Энтропия и антиэнтропия в теории управления

Энтропия

В БСЭ Энтропия (от греч. entropнa — поворот, превращение) Понятие энтропии впервые возникло в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии и было введено в науку Клаузиусом в 1865 г. как логическое развитие термодинамики Карно.

Понятие быстро перешагнуло границы физики и проникло в другие дисциплины.

1) в теории информации — мера неопределенности ситуации (случайной величины) с конечным или четным числом исходов, например, опыт, до проведения которого результат в точности неизвестен.

2) в теории управления — мера неопределённости состояния или поведения системы в данных условиях.

Неопределенность в системе — это ситуация, когда полностью или частично отсутствует информация о возможных состояниях системы и внешней среды, когда в системе возможны события, вероятностные характеристики которых неизвестны. Чем сложнее система, тем большее значение приобретает фактор неопределенности в ее развитии.

В классической науке XIX века под воздействием равновесной термодинамики господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию (в энергетическом смысле это и означает неупорядоченность или хаос).

Согласно второму началу термодинамики в закрытых системах наблюдается постоянное возрастание энтропии, т. е. эволюция таких систем направлена в сторону полного хаоса. Любая живая система — это открытая система, активно взаимодействующая с внешней средой, непрерывно черпая из нее негэнтропию. Весь социальный опыт также свидетельствует, что человеческое общество, несмотря на временные возвраты и зигзаги, в целом характеризуется прогрессивными изменениями. Прогресс мы в первую очередь связываем с установлением порядка и соответственно с уменьшением хаоса.

Энтропия равна сумме мер беспорядка и порядка. Равенство мер порядка и беспорядка определяет равновесие круговорота природы и общества. Антиэнтропия — это структурированная и упорядоченная величина обратная энтропии, характеризующая степень неопределенности системы.

Тема об энтропии и антиэнтропии в управлении — актуальная тема на данный момент потому, что она полностью связана с жизнью. Энтропия находится во всем. В природе, в обществе, в различных науках.

1. Энтропия — важнейшая системная характеристика

Для решения сложных задач управления социально-экономическими процессами используется научные методологические подходы, позволяющие предвидеть результаты принятых решений и снижать риск и последствия неудач. Одним из таких подходов является системный подход.

Одной из важнейших системных характеристик является энтропия, представляющая собой количественную меру беспорядка в системе. Энтропия характеризует соотношение дезорганизованности и организованности систем различной природы, предопределяет поведение людей в сложных искусственных системах, в экономике, политике, межнациональных отношениях и других реальных сложных системах.

Степень организованности системы определяется количеством содержащейся в системе энтропии.

В этом плане под управлением в обществе понимается способ воздействия, побуждающий людей к упорядоченному, или организованному, поведению, выполнению требуемых действий, соблюдению законов.

При прогрессивном развитии социальной системы в ней быстрее уменьшается энтропия. Если энтропия в некоторой системе увеличивается, то это означает, что в системе преобладают процессы разрушения, деструкции, движение в сторону неупорядоченности, неопределенности и хаоса, что, в конечном счете, может привести к разрушению и гибели данной системы.

Системный подход в управлении рассматривает управленческую деятельность как систему, т. е. как совокупность элементов, взаимодействующих между собой в пространстве и времени, функционирование которых направлено на достижение общей цели.

Наряду с обычной положительной энтропией в природе существует антиэнтропия, или отрицательная энтропия. Когда запас антиэнтропии какойлибо системы становиться неспособным сдерживать напор энтропии окружающей реальности, то эта система разрушается. Антиэнтропия системы есть энтропия подсистем входящих в эту систему то есть что для системы антиэнтропия то для подсистем входящих в эту систему энтропия и что для подсистем входящих в какуюлибо систему антиэнтропия то для системы в которую входят данные подсистемы энтропия. Если бы научиться каким-либо образом управлять энтропийным полем и как следствие самим процессом энтропии то цивилизация обрела бы поистине божественное существование.

2. Соотношение между порядком и беспорядком в обществе

Антиэнтропия т. е. энтропия с отрицательным знаком, существенно отличающаяся от положительной энтропии по физическому содержанию.

Таблица 1.1

Человеческое сообщество как система, развиваясь, снижает меру своей неупорядоченности через позитивную деятельность, достигая все большей организованности, регламентации и управляемости. Отсюда следует, что эволюция общества антиэнтропийна, так как она дает нам больший порядок? Однако сразу возникает вопрос: а куда же денется внутренний беспорядок Дело в том, что беспорядок, отрицательная сторона деятельности людей, направленная на улучшение жизни, не исчезает «в никуда», а буквально выбрасывается во вне и, как ни странно, может вернуться обратно совершенно неожиданной стороной. К примеру, вы в квартире навели полный порядок, и тем самым вы удалили из квартиры во вне беспорядок (мусор, грязь, пыль, а через канализацию в реку вылили грязную воду с химическими чистящими средствами); тараканы, от которых вы решили избавиться, перебегут к соседям, а когда соседи, так же как вы, прогонят тараканов, они могут вернуться к вам. К тому же вы можете пользоваться водой из той речки для питья или стирать в ней.

Всегда при уменьшении энтропии в данной системе лишний беспорядок «выталкивается» во вне, чем увеличивается энтропия внешнего мира (окружающей среды Следует отметить, что энтропия равна мере беспорядка (хаоса), дезорганизованности, неопределенности только при постулате равновероятности событий. Что касается общего случая при неравновероятности событий, энтропия равна сумме мер беспорядка и порядка. Современная модель равновесия рассматривает круговорот природы, где соотношение частей и целого описывается по правилу «золотой пропорции», которое иногда называют законом гармонии природы. Этот закон «золотой пропорции» «работает» при описании ряда общих свойств живой и неживой природы, общества, экономики. Равенство мер порядка и беспорядка определяет равновесие круговорота природы и общества.

Кроме того, известно, что при развитии систем энтропия по одним параметрам растет, а по другим параметрам уменьшается. По одним параметрам системы увеличивается порядок, упорядоченность, организованность, а по другим — наоборот, ухудшается порядок и организованность. Переход всей системы от беспорядка к порядку по всем параметрам не происходит.

Стремление к полному порядку в природе и обществе бессмысленно и недостижимо. Поэтому надо искать оптимальное соотношение порядка и беспорядка, т. е. баланса между ними. То же касается управляемости и неуправляемости. Это значит, что не надо стремиться управлять всем. Что-то надо передавать для самоуправления и самореализации, иначе не хватит ресурсов.

Развитие любой системы начинает ограничиваться, когда для своего поддержания она создает слишком много беспорядка вокруг, т. е. ее существование становится чересчур затратным, разрушительным для среды. В результате механизмы, обеспечивающие относительно устойчивое состояние на прежнем этапе, становятся контрпродуктивными и оборачиваются своей противоположностью — опасностью катастрофического роста энтропии. Подобная система либо погибает, либо «перестраивается» в менее разрушительную для окружения систему.

Наука, образование, культура являются антиэнтропийными факторами и повышают негэнтропию общества.

Под информационным управлением понимается механизм, когда управляющее воздействие носит неявный, косвенный, информационный характер и объекту управления (ОУ) дается определенная информационная картина, ориентируясь на которую он как бы самостоятельно выбирает линию своего поведения, или организованность.

Как показывают наука и практика, воздействие факторов внешней среды имеет для наблюдаемой организации в подавляющем большинстве случаев отрицательные последствия. Результатом этих воздействий является отклонение живой системы от всех параметров характеристик внутренней среды, при которых жизнь только и возможна. Чтобы жить дальше, необходимо выжить.

Понятие «выживание» в различных отраслях знаний имеет одинаковый или близкий смысл. Выжить для живого организма — значит остаться в живых после болезни, несчастья, любых других кризисных явлений. У. Эшби считает это свойство организации основным критерием эффективности ее функционирования. Организация считается «хорошей», если она делает систему устойчивой относительно некоторого состояния равновесия.

Все системы стремятся к равновесию. Но большинство из них его не достигают. Поэтому система, осуществляя переход из любого состояния в состояние равновесия, переходит от большего числа состояний к меньшему. Она как бы совершает выбор в том чисто объективном смысле, что некоторые состояния ею отвергаются (те, которые она покидает), а некоторые сохраняются (те, в которые она переходит).

Переход к равновесию тривиален в простом маятнике, потому что состояние равновесия представлено одной точкой в пространстве.

Функционирующая организация может стремиться к достижению равновесия, например в стабильности кадрового состава, поддержании уровней запасов, финансов, объема производства и т. д. Однако живым системам больше свойственно движение по некоторой восходящей линии, т. е. такое развитие, когда система практически не возвращается к каким-то прошлым равновесным состояниям. Но и в этом случае допустимо применять понятие равновесия, если система стабильно развивается по известному закону. Так, S-образная кривая — типичная кривая роста, отражающая процессы в природе. Ее можно наблюдать в биологической сфере или в экономике, везде, где имеет место рост. Если предприятие увеличивает свое присутствие на рынке, объем производства, численность работающих и повышает их квалификацию, то можно считать, что оно находится в состоянии равновесия.

энтропия порядок антиэнтропия неопределенность

3. Энтропия как мера информации компании и проблемы управления

Энтропия как мера информации, необходимой для работы и управления компанией, используется в ситуациях с неопределенностью.

С помощью параметра энтропии оценивается количество управленческих усилий менеджера или руководителя, необходимых для выбора рационального решения и преодоления неопределенности в конкретном бизнесе или в конкретном проекте. Очевидно, что чем меньше энтропия, или неопределенность, в бизнесе или в проекте, тем меньше усилий нужно затратить менеджеру на выбор решения. Из возможных альтернативных решений для менеджера выбор правильного решения тем сложнее, чем больше энтропия и, следовательно, неопределенность процесса. Энтропия конкретного проекта или бизнеса показывает величину необходимой информации для принятия решения. Что касается суммарной энтропии, она определяет совокупность возможных состояний, в которые может попасть компания. Если руководство компании или менеджер не принимает вовремя управленческое решение по важным проектам, то энтропия и, следовательно, беспорядок в компании возрастает.

В общем виде понятие суммарной энтропии (Э?) какой-нибудь компании является количественной мерой беспорядка, или неопределенности, бизнес-процессов в компании и показывает, какое количество информации требуется руководству (менеджеру) для описания бизнес-процесса компании в конкретный момент времени.

Величина энтропии каждого конкретного проекта показывает, какое количество информации требуется для того, чтобы можно было работать в ситуации с неопределенностью процесса или ее вероятностью. Другими словами, энтропия показывает требуемую мощность системы принятия управленческих решений для выбора рациональных решений из возможных альтернатив на протяжении всего цикла реализации проекта.

Таким образом, с помощью параметра энтропии можно оценить количество управленческих усилий менеджера или руководителя компании, требующихся для выбора решений по преодолению неопределенности в конкретном проекте или бизнесс-процессе. Чем меньше энтропия, тем меньше усилий на выбор рациональных решений придется затратить менеджеру. Если энтропия больше, тогда менеджер должен принимать большее количество решений по выбору правильного решения из возможных альтернатив. Величина энтропии показывает количество требующейся информации в каждом конкретном проекте или бизнес-процессе.

Энтропия компании показывает набор возможных состояний, в которые она может попасть

Как показано на рис. информация противодействует тенденции системы к дезорганизации и увеличению энтропии и, таким образом, способствует переводу системы в более организованное состояние путем:

1) наложения ограничений;

2) ограничения числа степеней свободы системы;

3) уменьшения разнообразия;

4) увеличения степени организации.

Итак, можно сказать, что степень организации определяется наличием информации, обеспечивающей ограничение свойственных системе тенденций к росту разнообразия.

На существование связи между информацией и энтропией впервые в 1929 г. указал венгерский ученый Л. Сциллард.

Информация Тщательному и глубокому анализу подверг содержательность в информации и энтропии Норберт Винер. Вывод ученого был ошеломляюще прост: информация и энтропия характеризуют реальность, действительность с позиций соотношения хаоса и порядка.

Количество информации в системе есть мера организованности системы, точно так же энтропия есть мера дезорганизованности системы; одно равно другому, взятому с обратным знаком.

Тогда выходит, что энтропию можно рассматривать как меру недостатка информации, а информацию — как отрицательное слагаемое энтропии, ее «негатив» или как негэнтропию. Негэнропийный принцип информации объединяет на новой основе энтропию и информацию. Их нельзя трактовать порознь, они всегда должны исследоваться вместе. И это положение верно для различных, невыразимо далеких одна от другой областей применения — от теоретической физики до примеров из повседневной жизни.

Мир без ограничений был бы всеобщим хаосом. Хаос и обилие разнообразия уменьшаются организацией или наложением ограничений.

Для наложения ограничений на систему используем информацию, которая противодействует тенденции системы к увеличению.

Заключение

Понимание физического смысла энтропии и антиэнтропии затруднено тем обстоятельством, что их значения не может быть измерено никаким прибором, но зато вычисляется. Более чем 100-летний опыт использования понятия энтропии в термодинамике подтверждает правильность представления о ней как о физической величине, изменение которой (в равновесных процессах) однозначно связано с наличием обмена энергией в форме теплоты.

В теории управления энтропия и антиэнтропия — мера неопределённости состояния или поведения системы в данных условиях. Таким образом, оказалось, что понятие энтропии является одним из фундаментальных свойств любых систем с вероятностным поведением.

Понятие обобщенной энтропии представляет такие наиболее общие свойства действительности, как неупорядоченность и упорядоченность, неопределенность и определенность, хаос и порядок.

Всякое явление двойственно, и оно одновременно содержит в себе некоторую хаотическую, броуновскую составляющую и упорядоченную составляющую, как составляющую хаоса, так и порядка. Всякое явление содержит энтропию и антиэнтропию.

При прогрессивном развитии социальной системы в ней быстрее уменьшается энтропия. Если энтропия в некоторой системе увеличивается, то это означает, что в системе преобладают процессы разрушения, деструкции, движение в сторону неупорядоченности, неопределенности и хаоса, что, в конечном счете может привести к разрушению и гибели данной системы.

Выжить для живого организма — значит остаться в живых после болезни, несчастья, любых других кризисных явлений. У. Эшби считает это свойство организации основным критерием эффективности ее функционирования. Организация считается «хорошей», если она делает систему устойчивой относительно некоторого состояния равновесия.

Равенство мер порядка и беспорядка определяет равновесие круговорота природы и общества. Если предприятие увеличивает свое присутствие на рынке, объем производства, численность работающих и повышает их квалификацию, то можно считать, что оно находится в состоянии равновесия.

Список литературы

Прангишвили B.В. Системный подход и общесистемные закономерности, Синтег, М — 2000.