Селье вы-
полнено: такая модель гомеостата разработана и выявлены ее основные
свойства, интенсивно изучаются природные способы реализации единства и
противоположности отношений внутри естественных систем.
Началом формирования гомеостатики можно считать создание Ю.М.Горским
и В.И. Астафьевым постоянно действующего семинара "Гомеостатика живых и
технических систем", который в дальнейшем был прикреплен к Совету по ав-
томатизации научных исследований при Президиуме АН СССР в настоящее вре-
мя как международный семинар.
Работы ведутся в пяти основных направлениях:
- философско-методологические и системные вопросы гомеостатики;
- медико-биологические аспекты гомеостазиса;
- рефлексотерапия и восточная медицина с позиций гомеостатики;
- использование принципов гомеостатического управления в технических
задачах и в искусственном интеллекте;
- природные и экономические аспекты гомеостаза.
В настоящее время накопился колоссальный фактологический материал,
описывающий различные проявления гомеостаза в живых, технических, соци-
альных и экологических системах. Он требует изучения и рассмотрения с
единых методологических позиций, которые сформулированы в формальном ап-
парате общей гомеостатики.
Задачей настоящей работы является осмысление некоторых биологических
и медицинских закономерностей с точки зрения гомеостатического функцио-
нирования живого как единого проявления формы движения материи.
Ниже, в двух последующих главах изложены основные понятия аппарата
общей гомеостатики, модель гомеостата и ее свойства, которые были разра-
ботаны отечественным ученым Ю.М. Горским и изложены в монографиях, мно-
гочисленных публикациях заседаний школы-семинара по гомеостатике, конфе-
ренциях, международных симпозиумах и конгрессах. Для удобства восприятия
специалистов, не имеющих достаточной математической и физической подго-
товки, автор избегает приводить сопровождающие текст формулы и фор-
мальные выражения тех или иных понятий и их взаимосвязей. Читателям, ин-
тересующимся более глубоким проникновением материала, рекомендую два ос-
новных источника: Ю.М. Горский "Системно-информационный анализ процессов
управления".-Новосибирск: Наука, 1988. -327 с. и коллективная монография
"Гомеостатика живых, технических, социальных и экологических сис-
тем".-Новосибирск: Наука, 1990. -350 с.

ПОНЯТИЙНЫЙ АППАРАТ ОБЩЕЙ ГОМЕОСТАТИКИ
Важнейшим понятием гомеостатики является ГОМЕОСТАТ, который служит
механизмом поддержания динамического постоянства функционирования систе-
мы в заданных пределах. Гомеостат - это базисное функциональное понятие
механизма переработки информации. Он реализуется на различных матери-
альных носителях.
В живых организмах гомеостат в отличие от вещественной единицы жизни
- клетки выступает как ИНФОРМАЦИОННАЯ ЕДИНИЦА ЖИЗНИ.
ГОМЕОСТАТ (Homeostat) - структура управления материальными объектами,
содержащая прямые, обратные и перекрестные связи, обеспечивающая в про-
цессе своей работы поддержание гомеостаза, т.е. динамического посто-
янства жизненно важных функций и параметров системы.
Гомеостатическая система - система, состоящая из управляемой части и
управляющей, когда последняя представляет собой гомеостат.
Модель гомеостата и ее свойства
Если рассмотреть весьма упрощенную блок-схему гомеостата (смотри
рис.1а), то она выглядит следующим образом - это двухканальный симмет-
ричный гомеостат с тремя контурами управления: основной, осуществляющий
непосредственное управление; дополнительной адаптации; защитный. Инфор-
мационные сигналы поступают на регулятор-руководитель и разделяется им
на два симметричных потока, которые направляются через регуляторы-испол-
нители, находящиеся между собой в конкурентных отношениях, т.е. имеют
разные знаки на выходе. Практически это выражается в том, что рабочие
точки симметричных регуляторов предварительно разводятся относительно
нулевой точки, что создает как бы противоречие между каналами, которое
является "горячим резервом" гомеостата. Управление этим резервом, также
как и коррекция задания регуляторам, производится регулятором-руководи-
телем. Причем делается это очень "мудро": во всех режимах поддерживается
гомеостаз и не допускается чтобы конкуренция между регуляторами-исполни-
телями перешла в конфликт, т.е. чтобы один из них начал подавлять дру-
гой. "Горячий резерв "вводится только для компенсации больших неожидан-
ных возмущений. Задания между рабочими регуляторами перераспределяется,
если функция одного из них начинает снижаться. Подобный механизм
действует вплоть до полного отключения одного их них.
Различные возмущения, действующие на саму систему управления, могут
нарушать работу всего управления и привести к полной дезорганизации
функционирование объекта. Рис. 1. Блок-схема модели основного контура
гомеостата
а) основной контур; б) выходная характеристика при конкурентных отно-
шениях; в) выходная характеристика при союзнических отношениях.
Обозначения: Р3 - регулятор-руководитель; Р1,Р2 регуляторы-исполните-
ли, находящиеся в конкурентных отношениях; R1, R2, R3 - три уровня отно-
шений: R1 - между исполнителями и управляемым объектом, R2 - между ис-
полнителями, R3 - между исполнителями и руководителем; О - объект регу-
лирования; u1, u2 - управляющие сигналы с противоположно направленными
знаками; y1, y2 - обратная связь от объекта регулирования на регулято-
ры-исполнители; y3 - обратная связь на регулятор-руководитель и выход
сигнала на внешние структуры; Xs - входной сигнал; Ys - выходной пара-
метр.
В технике существует три основных способа защиты системы управления
от действия на нее помехи: создание специальных экранов, использование
различных фильтров и самокомпенсация, т.е. управление; дополнительной
адаптации; защитный. Информационные сигналы поступают на регулятор-руко-
водитель и разделяются им на два симметричных потока, которые направля-
ются через регуляторы-исполнители, находящиеся между собой в конкурент-
ных отношениях, т.е. имеют разные знаки на выходе. Практически это выра-
жается в том, что рабочие точки симметричных регуляторов предварительно
разводятся относительно нулевой точки, что создает как бы противоречие
между каналами, которое является "горячим резервом" гомеостата. Управле-
ние этим резервом, также как и коррекция задания регуляторам, произво-
дится регулятором-руководителем. Подавление помехи внутри самого управ-
ления посредством тех или иных информационных преобразований. Первые два
способа защиты от помехи являются пассивными, а последний активным.
Гомеостат живого организма не содержит в своем составе (по крайней
мере для электромагнитных возмущений) явно выраженных экранов или
фильтров, поэтому можно полагать, что основным способом защиты гомеоста-
та от проникающей помехи является способ самокомпенсации. Вероятно,
именно этот фактор в значительной степени повлиял на отбор природой та-
кой структуры гомеостата. Сильная помеха оказывает двоякое действие на
систему управления живого организма: для верхних уровней она служит ос-
новной информацией для запуска соответствующих адаптационных механизмов,
а для нижних выполняет роль вредных воздействий, которые, если их не
скомпенсировать, могут нарушить поддержание различных гомеостазов.
Чтобы изучать механизмы обеспечения гомеостаза, необходимо иметь ими-
тационную модель, на которой можно было бы проигрывать различные режимы
работы гомеостата. Такая имитационная модель была создана на основе сис-
темы уравнений, где регуляторы представлены минимально достаточными за-
конами управления: для Р1, Р2, Р3 - пропорционально-интегральным зако-
ном, а для управления внутренним противоречием - пропорционально-диффе-
ренциальным законом. Минимальная достаточность системы уравнений, описы-
вающих поведение гомеостата, заключается в минимальности заложенных за-
конов регулирования, но достаточна с точки зрения отражения работы ос-
новных механизмов, которые действуют в гомеостате. Обратные связи для
упрощения имитационной модели представлены как линейные и независимые,
хотя в живых организмах они могут быть нелинейными и зависимыми, напри-
мер скоростно-чувствительными и концентрационно-чувствительными. Управ-
ляемый объект был представлен в виде звездообразной схемы замещения пе-
редаточных функций. Эффект от такого регулирования при демпфировании
больших возмущений будет тем большим, чем глубже внутреннее противоречие
внедряется в объект.
Следует учесть, что в этом случае будут соответственно большими избы-
точность и непроизводительные потери - своего рода "плата" за лучшие по-
казатели в отношении качества регулирования, надежности и т.д. Вероятно,
именно это обстоятельство послужило причиной, что такой способ регулиро-
вания еще не нашел применения в технике. Однако сейчас, когда резко воз-
растают требования к живучести, помехозащищенности систем управления
особенно ответственными объектами, гомеостатические принципы управления
будут привлекать все большее внимание и в технических задачах.
В разработанной схеме модели гомеостата новыми моментами являются:
наличие противоречия между каналами и управление этим противоречием как
"горячим" резервом; согласование управления заданиями Р1 и Р2 со стороны
Р3; введение дифференциального метода включения каналов и сам объект с
сохранением принципа конкурентного управления.
Для иллюстрации хороших динамических свойств гомеостата ниже приво-
дится компьютерная осциллограмма переходного процесса при большом скач-
кообразном возмущении, подаваемом в точку суммирования u1 и u2. Из ос-
циллограммы (рис. 2а) видно, что при относительно сильном возмущении
(q0/xst=5) гомеостаз быстро восстанавливается.
Рис. 2. Переходные процессы при скачкообразном возмущении в объекте.
а- величина возмущения q0 = 100; б- предварительное отключение Р1 и за-
тем приложение возмущения q0= 80.
Если величину q0 в тех же условиях увеличить до 110, то гомеостат по-
теряет живучесть, т.е. способность поддерживать заданный гомеостазу
y=xst.
Если по каким-либо причинам происходит отключение одного из каналов
регулирования, например Р1, то гомеостаз после небольшого колебательного
процесса восстанавливается (рис. 2б). Но в этом случае снижается адапта-
ционный ресурс гомеостата, а следовательно, и его живучесть. Он способен
при принятых условиях, выдержать без нарушения поддержания значений вы-
ходного параметра y=xst величину возмущения q0 в диапазоне от-10 до +80,
тогда как в норме выдерживает внешнее возмущение в диапазоне от -100 до
+100. Таким образом, говоря языком биолога, границы нормы реакции гоме-
остата по данному признаку значительно сужаются.
В механизмах гомеостата важную роль играет ВНУТРЕННЕЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ,
которое определяет внутреннюю управляемую конкуренцию и демонстрирует
при этом мало изученные стороны закона единства и борьбы противополож-
ностей. Разные философские системы указывали, что противоречия являются
одним из определяющих в познании механизмов различных явлений в природе
и обществе. Сейчас уже требуется осмысление и развитие этого понятия не
только на философском уровне, но и на уровне системных исследований
вплоть до создания методов количественной оценки противоречий.
ПРОТИВОРЕЧИЕ в гомеостатических системах - это характеристика разли-
чия и противоположности целей подсистем, вызывающих конкурентную борьбу
между ними с соответствующими негативными последствиями для этих подсис-
тем ("плата" за противоречие), и позитивного эффекта для всей системы (в
виде повышения качества управления и устойчивости системы). Формальным
образом вводятся также понятия "остроты противоречия", "степени антаго-
низма", "напряженности отношений", "компромисса" и т.п.
ОСТРОТА ПРОТИВОРЕЧИЯ - качественный показатель противоречия, опреде-
ляемый через относительную противоположность целей "противоборствующих"
подсистем. С формальной стороны острота противоречия рассматривается как
степень разнонаправленности целей и как показатель их удаленности от
осей баланса.
ПЛАТА ЗА ПРОТИВОРЕЧИЕ - это прагматическая оценка, характеристика не-
гативных последствий в системах, вызванных действием между ними конку-
рентных или конфликтных отношений.
Внутри больших систем могут одновременно существовать противоречия
между целой совокупностью целей, а при превышении эквивалентной величи-
ной противоречия какого-то предельного значения может возникать обрати-
мая или необратимая потеря устойчивости системы вплоть до ее распада. В
связи с этим появляется необходимость введения эквивалентных показателей
противоречия, которые позволили бы оценивать интегральную характеристику
противоречия. В качестве такой характеристики используется показатель
напряженности отношений.
НАПРЯЖЕННОСТЬ ОТНОШЕНИЙ внутри системы - это интегральная характерис-
тика противоречия, обобщенная по совокупности противоречивых целей и
учитывающая значимость целей и фактор последействия.
Напряженность отношений в конструктивном плане снимается компромис-
сом, т.е. некоторой платой каждой из конкурирующих сторон подсистем
большой системы.
КОМПРОМИСС - это характеристика снятого противоречия, в общем случае
определяемого через уменьшение величины противоречия, остроты и негатив-
ных последствий его действия; компромисс требует от конкурирующих (конф-
ликтующих) подсистем каких-либо уступок, которые являются "платой" за
позитивные последствия компромисса.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35