CC BY
37
УДК 502.34
ПРОБЛЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ВОЛКОВА С.Н.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. кафедрой математики физики и технической механики ФГБОУ ВО Курская ГСХА, e-mail: volkova_47@mail.ru.
СИВАК Е.Е.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры стандартизации и оборудования перерабатывающих производств ФГБОУ ВО Курская ГСХА, e-mail: elenasivak77@mail.ru.
ПАШКОВА М.И.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры математики, физики и технической механики ФГБОУ ВО Курская ГСХА, e-mail: marina010104@yandex.ru.
ШЛЕЕНКО А.В.,
кандидат экономических наук, доцент кафедры экспертизы и управления недвижимостью, горного дела ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»; e-mail: shleenko77@mail.ru.
Реферат. Идея работы заключается в использовании фундаментальных и прикладных исследований в области математических методов для моделирования и прогнозирования процессов перестройки физико-химической структуры вещества под внешним воздействием на примере пучка ускоренных электронов, а также разработке новых технологий, связанных с инновационными подходами, касающимися процессов развития социально-экологических систем информационного общества. В работе решается задача поиска наилучшего решения для разработки комплексной методики процессов получения новых видов материалов, на примере ситаллов и стекло-кристаллических структур, а в целом возможности получения феномена человека путем развития социально-экологических систем по заданному сценарию. Целью работы является определение условий перехода из одного состояния вещества в другое с изменением его свойств, увеличивающих продуктивность и эффективность действия всей системы в целом.
Ключевые слова: проблема, моделирование, прогнозирование, процесс, развитие, социально-экологическая система, электрон, структура, синтез.
THE PROBLEM OF MODELING AND FORECASTING OF THE PROCESSES DEVELOPMENT SOCIO-ECOLOGICAL SYSTEMS
VOLKOVA S.N.,
doctor of agricultural sciences, professor, head. department of mathematics, physics and technical mechanics FGBOU IN "Kursk state agricultural academy», e-mail: volkova_47@mail.ru.
SIVAK E.E.,
doctor of agricultural sciences, professor, department of standardization and equipment ne-rerabatyvayuschih productions FGBOU IN "Kursk state agricultural academy», e-mail: elenasiwak77@mail.ru bodies. (4712) 58-14-03.
PASHKOVA M.I.,
candidate of agricultural sciences, associate professor, department of mathematics, physics and tech-mechanics FGBOU IN "Kursk state agricultural academy", tel. (4712) 58-14-03.
SHLEENKO A.V.,
candidate of economic Sciences, associate Professor of examination and management of real estate, mining FGBOU IN "Southwestern State University" (Kursk) (e-mail: shleenko77@mail.ru.
Essay. The idea is to use the fundamental and applied research in the area of mathematical methods for modelling and forecasting of processes of restructuring of the physical and chemical structure of matter under external influences, for example the beam of accelerated electrons, as well as the development of new technologies associated with innovative approaches relating to processes of socio-ecological systems of the information society. In work is solved the problem of finding the best solution for the development of an integrated methodology of production processes of new types of materials, for example ceramics and glass-ceramic structures, but in General the possibility of obtaining the phenomenon of man through the development of social-ecological systems for a given scenario. The aim of this work is to determine the conditions of transition from one state of matter to another changes its properties, increasing the productivity and efficiency of the whole system.
Keywords: the problem, modeling, forecasting, process development, socio-ecological system, electron, structure, synthesis.
Введение. Множество важных практических задач упирается в необходимость поиска наилучших решений. К ним относятся задачи: выбора траекторий самолетов и ракет, настройки режима работы машин, обнаружения неисправностей, обработки экспериментальных данных и организации эксперимента, распознавание образов [1], получение новых материалов с заранее заданными свойствами, а также повышения качества трудового потенциала с учетом рисков антропогенного воздействия [2-6].
Поэтому задача поиска наилучшего решения может быть поставлена как математическая проблема поиска экстремума функции цели.
Материалы и методы. Материалом в данной работе служат производственные задачи, которые приходилось решать авторам за переходный период в 25 лет между столетиями, начиная с 1990 годов [7-14] по настоящее время [15].
Методами исследования в указанных работах применялись методы из разделов по математике: линейная алгебра (решение систем линейных уравнений, матрицы и действия над ними); математический анализ (дифференциальные уравнения, задача Коши, дифференциальное и интегральное исчисление); теория вероятностей и математическая статистика (нормальное распределение, формула Пуассона, формулы полной вероятности и Байеса, корреляционный и регрессионный анализ, интервальная оценка) [17,10,11,13], методы оптимальных решений (оптимизация эксперимента) [19].
Перечисленные методы успешно применялись и в случае исследования дискретных и непрерывных случайных величин с учетом особенностей исследуемой величины.
Результаты и оборудование. Для построения аналитических моделей, используя понятия «черный ящик», определили условия типов взаимодействий (линейные, нелинейные, предельные переходы) и нашли их зависимости. За основу в процессах развития социально-экономических систем взяли коэффициент развития, который вывели, введя такие понятия, как ин-формационно-синергетический поток, ассоциативная целостность системы, плотность продуктивности, а в дальнейшем в информационном обществе - плотность временного потока относительно информации. Изучая особенности структурного состояния железа в стекло-кристаллических системах в зависимости от состава, по данным гамма-резонансной спектроскопии для выбора оптимальной толщины поглотителя решили задачу оптимизации эксперимента в данном направлении [14]. Следом была разработана методика определения параметров мессбауэровских спектров (МС) в стеклообразных системах.
Обработка МС состояла из ряда этапов. Первоначально в модельных стеклах 7 серий, где в основном Ре3+ находится в тетраэдрической координации, были найдены параметры МС, причем спектры поглощения стекол системы №20 - Ре203(Ре0) - 8Ю2 представлялись симметричными дублетами. Для ускорения сходимости и избежания колебаний вокруг ложных минимумов из-за большой корреляции между параметрами, в программе минимизации предусматривалась фиксация части параметров.
Таким образом, было проведено уточнение положений октаэдрической координации и двухвалентного железа. Изложенная методика обработки позволила не только интерпретировать модельные стекла, но и получить количественные характеристики и описать спек-
тры новых стеклообразных материалов, в которых аппроксимацию проводили методом наименьших квадратов с минимизацией остаточной суммы квадратов методом линеаризации. Обязательным условием надежности расшифровки экспериментального спектра и интерпретации полученных данных является использование априорной информации о реальной структуре исследуемого объекта на всех стадиях анализа результатов ядерно-гамма-резонансных измерений.
Со временем используя процессы развития социально-экологических систем [1-8], [10-12] и экосистем [13], приходим к выводу, что априорная информация по системам заложена в плотности времени, времени, приходящимся на единицу информационно-синергетического потока в системе. И попадая в определенные условия, система начинает ускоренно изменяться, трансформируясь в новое состояние.
При этом изменяются свойства самой системы, так под воздействием пучка ускоренных электронов с энергией 1,5 МэВ стекла имеют качественно иную структуру и фазовый состав, более однородны по структурному состоянию железа по сравнению с традиционными методами синтеза. Эти результаты полезны при создании образцов с заранее заданными параметрами.
Социально-экологическая система является уникальным созданием земного плана, соединяющим в себе микро-, макро- и мегомиры. Математический аппарат для исследований и обработки их результатов в разных областях науки и техники постоянно развивается в связи с возникающими математическими проблемами при описании того или иного явления. Многое становится на свои места в смысле понимания происходящих процессов развития, когда учитывается плотность времени, являющейся более чувствительной величиной к новым структурным изменениям. Следует особо подчеркнуть, что моделируя сценарии развития с учетом плотности времени и скорости его изменения в зависимости от потоков входящих, выходящих и имеющихся в системе, достоверно прогнозируется дальнейшее развитие социально-экологических систем с анализом их на устойчивость в выбранном направлении векторов развития [15].
Пучок ускоренных электронов, так называемый релятивистский, сам по себе очень интересен. Поскольку привычные для нас свойства у такого пучка меняются, т.е. вместо отталкивания электронов друг от друга происходит их самоуплотнение [16], т.е. притяжение. Как было установлено [14] стеклокристаллические структуры, синтезированные в пучке ускоренных электронов, имеют ряд особенностей [17] и меняют свои свойства и структуру [9]. Человек, попадая под воздействие пучка ускоренных электронов, в случае положительного разрешения вопроса относительно жизни, также меняет свои свойства, выражаемые в появлении определенных ранее неизвестных ему способностей, т.е. феноменов человеческого развития.
Казалось бы, что общего между облучаемым релятивистским пучком электронов стеклокристаллических систем и биологических систем, состоящих из электронов?
Так вот, под воздействием пучка ускоренных электронов, обладающих большей энергией не менее 1,5 МэВ, возможно искривление самого пространства, а, следовательно, изменение плотности времени [18, 3], которое и вызывает качественные изменения, трансформируя саму систему воздействия. Изменения могут происходить непрерывно, в случае клинической смерти
биологической системы, а затем ее нового рождения или скачкообразно через бесконечно большой разрыв [15]. Теоретически была доказана вероятность изменения эволюционного времени развития системы через его плотность [7], а практически человек шаг за шагом приближается к механизму реализации этой идеи в жизнь.
Непосредственные действия по поиску наилучшего варианта могут быть заданы формальным образом и автоматизированы, но при этом следует учесть возникающие неопределенности, которые устранимы путем решения математических проблем, связанных с плохой сходимостью, альтернативными вариантами, достоверностью, новыми понятиями непрерывных процессов.
Для снятия проблемы бесконечного числа переменных к аналитическому методу Лагранжа и обобщениям Канторовича, предлагаем понятие информационно -синергетических потоков непрерывно и дискретно поступающих в исследуемую систему, выходящих и имеющихся в системе. Под потоками понимается любая интересующая исследователя информация и энергия, а система рассматривается как ассоциативная целостность, заключающая в себе иерархию микро-, макро- и мегамиров.
Для достоверности прогнозов предлагаем само время рассматривать как функцию потоков и его плотности, имеющую свою скорость и ускорение в зависимости от них и от реального времени, в котором рассматриваются изучаемые процессы, происходящие в разных системах, в современных условиях.
Интегрируя таким образом математические методы исследования, а, именно, применяя системный подход и строя аналитические модели статических и динамических сценариев развития, соблюдая определенные условия корректности и достоверности, а также надежности выбранных параметров системы, приходим к единству описания математического аппарата, имеющему разные смысловые значения в моделях. Тем самым еще раз, подтверждая силу математики в абстракции и в решении проблем моделирования процессов.
В заключении хотим отметить, что для математики ничего невозможного нет и с точностью 99,9% возможно спрогнозировать жизнь каждого индивидуума. Но будет ли она от этого интересней, и имеет ли здравый смысл это делать?
Хотя оптимальные, а еще лучше сказать, эффективные сценарии развития народного хозяйства страны и создания новых ресурсосберегающих технологий интересны всем, потому что затрагивают интересы каждого из нас.
Говоря об ограничении по употреблению ресурсов, следует иметь в виду разработку новых технологий, позволяющих при минимальном потреблении максимально восстанавливать и приумножать имеющиеся ресурсы при возможном вторичном их использовании в каком-то новом качестве по созданию новых материалов разных отраслей народного хозяйства и примером тому рассмотренные новые материалы [5, 12, 14].
В связи с вышеизложенным, в школы следует вернуть не только уроки труда, но и математические дисциплины в таком объеме, чтобы выпускник мог знания эти использовать в своей дальнейшей деятельности, в выборе профессии, изменяя мир к лучшему.
А чтобы что-то изменить к лучшему следует отчетливо представлять алгоритм действий, а именно:
- для исследования в любой области науки первым встает вопрос о выборе критерия качества, при котором будет получаться наилучший вариант для исследования.
- после определения оптимальной величины того, что будет исследовано, ставится эксперимент с модельными вариантами, в которых однозначно определяются интересующие исследователя величины.
- для решения вопроса о достоверности полученных в результате исследования систем, определяется количество опытов (групп для исследования) путем теоретико-вероятностных методов, а, именно, решением обратной задачи по заданной вероятности (обычно 0,9; 0,95; 0,999) и вероятности появления события в одном испытании определяется, само количество экспериментов или объем статистических данных в зависимости от того, в какой области работает исследователь.
- после получения опытных образцов для исследования или выявления определенных групп (экосистем) проводят эксперимент для однозначного определения необходимых исследователю параметров. С помощью корреляционно-регрессионного анализа и метода наименьших квадратов выявляют существующие закономерности и уточняют полученные результаты с учетом априорной информации, которая заложена в имеющемся информационно-синергетическом потоке системы и входящем потоке, в случае, если система открыта.
- по соотношению потоков определяется классификация системы и прогнозируются процессы развития на устойчивость в выбранной области классификации положительной динамики или деградации, определяемыми величиной «золотого сечения» при определенном отношении выходящих потоков в данный момент времени к разнице максимально возможного значения потока за определенный интересуемый исследователя период и выходящего потока в данный момент времени.
- одновременно с алгоритмом указанного исследователя строятся графики процессов развития с их динамикой в фазовом пространстве.
- при дополнительном исследовании для подтверждения выдвинутой гипотезы, однозначности и корректности определяются условия адекватности полученной модели.
И все-таки неопределенность будет оставаться, и чем сложнее моделируемая система, тем она больше. Поэтому есть смысл моделировать сами неопределенности, возникающие при определенных условиях, чтобы обезопасить систему от непредвиденных ситуаций и спрогнозировать процесс развития системы в правильном русле ее развития (ожидаемых тенденций).
Поэтому, если в результате исследования построенной модели в прогнозе получается при подстановке количественных значений параметров такие выраже-
ния, как неопределенности:
: 101 Ы [»-«]
[о -к]. 1е
да
о
о
о
которые следует отдель-
но изучить путем их раскрытия и выявить условия, при которых получается тот или иной результат, определяющийся нулем, конечным числом, экспонентой или бесконечностью.
Математика - это абстракция, но реально она описывает конкретные закономерности в изучаемом процессе и при определенных условиях раскрывается как трансформер.
Выводы. Таким образом, получается для корректного, однозначного моделирования необходимо устра-
нить неопределенности или спрогнозировать их для выявления условий, при которых они раскрываются с отрицательной динамикой исследуемого процесса. Как при достижении взрывчатым веществом критической
массы происходит взрыв, так и при критических значениях параметров в модели неопределенность, присущая ей, переходит в негативную тенденцию или вообще приводит к разрушению всей системы.
Список использованных источников
1. Волкова С.Н., Муха Д.В. Моделирование и прогнозирование эволюционных процессов в социально-экологических системах. - Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., - 2009.- 153 с.
2. Шлеенко А.В., Волкова С.Н., Сивак Е.Е. Методы прогнозирования последствий антропогенного воздействия на окружающую среду // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: техника и технологии. -
2012. - № 2-2.- С. 20-21.
3. Шлеенко А.В., Волкова С.Н., Сивак Е.Е. Оптимизация производственной деятельности предприятий с учетом изменения экологической ситуации // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2012.-№ 5. -(44). - С. 170-175.
4. Шлеенко А.В., Волкова С.Н., Сивак Е.Е. пути решения экономико-экологических проблем, возникающих при хозяйственной деятельности предприятия // Известия Юго-Западного государственного университета.- 2012.-№ 6 - (45). - С.109-111.
5. Последствия антропогенного воздействия в развитии сельского хозяйства / С.Н. Волкова, Ю.И. Майоров, Е.Е. Сивак и др. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 2.- С. 78-80.
6. Сивак Е.Е., Волкова С.Н., Мясоедова М.А. Повышение качества трудового потенциала - основа эффективного управления предприятиями АПК // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. -
2013. - № 9. - С. 39-41.
7. Волкова С.Н., Майоров Ю.И., Шлеенко А.В. Определение временных границ новых распределений экономических законов // Экономический анализ: теория и практика.- 2009. - № 28. - С. 2-4.
8. Волкова С.Н., Мясоедова М.А. Инновационные направления в управлении персоналом на предприятиях АПК// Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011. - № 6. - С. 20-21.
9. Особенности структурного состояния железа в стекле, синтезированном в пучке ускоренных электронов / С.Н. Волкова, Н.И. Минько, И.И. Мирошниченко и др. // Физика и химия стекла. -1990. - № 6. - С.852-859.
10. Волкова С.Н., Муха Д.В. Прогнозирование и числовые характеристики непрерывных циклических процессов экосистемы // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 1996. - № 1. - С. 17.
11. Волкова С.Н., Муха Д.В. Феномен плодородия и эволюция биосферы // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 1997.- № 1.- С.29.
12. Волкова С.Н., Шлеенко А.В. Моделирование инновационной деятельности предприятий. - Курск, 2010.
13. Сивак Е.Е., Волкова С.Н., Марков С.Ю. Влияние различных норм удобрений на урожайность зеленой массы колумбовой травы // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012.- № 3.- С. 70-71.
14. Волкова С.Н. Особенности структурного состояния железа в стеклокристаллических системах в зависимости от состава по данным гамма-резонансной спектроскопии: Автореф. дисс. на соиск.уч. степ. канд. техн. наук. -М., МГГУ,1994.
15. Волкова С.Н., Таныгин О.Ф. Концепция прогнозирования состояний социально-экологических систем АПК // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 8.- С. 130-134.
16. Volkova S.N. Relativistic interactions in ultra-speed electron beams // Russian Physics Yournal.- 1982.- T.25. -№3.- С.221-223.
17. Volkova S.N., Minko N.I., Miroschnichenko I.I., Shalatskii S.V., Chuiko K.B. Some features of the structural state of iron in a glass synthesized in a beam of accelerated electrons // Glass Physics and Chemistru. - 1991.-T.16.- № 6.-Р. 464-470.
18. Unbelievable - evident or time definition of hyper cycle of the object under reserakch / S.N.Volkova, A.V. Shleenko, E.E. Sivak, T.P. Boldyreva // В сборнике: Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований. Материалы VII международной научно-практической конференции. Н.-и.ц. «Академический».- 2015.-С.162-170.
19. Optimization of absorber thickness for the study of mossbauer spectra of glass / B.Ya. Adigamov, S.N. Volkova, S.F. Mindolin, I.I. Miroschnichenko // Russian Physics Yournal. - 1986. - T.29. - №1.- С.15-19.
List of sources used
1. Volkov S. N., Mukha D. V. Modeling and forecasting of evolutionary processes in socio-ecological systems - the Publishing house KGSKHA.- 2009.- 153с.
2. Shleenko A.V., Volkova S. N., Sivak, E. E. Methods of forecasting consequences of anthropogenic impacts on the environment. - News of southwest state University. Series: technique and technologies. - 2012.-№2-2.- P. 20-21.
3. Shleenko A.V., Volkova S. N., Sivak, E. E. optimization of the production activity of the enterprises taking into account changes in the environmental situation.- News of southwest state University.- 2012.-№5 - (44).- p. 170-175.
4. Shleenko A.V., Volkova S. N., Sivak, E.E. ways of solving economic-environmental problems in economic activities of enterprises // news of southwest state University.- 2012.-№6 - (45).- p. 109-111.
5. ^Ш^а S. N., Majors, Y. I., Sivak E. E., Myasoedova, M. A., Potemkin S. N. Consequences of anthropogenic impact in the development of agriculture// Vestnik of Kursk state agricultural Acad-MIA.- 2012.- Vol. 2. - No. 2.- p. 78-80.
6. Sivak E. E., ^Ш^а S. N., Myasoedova, M. A. improving the quality of labour potential - the basis of efficient management of agricultural enterprises // Vestnik of Kursk state agricultural AK., No. 9 - 2013 - pp. 39-41.
7. Volkovа S. N., Majors, Y. I., A. V. Sienko Define time borders of new raspredeleni eco-nomic laws // economic analysis: theory and practice.- 2009.- No. 28.- S. 2-4.
8. Volkova S. N., Myasoedova, M. A. Innovative trends in human resource management at agricultural enterprises// Vestnik of Kursk state agricultural AK.- 2011 - T6.-No. 6.- p.20-21.
9. Volkova S. N., Minko N. And., Miroshnichenko I. I., Silacci S. V., Chuiko, K. V. features of structural state of iron in the glass synthesized at the beam of accelerated electrons.- Physics and chemistry of glasses -1990.-№6-pp. 852-859.
10. Volkova S. N., Mukha D. V. Forecasting and numerical characteristics of continuous cyclical processes of the ecosystem // proceedings of Russian Academy of agricultural Sciences.- 1996.- No. 1.- S. 17.
11. Volkov S. N., Mukha D. V. the Phenomenon of fertility and evolution of the biosphere // Reports of Russian Academy agricultural Sciences.- 1997.- No. 1.- p. 29.
12. Volkova S. N., Shleenko, A. V. Modeling of innovative activities of enterprises // Kursk. - 2010.
13. Sivak, E. E., Volkova S. N., Markov S. Y. the Influence of different norms of fertilizers on the yield of green mass of grass Columbian // Vestnik of Kursk state agricultural AK.- 2012. - №3.- p.70-71.
14. Volkova S. N. Features of structural state of iron in glass-ceramic systems in dependence on the composition of the according gamma-resonance spectroscopy // abstract of thesis on competition disci-tion of the degree of candidate of technical Sciences.- M.: Moscow state mining University.- 1994.- 1 p. L.
15. Volkova S. N., Tanygin, O. F. Concept of forecasting of social-ecological systems APK / Vestnik of Kursk state agricultural Academy.- 2015.- No. 8.- P. 130-134.
16. Volkova S. N. Relativistic interactions in ultra-speed electron beams // Russian Physics Yournal.- 1982.- T. 25. -No. 3.- S. 221-223.
17. Volkova S. N., Min,ko N. I., I. I. Miroschnichenko, Shalatskii S. V., Chuiko, K. B. Some features of the struc-tural state of iron in a glass synthesized in a beam of accelerated electrons// Glass Physics and Chemistru.- 1991.-T. 16.- No. 6.-C. 464-470.
18. Volkova S. N., Shleenko A. V., Sivak E. E., Boldyreva T. P. Unbelievable - evident or time definition of the hyper cycle of the object under reserakch// In collection: Actual directions of fundamental and applied studies of. Materials of VII international scientific-practical conference. N.-I. TS. "Academic".- 2015.- Pp. 162-170.
19. Adigamov, B. Ya., Volkova S. N., Mindolin S. F., Miroschnichenko I. I. Optimization of absorber thickness for the study of mossbauer spectra of glass // Russian Physics Yournal.- 1986.- T. 29. - № 1.- S. 15-19.
