d9e5a92d

Чертыковцев В. К. - Логистика человеко-машинных систем

Происхождение термина "логистика", уходит глубоко в древность [20]. В древней Греции, слово логистика обозначало "счетное искусство" или "искусство рассуждения, вычисления".

В Римской империи под логистикой понимались правила распределения продовольствия. Назначением логистики в Византийской империи было своевременно платить жалованье армии, вооружать, снабжать оружием и военным имуществом.
Исторически можно проследить две основные трактовки термина логистика, которые дошли до наших дней [16].
Первая трактовка связана с применением логистики в военной области. Этому послужили фундаментальные работы известного военного теоретика барона А. А. Жомини (1779-1869 гг.).

В своих работах он определял логистику как практическое искусство управления войсками.
Вторая трактовка термина "логистика" в значении математической логики использовалась в работах знаменитого немецкого математика Г. Лейбница (1646-1716 гг.). Этот смысл за термином был закреплен на философском конгрессе в Женеве в 1904 г.
Период с 1920-х до начала 1950-х годов идея логистики как интегрального инструмента снижения общих затрат и управления материальными потоками в бизнесе не была востребована, хотя и "витала в воздухе". Однако именно в это время были сформулированы предпосылки будущей логистической концепции.
Логистика как наука и как инструмент в гражданской области стала формироваться в начале 1950-х годов, прежде всего в США. Эволюция логистики тесно связана с историей и эволюцией рыночных отношений в развитых капиталистических странах, причем сам термин "логистика" в бизнесе укоренился и стал повсеместно применяться в мире лишь с конца 1970-х годов.

Вот уже почти полвека на Западе не прекращаются оживленные дискуссии среди специалистов и ученых по поводу названия и содержания рассматриваемого понятия.
Сегодня существует большое многообразие определений логистики такие как:
- Логистика это наука об управлении и оптимизации материальных потоков, услуг и связанных с ними информационных и финансовых потоков для достижения поставленных перед ней целей.
- Логистика это интегральный инструмент менеджмента, способствующий достижению стратегических, тактических или оперативных целей организации бизнеса за счет эффективного управления материальными и сервисными потоками, а также сопутствующими им потоками информации и финансовых средств.
Однако эти определения не отвечают в полном объеме тем процессам, которые на самом деле затрагивает эта наука.
Автор рассматривает логистику в более широком смысле этого слова, включая в это понятие окружающий нас мир, систему "человек-машина" и социальную среду.
Основными объектами исследования и управления в логистике являются материальные и информационные потоки. Финансовые и сервисные потоки являются сопутствующими материальному и рассматриваются в подчиненном плане, как генерируемые материальным потоком.
В своей работе автор делает попытку с помощью методов и принципов логистики в человекомашинных системах показать направление развития общества по пути повышения его устойчивости.

МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКИЙ АСПЕКТ ЛОГИСТИКИ


Все логистические представления и идеи человека являются функциями двух факторов: состава объектов системы и связей между ними [27, 28]. Объединяя их в систему, мы получаем картину живой связи вещей.

Главным свойством живого является, - изменяясь оставаться прежним. Как бы я не старел, я всегда остаюсь самим собой [28].

В этой всеобщей связанности непрерывного изменения и абсолютного постоянства заключается тайна мировоззренческого аспекта логистики.
Крупнейшие ученые мира (Гейзенберг, Э. Кант, Сеченов) считали, что при исследовании любой системы существует принципиальная неразделимость объекта исследования и субъекта исследования
Изучение логистической системы не может быть ограничено только детерминированными законами, необходимо учитывать и стохастические процессы, и процессы духовного плана [28].
Логистика в широком смысле этого слова должна рассматривать сложнейшую комплексную систему, которая включает в себя: окружающий нас мир; человека; машину (удовлетворяющую постоянно возрастающие человеческие потребности); человеческое общество (социальную среду) и искусственно созданную окружающую среду, в которой обитает современный человек.
Для того, что бы разобраться в этих сложнейших логистических проблемах, необходим системный подход, с углублением в причинно-следственные связи возникновения и развития мировых процессов.
Неправильное понимание логистической картины мира, подмена одних понятий другими приводило человечество к неверному решению проблемы. Так, например, материалистическая концепция в СССР, привела к тому, что кибернетика была признана лженаукой, что остановило развитие компьютерных технологий у нас в стране на десятки лет по сравнению с другими странами, а это в свою очередь повлияло на развитие социально-экономической сферы общества.


Капиталистическая формация, поставив во главу угла потребности человека, вынуждена было выбрать технократический, тупиковый путь развития, который ведет к глобальной катастрофе всего человечества.
В основе логистической картины мира древними философами была заложена следующая цепочка причинно следственных связей (рис.1.1): в начале было слово т.е. идея, затем появилась материя, в результате их взаимодействия возникает жизнь, потом появляется человек, который затем объединяется в общественные организации.


(1.2)
S = -к N X Piln Pi
X,Nі ; Ni - число атомов или молекул в i-том состоянии системы; І е (1 ^ M) ;
где Р =
N ; N = і=i
M- число возможных состояний системы; к = 1,38 10-23 Дж/К- постоянная Больцмана. Можно переписать формулу Больцмана (1.2) в виде:
Р = eS/k. (1.3)
В формуле (1.3) в качестве Р фигурирует не обычная вероятность, а статистический вес - число способов осуществления данного состояния системы. Выпадение кубической игральной кости с различным числом очков может быть реализовано шестью способами. В этом случае статистический вес состояния брошенной кости равен Р = 6.
Вероятность состояния системы Р экспоненциально растет с ростом физической энтропии. Неупорядоченное состояние более вероятно, чем упорядоченное.

Менее упорядоченное состояние имеет больший статистический вес, так как оно может быть реализовано большим числом способов, чем упорядоченное.
Таким образом, физическая энтропия - есть мера неупорядоченности системы.
Сохраняясь, подобно энергии, в обратимых процессах, энтропия постоянно возрастает в процессах необратимых, и стремиться к своему максимальному значению при равновесном состоянии системы. Энтропия достигает своего максимального значения не мгновенно, а для этого требуется определенное время.

Таким образом, необратимый процесс означает движение системы к равновесию во времени.
Однако возрастание энтропии происходит только в замкнутых системах, тогда как все живые системы являются разомкнутыми, способными к самоорганизации, благодаря обмену веществом и энергией с окружающей средой [30].
В открытых системах (обменивающихся с окружающей средой веществом и энергией) возникают совершенно другие ситуации. Здесь, по-видимому, подключается вторая составляющая мироздания (идея), которая обеспечивает уменьшение физической энтропии в живых системах.

Разумная деятельность человека направлена на преодоление беспорядка в системе, т.е. уменьшению энтропии.
Энтропия является объективной мерой отсутствия информации о системе. Это мера принципиальной невозможности получения информации о неустойчивых системах.

Отсутствие информации есть свойство системы, а не наблюдателя.
Шеннон предложил информационную энтропию - Н (отсутствие информации о системе) -неопределенность состояния системы описать следующим уравнением
N
H =-X Pi log Pi , (1.4)
І = 1
где РІ - вероятность состояния объектов системы; N - число объектов в системе.
Максимальная информационная энтропия в системе возникает при равновероятных событиях РІ = 1/N, тогда из (1.4) следует
Hmax = lOg2 N. (1.5)
Единицей измерения информационной энтропии принято считать - двоичное состояние системы равное 1 биту
1 бит = log22.
Порядок характеризуется количеством информации - I, обратной величиной информационной энтропии. Количество информации находится как:
1 Hmax _ Hmin (бит), (1.6)
где Hmax, Hmin максимальная и минимальная (остаточная) неопределенность системы, после наведения порядка, соответственно.
N
Сходство информационной энтропии (1.4) и физической (1.2) H = -Е Pi log Pi и S = - к
І = 1
M
Е Pi ln Pi не случайно [13]. Здесь показано единство материального и духовного миров, это
i=1
дуализм мирового порядка в природе. Каждый бит информации имеет свою физическую энтропийную цену.

Один бит информации составляет порядка кТ-ln 2 = 10-23 Дж/K, это есть минимальная энергетическая стоимость порядка.
Восприятие информации человеком означает возникновение определенной упорядоченности в логистической системе. Этот процесс оказывается возможным лишь благодаря оттоку энтропии из воспринимающей системы.

Создание новой информации всегда происходит скачкообразно. Это процесс подобен неравновесному фазовому переходу.
В живых - открытых системах ни второе начало, ни закон сохранения энергии и массы не применимы. Внутри системы происходят процессы, в результате чего энтропия системы меняется на величину - diS.

Одновременно меняется поток энтропии в систему или из нее - deS. Общее изменение энтропии открытой системы равно [13]
(1.7)
dS = d,S + deS.
Знак энтропии, производимой внутри системы diS всегда положителен.
В системах, в которых протекают физические, химические и биологические процессы производство энтропии происходит с определенной скоростью положительной и равной нулю лишь в условиях равновесия
diS/dt = 0. (1.8)
Обозначив через о производство энтропии в единицу времени в единице объема открытой системы можно записать
diS/dt = I odV. (1.9)
Величина о называется функцией диссипации. Функция диссипации выражается произведением потока и силы, его вызывающей.

Размерность о есть энергия, деленная на время, объем и температуру.
При электропроводности о представляет собой электрический ток, который пропорционален разности потенциалов (ф1 - ф2)
где g - электропроводность. Это и есть закон Ома.
Э. Шредингер в книге "Что такое жизнь" рассмотрел основные положения термодинамики живых - открытых систем. Живой организм, увеличивая свою энтропию, приближается к опасному состоянию максимальной энтропии, которое представляет собой смерть.

Для обеспечения своего жизненного процесса он извлекает из окружающей среды отрицательную энтропию, чем организм и питается. Питание отрицательной физической энтропией означает поддержания стационарного состояния посредством оттока энтропии.
Если стационарное состояние открытой системы близко к равновесию, то функция диссипации имеет минимум. То есть производство энтропии в стационарном состоянии наименьшая по сравнению с другими состояниями системы. Это значит, что по мере приближения к стационарному состоянию функция диссипации убывает
do/dt 0, (1.11)
и приобретает наименьшее значение, при котором
do/dt = 0. (1.12)
Стационарное состояние устойчиво, линейная система самопроизвольно его не покидает. Для реализации стационарного состояния необходимо наличие двух шкал времени.

Наличие быстрого и медленного процессов.
Для того чтобы в открытой системе происходило структурообразование, - возрастала упорядоченность, отток физической энтропии должен превысить некоторое критическое значение.
Открытые, далекие от равновесия структурообразующие, само организующие системы Пригожин назвал диссипативными. Они образуются в результате возрастания флуктуаций -малых отклонений от наиболее вероятного состояния - до макроскопического уровня.

Создается упорядоченность из неупорядоченности, из хаоса. Этот порядок отличается от порядка возникающего в равновесных структурах. Отличие состоит в не равновесии диссипативных систем, поддерживаемом экспортом энтропии. Упорядоченность диссипативной системы подобно фазовому переходу.

Переход происходит вследствие неустойчивости предшествующего неупорядоченного состояния.
Кроме того, что живая материя зарождается в не равновесных диссипативных системах, для ее организации требуется еще и асимметрия.
Один из постулатов Н. А. Козырева гласит: "...существующий в мире ход времени устанавливает в пространстве объективное отличие правого от левого". В природе действительно имеются объективные отличия правого от левого.

Эти отличия давно известны в органическом мире. Морфология животных и растений дает многочисленные примеры упорной, передающейся по наследству асимметрии.
У моллюсков в подавляющем большинстве случаев раковины закручены в правую сторону. Преобладание определенной асимметрии наблюдается и у микробов, образующих колонии спиральной структуры.

У высокоорганизованных существ положение органов всегда повторяется: например, сердце у позвоночных, как правило, расположено слева.
Асимметрия является основным свойством жизни. В неорганической природе образуются смеси с одинаковым количеством правых и левых молекул.

В протоплазме же наблюдается резкое неравенство правых и левых форм. И наконец, очень любопытный вывод Н. А. Козырева: "Для нас весьма принципиальная сторона дела: асимметрия может иметь физический смысл только при существовании направленности времени, поэтому асимметрия доказывает асимметрию времени".
Особенно ярко это проявляется для наук биологических: ось симметрии 5-го порядка, неразрывно связанная с "золотым" или "божественным" сечением. Упоминание В. И. Вернадским "золотого" сечения восходит в своей истории к эпохе математической школы пифагорейцев. Ими была решена следующая задача: если разделить любой отрезок на две части "А" и "В" так, чтобы
то при решении этого квадратного уравнения получаются два корня: Х\ = 1,618 и Х2 = 0,618.
Еще пифагорейцы заметили, что музыкальный звукоряд построен по закону соотношений частот, равных "золотому" числу. Итальянский математик Фибоначчи построил математический ряд (0,1,2,3,5,8,13,21,34,55...), описывающий процесс размножения кроликов.

Если в таком ряду взять отношение последующего члена к предыдущему или наоборот, то получим уже знакомые нам числа: 1,618 и 0,618. Причем, чем больше порядковые номера членов, тем точнее выполняется "золотое" соотношение.

БИНЕР - КАК ОСНОВА ПОСТРОЕНИЯ ЛОГИСТИКИХ СИСТЕМ


Любое человеческое представление, образ или мысль есть следствие противопоставлений других представлений, образов и мыслей. В природе человеческого познания окружающей действительности заложены два противоположных начала, которые создают в нашем представление парные образы.

Благодаря этому человеческий разум способен воспринимать лишь разности явлений, но не их сущность. Каждое сложное представление порождается комплексом простых, представляющих собой элементарную двоичную систему.

Эта основная форма разума носит наименование "бинера" [46].
Бинер есть относительная форма мышления, проистекающая из свойств человеческого разума, в основе которого лежит единство и борьба двух противоположностей познаваемого объекта.
Добро и зло, белое и черное, положительное и отрицательное и т.д. мы постоянно сталкиваемся в Природе с такими двойственными событиями, находящимися в неразрывной связи и противоречии друг с другом [46]. Они рождаются вместе, и друг друга взаимно обуславливают и утверждают. Никакая идея не может существовать без своей противоположности своего отрицания. Идея бытия предполагает идею небытия.

Древние философы объединили это двойственное состояние Природы в понятии "Бинер".
Выражаясь математическим языком, бинер есть момент, величина которого остается постоянной, величина же сил пары может произвольно изменяться, но все время, оставаясь обратно пропорциональной плечам [46].
Конструкция бытия представляет собой бинер - Идею - I и Материю - W, которая описывается полной группой несовместных событий и их пространство состояний можно записать в виде
R = I-W. (1.14)
Графически модель бинера представляет собой равностороннюю гиперболу (рис. 1.5). Человек как бы связан этой гиперболой он может перемещаться по ней, но сойти с нее не может.

Стремясь к высокой духовности (точка А на кривой), что соответствует максимуму идеи I ^ Imax, у человека уменьшаются материальные запросы W ^ Wmin.
И наоборот, при стремлении человека к материальному благополучию W ^ Wmax (точка В на кривой), он теряет духовный потенциал. Это движение по гиперболе хорошо отражено в Библии "Никто не может служить двум господам: ибо или одного будет ненавидить, а другого любить; или одному станет усердствовать, а о другом нерадеть. Не можете служить Богу и маммоне" (Евангелие от Матфея гл.6 ст.24)



Катастрофа складки задается семейством функций, зависящих от одного управляющего параметра [15]:
F(x, a)
(1.15)
+ ax,
где x - переменное состояние динамической системы; а - управляющий параметр системы. График катастрофы складки представлен на рис.

1.3, а. В точке (0,0) функция имеет перегиб. При возмущении функции F(x,a) управляющим параметром а получим два возможных состояния системы:
- при а 0 функция не имеет критических точек (система устойчива);
- при а0 функция имеет две критические точки (система неустойчива)
Х2 = +
x1 =
(1.16)
Вырожденная критическая точка х = 0 функции F(x,a) рассыпается на две невырожденные под действием возмущения a0. В этом состоит неустойчивость катастрофы складки.
Критические и вырожденные точки этого семейства находятся из условия равенства нулю первой и второй производных функции F(x,a) по х. При этом получаются уравнения
dF
(1.17)
= 3х2 +а = 0,
dx
(1.18)
2 6х = 0.
dx
Кривой равновесия L катастрофы складки является множество точек (х,а) на плоскости удовлетворяющих уравнению (1.17), (ветвь параболы) (рис. 1.3,б).



Р и с. 1.3. Катастрофа складки:
а - возмущение функции; б - кривая равновесия катастрофы складки
Верхняя часть параболы отвечает точкам локального минимума, а нижняя - точкам локального максимума функций.

Катастрофа сборки

Катастрофа сборки может быть представлена в виде структуры критических точек семейства функций (рис.1.4,а)
(1.19)
„ . 1 , 14 1 2 т
F(x, a, b) = x + ах + bx, 4 2
где x - переменное состояние системы; a, b - управляющие параметры.
Критические вырожденные точки семейства F находятся из условия равенства нулю первой второй и третьей производных F соответственно:
dF = х3 + ах + b = 0, (1.20)
dx
d2 F dx2
3х2 + а = 0,
(1.21)
(1.22)
d 3F dx3
6х = 0.
Из (1.21) можно найти сечение катастрофы сборки в плоскости (х,а), которое представляет собой параболу (рис. 1.4,г)
а = - 3х2
(1.23)
Подставим (1.23) в (1.20), получим сечение катастрофы сборки в плоскости (х, в) (рис. 1.4,б)
b = 2х3. (1.24)
Решая систему уравнений (1.23) и (1.24) относительно х получаем бифуркационное множество (рис. 1.4,в):
4а3 + 27b2 = 0 (1.25)
Бифуркационное множество это множество точек поверхности, обладающие
двойственностью функции - область неустойчивости системы.
Когда параметры системы (точка D на рис. 1.4), плавно изменяясь, пересекают бифуркационное множество, то система скачком переходит из одного состояния устойчивого равновесия - х1 в другое - х2 AF = F(x1) - F(x2).



Случайные процессы, для которых можно считать, что их вероятностные характеристики не меняются на анализируемом интервале времени, и они представляют собой как бы случайные колебания около некоторого среднего значения, называются стационарными (однородными), в отличие от нестационарных (неоднородных) процессов, к которым относятся все другие процессы [22]. Стационарные процессы по своей природе проще, чем нестационарные, и описываются более простыми характеристиками.
Случайный стационарный процесс, это процесс, вероятностные характеристики которого не зависят от сдвига на произвольную величину всех временных аргументов - t. Это означает, что ft-мерная функция распределения стационарного процесса при всяких n и At удовлетворяет условию
Fn(X1,X2,..,Xn,t1,t2,...,tn)-Fn(X1,X2,...,Xn,t1+M t2+ At,...,tn+At) (1.26)
Из этого определения следует, что у стационарного случайного процесса n-мерная функция распределения зависит только от п 1 временных аргументов ti 11 (i = 2, 3, ..., n). В частности, одномерная функция распределения стационарного процесса вовсе не зависит от времени, а поэтому его математическое ожидание и дисперсия, постоянные величины не зависящие от времени.

Эргодические случайные процессы

Стационарный случайный процесс называется эргодическим, если любая его вероятностная характеристика, полученная усреднением по множеству возможных реализаций, с вероятностью, сколь угодно близкой к единице, равна временному среднему, полученному усреднением за достаточно большой промежуток времени из одной единственной реализации случайного процесса. Из этого определения следует, что, эргодический процесс представляет собой такой процесс когда среднее по времени равно среднему по множеству возможных реализаций.
Среднее по времени это среднее значение функции, определенное для отдельной реализации случайного процесса x(t) . Оно обозначается X и согласно определению
x = lim 2^ J x(t)dt (1.27)
В отличие от среднего по времени, среднее по множеству х для случайной функции x(t) определяется для каждого момента времени t путем усреднения по всем реализациям процесса. Действительно, поскольку вероятностные характеристики случайного стационарного процесса не меняются с течением времени, длительное наблюдение за отдельной реализацией такого процесса на одном объекте должно дать в среднем ту же картину, что и наблюдения, сделанные в один и тот же момент на большом числе одинаковых объектов.
Свойство, эргодичности сильно упрощает экспериментальное определение вероятностных характеристик случайных стационарных процессов, поскольку позволяет заменить эксперимент на большом числе объектов экспериментом на одном из них, правда, в течение достаточно длительного времени и, соответственно, статистической обработкой одной реализации случайного процесса.
Таким образом, для случайного стационарного процесса благодаря его эргодичности среднее по множеству X , т. е. математическое ожидание тх, можно определять как среднее по времени x
от 1 T
mx = M[x(t)] = J x(p)dx = limi 2T J x(t)dt ¦ (1.28)
от T
Случайная функция, математическое ожидание которой равно нулю, называется центрированной. Соответственно, случайную функцию можно представить как сумму
0
математического ожидания - mx(t) и центрированной - х (t), случайной функции, т. е.
0
x(t)= mx(t) + х (t). (1.29)
Закономерности могут быть следствием случайностей. Если много раз независимо повторять одно и то же испытание, в результате которого может появиться или не появиться некоторое событие, то среднее число наступлений события при достаточно большом числе испытаний может быть предсказано и, следовательно, его величина есть закономерное событие.

Такова же природа многих физических макроскопических закономерностей, являющихся следствием стохастических закономерностей.
Нужно признать, что в мире, в котором мы живем, существуют ситуации, в которых закономерное развитие событий приводит к непредсказуемости и случайности. Так что случайность в нашем мире закономерна даже в рамках детерминистической трактовки [37].

Закономерное развитие событий может быть непредсказуемо, и в этом смысле оно случайно.
Логистический процесс мирового развития носит как детерминированный, так и случайный характер и имеет определенную направленность в сторону непрерывного усложнение организации мира. Этот процесс охватывает неживую, живую материю и общество.

Это три уровня организации материального мира [32].
Направление развития логистической оси мира идет в сторону его усложнения, и катастрофы принимают в этом самое активное участие. В катастрофе кроме разрушения заложены и созидательные силы.

Катастрофы являются ключевыми факторами самопроизвольного появления структур с пространственно-временной организацией [51, 61].



Содержание раздела