Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ КАК ПРОЦЕСС

САМООРГАНИЗАЦИИ

Ульяновск 2008

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Устойчивое развитие как процесс самоорганизации

Методические указания к семинарскому занятию по дисциплине

«Концепции современного естествознания» для студентов дневной формы обучения специальностей

080111 – Управление персоналом, 080505 – Маркетинг, 080507 – Менеджмент организации

Составители: Р.А. Браже А.А. Гришина

Ульяновск 2008

1

УДК 681. 513. 8 (076) ББК 30. 6 – 5 – 05я7 У

Рецензент: заведующий кафедрой «Управление персоналом» УлГТУ доктор социологических наук, профессор Е.П. Займалин

Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета

Устойчивое развитие как процесс самоорганизации: методические указания к семинарскому занятию по дисциплине «Концепции современного естествознания» для студентов дневной формы обучения специальностей: 080111 – Управление персоналом, 080505 – Маркетинг, 080507 – Менеджмент организации / сост. Р. А. Браже, А. А. Гришина.– Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 16 с.

Составлены в соответствии с ГОС и программой курса «Концепции современного

естествознания». Даются методические указания студентам и рекомендации преподавателям по

теме семинара «Устойчивое развитие как процесс самоорганизации». Приводятся основные теоретические сведения, необходимые для самостоятельной подготовки к семинару. Содержатся контрольные задания и вопросы для тестового контроля усвоения темы.

УДК 681. 513. 8 (076) ББК 30. 6 – 5 – 05я7

© Браже Р.А., Гришина А.А., составление, 2008 © Оформление. УлГТУ, 2008

2

ОГЛАВЛЕНИЕ 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ …..……………………… 4 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯМ …………. 4 3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ …………………………... 5 Введение ……………………………………………………………………... 5 3.1. Что понимается под «устойчивым развитием»? ……………………... 5 3.2. Динамика развития цивилизаций ……………………………………… 6 3.3. Самоорганизация устойчивых целостностей в природе и обществе .. 10 Заключение ………………………………………………………………...... 10 Библиографический список ………………………………………………... 11 4. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ …………………………….... 12 4.1. Задания закрытого типа ……………………………………………….. 12 4.2. Задания открытого типа ……………………………………………….. 13 4.3. Задания на установление соответствия ………………………………. 14 4.4. Задания на установление правильной последовательности ………... 15

3

1. Методические указания студентам

Для успешного освоения темы необходимо: – внимательно изучить раздел «Основные теоретические сведения» и

попытаться ответить на контрольные вопросы из банка тестовых заданий; – используя литературу из библиографического списка и самостоятельный

поиск дополнительной информации через каталог научной библиотеки и Интернет, подобрать материал, представляющий интерес для обсуждения на семинаре;

– начинать готовиться к семинару заблаговременно, не откладывая подготовку на последний день.

Примечания: 1. При использовании Интернет - ресурсов помните, что не всякая

информация, содержащаяся в сети, носит научный, концептуальный характер и заслуживает доверия. Старайтесь использовать те сайты, в которых приведены сведения об авторе, свидетельствующее о его компетентности в данном вопросе: ученая степень, ученое звание, место работы, должность, наличие опубликованных научных работ по данной проблеме.

2. Помните, что пропуск семинарского занятия или неудовлетворительная оценка, полученная на нем, означают задержку зачета или допуска к экзамену до тех пор, пока не будет сдан тест к данной теме.

2. Методические рекомендации преподавателям При проведении семинарских занятий преподавателю рекомендуется: – шире использовать инновационные методы обучения: индивидуальные

задания (доклады), деловые игры, круглые столы, тренинги, дискуссии и т. п.; – при проведении данного семинара акцентировать внимание студентов на

следующих вопросах: «В каком смысле понимается термин “устойчивое развитие”?», «методы анализа эволюционных процессов», «как происходит самоорганизация системы в ходе ее устойчивого развития?»;

– из банка контрольных заданий и вопросов заблаговременно сформировать с помощью конструктора тестов программы «АСТ – тест» порядка 10 тестов по 3 задания в каждом тесте, задаваемых методом случайной выборки. Использовать эти тесты для сдачи задолженностей студентами, пропустившими семинар или получившими на нем неудовлетворительную оценку.

4

3. Основные теоретические сведения Введение

Возможно ли устойчивое развитие человеческой цивилизации на Земле: пусть с колебаниями относительно нарастающего тренда экономики, но без глобальных кризисов, катастроф и, главное, без деградации среды проживания? Этот вопрос стал жизненно важным в третьем тысячелетии в условиях растущего народонаселения планеты, истощения природных ресурсов, прежде всего энергоносителей, их неоднородного территориального распределения и неодинакового экономического развития различных стран.

Проблема устойчивого развития охватывает все стороны жизни индустриально и информационно развивающихся обществ и не может быть решена изолированно от общего пути развития цивилизации. Этот путь не зависит от идеологической, в том числе, религиозной, установки общества, его политической структуры и менталитета. Все государства, в том числе и молодые, развивающиеся, должны пройти все этапы развития, поскольку цивилизация есть целостная глобальная гиперсистема. Ее развитие характеризуется общими принципами теории самоорганизации – синергетики.

С позиций синергетики и рассматривается тема данного семинарского занятия. 3.1. Что понимается под «устойчивым развитием»?

Английский термин «sustainable development», переводимый как «устойчивое развитие», появился в ходе обсуждения проблемы состояния планеты и ее пригодности для проживания будущих поколений на заседании Всемирной комиссии ООН по окружающей среде. Автор термина, председатель этой комиссии гру Харлем Брутланд так раскрывает ее суть: «Человечество способно сделать развитие устойчивым – обеспечить, чтобы оно удовлетворяло нужды настоящего, не подвергая риску способность будущих поколений удовлетворять свои потребности» [1].

Анализируя данную проблему, российский ученый, доктор географических наук А.В. Поздняков из Института оптического мониторинга СО РАН (г. Томск), показал, что принципиальная возможность устойчивого развивающегося социально-экономического процесса существует [2], так как он характеризуется рядом приведенных ниже признаков.

1. «Развитие есть необратимая пространственно-временная направленность смены состояний систем (социально-экономических тоже), при которой в последующей их структуре отрицаются некоторые из элементов предшествующих состояний… Если внешние условия (включая и среду,

5

создаваемую совокупностью самих социально-экономических систем) изменяются, то меняется и структура самой системы».

2. «Скорость развития социально-экономической системы есть количество замен структурообразующих элементов системы в единицу времени. А интенсивность развития определяется скоростью развития и массой системы (количеством вовлекаемых в процесс систем, численностью людей, ресурсами и пр.)».

3. «Устойчивость развития характеризуется длиной и амплитудой волны – колебаний, например ВНП, отсчитываемых от тренда…»

4. «Социосистема развивается устойчиво, если амплитуда волны (колебания относительно точки равновесия, линии тренда) уменьшается, а длина увеличивается, что, естественно, возможно лишь при большой скорости развития (движения)…»

Далее Поздняков отмечает, что устойчивое развитие возможно лишь вследствие появления неустойчивостей: «Неустойчивость возбуждает, индуцирует стремление системы к динамически равновесному состоянию – динамической устойчивости…» Основными причинами появления неустойчивостей в развитии цивилизаций являются: рост производства и потребления в промышленно развитой части мира, подрывающий системы, поддерживающие жизнь на Земле; взрывообразный рост населения в развивающейся части мира; углубляющееся неравенство между богатыми и бедными, которое ввергает 75% человечества в борьбу за выживание, и порочная экономическая система, которая рассматривает неограниченный рост как прогресс, не учитывая экономические последствия такого роста.

Итак, устойчивое развитие следует понимать не как нечто сбалансированное или монотонное, без колебаний и скачков, а как развитие динамически устойчивое, с положительным трендом, на который накладываются стохастические (т. е. вероятностные) колебания, связанные с изменениями, происходящими в самой системе и в среде, в которой она находится.

3.2. Динамика развития цивилизаций

Человеческая цивилизация представляет собой глобальную гиперсистему связанных в государственные образования суперсистем, каковыми являются территория (Т), социум (S), право (J), политика (P) и экономика (Е). Каждая из этих суперсистем делится на более мелкие, но тоже сложные системы. Например, территория включает в себя такие системы, как ландшафт, флора и фауна, которые можно объединить в геобиоценоз; полезные ископаемые вместе с геобиоценозами объединяются в природные ресурсы. Социум делится на такие системы, как нации, этносы, религиозные, производственные, семейные и

6

иные общности; экономика – на микро- и макроэкономику. Иначе говоря, упомянутые выше 5 суперсистем образуют когнитивную (от англ. cognitive – распознаваемый) схему, которую с целью распознаваемости можно детализировать до любого уровня сложности. На рис. 1 эта когнитивная схема представлена в наиболее простом виде – в виде древнекитайской пентаграммы, в которой указаны взаимопорождающие (генеративные, креативные) и взаимопреодолевающие (разрушающие, дизруптивные) связи.

Рис. 1. Когнитивная пентаграмма государственной целостности. Сплошными стрелками показаны креативные связи, а пунктирными стрелками – дизруптивные связи

Прежде всего отметим, что динамику развития таких сложных систем, как

цивилизация, невозможно исследовать методами математической статистики, так как многие явления в них происходят в виде скачков и выглядят неожиданными (эмерджентными). Современные методы опираются именно на их когнитивные свойства. Рассмотрим некоторые из этих методов.

Когнитивистика. Каждая связь на рис. 1 в математическом отношении соответствует некоторому уравнению. В итоге получается, по меньшей мере. пять уравнений для дизруптивных связей. Эти уравнения, как правило, являются весьма сложными нелинейными дифференциальными уравнениями. Поэтому получаемая система уравнений обычно не имеет аналитического решения и решается численными методами.

Замечательным свойством когнитивных систем является то, что они позволяют сужать количество понятий (элементов) и выбирать требуемый уровень понимания. Минимальным уровнем для математического моделирования является триадный (трехэлементный) уровень. Из рис. 1 видно, что изображенная пентаграмма состоит из триад двух типов. Триады первого типа характеризуются одной креативной связью и двумя дизруптивными

7

связями. Триады второго типа содержат две креативные связи и одну дизруптивную связь.

Теория катастроф. В математической теории катастроф, созданной французским математиком Р. Томом в 1972 г., под катастрофой понимается любое скачкообразное изменение какого-либо динамического параметра системы при монотонном изменении одного или нескольких других ее параметров. В частности, триады первого типа из рис. 1, представляющие собой зависимость описывающей систему динамической переменной от двух параметров, один из которых дизруптивный (расщепляющий фактор), удобно исследовать в терминах катастрофы типа «сборка». На рис. 2, а показана поверхность катастрофы «сборка» для эволюции уровня Е экономического развития [государства] в зависимости от проводимой экономической политики Р (нормальный фактор) и правового поля J (расщепляющий фактор). Из него следует, что развитие монотонное (устойчивое), если политические решения принимаются в условиях отсутствия бифуркации правовых возможностей (кривая 1) и испытывают скачок (катастрофу), если права субъектов экономики находятся в противоречии друг с другом (кривая 2).

Рис. 2. Эволюционный (1) и катастрофический (2) пути развития экономики в системных параметрах политика – право (а) и колебания относительно тренда развития (б): 1 – слабые возмущения, 2 – умеренные возмущения, 3 – сильные возмущения

8

Методы теории катастроф позволяют определить лишь тренд процесса. Внутренние и внешние возмущения системы приводят к колебаниям относительно тренда (рис. 2, б). Период этих колебаний зависит от размеров системы, а их характер – от уровня возмущения. Его можно исследовать, применяя метод возмущений к независимому параметру системы (на рис. 2, б – к Р).

Рис. 2, а иллюстрирует также важность переходных зон в развитии системы – цвишенсов (Z). Они могут встречаться и в горизонтальных слоях, и в вертикальных, и во внешних слоях (на рисунке не показаны). Переходы системы из одного стационарного состояния в другое происходит по руслам (r). Однако попасть в русло сложно, и система чаще блуждает по джокерам (j). Именно они определяют эмерджентность ее поведения.

Нейрокомпьютинг. Нейросетевые технологии в контексте данной темы также используются достаточно широка. В сочетании с методами нечетной логики они позволяют прогнозировать поведении системы на основе результатов предыдущих или пробных испытаний.

Нелинейная динамика, включающая в себя теорию хаоса, теорию фракталов, теорию шумов и другие методы, позволяют понять, что колебания параметров системы относительно тренда развития чаще всего не являются столь простыми, как изображено на рис. 2, б. Во многих случаях наличие в системе памяти о ее прошлых состояниях приводит к тому, что, несмотря на весьма сложную структуру таких колебаний, они остаются детерминированными в течение некоторого времени (времени корреляции). Иными словами, в системе могут быть реализованы механизмы так называемого детерминированного хаоса, когда ее поведение выглядит на первый взгляд хаотичным, но на самом деле таковым не является. Использование методов теории детерминированного хаоса позволяет осуществлять прогнозирование временной динамики подобных колебаний.

Спектральные методы анализа. Колебания экономических и других параметров, характеризующих динамику развития сложных систем, представляют собой некоторых шум, накладываемый на основной процесс (тренд). Классический Фурье-анализ спектра такого шума не всегда позволяет выявить удельный вклад спектральных гармоник различной частоты и амплитуды в результирующие колебания, тем более выявить моменты времени, когда какая из этих гармоник (имеющая определенный источник возмущений) себя проявляет. Дело в том, что Фурье-анализ основан на представлении сложного сигнала в виде суммы гармонических функций разной частоты и амплитуды. Эти функции не локализованы в пространстве или во времени, а спектры упомянутых колебаний нестационарны.

Обобщением Фурье-анализа является вейвлет-анализ, основанный на разложении сигналов на совокупности волновых всплесков (вейвлетов) локализованных в пространстве или во времени. Вейвлет-анализ динамических

9

процессов позволяет локализовать в них вклады низкочастотных и высокочастотных шумов и выявить их природу.

Степень зашумленности кривой развития и наличие в ней колебаний с долговременной памятью позволяет установить Херст-анализ. Наличие согласованности в колебаниях различных параметров системы между собой можно выявить с помощью корреляционного анализа.

Применение того или иного метода анализа процесса развития системы зависит от целей, которые мы перед собой ставим. Если нас интересует лишь прогноз тренда развития, то достаточно анализа простых когнитивных схем и методов математического моделирования на основе построения краевых задач и их численного решения. Небольшие колебания относительно тренда можно исследовать с помощью метода возмущений. Анализ более сложных колебаний требует применения методов нелинейной динамики, нейронных сетей, нечетной логики и других.

3.3. Самоорганизация устойчивых целостностей в природе и обществе

Сложность построения устойчивых по развитию (в смысле монотонно нарастающего тренда) социально-экономических систем обусловлена тем, что большинство политиков и экономистов еще слабо владеют методами теории самоорганизации – синергетики. Однако в последнее время ситуация в этой области изменилась. Новации связаны с работами В.Б. Занга по синергетической экономике [5], «кибернетики второго порядка» С. Бира [6], соотношению порядка и хаоса в социальных системах Васильковой В.В. и др.

В стремлении разобраться в динамике развития реальных социально-экономических систем и попытках построения устойчиво развивающихся таких систем полезно обратиться к опыту, который накопила сама природа.

Ярким примером устойчивого функционирования сложной системы является динамика сердечного ритма. Анализ электрокардиограмм (ЭКГ) показывает, что ритм работы сердца здорового человека не является регулярным [8], а скорее близок к режиму детерминированного хаоса [9]. Более того, появление регулярных колебаний в сердечном ритме свидетельствует о начале заболевания. В [8] показано, что за 8 суток до внезапной сердечной смерти ритм сердца становится практически периодическим, а 13 часов до остановки сердца в нем присутствует лишь одночастотный цикл.

Напротив, у здорового человека сердечный ритм характеризуется динамическим хаосом. Внезапная сердечная смерть является результатом резкого выхода системы из хаоса.

Похожая ситуация наблюдается и в других физиологических ритмах, управляемых нервной системой.

10

Заключение

Из изложенного следует, что проблема устойчивого развития как отдельных государств, так и всей мировой социально-экономической системы не может быть решена в виде организации монотонно возрастающего уровня экономики и благосостояния народа. Независимо от политической организации общества, типа управления экономикой, национальных, религиозных и иных факторов, в таких сложных системах всегда имеют место неустойчивости, вызванные неоднородностями роста и развития их компонентов. Эти неустойчивости накладываются на динамику развития, вызывая колебания тренда развития в разных частотных диапазонах, различной интенсивности и с различными сдвигами во времени.

Когда в системе возникает согласованное действие возмущений, вызванных неустойчивостями, начинается переход от беспорядка к порядку – самоорганизация. Такой новый порядок в системе в каждый момент времени является не уже существующим, а становящимся, т. е. существующим в динамике. Термин «самоорганизация» здесь употребляется в том смысле, что при наличии внешних и внутренних возмущений система самостоятельно определяет некоторый «параметр порядка», который подчиняет себе все имеющиеся возмущения и они согласованно выводят систему на новый уровень развития.

Неграмотное вмешательство в процесс самоорганизации, попытки «управлять» динамикой развития без понимания механизмов детерминированного хаоса могут лишь ухудшить дело и привести к распаду системы. Это все равно, что попытаться сделать ритм сердечных сокращений, который в здоровом человеке всегда подстраивается под конкретный вид деятельности, более стабильным. Наша задача – учиться у природы, постигать ее законы, в том числе законы устойчивого развития сложных систем, и применять их на практике. Одной из важнейших практических задач такого типа является проблема устойчивого развития человечества.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Программа действий: Повестка дня на 21 век / Х. Брутланд. – Женева: Центр «За наше общее будущее», 1993. – 70 с.

2. Поздняков А.В. Добрыми намерениями мостится дорога в ад / А.В. Поздняков // Проблема устойчивого развития: иллюзии, реальность, прогноз. Мат. шестого постоянно действующего семинара «Самоорганизация устойчивых целостностей в природе и обществе» / Отв. редактор А.В. Поздняков. – Томский гос. ун-т, 2002. – С. 3 – 17.

11

3. Браже Р.А. Динамика развития: стохастические колебания и прогноз тренда / Р.А. Браже // Проблема устойчивого развития: иллюзии, реальность, прогноз. Мат. шестого постоянно действующего семинара «Самоорганизация устойчивых целостностей в природе и обществе» / Отв. редактор А.В. Поздняков. – Томский гос. ун-т, 2002. – С. 79 – 83.

4. Браже Р.А. Синергетика и экономика / Р.А. Браже, Р.М. Мефтахутдинов // Концепции современного естествознания. Материалы к семинарским занятиям. Ч. 2: Уч. пособие. – Ульяновск: УлГТУ, 2003. – С. 105 – 112.

5. Занг В.Б. Синергетическая экономика / В.Б. Занг. – М.: Мир, 1999. 6. Бир С. Мозг фирмы / С. Бир. – М., 1993. 7. Василькова В.В. Порядок и хаос в развитии социальных систем / В.В.

Василькова. – СПб., 1999. 8. Анищенко В.С. Может ли режим работы сердца здорового человека быть

регулярным? / В.С. Анищенко, Н.Б. Янсон, А.Н. Павлов // Радиотехника и электроника. – 1997. – Т. – 42. – № 8. – С. 1005 – 1010.

9. Пархоменко А.Н. «Детерминированный хаос» и риск внезапной сердечной смерти / А.Н. Пархоменко // Кардиология. – 1996. – № 4. – С. 44.

4. Контрольные задания и вопросы 4.1. Задания закрытого типа

4.1.1. Устойчивое развитие – это:

сбалансированное развитие стабильное развитие развитие с монотонно нарастающим трендом развитие в условиях детерминированного хаоса

4.1.2. Причинами неустойчивостей в динамике социально-экономических

систем являются: безудержный рост производства и потребления в развитых странах неограниченный рост населения в развивающихся странах углубляющееся неравенство между богатыми и бедными глобализация финансовых и информационных потоков

4.1.3. Интенсивность развития социально-экономической системы

определяется: скоростью развития количеством вовлекаемых в процесс людей, ресурсов, финансов и пр.

12

типом существующей экономики (рыночная, командно-административная и т. д.) уровнем исходного развития системы

4.1.4. Устойчивость развития характеризуется:

длиной волны колебаний относительно тренда амплитудой волны колебаний относительно тренда профилем волны колебаний относительно тренда фазой волны колебаний относительно тренда

4.1.5. Примерами устойчивого функционирования сложных природных

систем являются: динамика сердечного ритма ритмы головного мозга циклы солнечной активности исторические процессы

4.1.6. Связи между элементами когнитивной схемы бывают:

креативными некреативными дизруптивными нейтральными

4.2. Задания открытого типа

4.2.1. Взаимопорождающие связи в когнитивной схеме называются также … связями.

4.2.2. Взаимопреодолевающие связи в когнитивной схеме называются

также … связями. 4.2.3. Неожиданное поведение системы называется иначе … поведением.

4.2.4. Математическая теория катастроф была разработана в 1972 г. ... .

4.2.5. Эволюцию экономики в параметрах политика – право хорошо

иллюстрирует катастрофа типа … .

4.2.6. Переходные зоны в динамике развития систем называются … .

13

4.2.7. Переходы системы из одного стационарного состояния в другое происходит по … .

4.2.8. Не попадая в русло при переходе из одного состояния в другое

система блуждает по … .

4.2.9. При устойчивом развитии сложной системы ее параметры совершают колебания относительно … .

4.2.10. Устойчивое развитие природных систем часто выглядит как …

хаос. 4.2.11. Метод спектрального анализа, основанный на представлении

сигнала в виде суммы волновых всплесков, называется … . 4.2.12. Метод спектрального анализа, основанный на представлении

сигнала в виде суммы гармонических колебаний, называется … . 4.2.13. Наличие в зашумленном процессе долговременной памяти

позволяет установить … . 4.2.14. Наличие согласованности между собой в колебаниях различных

параметров системы позволяет установить … анализ.

4.3. Задания на установление соответствия 4.3.1. Соответствие по принципу взамопорождения в когнитивной

пентаграмме государственной целостности:

территория

социум

социум

право

право политика

политика экономика

экономика

территория

14

4.3.2. Соответствие по принципу взаимопреодоления в когнитивной пентаграмме государственной целостности:

территория

право

право

экономика

экономика социум

социум политика

политика

территория

4.3.3. Соответствие между уровнем возбуждения и характером колебаний

экономического развития относительно тренда (в случае одного независимого параметра):

квазигармонические колебания слабые возмущения

кноидальные колебания солитоны

умеренные возмущения сильные возмущения

4.4. Задания на установление правильной последовательности

4.4.1. Правильная последовательность элементов когнитивной пентаграммы государственной целостности по принципу креативности:

территория политика

социум право

экономика территория

15

4.4.2. Правильная последовательность элементов когнитивной пентаграммы государственной целостности по принципу дизруптивности:

территория социум

право экономика

политика территория

4.4.3. Правильная последовательность типа развития экономики в

зависимости от степени размытия правовой базы: монотонный катастрофический

4.4.4. Правильная последовательность вида колебаний развития экономики относительно тренда с ростом уровня возмущений:

квазигармонические колебания кноидальные колебания солитонообразные колебания

Электронное издание

Системные требования: PC не ниже класса Pentium I;

32 Mb RAM; свободное место на HDD 16 Mb; Windows 95/98;

Adobe Acrobat Reader; мышь.

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ КАК ПРОЦЕСС САМООРГАНИЗАЦИИ

Методические указания к семинарскому занятию по дисциплине «Концепции современного

естествознания» для студентов дневной формы обучения специальностей: 080111 – Управление персоналом, 080505 – Маркетинг, 080507 – Менеджмент организации

Составители БРАЖЕ Рудольф Александрович

ГРИШИНА Алена Александровна

Ульяновский государственный технический университет, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32.

16