автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системный концептуальный анализ феномена устойчивости

На правах рукописи

Албегов Евгений Владимирович

СИСТЕМНЫЙ КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФЕНОМЕНА УСТОЙЧИВОСТИ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ДЕК 2013

005543350

Волгоград - 2013

005543350

Работа выполнена на кафедре «САПР и ПК» Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель доктор химических наук, профессор

Бутенко Людмила Николаевна.

Официальные оппоненты: Кудреватова Ольга Владимировна,

доктор физико-математических наук,

Федеральное государственное унитарное

предприятие «Всероссийский электротехнический

институт имени В.И.Ленина» (ФГУП ВЭИ)

Государственный научный центр РФ,

главный научный сотрудник;

Степанов Александр Михайлович,

доктор физико-математических наук,

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального

образования "Национальный исследовательский

технологический университет «МИСиС»" (ФГАОУ ВПО

НИТУ «МИСиС»), профессор кафедры теплофизики и

экологии металлургического производства.

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»", г. Москва.

Защита состоится « 24 » декабря 2013 г. в 16-00 час на заседании диссертационного совета Д212.028.04 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005 г. Волгоград, проспект Ленина 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан « £.0 » "И_2013 г.

Ученый секретарь .

диссертационного совета ■* ~ ''"""У Водопьянов Валентин Иванович

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время научная задача обеспечения устойчивости, решаемая в технической, экономической, социальной, управленческой и других видах деятельности, имеет тенденцию к учёту всё большего количества требований, предъявляемых рядом новых технологий. В техносфере реализовано множество механизмов обеспечения устойчивости систем, но в связи постоянным развитием искусственных систем инженерам приходится искать новые пути решения гигантской и одной из труднейших научных проблем - проблемы устойчивости технических систем.

Феноменом устойчивости технических систем занимались такие учёные как A.M. Ляпунов, АГурвиц, Э.Д. Раус, А.И. Михайлов, Г. Найквист, У.Р. Эшби, С.П. Тимошенко, М.А. Тайц, Г.С. Бюшгенс и другие, вследствие чего появилось множество формулировок понятия устойчивости, характерных для разных направлений технических и естественных наук.

Известно, что з общем виде под устойчивостью системы понимают способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий. С точки зрения системного подхода устойчивость возрастает в процессе эволюции систем. Наиболее развитые системы обладают качеством целенаправленности, которое связано с наличием системных механизмов самоорганизации. Подобные адаптивизационные механизмы (усиливающие процесс приспосабливаемости систем к условиям) присутствуют в естественных системах высоких уровней развития. Управление в таких системах носит многоцелевой, а, следовательно, и многопараметрический характер на всех уровнях управления. Такой подход позволяет обеспечивать мультиустойчивость комплексных систем при различных воздействиях внешней среды.

В области проектирования искусственных устойчивых систем актуально решение задачи обеспечения адаптивной устойчивости. Эта ситуация описывается следующими факторами: во-первых, развитие и появление новых технических систем носит множественный характер; во-вторых, механизмы адаптивной устойчивости систем исследованы не в полном объёме, что проявляется в потребности прикладных решений, соответствующих закономерности развития систем.

Поиск и исследование адаптивизационных механизмов устойчивости с использованием системного подхода является актуальным направлением для теоретических и прикладных направлений современной науки и техники. На сегодняшний день классы наиболее устойчивых адаптивных систем изучены не до конца. Для обеспечения возможности создания новых концептуальных моделей наиболее устойчивых систем необходимо не только определить классы систем, обладающих максимальной устойчивостью, но также выявить наиболее значимые адаптивизационные механизмы, за счёт которых обеспечивается свойство устойчивости.

Целью настоящей работы является повышение качества процессов управления устойчивостью систем за счёт разработки моделей, методов и средств автоматизации. Для достижения поставленной цели должна быть решена научная задача, включающая:

1) анализ структурных классификаций устойчивых систем с использованием системного подхода;

2) определение наиболее перспективного класса устойчивых систем с целью решения задачи целеполагания;

3) анализ элементов выбранного класса устойчивых систем;

4) построение концептуальных моделей устойчивых систем на основе выбранных элементов наиболее перспективного класса устойчивых систем;

5) анализ концептуальных моделей систем для определения функциональных алгоритмов управления их устойчивостью;

6) разработка и апробация программных средств, реализующих работу с построенными моделями.

Объектом исследования в диссертационной работе является структурный аспект феномена устойчивости.

Предметом исследования являются структура и адаптивизационные механизмы обеспечения устойчивых систем.

Гипотеза исследования 1. Предполагается, что использование концептуальных моделей, построенных на основе результатов исследования структуры и механизмов адаптивизации устойчивых систем, повысит качество процессов управления устойчивостью реальных систем.

Методы исследования. При выполнении исследований и решений, поставленных в работе задач, использовались научные положения системного, кибернетического и гомеостатического подходов, теории адаптивных структур целенаправленных систем, теории автоматизированного управления, системологии, классиологии, теории родов структур (аппарат ступеней), теории проектирования реляционных баз данных, принципы и методы концептуального анализа, методы и средства проектирования автоматизированных систем.

Научная новизна

1. Определён и формализован новый класс детерминированных систем управления группового характера развития, элементы которого описаны новыми родами структур полносвязных гомеостатических сетей.

2. При агрегации знаний теории родов структур адаптивных систем и математического аппарата ступеней получены новые интегративные гомеостатические модели устойчивых систем, которые отличаются от известных призматическим строением, повышающим качество процессов управления устойчивостью за счёт использования метода стратегирования.

3. На основе призматических моделей разработаны новые проблемно-ориентированные концептуальные модели искусственных нейронных сетей, информационно-вычислительных сетей, адаптивного программного обеспечения и человеческого организма. Модели описывают системное свойство устойчивости в аспекте «структура-свойство».

Автор защищает

1. Новый класс детерминированных систем управления группового характера развития, элементы которого представлены моделями гомеостатических систем обеспечивающих высокую адалтивизацию за счёт гомеостатических механизмов и полносвязной структуры.

2. Новые интегративные гомеостатические модели устойчивых систем, повышающие качество процесса управления устойчивостью за счёт использования правильных многогранных призм и механизма стратегирования для управления устойчивостью.

3. Модель новой гомеостатической осцилляторной нейронной сети, повышающей качество выполнения задач, характерных для известных нейронных сетей, за счёт гомеостатических механизмов обработки информации.

Практическая значимость

1. Создан интеллектуальный аппарат для построения функциональных концептуальных моделей устойчивых систем в различных' предметных областях с использованием гомеостатического подхода.

2. Разработан программный комплекс выбора лекарственных средств, который может быть использован для решения задачи выбора лекарственных фитопрепаратов на основе гомеостатического подхода к моделированию взаимосвязей органов человеческого организма.

Реализация и внедрение результатов

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных и всероссийских научных и научно-практических конференциях: «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2006, 2009), «Интеллектуальные системы и информационные технологии IS&IT'OS-'l 1» (Дивноморское, 2008, 2011), «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектам Инноватика-2008» (Сочи-Дагомыс, 2008), «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (Украина, Одесса, 2008), «Современные проблемы информатизации в моделировании и социальных технологиях» (Воронеж, 2009), «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии 1Т+М&Е"2009» (Украина, Крьм, Ялта-Гурзуф, 2009), «Применение компьютерных и информационных наук в исследованиях природы ACISNR-2010» (США, Нью-Йорк, Фредония, 2010), «Современные наукоёмкие технологии» (Израиль, Тель-Авив, 2010), «Фундаментальные науки и практика» (Томск, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ (из которых 3 индексируются в Scopus и 3 индексируются в Web Of Science), в том числе, 11 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в медицинском зарубежном журнале, 22 статей в российских и зарубежных журналах и сборниках трудов конференций, получено 2 свидетельства о регистрации программной системы.

Структура и содержание диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из перечня сокращений и условных обозначений, введения, шести глав с выводами, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём диссертации 288 страниц (171 страницы основного текста диссертации с рисунками и таблицами, включая основные результаты и список литературы и 117 страниц, включающих словарь терминов, список сокращений и 12 приложений), в том числе 95 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 226 наименований.

Соответствие паспорту специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации: п.1. Теоретические основы и методы системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации; п.2. Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации; п.З. Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации; п.4. Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации; п.5. Теоретико-множественный и теоретико-информационный анализ сложных систем.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы основные задачи исследования, научная новизна, приводится перечень основных результатов, выносимых на защиту, излагается краткое содержание глав диссертации.

В пергой главе произведён анализ 5 классификаций (26 классов) систем в следующих аспектах: состав классификации, структурное представление класса, описание примеров систем, входящих в класс. Последовательно проанализированы следующие классификации, позволяющие более чётко детерминировать общее комплексное «поле знаний» в виде набора классов, согласно научной задаче:

♦ существующих устойчивых систем (классы механических, релятивных, телеологических, каркасных, статистических, адаптивных, детерминированных систем);

♦ объектная классификация систем (классы динамических систем, целенаправленных систем, спонтанно самоорганизующихся систем, систем с детерминированной самоорганизацией, систем с управляемой самоорганизацией, систем как саморазвивающихся целостностей);

♦ структурная классификация адаптивных систем (классы простейших адаптивных систем, многоконтурных адаптивных систем управления минимального уровня, многоконтурных адаптивных систем высокого уровня управления, адаптивных систем транзитивного типа, гомеостатических адаптивных систем);

♦ классификация систем управления группового характера развития (классы систем, автономно достигающих простые цели управления, класс, объединяющий группы простых автономных систем управления под общим для группы управлением с простой целью, класс индивидуально адаптивных систем в группе, класс, объединяющий группу адаптивных автономных систем под общим управлением с простой целью, класс, объединяющий группы адаптивных автономных систем под управлением с адаптацией на уровне группы);

♦ классификация типов интеллектов (тип интеллекта с точки зрения состава однородных автономных систем, объединённых в общую интеллектуальную целостность, тип интеллекта с точки зрения состава целевых функций, которые реализуются автономными системами в группе, тип интеллекта с точки зрения структур адаптивных систем, тип интеллекта с точки зрения содержания знаний адаптивизирующих подсистем).

В результате анализа классификаций на основе системного подхода были определены связи и зависимости между различными классами различных типологий на основе свойств и характеристик систем, входящие в эти классы. Также определено, что наиболее перспективным для рассмотрения является гомеостатический пласт систем управления, которому свойственна постоянная структурированность, самоорганизация, адаптивность и высшие типы интеллекта.

Во второй главе был произведен концептуальный анализ понятия «устойчивость системы» методом интенсионалов и экстенсионалов. В результате концептуального анализа были синтезированы новые определения понятий «система» и «устойчивость системы»

Система - закономерно упорядоченное разнообразие устойчиво-взаимосвязанных, -взаимодействующих и -взаимопреобразующих друг друга ресурсоёмких элементов, организованное в интегративное функциональное целесодержащее онтологическое ядро,

б

обладающее эмерджентными свойствами и развивающееся во времени.

Устойчивость системы - это интеллектуальное свойство сохранять главные черты своего фазового портрета (динамическое ' равновесное состояние, структуру и функциональную деятельность), обеспечивая развитие, а также способность реагировать (осиливать, сопротивляться, противодействовать и укреплять) на возмущающие воздействия внутренней и внешней сред и восстанавливать согласованный режим функционирования после возмущений различного рода.

Анализ синтезированных конвергентных определений позволяет определить, что управление устойчивостью системы осуществляется за счёт возможности адаптации к изменяющимся средам, используя именно гомеостатические механизмы адаптивизации, характерные для высокоразвитых систем, поскольку только за счёт гомеостатов объект-система может изменять среду для обеспечения своей устойчивости.

На основании результатов аналитического исследования, проведённого в главе 1, была построена метаклассификация в виде синтетической схемы отношений классификаций систем, представленной на рисунке 1. В схеме отношений показаны связи и зависимости (представлены в виде линий различной структуры) между различными классами различных типологий на основе свойств и характеристик систем, согласно системогенетическим представлениям Л. С. Берга, К. Боулдинга, А. Г. Теслинова, Ю. А. Урманцева, В. В. Артюхова.

Наиболее перспективной для рассмотрения является классификация систем управления группового характера развития, поскольку представляет свои классы как совокупности отношений структурных классов адаптивных систем, т.е. как устойчивую систему устойчивых систем. Основным недостатком, определённым из анализа синтетической схемы отношений различных классификаций, явилось отсутствие группы сетевых систем, построенных на гомеостатах различного вида, в рассмотренной классификации систем управления группового характера развития, что не даёт возможности строго проводить системный анализ данного множества и в дальнейшем классифицировать их свойства и характеристики для прогнозирования существования более совершенных систем и последующего синтеза.

Далее был определен новый класс гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития.

Формальная аксиоматическая теория определяет некоторые подмножества множества трехконтурных управляющих систем как подмножества объектов управления, находящихся под управлением некоторых подмножеств управляющих систем. Описанный сетевой каскад управления определяется в двух основных типах гомеостатической причинно-следственной сети управляющих систем, входящих в новый класс систем:

4 системы гибридной структуры (рефлексивно-гомеостатические), в которых слой адаптивизирующих подсистем (рефлексивных контуров) располагается вокруг основного гомеостатического контура управления (не являются предметом данного исследования)',

Ф системы с чисто гомеостатической структурой (гомеостатико-гомеостатические) -гомеостатические сети, в которых управление множеством гомеостатов осуществляется гомеостатами.

Объектная классификация Структурная Классификация систем

систем классификация управления группового характера

адаптивных систем. развития

I Й!

£

|

6| 1

Классификация типов интеллекта

Классификация устойчивых (существующих )систем

1. Тип интеллекта с точки зрения состава однородных автономных систем, объединённых в общую

интеллектуальную целостность.

А) Низкошггеллеюуалъные

К) Высокоинтеллектуальные

2.Тип интеллекта с точки зрения состава целевых функций, которые реализуются автономными системами в фуппе.

Телеологические системы.

Адаптивные системы

3. Тип интеллекта с точки зрения структур адаптивных систем.

4. Тип интеллекта с точки зрения содержания знаний ада нтивизирующих подсистем (сведений тезаурусов).

графе какой-либо формы. В первую очередь формы для гомеостатических сетевых паттернов определяются на основе выражений В(Х,хХ,) и В(Х,х.Х2), представленных в аксиоматической формальной теории адаптивных систем в родовых отношениях причинно-следственной сети гомеостатов и соответствующих гомоморфной нормальной ступени ВЩХ) (В(Х*Х)), для которой характерны следующие графы: цепи, деревья, леса, сети, циклы и их комбинации. Также подобным сетям будет свойственен антагонизм, т.е. будут применимы принципы полярности, изменчивости, целостности и гармонии («золотого сечения»). Следовательно, для гомеостатических сетей характерны отношения золотой пропорции, т.е. баланс, который будет проявляться в структурной симметричности сети. Для гомеостатических сетей свойственны фрактальность (выход одного гомеостата соединяется со входом другого) и иерархия.

Наиболее явными геометрическими фигурами, в которых наблюдаются принципы «золотого сечения» и симметрии являются правильные п-угольники. Структуры, имеющие в основе своей правильные п-угольники имеют максимальную степень устойчивости, информативности, самоорганизации и гармоничности. Структурный антагонизм высшего уровня, фрактальность и иерархия будут наблюдаться в многогранниках, в основаниях которых будут лежать правильные многоугольники, т.е. в призмах, в вершинах которых I находятся интегральные цели гомеостатической сети, описанной в виде паттерна.

Таблица 1.

Двумерная классификационная таблица гомеостатических сетевых паттернов

¡Л{0} «{М-ПГ), /г:{и-пг}... /г{:МгПг, и-пг}: .

д{кп; й{кг, м-пг} Й{КГ, И-ПГ} Я{КГ, М-ПГ, И-ПГ}

Я {ПлГ, М-ПГ} Я {ПлГ, И-ПГ} К{ПлГ, М-ПГ, И-Г!Г}

А'!ПГ: Л{ПГ,М-ПГ} Д{ПГ, И-ПГ} К{ПГ, М-ПГ, И-ПГ}

Й{ВГ}\ д<7г ЛыТ~ Я{РГ, М-ПГ} К{РГ, И-ПГ} К{РГ, М-ПГ, И-ПГ}

Я {КГ, ПлГ, М-ПГ} К {КГ, ПлГ, И-ПГ} /?{КГ, ПлГ, М-ПГ, И-ПГ}

^[кГ.ПГ | Д{КГ, ПГ, М-ПГ} Я {КГ, ПГ, И-ПГ} Я{КГ, ПГ, М-ПГ, И-ПГ}

ЩКГ, РГ} Л{КГ, РГ, М-ПГ} Я {КГ, РГ, И-ПГ} Я{КГ, РГ, М-ПГ, И-ПГ}

-Й{ПлГ,'ПГ; . ; Д{ПдГ, ПГ, М-ПГ} #{ПлГ, ПГ, И-ПГ} £{ПлГ, ПГ, М-ПГ, И-ПГ}

Я{ШГЖ}1_ Л {ПлГ, РГ, М-ПГ} Я {ПлГ, РГ, И-ПГ} Я {ПлГ, РГ, М-ПГ, И-ПГ}

ЩГ, РГ} Я{ПГ, РГ, М-ПГ} К{ПГ, РГ, И-ПГ} ^{ПГ, РГ, М-ПГ, И-ПГ}

Я {КГ, ПлГ, ПГ, м-ПГ} Я {КГ, ПлГ, ПГ, и-ПГ} К{КГ, ПлГ, ПГ, М-ПГ, и-ПГ}

ЖКГ.Пл^, РГ} Д {КГ, ПлГ, РГ, М-ПГ} Й{КГ, ПлГ, РГ, и-ПГ} Я{КГ, ПлГ, РГ, М-ПГ, И-ПГ}

^{КГ, ПГ. РГ} Д{КГ, ПГ, РГ, м-ПГ} Л{КГ, ПГ, РГ, И-ПГ} Я {КГ, ПГ, РГ, М-ПГ, и-ПГ}

ЖГИ! III »[ • Я {ПлГ, ПГ, РГ, м-ПГ} Я {ПлГ, ПГ, РГ, и-ПГ} /?{ПлГ, ПГ, РГ, М-ПГ, и-ПГ}

я{*сг,шг;пг, РГ) I Я {КГ, ПлГ, ПГ, РГ, М-ПГ} | К{КГ, ПлГ, ПГ, РГ, И-ПГ} К {КГ, ПлГ, ПГ, РГ, М-ПГ, И-ПГ}

В третьей главе на основе концепции системной медицины и теории традиционной

10

китайской медицины У-Син, в которой человеческий организм рассматривается в виде пятичленного цикла со связями типа «все со всеми», отражая взаимодействие органов человеческого тела, изучение ритмики функционирования которых привело к выводу, что взаимодействие имеет гомеостатический характер. На данных представлениях была построена интегративная функциональная гомеостатическая модель взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого тела «Пентакуб», которая, с учётом дальнейшего углубленного изучения теории Пяти первоэлементов, была преобразована в интегративную функциональную гомеостатическую модель взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого тела «Гексагон» (рисунок 2).

») б)

Рисуиок 2. Интегративные функциональные гомеостатичесте модели взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого организма «Пентакуб» (а) и «Гексагон» (б).

Данные гомеостатические сетевые модели как варианты синтетической сборки гомеостатических контуров управления описываются в двумерной классификационной таблице гомеостатическим сетевым паттерном вида К{ КГ ,ПлГ ,ПГ ,РГ}, т.е. представлены в классе гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития функциональным фракталом компенсационных, планетарных, пульсирующих и ритмических гомеостатов.

Для гомеостатических моделей «Пентакуб» и «Гексагон» как для сетевой системы гомеостатического объекта управления 8А, состоящего из четырёх множеств гомеостатов и пустого множества (п = 5) теоретико-множественная модель имеет следующий вид: Оп, = (ЩКГ, ПлГ, ПГ, РГ}, {К®, К®,Я®} с М5 ,((С сР)с Г)).

После выявления каналов регулирования и центров коммутации была построена на основе модели «Гексагон» интегративная функциональная меридионально-гомеостатическая модель взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого тела (рисунок 3).

Меридионально-гомеостатическая сетевая модель как вариант синтетической сборки гомеостатических контуров управления описывается в двумерной классификационной таблице гомеостатическим сетевым паттерном вида ЩКГ,ПлГ,ПГ,РГ,М - ИГ,И - ПГ}, т.е. представлена в классе гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития функциональным фракталом компенсационных, планетарных, пульсирующих и ритмических, магнитно-полевых и информационно-полевых гомеостатов.

Для построенной меридионально-гомеостатической модели как для сетевой системы гомеостатических объекта и субъекта управления 3АВ, состоящего из шести множеств

Тонкий кишечник 13 - 15 дня

Желчный пузырь Тонкий кишечник Тройной

17 - 19 вечера 3-5 утра

3-5 утра

гомеостатов и пустого множества (и = 7) теоретико-множественная модель имеет следующий вид:

Оп. = (Я{КГ, ПлГ, ПГ, РГ, М-ПГ.И- ПГ}, {Я®, Я®, Я®} с М7, ((С с Р) с Г)).

Du-ToHKU.ii кишечник. меридиан

Тонкий кишечник

С-Желчный, пузырь 13 -15 дня

меридиан Желчный пузырь 23-1 ночи

В-Мочевой пузырь меридиан

Мочевой пузырь 15-17 дня

йдовноц

\\ "Ч ^ /ц.....г*к

Заднесерединный меридиан

ЗЕ-Тройной обогреватель меридиан

Тройной обогреватель 21 - 23 вечера

{-Желудок меридиан

Желудок •7-9 утра

I ¡£)У-Толстый кшиечнш

Ы-Почки меридиан

Переднесерединныи меридиан

V-./'

^Ч-'Т--.....'

Спнняой мозя-,'-"'"

К$-Перикард меридиан Селезёнка, 'Поджелудочная железа

9-И утра Иньские коллатепали

Легкие Мр-Сеаезтка, Поджелудочная 3-5 утра теза

Ьи-Лвгкие ,

меридиан

мериаиак

Рисунок 3. Интегративная функциональная меридионально-гомеостатическая модель взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого организма

Далее была построена субмодель соуправления процессами меридионально-гомеостатической модели взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого тела «Меркаба», которая отражает базисные правила конструирования меридиональной биосистемы и технологию образования гомеостатических связей как целостных единиц.

ив-? ______,__

Группы органов:

- Метам (легкие - толстый кишечник). Ц- Земля (селезёнка, поджелудочная железа - желудок). 0 - ОгоньI (тонкий кишечник - сердце), ф - Вода (почки - мочевой пузырь), ф - Огонь2 (тройной обогреватель - перикард), ф -Дерево (печень - желчный пузырь).

м

ГЕКСАНЕМ

В-Мочевой пузырь

меридиан Ье-Печень меридиан-К-Почки меридиан

■Толстый кишечник, меридиан

Ьи-Лёгкие

меридиан

ЗЕ-Тройной обогреватель меридиан Кэ-Перикард меридиан Мр-Селезёнка, Поджелудочная железа меридиан -М-Желуцок меридиан Би-Тонкий кишечник меридиан

Н-Сердце меридиан^ мертш

Рисунок 4. Меридиональная субмодель соуправления «Меркаба»

Субмодель соуправления как вариант синтетической сборки гомеостатических контуров управления описывается в двумерной классификационной таблице гомеостатическим сетевым паттерном вида ЩМ - ПГ9И - ПГ}, т.е. представлена в классе

гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития функциональным фракталом магнитно-полевых и информационно-полевых гомеостатов.

Для построенной меридиональной модели «Меркаба» как для сетевой системы гомеостатического субъекта управления состоящего из двух множеств гомеостатов и пустого множества (и = 3) теоретико-множественная модель имеет следующий вид:

йщ = (К{м-пг,и- пг), {к®, т, т} с м',((С с р) с

На основе анализа когнитивных функциональных гомеостатической моделей «Пентакуб» и «Гексагон» сформирован интеллектуальный алгоритм управления их устойчивостью в виде жесткого набора из четырёх соответствующих коррекционных метастратегий (С) лечения больного органа, которые детализируются до соответствующих эвристических правил (ЭП):

С1: Стабилизируем и/или угнетаем орган, относящийся к той же группе органов.

ЭП 1.1: Стабилизируем и угнетаем органы, относящиеся к одной группе органов.

ЭП 1.2: Стабилизируем орган, относящийся к одной группе органов.

/ЭП 1.3: Угнетаем орган, относящийся к одной группе органов. С2: Стабилизируем и/или угнетаем орган, относящийся к оппозиционной группе органов.

ЭП 2.1: Стабилизируем и угнетаем органы, относящиеся к оппозиционной группе

органов.

ЭП 2.2: Стабилизируем орган, относящийся к оппозиционной группе органов.

ЭП 2.3: Угнетаем орган, относящийся к оппозиционной группе органов. СЗ: Стабилизируем и/или угнетаем сам больной орган.

ЭП 3.1: Стабилизируем сам больной орган.

ЭП.3.2: Угнетаем сам больной орган. С4: Стабилизируем и/или угнетаем орган, связанный с больным по гомеостату.

ЭП 4.1 ¡Стабилизируем орган, связанный с больным органом по гомеостату.

ЭП 4.2:Угнетаем орган, связанный с больным органом по гомеостату.

Данный стратегический алгоритм реализует сценарный подход, который является эффективным методом прогнозирования комплексной ситуации, а также позволяет определять неожиданные пути решения проблемных задач в управлении устойчивостью сложных систем с реализованным принципом противоречия. В частности, предлагаемый алгоритм позволяет осуществить множественный выбор лекарственных препаратов специалистом в зависимости от состояния пациента.

Разработанные современные интегративные функциональные гомеостатические («Пентакуб» и «Гексагон»), меридионально-гомеостатическая и меридиональная модели человеческого организма являются регуляторными процессуальными системно-функциональными моделями как нозологической, так и профилактической медицины донозологических состояний, а стратегический алгоритм системного воздействия на человеческий организм в состоянии нарушения адаптации к внешним и внутренним воздействиям (состояние «болезнь») может быть использован также и как превентивное управление для сохранения механизма адаптации организма (состояние «здоровье»).

Представленные функциональные модели получили , положительный отзыв Института рефлексотерапии федерального научного клинико-экепериментального центра традиционных методов диагностики и лечения Минздравсоцразвития Российской Федерации (г, Москва), подтверждающий их научную новизну.

В заключение главы приведены медицинские исследования учёных из отдела радиологии Массачусетского главного госпиталя, Гарвардской медицинской школы и

13

госпиталя им. Уильяма Бомонта, немецкого центра томографии мозга, института нейрорадиологии, института биофизики им. Макса Планка и отдела неврологии института им. Гёте; онколога доктора Райка Герда Хамера, И. Жаня, а также д.м.н. В. М. Дильмана, также подтверждающие разработанные функциональные гомеостатические модели.

В четвёртой главе был продолжен междисциплинарный поиск гомеостатических сетей, соответствующих ячейкам классификационной таблицы гомеостатических сетевых паттернов.

С учётом результатов медицинских исследований структуры и работы головного мозга А. М. Степановым, А. Б. Коганом в виде установления факта наличия гомеостатических механизмов взаимодействия естественных нейронных ансамблей была предложена идея гомеостатической осцилляторной искусственной нейронной сети на основе концепта меридионалыю-гомео статической модели взаимосвязи и взаимодействия органов человеческого тела.

Элементы 5 и Ä-слоёв представляют собой антагонистические конструкции, связанные посредством Л-слоя, представляющим собой структурированную гомеостатическую целесодержащую систему. Данная нейронная сеть будет являться многослойной, подобно сети, составленной из карт самоорганизации, которой присущи процессы конкуренции, кооперации и адаптации. Гомеостатическая осцилляторная нейронная сеть будет иметь, набор чередующихся слоёв минимум двух видов в области А-слоя, характерных для функциональных целей S/R- и iMS-слоёв. Размерность вектора слоёв для минимальной линейной модели нейронной сети будет предположительно стремиться к значению 2", где п е В (множество положительных чётных чисел). Основной особенностью рассматриваемой многослойной осцилляторной нейронной сети является её релаксация в массиве гомеостатических связей, т.е. двунаправленность, обеспечивающаяся за счёт параллелизма R и S слоёв, что характеризует её устойчивость и, как следствие, проявление принципа субсидиарности. Данная сеть будет являться не только самообучающейся, но и самопознающей себя (игра сигналов), изучающей свои внутренние состояния, а также использование одного вида гомеостатической нейросети для решения различных задач, но более качественно, за счёт гомеостатических механизмов обработки информации. Возможно, что будет наблюдаться более тонкое «оттачивание» целей, как спускаемых с верхних уровней управления, так и присутствующих на локальных уровнях, влияющих на выходные данные.

Данная нейросетевая модель как вариант синтетической сборки гомеостатических контуров управления описывается в двумерной классификационной таблице гомеостатическим сетевым паттерном вида R{КГ,ПлГ,ПГ,РГ,М-ПГ,И - ПГ}, т.е. представлена в классе гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития функциональным фракталом компенсационных, планетарных, пульсирующих и ритмических, магнитно-полевых и информационно-полевых гомеостатов.

Для построенной модели гомеостатической осцилляторной нейронной сети как для сетевой системы гомеостатических объекта и субъекта управления S^, состоящей из шести множеств гомеостатов и пустого множества (и = 7) теоретико-множественная модель имеет следующий вид:

Qn4 = (R{KT, ПлГ, ПГ, РГ.М-ПГ.И- ПГ}, {R®, R®,R@}czM7 ,((С а Р) с F)).

Далее была рассмотрена область информационно-вычислительных инфраструктур, для обнаружения структурных аналогий систем с разработанными функциональными

Шмерль, М. Татсубори, К. Итано, Ю. Берн, Н. Медведович, Д. Ди Марцо-Серуджендо, Д. Фитжеральд, Д. Романовски, Н. Гэлфи, П. Грэйс и др.

Разделяют параметрическую и структурную адаптацию и их сочетание. При параметрической адаптации изменяются предопределенные переменные, которые определяют поведение системы, осуществляется выбор между существующими стратегиями.

Анализ существующих подходов параметрической адаптации показал, что адаптивные механизмы программного обеспечения построены по принципу простой «обратной связи», что позволило построить архитектуру адаптивного программного обеспечения, осуществляющего параметрическую адаптацию на основе гомеостатического подхода и реализовать алгоритм параметрической адаптации с применением гомеостатического подхода как частный случай адаптивного программного обеспечения. Гомеостатическое программное обеспечение оперирует не с первоначально заданными числами или функциями, а с числами или функциями, полученными при построении допустимых «золотых» интервалов устойчивости входных параметров. Таким образом обеспечивается синтез новых числовых параметров и функций на основе понятий о «золотом сечении», в зависимости от входных воздействий и устойчивое функционирование программно-аппаратной системы.

Данная модель адаптивного программного обеспечения как вариант синтетической сборки гомеостатических контуров управления описывается в двумерной классификационной таблице гомеостатическим сетевым паттерном вида й{КГ}, т.е. представлена в классе гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития функциональным фракталом компенсационных гомеостатов.

Для модели гомеостатического программного обеспечения как для сетевой системы гомеостатического объекта управления 8Л, состоящего из одного множества гомеостатов и пустого множества (п = 2) теоретико-множественная модель имеет следующий вид: 0пе =(R{KГ},{R®,R®,R®}Я М2,((СсР)с Р)).

В пятой главе описана архитектура созданного программного комплекса выбора лекарственных средств, описаны подсистемы, алгоритмы их функционирования. Программный комплекс реализует стратегический алгоритм лечения заболеваний, применимый к функциональными гомеостатическими моделями «Пентакуб» и «Гексагон».

Подсистема визуализации предназначена для работы с функциональными гомеостатическими моделями взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого тела, в результате которой определяется больной орган, соответствующее ему заболевание, а также органы, подверженные риску заболевания.

Подсистема формирования и выбора эвристик предназначена для формирования эвристик лечебной коррекции в соответствии с выбранным органом, заболеванием и стратегиями лечебной коррекции. Последующий выбор нужных эвристик позволяет осуществить поиск фитопрепаратов для формирования схемы лечения в виде отчёта с рекомендациями по приёму фитопрепаратов.

База данных предназначена для хранения записей о заболеваниях и органах человеческого тела, а также расширенной информации о лекарственных растениях.

Результатом работы программного комплекса выбора лекарственных средств является представление отчёта с рекомендациями по приёму лекарственных фитопрепаратов, содержащий название больного органа человеческого тела, заболевание органа тела, перечень лекарственных фитопрепаратов и время применения последних с учётом состояния

физиологической временной непатологической гиперфункциоиальной активности органов человеческого тела.

Архитектура ПК ВЛС показана на рисунке 5.

АС выбора лекарственных средств

Подсистема ввзуалязавяи

Подсистема

активно стн органов

Подсистема

поиска на «Пеытакуое»

Подсистема

пояска на «Гехсагоне»

Подсистема, формирования стратегий лечения

Подсистема формврозашя и выбора эвристик лечения

Подсистема поиска фитопрепаратов

Подсистема администрирования БД

БД:

информация о фитопрепаратах, органах и заболеваниях

Рисунок 5. Архитектура программного комплекса выбора лекарственных средств На рисунке цифрами показаны: 1 - работа с подсистемой администрирования базы данных; 2 - просмотр и изменение записей (информация о фитопрепаратах, заболеваниях и органах) в базе данных; 3 - работа с визуальными моделями: запуск анимации активности органов человеческого тела / выбор больного органа на гомеостатических моделях «Пентакуб» или «Гексаген»; 4 - формирование запроса на получение списка заболеваний, соответствующих выбранному органу; 5 - получение списка заболеваний из базы данных и выбор заболевания; б - передача информации (название органа и заболевания) в подсистему формирования стратегий лечения и выбор стратегий лечения для формирования эвристик лечения; 7 - формирование запроса на получение списка органов, связанных по гомеостатам с больным органом на основе выбранных стратегий; 8 -получение списка органов, связанных по гомеостатам с больным органом для формирования эвристик лечения и выбор эвристик лечения; 9 - передача информации (названия органов и заболевания) в подсистему поиска фитопрепаратов; 10 - формирование запроса на получение списка фитопрепаратов; 11 - получение списка фитопрепаратов и выбор нужных фитопрепаратов; 12 - предъявление сгенерированной рекомендации по лечению больного органа с указанием названия органа, заболевания, перечня фитопрепаратов и времени их приёма.

Проектирование ПК велось в соответствии с международными стандартами разработки программного обеспечения - методологии Rational Unified Process - с использованием унифицированного языка моделирования UML 2.0 в среде проектирования Rational Rose 2000. Программный комплекс реализован на языке С# с использованием объектно-ориентированного графического 3D движка OGRE и может функционировать в операционных системах Windows 2000/ХР. Сервером служит СУБД Microsoft SQL Server 2005.

В шестой главе приведены примеры использования программно-методического комплекса, реализующего разработанные гомеостатические модели и стратегический алгоритм лечебной коррекции.

При помощи разработанного программного комплекса была решена задача выбора фитопрепаратов на основе стратегического алгоритма лечебной коррекции с учётом характера заболевания и гомеостатических отношений больного органа тела со здоровыми.

Стратегический подход позволяет осуществить множественный выбор фитопрепаратов в зависимости от состояния.

Далее приведён пример использования стратегического алгоритма лечебной коррекции Ян-органа с заболеванием, соответствующему недостатку энергии Ци на модели «Гексагон».

Орган: Желчный пузырь (группа органов типа Ян)

Заболевание: Холецистит (заболевание соответствует переизбытку энергии Ци в органе типа Ян)

С учётом выбора всех четырёх стратегий лечебной коррекции имеем следующие эвристические правила, соответствующие типу органа тела и заболевания: Стратегия 1:

ЭП 1.1: Стабилизировать тройной обогреватель и угнетать тонкий кишечник ЭП 1.2: Стабилизировать тройной обогреватель ЭП 1.3: Угнетать тонкий кишечник Стратегия 2:

ЭП 2.1: Стабилизировать сердце и угнетать перикард ЭП 2.2: Стабилизировать сердце ЭП 2.-3: Угнетать перикард Стратегия 3:

ЭП 3.2: Угнетать желчный пузырь Стратегия 4:

ЭП 4.1: Стабилизировать печень

При выборе эвристических правил лечебной коррекции 1.1, 2.2 и 4.1 имеем следующий гибкий перечень лекарственных фитопрепаратов: анис обыкновенный, арника горная, берёза повислая, боярышник колючий, вахта трёхлистная, гинкго двулопастный и т.д.

Из представленного списка имеется возможность выбирать любые фитопрепараты, которые войдут в окончательную рекомендацию по лечению.

Для примера были выбраны следующие фитопрепараты: анис обыкновенный, вахта трёхлистная, девясил высокий, золотарник обыкновенный, крапива двудомная, лимонник китайский, одуванчик лекарственный, фенхель сладкий, элеутерококк колючий, лаванда аптечная, мелисса лекарственная, ананас обыкновенный, дягиль, аргания колючая, черника, куркума, чистотел большой.

Выбранные лекарственные средства будут представлены в отчёте с рекомендациями по приёму фитопрепаратов, с указанием времени приёма:

С 21 до 23 часов следует принимать следующие травы: анис обыкновенный, вахта трёхлистная, девясил высокий, золотарник обыкновенный, крапива двудомная, лимонник китайский, одуванчик лекарственный, фенхель сладкий, элеутерококк колючий. Данные фитопрепараты способствуют стабилизации (притоку энергии Ци) тройного обогревателя. С 13 до 15 часов следует принимать следующие травы: лаванда аптечная, мелисса лекарственная. Данные фитопрепараты способствуют угнетению (оттоку энергии Ци) тонкого кишечника.

С И до 13 часов следует принимать следующие травы: ананас обыкновенный, дягиль, аргания колючая, черника. Данные фитопрепараты способствуют стабилизации (притоку энергии Ци) сердца.

С 1 до 3 часов следует принимать следующие травы: куркума, чистотел большой. Данные

1 О 1о

фитопрепараты способствуют стабилизации (притоку энергии Ци) печени.

Результатом работы программного комплекса выбора лекарственных средств является представление отчёта с рекомендациями по' приёму лекарственных фитопрепаратов, содержащий название больного органа человеческого тела, заболевание органа тела, перечень лекарственных фитопрепаратов и время применения последних с учётом состояния физиологической временной непатологической гиперфункциональной активности органов человеческого тела.

Повышение качества управления устойчивостью систем, а, в частности, процессом лечения (Ро) на основе гомеостатического подхода, который сводится к системному методу лечения, доказывается на основе аппарата ступеней. Процесс лечения организма в системной медицине сводится к процессу лечения (Рмвс) нозологии (14) и донозологии (Б), которым соответствуют лекарственные средства (X), с учётом циркадного ритма (С): Ро: РмвсгЧР^м, Хп)пС}, Хм Хв #0, Х^ С Ф0. Изменение качества и эффективности (сводится к планированию) процесса системного лечения (нозологии и донозологии с учётом циркадного ритма) сводится к изменению количества лекарственных средств, соответствующих нозологии и донозологии, а также их сочетаниям: Дю фРмос=ДВ((ХмзС), (Х„эС)); ДюфРгчгсс—ДО(В(Х^С), В(Хо=>С)). Из аппарата теории ступеней известно, что операции булеана и декартиана, т.к. соответствуют ступеням, отражают увеличение качества. А в данном случае операция двухместного декартиана булеанов непересекающихся множеств отражает увеличение качественно-количественных разнообразий, что характеризует повышение качества процесса самого системного лечения, так и более высокое качество процесса лечения относительно классической медицины.

На разработанный программный комплекс имеется отзыв Института рефлексотерапии федерального научного клинико-эксперименталыюго центра традиционных методов диагностики и лечения Мннздравсоцразвития Российской Федерации (г. Москва).

Программный комплекс выбора лекарственных средств прошёл успешную апробацию в Волгоградском государственном медицинском университете Мннздравсоцразвития РФ на кафедре фармакогнозии и ботаники и городской клинической больнице скорой медицинской помощи № 25 в отделении сосудистой хирургии.

Экспертная оценка на приоритетность и новизну ПК ВЛС также подтверждается свидетельством об отраслевой регистрации электронного ресурса ОФЭРНиО института информатизации образования и свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ РОСПАТЕНТа.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе системного концептуального анализа получено новое решение актуальной научной задачи повышения качества устойчивости технических систем, заключающееся в разработке различных по структуре моделей гомеостатических сетей и стратегического механизма управления их устойчивостью. Стратегирование производится на антагонистической модели и позволяет получить массив решений по обеспечению устойчивости.

2. Проведен концептуальный анализ классификаций устойчивых систем и на основе выделенных базовых структур построена метаклассификация, позволившая выявить новый класс систем.

3. На основе аксиоматической теории адаптивных систем, с помощью математических аппаратов теории ступеней и классиологии были синтезированы новые рода структур гомеостатических сетей. Это позволило формально описать новый класс детерминированных систем управления группового характера развития.

4. Доказательно обосновано, что разработанные'концептуальные гомеостатические модели могут найти применение

• в области синтеза новых искусственных нейронных сетей с расширенным функционалом;

в при проектировании отказоустойчивых вычислительных и энергетических сетей, ® в разработке адаптивного программного обеспечения;

» при использовании в медицине в качестве средства поддержки лечебного процесса, а также как основы концепции интегральной медицины.

5. Алгоритм удовлетворяет требованиям системной медицины и позволяет осуществить множественный выбор лекарственных препаратов специалистом в зависимости от состояния пациента. При этом повышается качество и эффективность управления процессом формализации лечения, что подтверждается актами внедрения и апробации. В частности повышается качество формируемых рецептур, что подтверждает гипотезу исследования.

6. В соответствии с международными стандартами проектирования автоматизированных систем создан программный комплекс, реализующий разработанные интегративные функциональные гомеостатические модели взаимодействия органов человеческого организма и стратегии управления выбором лекарственных средств. Программный комплекс позволяет автоматизировать процесс выбора тактики и схемы лечения. Программный комплекс имеет акты апробации и внедрения, а также авторские свидетельства о регистрации ОФЭРНиО и Роспатента.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах: Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Албегов, Е. В. Разработка автоматизированной системы выбора лекарственных средств на основе модели гомеостатического взаимодействия органов Z Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко ZZ Вестник новых медицинских технологий. Тематический вып. «Избранные технологии диагностики и лечения». - 2009. - №1.-С. 62-63.

2. Албегов, Е. В. Построение гомеостатических моделей взаимодействия органов человеческого тела Z Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко ZZ Известия ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». Вып. 7 : межвуз. сб. науч. ст. Z ВолгГТУ. - Волгоград, 2009. - № 12.-С. 55-58.

3. Албегов, Е. В. Медицинская консультационная система коррекции здоровья человека на основе принципов традиционной китайской медицины Z Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко ZZ Изв. ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». Вып. 10 : межвуз. сб. науч. ст. Z ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. -№ 3. - С. 88-90.

4. Албегов, Е. В. Разработка автоматизированной системы выбора лекарственных средств на основе принципов гомеостатики и теории У-Син Z Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко ZZ Известия ТулГУ. Технические науки. - 2011. - Вып. 3. - С. 221-223.

5. Албегов, Е. В. Определение требований к проектированию устойчивых систем на основе концептуального анализа / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Изв. ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». Вып. 12 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - № 11.-С. 35-38.

6. Албегов, Е. В. Уровни реальности и гомеостатические механизмы нейронных сетей / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Изв. ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». Вып. 12 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - № 11. - С. 38-42.

7. Албегов, Е. В. Интеллектуальный аппарат построения концептуальных функциональных моделей устойчивых систем / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Естественные и технические науки. - 2012. - № 4. - С. 248-250.

8. Албегов, Е. В. Гомеостатическая нейросеть / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. - 2013. -№ 2. - С. 45-53.

9. Бутенко, Д.В. Нейронная сеть на основе гомеостатических механизмов управления [Электронный ресурс] / Д.В. Бутенко, Е.В. Албегов, И.С. Терновой // Инженерный вестник Дона : электрон, науч. журнал. - 2013. - № 3. - С. Режим доступа : http://v»ww.ivdon.ro/magazine/archive/n3v2013/1761.

10. Албегов, Е.В. Эйкоморфология. Синтез родов структур гомеостатических сетей / Е.В. Албегов, Д.В. Бутенко, Л.Н. Бутенко // Фундаментальные исследования. - 2013. - № б (ч. 6).-С. 1319-1323.

11. Албегов, Е.В. Эйкоморфология. Онтологизация и анализ родов структур гомеостатических сетей [Электронный ресурс] / Е.В. Албегов, Д.В. Бутенко, Л.Н. Бутенко // Современные проблемы науки и образования : электронный научный журнал. — 2013. — № 4. - С. Режим доступа : http://www.science-education.ru/110-9625.

Научные статьи в иностранных сборниках и периодических изданиях на иностранном

языке:

12. Albegov, Ye. V. Homeostatic approach to making biomodels / Ye. V. Albegov, D. V. Butenko, L. N. Butenko // Proceedings of Applications of Computer and Information Sciences to Nature Research 2010. ACISNR 2010, May 5-7, 2010 / State Univer. of N.Y. at Fredonia. - N. Y. (USA), 2010.-pp. 5-6.

13. Albegov, Ye. V. The Wu Xing Theory and Homeostatic Interaction of Organs / Ye. V. Albegov, D. V. Butenko, L. N. Butenko // Chinese Medicine. - 2010, - Vol. 1, № 2. - pp. 45-48.

14. Albegov, Ye. V. The analysis of the delta stability of systems / Ye. V. Albegov, D. V. Butenko, L. N. Butenko // Proceedings of the Congress on intelligent systems and information technologies «IS&ir 11». Vol. 4 : [abst.] / SFU [et al.]. - Moscow, 2011. - P. 98.

15. Albegov, Ye. V. The conception of homeostatic neural network / Ye. V. Albegov, D. V. Butenko, L. N. Butenko // Proceedings of the Congress on intelligent systems and information technologies «IS&IT41». Vol. 4 : [abst.] / SFU [et al.]. -Moscow, 2011. - P. 85.

16. Albegov, Ye. V. The elaboration of the wu xing theory on the basis of homeostatic conceptions [Электронный ресурс] / Ye. V. Albegov, D. V. Butenko, L. N. Butenko // British Journal of Medical and Health Sciences. - 2013 - (в печати).

17. Albegov, Ye. V. The System Analysis of Stability Mechanisms [Электронный ресурс] / Ye. V. Albegov, D. V. Butenko, L. N. Butenko // British Journal of Engineering and Technology. -2013. - Vol. 1, No. 4. - pp. 1-7. - URL :

http://www.biet.baar.org.uk/uploads/JAN%20ISSUE/BJET-1133-2013-THE SYSTEM ANALYSIS OF STABILITY MBCHANISMS.pdf.

18. Albegov, Ye.V. The Synthesis, Analysis And Ontologization Of Species Of Homeostatic Network Structures / Ye.V. Albegov, D.V. Butenko, L.N. Butenko // World Applied Sciences Journal. - 2013. - Vol. 24, No. 12. - pp. 1572-1580. - URL : http://idosi.org/wasi/wasi24(12)13/4.pdf.

19. Albegov, Ye.V. Modem Organismic Models Of Traditional Chinese Medicine [Электронный ресурс] / Ye.V. Albegov, D.V. Butenko, L.N. Butenko // World Applied Sciences Journal. -2013.-Vol. 24,No. 12. - pp. 1581-1588.-URL : http://idosi.org/wasi/wasi24(12)13/5.pdf. Научные статьи в периодических междисциплинарных изданиях с международной

редколлегией:

20. Албегов, Е. В. Когнитивный подход к определению онтологических объектов реальностей / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Сознание и физическая реальность. - 2012. - Том 17, № 9. - С. 13-16.

21. Албегов, Е. В. Структуры гомеостатической устойчивости / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко// Сознание и физическая реальность. -2012. - Том 17, № 12. - С. 8-10.

22. Албегов, Е. В. Модели системной медицины: традиционные концепции в свете современных знаний / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Сознание и физическая реальность. - 2013. - Том 18, № 2. - С. 21-32.

23. Албегов, Е. В. Модели системной медицины: традиционные концепции в свете современных знаний (продолжение) / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Сознание и физическая реальность. - 2013. - Том 18, № 3. - С. 19-26.

Научные статьи в периодических научных изданиях:

24. Бутенко, Д. В. Банк данных по выбору лекарственных препаратов на принципах гомеостатики / Д. В. Бутенко, Е. В. Албегов, Л. Н. Бутенко // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: матер, междунар. конф., Волгоград, 23-26 октября 2006 г. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2006. - С. 131-133.

25. Албегов, Е. В. Гомеостатическая модель взаимодействия органов человека / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // AIS'08. CAD-2008. Интеллектуальные системы. Интеллектуальные САПР (пос. Дивноморское, 3-10 сент. 2008 г.): тр. междунар. науч.-техн. конференций / ФГОУ ВПО «Юж. федерал, ун-т» [и др.]. - М., 2008. - Т. 3. - С. 236238.

26. Албегов, Е. В. Моделирование взаимодействия органов человеческого тела на основе принципов гомеостатики / Е. В. Албегов, Д. . Бутенко, Л. Н. Бутенко // Системные проблемы надёжности, качества, инф.-телекоммуникац. и электрон, технологий в управл. инновационными проектами: (Инноватика-2008): матер, междунар. конф. и рос. науч. школы / Науч. центр «АСОНИКА» [и др.]. - М., 2008. - Ч. 2. - С. 150-153.

27. Албегов, Е. В. Построение меридионально-гомеостатической модели взаимодействия органов человеческого тела с применением основных принципов гомеостатики / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании'2008 : сб. науч. тр. по матер, междунар. науч.-практ. конф., 15-25 дек. 2008 г. Т. 23 / Одесский нац. морской ун-т [и др.]. - Одесса, 2008.-С. 15-17.

28. Албегов, Е. В. Построение меридионально-гомеостатической модели взаимодействия и взаимовлияния органов человеческого тела с применением принципов гомеостатики и теории У-СИН / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Современные проблемы

информатизации в моделировании и социальных технологиях: сб. тр. Вып. 14: [по итогам XIV междунар. откр. науч. конф.] / Воронеж, гос. техн. ун-т [и др.]. - Воронеж, 2009. - С. 144-146.

29. Албегов, Е. В. Разработка автоматизированной системы выбора лекарственных средств / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, JI. Н. Бутенко // Информационные технологии в образовании, технике и медицине : матер, междунар. конф., 21-24 сент. 2009 / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 105.

30. Албегов, Е. В. «Меркаба» как субмодель управления гомеостатической системы / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, JI. Н. Бутенко // Современные наукоёмкие технологии. - 2010. -№5. -С. 12-16.

31. Албегов, Е. В. Построение меридиональной субмодели управления «Меркаба» / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, JI. Н. Бутенко // Материалы международной научной конференции «Современные наукоёмкие технологии» (Израиль, 10-17 апр. 2010). Современные наукоёмкие технологии. - 2010. - № 4. - С. 57-58.

32. Албегов, Е. В. Разработка автоматизированной системы выбора лекарственных средств на основе функциональных гомеостатических моделей / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, JI. Н. Бутенко // Фундаментальные науки и практика : сб. науч. работ с матер, тр. участников 3-ей междунар. телеконференции (Томск, 25 окт. - 6 нояб. 2010 г.) / Сибирский гос. медицинский ун-т. - Томск, 2010. - Т. 1, № 4. - С. 105-106.

33. Албегов, Е. В. Исследование дельты устойчивости систем / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, JI. Н. Бутенко // Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «IS&IT'll» (Дивноморское, 2-9 сент. 20П г.). В 4 т. Т. 1 : докл. секций междунар. науч.-техн. конференций «AIS-11» и «CAD-2011» / ФГОУ ВПО «Южный федеральный ун-т» [и др.]. - М., 2011. - С. 362-363.

34. Албегов, Е. В. Концепция гомеостатической нейронной сети / Е. В. Албегов, Д. В. Бутенко, Л. Н. Бутенко // Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «IS&IT'll» (Дивноморское, 2-9 сент. 2011 г.). В 4 т. Т. 1 : докл. секций междунар. науч.-техн. конференций «AIS'll» и «CAD-2011» / ФГОУ ВПО «Южный федеральный ун-т» [и др.]. - М., 2011. - С. 107-108.

Свидетельства о регистрации программной системы:

35. Свидетельство об отраслевой регистрации электронного ресурса ОФЭРНиО № 00141 от 29 июля 2009 г. Институт информатизации образования.

36. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011614247 от 30 мая 2011 г. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Подписано в печать 2^._£.2013 г. Заказ № Тираж 100 экз. Печ. л. 1.0 Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Отпечатано в типографии ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. Им. В.И.Ленина, 28, корп. № 7.

Министерство образования и науки Российской Федерации Волгоградский государственный технический университет

На правах рукописи

СИСТЕМНЫЙ КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФЕНОМЕНА УСТОЙЧИВОСТИ

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка

информации»

Научный руководитель: профессор, д.х.н. Бутенко Л.Н.

Волгоград 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ.......................................................................................................5

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................7

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ...........................................................................................................22

1.1. Анализ классификаций систем...............................................................................26

1.1.1. Объектная классификация систем.................................................................26

1.1.2. Структурная классификация систем..........................................................28

1.1.3. Классификация систем управления группового характера развития..................34

1.1.4. Классификация типов интеллектов систем...................................................37

1.1.5. Классификация устойчивых (существующих) систем.....................................39

1.2. Отношения классов устойчивых систем....................................................................41

Краткие выводы по разделу........................................................................................44

ГЛАВА 2. КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕНОМЕНА

УСТОЙЧИВОСТИ...............................................................................................45

2.1. Концептуальный анализ понятия «устойчивость системы»...........................................45

2.2. Определение нового класса гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития................................................................................48

2.3. Построение математической модели гомеостатической сетевой системы........................56

2.4. Онтологизация абстрактных гомеостатических сетевых моделей.................................66

2.5. Формы гомеостатических сетевых паттернов..........................................................77

Краткие выводы по разделу.........................................................................................79

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ГОМЕОСТАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ УСТОЙЧИВЫХ СИСТЕМ............................................................................................................82

3.1. Разработка интегративных функциональных гомеостатических моделей человеческого организма.............................................................................................................82

3.2. Медицинские исследования, подтверждающие интегративные функциональные гомеостатические модели.........................................................................................98

3.2.1. Медицинские исследования, подтверждающие наличие связи между нервной и меридиональной системами организма.......................................................................98

3.2.2. Медицинские исследования, подтверждающие наличие связи между нервной системой и органами тела...........................................................................................99

3.2.3. Медицинские исследования, подтверждающие гомеостатический характер связей между органами тела............................................................................................100

3.2.4. Медицинские исследования, подтверждающие разработанные гомеостатические

модели относительно взаимосвязи заболеваний...........................................................102

Краткие выводы по разделу....................................................................................103

ГЛАВА 4. КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГОМЕОСТАТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ УСТОЙЧИВОСТИ.......................................................................105

4.1. Гомеостатические механизмы нейронных сетей.....................................................105

4.2. Гомеостатические механизмы технико-энергетических систем...................................117

4.3. Гомеостатические механизмы программного обеспечения........................................121

Краткие выводы по разделу......................................................................................127

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ВЫБОРА ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ...................................................................................129

5.1. Архитектура программно-методического комплекса..................................................129

5.2. Подсистема администрирования базы данных.......................................................131

5.3. Подсистема визуализации.................................................................................132

5.3.1. Подсистема анимации активности органов....................................................132

5.3.2. Подсистемы поиска на «Пентакубе» и «Гексагоне»................................................133

5.4. Подсистема формирования стратегий лечения..........................................................134

5.4.1. Подсистемы формирования и выбора эвристик лечения и поиска фитопрепаратов...................................................................................................135

5.5. База данных..................................................................................................137

5.6. Медицинская консультационная система коррекции здоровья.....................................137

Краткие выводы по разделу....................................................................................138

ГЛАВА 6. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ВЫБОРА ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ...........................................139

6.1. Решение задачи формирования схемы и тактики лечения..........................................139

6.2. Оценка качества и эффективности управления процессом лечения..............................145

Краткие выводы по разделу....................................................................................146

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ................................148

Публикации по теме диссертации............................................................................150

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................155

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ....................................172

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ.......................................................................................191

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................199

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Экстенсионалы понятий..............................................................200

Экстенсионал понятия «система».............................................................................200

Экстенсионал понятия «устойчивость».......................................................................201

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. «Золотое сечение»......................................................................207

«Золотое сечение» в античной архитектуре, скульптуре, живописи...................................209

«Золотое сечение» в живой природе...........................................................................211

«Золотое сечение» в развитии многих направлений современной науки.............................212

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Концепция системной медицины...................................................215

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Теория традиционной китайской медицины У-Син...............................224

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Технология «Smart Grid»................................................................239

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Традиционные лекарственные средства.............................................242

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Проект программно-методического комплекса выбора лекарственных

средств............................................................................................................244

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Записи из базы данных программного комплекса выбора лекарственных

средств...............................................................................................................254

Записи по заболеваниям из базы данных программного комплекса выбора лекарственных

средств...............................................................................................................254

Записи по лекарственным растениям из базы данных программного комплекса выбора

лекарственных средств............................................................................................256

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Эвристические правила для разработанных интегративных

функциональных гомеостатических моделей..............................................................261

Эвристические правила для модели «Пентакуб»...........................................................261

Эвристические правила для модели «Гексагон»...........................................................269

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Акты апробации результатов диссертационной работы........................281

ПРИЛОЖЕНИЕ 11. Акт внедрения результатов диссертационной работы........................284

ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Регистрационные свидетельства результатов диссертационной

работы...............................................................................................................286

АННОТАЦИЯ

В данной работе «Системный концептуальный анализ феномена устойчивости» системно исследуется на концептуальном уровне феномен устойчивости в аспекте структуры. Цель достигается за счёт анализа структуры и механизмов адаптивизации систем в рамках исследования на концептуальном уровне феномена устойчивости. Процесс исследования известных структур и механизмов обеспечения устойчивости позволяет синтезировать новые модели устойчивых систем и методы управления ими. На основе полученных результатов реализована автоматизированная система выбора лекарственных средств. Отметим, что концептуальная направленность исследования позволяет оценить управление на качественном уровне.

В работе проанализированы «поля знаний» в виде классификационных таблиц различной эвристичности, позволяющие определить основные адаптивные механизмы устойчивости. На основе результатов концептуального анализа синтезированы новые многоаспектные определения «системы» и «устойчивости системы», дающие конвергентные представления о феномене устойчивости. С помощью анализа определений получен массив задач для концептуального проектирования устойчивых систем, т.к. развернутое определение всегда содержит описанный в глаголах (статически) главный функционал системы, а также полиаспектное иерархическое представление устойчивости в виде теоретико-множественного кортежа.

На основе системного подхода построены метаклассификация (синтетическая схема отношений классификаций систем), в которой классы рассмотрены как элементы системы, между которыми определены связи и зависимости, а также двумерная таблица отношений классификаций. Их анализ позволил определить недостающий элемент - новый класс гомеостатических детерминированных систем управления группового характера развития, в который входят гомеостатические сетевые системы. Этот класс также рассмотрен с позиций исследования структур.

Получены математические модели гомеостатических сетей, а также набор абстрактных сетевых моделей на основе математического аппарата ступеней. Множество сетевых моделей онтологизировано с помощью классификационной машины в виде двумерной полярношкалированной классификационной таблицы, содержащей новые структурные варианты гомеостатических сетевых паттернов. Определены функциональные формы гомеостатических сетей в виде правильных призм, на основе которых разработаны

интегративные функциональные гомеостатические модели. Анализ гомеостатических моделей позволил сгенерировать стратегический алгоритм системного воздействия на человеческий организм с учётом нозологических, а также донозологических состояний.

Предложены концепции новой автопоэтической гомеостатической осцилляторной нейронной сети и информационно-вычислительной сети кластера высокой готовности. Разработана архитектура программного обеспечения, а также реализован частный случай адаптивного ПО, позволяющего произвести параметрическую адаптацию программного кода на основе гомеостатических методов.

Создан консультационный программно-методический комплекс поддержки принятия решений в выборе лекарственных средств, реализующий разработанные гомеостатические модели и стратегический алгоритм, который использовался для решения ряда типовых и практических задач, о чем свидетельствуют соответствующие акты апробации и внедрения.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В настоящее время научная задача обеспечения устойчивости, решаемая в технической, экономической, социальной, управленческой и других видах деятельности, имеет тенденцию к учёту всё большего количества требований, предъявляемых рядом новых технологий. В техносфере реализовано множество механизмов обеспечения устойчивости систем, но в связи постоянным развитием искусственных систем инженерам приходится искать новые пути решения гигантской и одной из труднейших научных проблем - проблемы устойчивости технических систем.

Феноменом устойчивости технических систем занимались такие учёные как A.M. Ляпунов, А.Гурвиц, Э.Д. Раус, А.И. Михайлов, Г. Найквист, У.Р. Эшби, С.П. Тимошенко, М.А. Тайц, Г.С. Бюшгенс и другие, вследствие чего появилось множество формулировок понятия устойчивости, характерных для разных направлений технических и естественных наук.

Известно, что в общем виде под устойчивостью системы понимают способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий. С точки зрения системного подхода устойчивость возрастает в процессе эволюции систем. Наиболее развитые системы обладают качеством целенаправленности, которое связано с наличием системных механизмов самоорганизации. Подобные адаптивизационные механизмы (усиливающие процесс приспосабливаемое™ систем к условиям) присутствуют в естественных системах высоких уровней развития. Управление в таких системах носит многоцелевой, а, следовательно, и многопараметрический характер на всех уровнях управления. Такой подход позволяет обеспечивать мультиу-стойчивость комплексных систем при различных воздействиях внешней среды.

В области проектирования искусственных устойчивых систем актуально решение задачи обеспечения адаптивной устойчивости. Эта ситуация описывается следующими факторами: во-первых, развитие и появление новых технических систем носит множественный характер; во-вторых, механизмы адаптивной устойчивости систем исследованы не в полном объёме, что проявляется в потребности прикладных решений, соответствующих закономерности развития систем.

Поиск и исследование адаптивизационных механизмов устойчивости с использованием системного подхода является актуальным направлением для теоретических и прикладных направлений современной науки и техники. На сегодняшний день классы наиболее устойчивых адаптивных систем изучены не до конца. Для обеспечения возможности создания новых кон-

цептуальных моделей наиболее устойчивых систем необходимо не только определить классы систем, обладающих максимальной устойчивостью, но также выявить наиболее значимые адап-тивизационные механизмы, за счёт которых обеспечивается свойство устойчивости.

Целью работы является повышение качества процессов управления устойчивостью систем за счёт разработки моделей, методов и средств автоматизации.

Для достижения поставленной цели должна быть решена научная задача, включающая:

1) анализ структурных классификаций устойчивых систем с использованием системного подхода;

2) определение наиболее перспективного класса устойчивых систем с целью решения задачи целеполагания;

3) анализ элементов выбранного класса устойчивых систем;

4) построение концептуальных моделей устойчивых систем на основе выбранных элементов наиболее перспективного класса устойчивых систем;

5) анализ концептуальных моделей систем для определения функциональных алгоритмов управления их устойчивостью;

6) разработка и апробация программных средств, реализующих работу с построенными моделями.

Объектом исследования в диссертационной работе является структурный аспект феномена устойчивости.

Предметом исследования являются структура и адаптивизационные механизмы обеспечения устойчивых систем.

Гипотеза исследования. 1. Предполагается, что использование концептуальных моделей, построенных на основе результатов исследования структуры и механизмов адаптивизации устойчивых систем, повысит качество процессов управления устойчивостью реальных систем. Методы исследования. При выполнении исследований и решений, поставленных в работе задач, использовались научные положения системного, кибернетического и гомеостатиче-ского подходов, теории адаптивных структур целенаправленных систем, теории автоматизированного управления, системологии, классиологии, теории родов структур (аппарат ступеней), теории проектирования реляционных баз данных, принципы и методы концептуального анализа, методы и средства проектирования автоматизированных систем. Научная новизна.

1. Определён и формализован новый класс детерминированных систем управления группового характера развития, элементы которого описаны новыми родами структур полносвязных го-меостатических сетей.

2. При агрегации знаний теории родов структур адаптивных систем и математического аппарата ступеней получены новые интегративные гомеостатические модели устойчивых систем, которые отличаются от известных призматическим строением, повышающим качество процессов управления устойчивостью за счёт использования метода стратегирования.

3. На основе призматических моделей разработаны новые проблемно-ориентированные концептуальные модели искусственных нейронных сетей, информационно-вычислительных сетей, адаптивного программного обеспечения и человеческого организма. Модели описывают системное свойство устойчивости в аспекте «структура-свойство».

Теоретическая и практическая значимость.

1. Создан интеллектуальный аппарат для построения функциональных концептуальных моделей устойчивых систем в различных предметных областях с использованием гомео-статического подхода.

2. Разработан программный комплекс выбора лекарственных средств,