Рис. 1.4
Часто (и это касается исследований в тех областях, где эксперимент невозможен, например с человеком в геосфере, биосфере) мы идем ложным путем. При этом, как правило, человек-исследователь представляет полученные результаты без четкого понимания, где начинается критическая область, где начинается деградация его и социальной среды, а затем и смерть этих двух систем.
1.3. Свойства и параметры состояния человека как биосистемы
Принято считать, что «в природе все гармонично». Это не совсем так, но, вероятно, высказывающие данную мысль интуитивно понимают некоторую «завершенность», гомеостатическую включенность любого вида живых существ в биоценозы. Разумеется, на практике, время от времени, это равновесие нарушается тем или иным «преуспевающим» видом. Но, поглотив изрядное количество энергетики биоценоза, новый вид сворачивает экспансию. Равновесие восстанавливается. Так реализуются циклы жизни и смерти в природе.
Человек представляет собой динамическую систему, которая функционирует в среде жизнедеятельности (рис. 1.1). При этом между этой средой и человеком возникает взаимосвязь, которой необходимо управлять. С этой целью человек, погруженный в среду, контролирует свое состояние и состояние среды. В качестве контролируемых величин выступают параметры состояния человека, которые при некоторых значениях могут являться причинами потерь в процессе жизнедеятельности.
Каждая последующая жизненная ситуация, как правило, неадекватна предыдущей. При этом необходимо каждый раз контролировать и ограничивать новые параметры. Таким образом, мы должны рассматривать человека как динамическую систему, погруженную в среду жизнедеятельности, в том числе природную.
В общем случае среда жизнедеятельности человека включает его внутренний мир – эгосферу [24]. Каждая среда характеризуется своими процессами. В свою очередь каждый процесс характеризуется своими параметрами, изменяющимися во времени, контролируемыми человеком. Контролируя параметры входных процессов, он одновременно контролирует свое состояние в этих средах и принимает решение по управлению своим состоянием. Так как человек погружен в среду жизнедеятельности, то все необходимые понятия и определения введем с учетом этого. В дальнейшем будем использовать такие понятия, как свойство, качество, состояние, параметры состояния, эффективность, комфортность. Наиболее общим понятием для динамической системы, представляющей человека, погруженного в среду жизнедеятельности, является свойство.
Любая объективная особенность динамической системы (человека), которая получена при создании (например, при рождении человека) и проявляется при ее функционировании, называется свойством динамической системы.
В процессе жизнедеятельности человека реализуются его психические, физиологические, биохимические, антропологические свойства. При этом различные проявления свойств связаны с различной степенью развития интеллектуальных способностей. Свойства существуют только в связи с эмпирическими объектами: человек, самолет, автомобиль, каждый из которых обладает различными свойствами. Совокупность свойств динамической системы, обусловливающих пригодность ее для выполнения поставленной цели, будем называть качеством. При этом будем различать качества, полученные человеком при рождении, и те, которые созданы им в процессе жизнедеятельности, связанные с его обучением, опытом. Так как качества и свойства динамической системы, в том числе биоэнергетической системы (человека), проявляются в процессе ее функционирования, то для оценки системы введем понятие эффективности процесса ее функционирования. Под эффективностью динамической системы будем понимать возможность достижения поставленной цели.
Так как каждая динамическая система обладает совокупностью свойств, определяющих ее качество, то она может оказаться эффективной не только в одной области, но и в нескольких. Так, один и тот же человек может быть и математиком, и художником одновременно. Однако, как правило, свойства каждого человека ограничены, и поэтому эффективная жизнедеятельность возможна в одной области среды.
В процессе функционирования динамическая система, обладающая некоторыми свойствами, будет иметь вполне определенное состояние, характеризуемое вектором параметров х = (х1, х2, …, хn), где хi – i-й параметр состояния динамической системы.
Нужное качество s динамической системы выбирается из условий достижения заданной цели. Эти условия называются критериями оценки качества, а проверка их выполнимости – оцениванием качества динамической системы.
Отметим, что заданные свойства динамической системы обеспечиваются на начальном этапе ее создания (например, при выборе человека из заданного множества), а заданное качество – на этапе функционирования (жизнедеятельности). Свойства системы характеризуются интенсивностью и характером их изменения [36]. В соответствии с таким подходом их делят на точечные, линейные и многомерные.
Точечные свойства характеризуют качественную определенность объектов, которая в процессе функционирования динамической системы, как правило, не изменяется в количественном отношении. В общем случае, например, количество рук, пальцев и т. д.
Такие свойства, как температура, масса, имеют интенсивность, которая в процессе функционирования динамической системы может изменяться. Эти свойства всегда определяются с помощью начального значения. Характерным для свойств является невозможность перехода одного свойства в другое путем изменения количественного значения. Так, температура или масса не могут перейти в объем или плотность. Математически эти свойства описываются скалярными величинами – числами.
К двухмерным (плоскостным) относятся все те свойства, которые характеризуются двумя параметрами. Сюда относятся сила, ускорение, скорость, т. е. векторные величины. Как известно, векторы характеризуются величиной (модулем) и направлением.
В общем случае свойства динамической системы могут изменяться в n-мерном пространстве. Это особая категория, которая, как правило, относится к сложным системам, например человеко-машинным системам (ЧМС). Для описания таких свойств, т. е. представления их в виде математической модели, используют вектора вида ā = (а1, а2, …, аn). При этом говорят, что ā имеет n координат. Иногда вместо вектора используют матрицы или тензоры различных рангов, в зависимости от решаемой задачи. В качестве примера такого свойства можно рассмотреть надежность человеко-машинных систем.
Свойства динамической системы находятся в определенных отношениях. Классификация отношений может осуществляться по многим признакам:
– числу относящихся свойств (бинарные, тройные и т. д.);
– направленности;
– интенсивности (относительной), так, например, рефлексивности, симметричности и транзитивности;
– функциональности.
Каждое отношение, имеющее место между n свойствами, образует новое (n + 1)-е свойство. При решении прикладных задач из общей совокупности свойств s = (s1, s2, …, sn) динамической системы, как правило, используются те, которые обеспечивают достижение рассматриваемой цели Цк из некоторого множества Вц. При этом для анализа риска рассматривают не сами si, а их отклонения δsi от номинальных, расчетных или заданных значений si, при которых осуществляется достижение цели:
δsi = si(t) – s*i(t).
Совокупность значений δs = (δs1, …, δsn) характеризуют факторы рисков реальной динамической системы и ее состояние в процессе функционирования. Соотношение между моделью возможных состояний системы и ее свойствами устанавливается чаще всего с помощью математических моделей, например системы линейных или нелинейных, алгебраических или дифференциальных уравнений. При построении математических моделей рассматриваемого класса динамических систем, включая человеко-машинные системы, в дальнейшем будем учитывать следующие их особенности:
– свойства и качества принадлежат многомерному пространству и изменяются в процессе функционирования динамической системы, т. е. являются функциями времени;
– многофункциональность системы, когда переключение от одной функции (цели) к другой осуществляется автономно с помощью мотивации;
