, как уже отмечалось, выше все попытки объединения различных достижений прикладного характера довольно часто представляют из себя весьма пеструю электрическую смесь. Типичным примером такого рода попыток может служить монография Ван Гига [54].

Существование реальных систем любой природы является целесообразным. Эта целесообразность проявляется прежде всего в наличии определенных ценностных принципов и целей, которым подчиняется поведение реальных систем их реакция на возникающие во внешнем окружении ситуации. Пожалуй, одними из первых, кто с особой ясностью показали полную однокачественность понятий цели и средства были Р. Беллман и Л. Заде [21,6668]. Ценностная природа процессов управления с особой полнотой продемонстрирована также в работах [36,209,215,242,254]. Сложность решения задачи целеопределения заключается в необходимости исследования взаимодействия системы с окружающей ее средой с учетом их взаимного проникновения. Как правило, вопрос о формировании цели о ее «естественном» возникновении остается вне поля зрения исследователя. Характерным в этом смысле являются работы по оптимальному управлению. Многие авторы (в частности А. Холл, Мессарович и др.) считают, что определение цели системы есть процесс творческий, неподдающийся сколько-нибудь разумной формализации, или, что цель назначается системе извне и поэтому не подлежит обсуждению. Поэтому и вопрос о механизме формирования цели, по мнению этих исследователей, не имеет никакого смысла. Однако с подобными утверждениями навряд ли можно согласиться, поскольку признание их истинности означало бы по сути отказ от признания причинно-следственной обусловленности событий и, следовательно, отказ от первичности ценностных принципов бытия. Причина возникновения и устойчивого существования такого взгляда на природу целеполагания заключается в отмеченном выше разрыве между формально-абстрактной теорией систем и ее практическими предложениями в форме системного анализа (системного подхода), в выхолащивании физического содержания из методологического основания этого научного направления. Именно поэтому в научной литературе практически не затрагивается, например, такой важный вопрос, как вопрос о взаимосвязи ценности и полезности. Кроме того, практически обходится стороной и такой важный вопрос, как вопрос о структуре системы ценностей. Может быть в этом кроется причина того разнообразия определений самого понятия системы, базирующихся на атрибутивном (в виде перечисления некоторой совокупности базовых признаков), а не на конструктивном (структурном) подходе. В связи с этим в диссертации, особенно в ее концептуальной части значительное внимание уделяется физически содержательной интерпретации понятия системы, основанного на структурном представлении о проявлении ее сущности. Кроме того, в данной работе автор стремиться показать определяющую роль ценностных принципов существования системы, которая подтверждается результатами многочисленных исследований в самых различных областях (физической, биологической, психологической, технологической и т. д.).

Довольно длительное время в таких, казалось бы, далеких от физики отраслях науки как экономика, социология и т. п. предпринимаются (и часто весьма успешно) попытки использования ее модельных представлений [41,239,257,258]. Физические аналогии позволяют очень часто добиться если не качественно новых результатов, то, по крайней мере, значительно более глубокого понимания изучаемого явления, его внутреннего единства и взаимосвязи с другими явлениями природы. Однако простое перенесение общих физических закономерностей на другие процессы, не обнаруживая (именно в силу этой самой общности, а также существенной неформализуемости изучаемых явлений) явных противоречий с опытом, может привести к существенному искажению представлений о реальной действительности. Это обстоятельство становится особенно очевидным в том случае, когда наблюдается явное пренебрежение основными системными принципами. Так, например, одними из особенно важных проблем, возникающими постоянно в самых различных областях, являются проблемы целостности, целесообразности и открытости изучаемых систем. К сожалению этим проблемам в научной литературе не уделяется должного внимания. Это приводит, в частности, к тому, что границы исследуемых объектов устанавливаются иногда в значительной степени произвольно. В определенной мере возникновению подобных деформаций в системе научных знаний способствовала их дифференциация и специализация. В результате этого представление об окружающем мире не только стало сильно факторизованным, но и потеряло свою системную целостность. И эта целостность не может быть обеспечена простым механическим переносом физических закономерностей в другие сферы научных знаний. Факторизованность картины мира сама по себе не вызывает чувства неудовлетворенности, ибо она есть неизбежная плата за фрагментарное восприятие человеком окружающей действительности, за его ограниченную информационную мощь. Однако, вся проблема заключается в том, что границы между указанными фрагментами очень часто не вполне адекватны реальности. По глубокому убеждению автора (которое он стремился выразить и обосновать в этой работе) мир заполнен бесчисленным множеством систем, существующих как вполне реальные структурные образования. Поэтому границы между ними не могут устанавливаться произвольно.

Проявление сущности (ценности в том числе) структурных образований путем обменных взаимодействий свидетельствует о ее информационной природе. И хотя кажется, что такой вывод почти с очевидностью вытекает из результатов исследований процессов обмена (см. например, работы Л. И. Резоноэра [209,210], однако, он до сих пор, насколько известно автору, не был сделан. Это обстоятельство, по-видимому, целиком обусловлено отмеченной выше факторизованностью (фрагментарностью) научного знания. Поэтому в диссертационной работе автор стремился уделить этому вопросу особое внимание.

Завершая этот краткий обзор мы, к сожалению, вынуждены отметить практическое отсутствие в современной литературе систематического изложения концепции системно-физического подхода.

Основные цели исследования. Из всего сказанного выше со всей очевидностью вытекают основные цели настоящего исследования. Они заключаются:

1) В разработке общей концепции системно-физического подхода (систематики), включая ее основные постулаты, принципы, и систему наиболее фундаментальных понятий.

2) В практическом применении системно-физического подхода к исследованию информационных обменов в социальных системахв разработке информационно-ценностных статистических моделей голосованийв анализе эмпирических данных и поиске наиболее общих закономерностей коллективного выборав разработке основанных на них эффективных технологий прогнозирования.

3) В практическом применении системно-физического подхода к исследованию процессов обмена в технологических системахв разработке физически содержательных формальных моделей процессов формирования качества сложных, многофункциональных системв теоретическом и экспериментальном исследовании информационно-временных характеристик комплексов, содержащих средства оптического визирования.

4) В практическом применении системно-физического подхода к исследованию процессов обменена в физических системах, содержащих жидкие средыв исследовании роли активных центров при системообразованиив разработке модели динамики сплошной среды с учетом информации о ее структурной организации.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается:

1) В изложенной в ней концепции системно-физического подхода, базирующейся на постулате системной реальности и принципах системности, системной реальности, интегративности, физической содержательности, эмпирической согласованности, иерархичности и формализма.

2) В разработке единого информационно-ценностного подхода к исследованию проблем коллективного выбора при решении социально-значимых задач, в построении спектральной теории социальной напряженности и в разработке принципиально-новой технологии прогнозирования результатов голосований, которая бала практически использована и дала удовлетворительное согласие с опытом.

3) В разработке информационно-ценностной модели, описывающей динамику изменения общественного мнения, прошедшей практическую апробацию при прогнозировании ряда предвыборных кампаний.

4) В разработке информационно-статистической теории голосований и ее интерпретациив теоретическом обосновании логарифмического закона распределения голосов избирателейв открытии гармонического закона голосований и в исследовании условий его реализуемостив определении функции распределения случайных отклонений голосов избирателей, подтвержденных, в целом, большим количеством эмпирических данных, в разработке принципиально новой технологии оценки качества выборов.

5) В разработке системно-физической модели технологической сети в виде взаимосвязанной совокупности операционных преобразователей, представляющих собой в информационном плане типовые функциональные модули, которые могут быть формализованы в виде дискретных или непрерывных вероятностных автоматовв доказательстве теоремы о связи непрерывного и дискретного описаний. В доказательстве ряда утверждений об информационно-временных свойствах технологических графов.

6) В разработке аналитической вероятностной модели технологической сети, позволяющей на основе модифицированной формулы Мейсона для сигнальных графов рассчитывать эффективность функционирования сложных изделий (комплексов) в эксплуатации.

7) В разработке и практическом апробировании методики оценки эффективности (надежности) сложных, многофункциональных, восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий на основе моделирования потоков производственных дефектов.

8) В решении пространственно-геометрических задач преобразовании информации в человеко-приборных комплексах, содержащих средства оптического визированияв результатах теоретических и экспериментальных исследований информационно-временных свойств технологических комплексов, управляемых оператором с помощью оптических средств визированияв исследовании влияния некоторых наиболее существенных внешних и внутренних факторов на эффективность функционирования указанных комплексов.

9) В результатах системно-физического анализа процесса кипения жидкости на твердой поверхности, результатах эксперементальных исследований и в построении соответствующей физической модели, описывающей процесс возникновения пузырькового кипения с учетом информации о состоянии поверхности нагрева, достаточно хорошо согласующейся с экспериментальными данными.

10) В разработке физически содержательной модели, описывающей информационную взаимосвязь характера акустического излучения и режима кипения жидкости в вынужденном потоке;

11) В уточнении на основе системно-физического подхода классической модели, описывающей динамику движения сплошной среды путем учета информации о структурной организации сплошной среды и внутреннем массообменев исследовании и влияния последнего на возникновение некоторых новых физических эффектов, в решении задачи распространения плоской волны произвольной амплитуды в среде с внутренним массообменом.

12) В разработке модели, описывающей возникновение информационного образа горного рельефа в поле скоростей воздушного потока над ним, достаточно хорошо согласующейся с опытными данными. В разработке методики реконструктивного описания поля скоростей воздушного потока в зоне горного трения на основе результатов локального (в одном геодезичеком пункте) ветрового зондирования.

13) В результатах экспериментальных исследований информационных искажений в человеко-приборных комплексах при визировании в приземном слое атмосферы.

Практическая ценность. Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что.

1) Разработана концепция системно-физического подхода, позволяющая достаточно эффективно проводить анализ и разрабатывать в рамках единого системного языка формальные модели процессов обмена в системах различной природы, отличающиеся более высоким уровнем, адекватности реальной действительности, осуществлять объективную оценку их наиболее существенных информационно-ценностных свойств, исследовать закономерности существования и прогнозировать развитие указанных систем.

2) На основе обработки больших массивов данных установлены теоретически и подтверждены эмпирически некоторые весьма важные закономерности бытия социально-экономических систем, позволяющие, в частности, выявлять и определять характер возможных нарушений декларированных принципов голосования.

3) Разработаны новые информационные технологии прогнозирования результатов выборов, учитывающие собственную и вынужденную составляющие терминального выбора избирателей, принадлежащих разным социальным группам.

4) Разработан и практически апробирован ряд конкретных методик расчета точностных (информационных) и временных характеристик технологических комплексов одного класса с учетом внутренних и внешних ситуационных факторов и конструктивных особенностей. Предложен ряд конструктивных решений, на которые получено несколько авторских свидетельств на изобретение.

5) Выполнен достаточно большой объем практически важных экспериментальных исследований по изучению информационных свойств акустического излучения при кипении, а также по изучению искажений управляющей информации за счет рефракции в приземном слое.

6) Многие из представленных в работе формальных моделей и методик расчета доведены до программной реализации, что существенно облегчает их практическое применение.

7) Результаты работы внедрены в целом ряде научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и защищены авторскими свидетельствами.

В работе автор защищает: Во-первых, концепцию системно-физического подхода к исследованию обменных взаимодействий реальных систем, включающую основные постулаты, принципы и понятия, о полной группе фундаментальных свойств, об иерархической системе сфер как пространственно-временных континуумов, о структуре систем ценностей и пространственно-временной ограниченности действия ценностных принципов, об информационной природе ценностей и информационной природе обменов, о фундаментальной структуре реальной системы как целостной, целесообразной и открытой совокупности взаимосвязанных и взаимозависимых систем: элементов, процессов, ценностей и знаний.

Во-вторых, системно-физическую информационно-статистическую модель процессов голосования в социальной системе, включая теоретические и экспериментальные доказательства логарифмического закона Суховольского, а также теоретическое и экспериментальное обоснования гармонического закона голосования и функции распределения голосов избирателей.

В-третьих, спектральную теорию социальной напряженности и информационно-ценностную модель принятия решений избирателями и основанные на них новые технологии прогнозирования, их теоретическое и экспериментальное обоснование.

В-четвертых, формальную системно-физическую теорию операционных преобразователей — фундаментальных функциональных элементов реальных систем, теорему связи их непрерывного и дискретного представлений, информационную модель обменных взаимодействий в таких системах, а также результаты исследования (включая доказательства соответствующих утверждений) некоторых информационно-временных свойств технологических графов, полученные с помощью этой модели.

В-пятых, результаты теоретического и экспериментального исследования информационно-точностных характеристик технических комплексов, управляемых оператором с помощью оптических средств визирования.

В-шестых, системно-физическую модель возникновения пузырькового кипения жидкости, учитывающую информацию о состоянии твердой поверхности, результаты экспериментальных исследований, подтверждающие эту модель, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований информационных свойств акустического излучения, связанного с кипением.

В-седьмых, системно-физическую модель динамики сплошной среды, учитывающую информацию о ее квазичастичной организации, идею внутреннего массообмена, позволяющую уточнить фундаментальную систему уравнений движения сплошной среды, результаты анализа нещторых кинематических и динамических эффектов, связанных с внутренним массообменом, включая решение задачи распространения плоских волн произвольной амплитуды.

В-восьмых, результаты экспериментальных исследований искажения управляющей информации при визировании в приземном слое атмосферы.

В-девятых, системно-физическую модель информационного отражения горного рельефа в поле скоростей воздушного потока и ее экспериментальное обоснование.

Содержание работы. Первая и вторая главы диссертации посвящены изложению основных концептуальных идей системно-физического подхода к исследованию обменных взаимодействий систем различной природы.

В первой из них описывается общая структура системно-физического подхода и структура направлений исследований, связанных с этим подходом. Формулируются основные постулаты и вводятся основные понятия, такие как пространственно-временные континуумы, структура, структурное образование, система, элемент, подсистема, внешнее окружение, граница, взаимодействие, обмен и т. п. Исходя из определения понятия система вводится и анализируется принципиально важное для системно-физического подхода представление о полной группе фундаментальных свойств. Базисом этой группы являются свойства целостности, целесообразности и открытости. Подчеркивается, что система есть некоторая реальность, обладающая соответствующим набором атрибутивных свойств. Обосновывается идея об информационной природе обменных взаимодействий. Впервые вводится понятие о фундаментальном информационном пространстве как о некоторой первичной материальной структуре и об универсальном языке вселенной.

Вторая глава диссертации посвящена более детальному описанию основных концептуальных идей системно-физического подхода в части пространственно-временного и структурного описания систем. В начале ее вводится понятие о семи сферах проявления сущности систем, соответствующих различным уровням развития взаимодействий (физическому, биологическому, психологическому, и т. д.). Система проявляет свою сущность в виде некоторой совокупности образов, возникающих в сферах. С каждой сферой связываются две группы пространств — ситуационные и ценностные. Эти пространства существуют в неразрывной связи между собой. Причем ценностное по сути наполняет ситуационное. Поэтому при любом изменении ситуации происходит изменение формы или вида ценностей (их взаимные превращения). Вводится определение ценности как некоторого атрибутивного свойства пространственно-временного континуума (точнее его структурно выделенных областей). Впервые в достаточно полном виде дается описание общей структуры системы ценностей. Ее основными элементами являются: механизм отображения ситуаций в пространство ценностей, система координат в пространстве ценностей, система ценностных принципов и механизмов (законов) их реализации. На основании такого представления устанавливается и анализируется взаимная связь ценностных принципов и законов существования системы. Весьма важным, на взгляд автора, результатом, полученным в этой главе является также ценностная структура процессов обмена, конкретизирующая отмеченную выше взаимосвязь ценностных принципов и законов существования и устанавливающая их связь с общими принципами организации материи. Исходя из анализа механизма реагирования системы на возникающие во внешнем окружении ситуации утверждается, что система реагирует не на указанные ситуации, а лишь на их образы (возможно значительно искаженные) во внутреннем ситуационном пространстве.

Такое представление о схеме реагирования позволяет более четко определить связь и установить различие между понятиями ценности и полезности. Исходя из определения понятия системы и информационной природы процессов взаимодействия, вводится чрезвычайно важное для системно-физического подхода представление о структуре проявления ее сущности как взаимосвязной совокупности четырех фундаментальных систем: системы элементов (структур), системы процессов, системы ценностей и системы знаний. Каждая из перечисленных фундаментальных систем имеет некоторый типовой состав, включающий соответственно систему законов (принципов), управляющих этой функциональной системой, множества структурных элементов и связей, а также некоторые пространства, в которых реализуются эти системы. Описанный выше материал является в значительной степени новым.

Третья, четвертая и пятая главы диссертации посвящены приложению системно-физического подхода к исследованию систем различной природы.

Так в третьей главе рассматриваются обменные взаимодействия в социально-экономических системах. Приведенный в этой главе ценностный анализ процессов принятия решений избирателями при голосовании позволил разработать спектральную теорию социальной напряженности и выработать совершенно новый подход к проблемам прогнозирования ожидаемых результатов выборов, который был реализован в виде группы формальных моделей и апробирован практически. Сравнение теоретических результатов с полученными впоследствии эмпирическими данными свидетельствует об их достаточно хорошем согласии. На основании этого указанные модели были внедрены в практику проведения предвыборных компаний в виде соответствующих программных продуктов. Необходимо отметить, что разработанные модели прогноза позволяют помимо отмеченного осуществлять оценку различных стратегий проведения предвыборных компаний и осуществлять выбор наилучшей из них. Особенно интересные и важные результаты получены по проблемам голосования. В частности разработаны физически содержательная статистическая модель голосования, позволившая не только обосновать известный эмпирический логарифмический закон распределения числа голосов избирателей (закон Суховольского), но и установить совершенно новый гармонический закон голосования, выполняющийся в случае гармонического соответствия множества кандидатов сообществу избирателей. Представленные в работе многочисленные эмпирические данные хорошо согласуются с логарифмическим законом. Имеющиеся отклонения от него, как правило, имеют надежно подтвержденные сведения о нарушениях тех или иных условий голосования. Боле того, в среднем, даже по сравнительно небольшим выборкам данных с хорошей точностью выполняется и гармонический закон голосования. Всесторонний анализ многочисленных эмпирических данных позволил определить общее выражение для функции распределения голосов избирателей и тем самым заложить основы статистической теории голосований. Помимо этого в приложениях 3−5 диссертации (фактически в приложениях к третьей главе) предложен еще ряд оригинальных социально-экономических моделей. К числу важных практических предложений системно-физического подхода, изложенных в настоящей главе, следует отнести также и анализ основных принципов информационного управления человеком и обществом, в скрывающий механизмы воздействия на человека как на систему фундаментальных функциональных подсистем, обладающую свойствами целостности, целесообразности и открытости.

Четвертая глава работы посвящена приложению системно-физического подхода к анализу процессов обмена в технологических системах. К числу наиболее значительных теоретических результатов этой главы прежде всего следует отнести предложенную в ней формальную теорию перационных преобразователей, представляющих собой фундаментальные элементы любой технологической системы. В рамках этой теории предложены дискретная и непрерывная модели операционных преобразователей, реализуемые в форме конечных и бесконечных вероятностных автоматов. Доказана теорема о связи (точнее эквивалентности) непрерывной и дискретной форм. Кроме того, разработана общая информационная модель обменов в сети операционных преобразователей, введено основное уравнение описывающие указанные обмены и доказан ряд утверждений об информационно-временных свойствах технологических графов. В качестве технического приложения системно-физического подхода в работе на примере технических комплексов одного класса проанализировано проявление основных системных свойств и влияние на них различных внешних и внутренних (в том числе и чисто конструктивно-технологических) факторов. На основе указанных результатов автором были преложены некоторые новые конструктивные решения. Кроме того в настоящей главе особое внимание уделяется исследованию особенностей проявления свойства целесообразности технических комплексов и влияния на него различных (в том числе диссипативных) внутренних и внешних факторов. С этой целью предложены соответствующие системно-физические формальные модели и проведены необходимые расчеты и экспериментальные исследования.

В пятой, заключительной главе диссертации рассматриваются приложения системно-физического подхода к исследованию обменных взаимодействий в физических системах. Изложенные выше результаты исследований убеждают в эффективности использования этого подхода к анализу социально-экономических и технологических систем в которых сочетание чисто системных принципов с принципами физической содержательности и универсальности законов природы дает весьма значительный позитивный эффект. В связи с этим возникает вопрос о том, а насколько эффективно применение этого подхрда к исследованию чисто физических явлений. Ведь при их изучении уже используются принципы содержательности и эмпирической согласованности. Как показывают результаты, представленные в этой главе, использование системных принципов при исследовании чисто физических систем может оказаться весьма и весьма полезным. Одним из важных результатов, полученных в этом направлении, было теоретическое и экспериментальное исследование теплофизических условий, определяющих процесс возникновения пузырькового кипения. Но особенно значительной, на взгляд автора, эффект использования системно-физического подхода был получен при изучении общих закономерностей движения сплошных сред. В результате тщательного системного анализа была выявлена локальная неоднородность сплошной среды, квазичастичная организация ее структуры. В случае справедливости описанного представления следует ожидать достаточно много новых интересных физических эффектов, обусловленных внутренним массообменом между квазичастицами среды.

Так, с точки зрения теоретической, не совсем корректными оказались первая и вторая теоремы Гельмгольца. Связанные с этим кинематические эффекты выражаются, например, в том, что незамкнутые на себя вихревые образования могут возникать и заканчиваться не только на границах разных сред (как следует из классической теории), но могут существовать и в ж объеме. Помимо этого становиться возможным достаточно простое объяснение падению коэффициента жидкостного трения с увеличением скорости течения. Еще одним важным следствием такого модельного представления является изначальное существование в жидкости исходных предпосылок развития неустойчивости, которая начинает явно проявляться при определенных числах Рейнольдса. Природа этого явления, с точки зрения квазичастичного приближения, та же, что и у отмеченной выше закономерности. В плане динамики движения сплошной среды в работе вводится более общая, учитывающая внутренний массообмен, система уравнений движения. На основе этой системы уравнений рассмотрены и решена задача распространения плоских волн произвольной амплитуды в квазичастичной среде с внутренним массообменом. Полученное выражение для скорости распространения возмущения отличается от классического. В определенном случае при стремлении интенсивности массообмена к нулю это выражение переходит в классическое. Помимо этого теоретически проанализирован вопрос о диссипации энергии волны и получено уравнение описывающее динамику изменения энтропии. Качественный анализ этого уравнения указывает на существование весьма интересного физического эффекта, связанного с нарушением и восстановлением внутренней организованности среды при прохождении ударного фронта.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

1) Научнотехнической конференции 'Научные достижения на службе управления качеством', Горький, декабрь, 1975.

2) Совещании молодых ученых Волго-Вятского региона 'Автоматизированные системы управления предприятиями', Горький, май, 1975.

3) Научно-практической конференции «Вопросы проектирования и математического обеспечения информационно-вычислительных систем», Пенза, июнь, 1976.

4) I — й Всесоюзной межвузовской конференции «Математическое, алгоритмическое и техническое обеспечение АСУП», г. Ленинград, 1978.

5) Научно-технической конференции «Испытания, контроль, техническая диагностика и постановка изделий на производство», г. Горький, 1080 г.

6) Межотраслевой научно-технической конференции, г. Пенза, 1981.

7) Межотраслевой научно-технической конференции, г. Тула, 1981.

8) Всесоюзной научно-технической конференции: «Испытание, контроль и техническая диагностика при разработке и постановке изделий на производство», г. Горький.

9) 1-й Всесоюзный научно-технической конференции «Синтез и проектирование многоуровневых систем управления», г. Барнаул, 1982 г.

10) Научно-технической конференции АВТУ им. Н. М. Баумана, г. Москва,.

1986.

11) Российской научно-методической конференции «Новые информационные технологии в системе многоуровневого обучения», г. Н. Новгород, май 1996.

12) Международной конференции по компьютерной графике «КОГРАФ -96», г. Н. Новгород, май 1996.

13) Международной научно-практической конференции «Математические методы и компьютеры в экономике», г. Пенза, июнь 1996.

14) Российско-канадском семинаре «Оптимизация парламентской работы. Роль аппарата в обеспечении деятельности депутатов», г. Н. Новгород, июль 1996 г.

15) Семинаре научного общества нижегородских механиков, г. Н. Новгород, ноябрь, 1996.

16) Всероссийской научно-методической конференции 'Перспективы существования и развития ВУЗов в условиях рыночной экономики', г. Н. Новгород, май, 1997 г.

Кроме того, результаты диссертационной работы докладывались на заводской конференции ГАЗиСО по системе КАНАРСПИ в 1976 г., а также на научных семинарах и научно-технических советах, ЦНИИ «буревестник», НФ ВНИИСОТ, кафедры системного анализа и математики ВВАГС.

Результаты диссертационной работы внедрены в 25 научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах.

По материалам работы получено 10 авторских свидетельств на изобретение.

Публикации. Результаты работы опубликованы в 1 монографии (состоящей из 2-х книг), 1 учебном пособии, 8-и брошюрах, 64 статьях, докладах, тезисах, и изобретениях (печатных и депонированных).

Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1) Разработана концепция системно-физического подхода, базирующаяся на принципах системности, системной реальности, интегративности, физической содержательности, эмпирической согласованности, иерархичности и формализма.

2) Впервые введено представление совокупности фундаментальных системно-физических свойств реальных систем в виде некоммутативной группы.

3) Развито представление об иерархической системе сфер, отвечающих различным уровням взаимодействия и представляющих собой соответствующие ситуационные пространственно-временные континуумы.

4) Впервые в достаточно полном и системнозамкнутом виде дано представление об иерархической системе ценностей и ценностных принципов существования реальных систем.

5) Впервые в достаточно отчетливой форме раскрыта природа нелокальности локального выбора и установлена ограниченность пространственно-временной области действия ценностных принципов, реализуемых в форме конкретного закона. Модифицирован метод иерархий применительно к случаю, когда отношения ценностей измеряются в шкале порядка.

6) Развито новое представление о фундаментальной структуре реальной системы как целостной, целесообразной и открытой совокупности взаимосвязанных подсистем: структур (элементов), процессов, ценностей и знаний.

7) Разработан ценностный подход к исследованию проблем коллективного выбора. Создана спектральная теория социальной напряженности и разработана методика прогнозирования результатов голосований, которая была практически использована для соответствующих оценок и дала удовлетворительное согласие с опытом. В результате проведенных по оригинальной методике социологических опросов определены усредненные спектры ценностей (фундаментальных потребностей) некоторых социальных групп.

8) Впервые разработана информационно-ценностная модель, описывающая динамику изменения общественного мнения, которая была практически апробирована при прогнозировании хода некоторых предвыборных кампаний.

9) Разработана информационно-статистическая теория голосований и дано ее эмпирическое обоснование. На ее основе теоретически объяснен логарифмический закон распределения голосов избирателей и открыт новый гармонический закон голосований. Определен вид функции распределения Разработана принципиально-новая технология оценки качества выборов.

10) Исследованы с позиций системно-физического подхода основные принципы информационного управления человеком и обществом. Разработана модель (методика) объективной оценки общественной роли личности.

11) Разработаны системно-физические модели технологической сети в виде взаимосвязанной совокупности операционных преобразователей, представляющие собой тенповые функциональные модули, которые могут быть формализованы в виде дискретных и непрерывных вероятностных автоматов. Доказана теорема об эквивалентности дискретного и непрерывных представлений. Разработана методика оценки эффективности сложных изделий на основе моделирования потоков производственных дефектов.

12) Проведены теоретические исследования и получены новые экспериментальные данные, позволяющие понять и выявить ряд важных информационно-динамических свойств технологических комплексов циклического действия, содержащих оптические средства визирования. Исследовано влияние некоторых внешних и внутренних факторов на эффективность функционирования указанных комплексов.

13) Разработана информационная модель технологических систем. Получено уравнение, описывающее обменные взаимодействия в таких системах и устанавливающее связь между объемом материализованной в них информации и интенсивностью ее генерации. Доказан ряд практически важных утверждений относительно информационно-временных свойств соответствующего системе технологического графа обменов.

14) Выполнен системно-физический анализ процесса пузырькового кипения жидкости на твердой поверхности, получены новые экспериментальные данные и построена соответствующая физическая модель, учитывающая информацию о состоянии поверхности нагрева и достаточно хорошо согласующаяся с опытом.

15) Проведены теоретические и экспериментальные исследования информационных свойств акустического излучения, сопровождающего кипение жидкости. Выявлены и объяснены основные закономерности изменения звукового сигнала в зависимости от теплофизических параметров процесса.

16) Уточнена на основе системно-физического подхода классическая модель, описывающая кинематику и динамику движения сплошной среды. Введено квазичастичное представление о ее структурной организации и о связанном с этим внутренним массообмене. Исследовано влияние последнего на возникновение новых физических эффектов. В частности, показано нарушение для реальных систем условий справедливости первой и второй теорем Гемгольца и теоремы Кельвина, касающихся свойств элементарной трубки тока и индивидуального объема. Установлена взаимосвязь между неустойчивостью квазичастиц к вращательному движению, наличием реактивных составляющих моментов сил, действующих на них, и зависимостью величины жидкостного трения от числа Рейнольдса условиями перехода от ламинарного течения к турбулентному, а также возможностью зарождения и существования вихрей не только на границах раздела сред (как утверждает классическая теория), но и в свободном объеме среды. Решена задача о распространении плоской волны произвольной амплитуды в среде с внутренним массообменом. Получены уточненные уравнения, описывающие преобразования энергии и энтропии для волны производительной амплитуды. На основе теоретического анализа предсказано явление временной «дезорганизации» квазичастичной структуры сплошной среды при прохождении ударного фронта.

17) На основе системно-физического подхода разработана оригинальная модель информационного обмена воздушного потока с горным рельефом, позволяющая по результатам ветрового зондироания атмосферы в одном пункте реконструировать поле скоростей на достаточно большом удалении от него. Сравнение результатов моделирования с экпериментальными данными свидетельствует об удовлетворительном согласии этой модели с опытом.

18) Получены новые экспериментальные данные о влиянии некоторых теплофизических условий на искажение управляющей информации при визировании в приземном слое и дано их теоретическое объяснение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.