Úvod
Příspěvek se zabývá problematikou, která
čerpá z historických odkazů a upozorňuje na cesty, které pro úlohu prognózování
jsou používány v oblasti teoretické kybernetiky. Při zpracování této
problematiky upozorňuje na přímé použití energetických příznaků na rozdíl od
klasického silového působení v duchu Newtonových zákonů. Vnitřním důvodem všech
pohybů jsou výsledky transformace energií případně výkonů, jejichž pozorovaným
odrazem jsou realizované trajektorie.
Princip této myšlenky rozpracoval Joseph Louis Lagrange. Teprve rozvoj
výpočtové techniky nám dává možnost proniknout do této náročné
problematiky. Dokončení výpočtů již
nevyžaduje prakticky nerealizovatelné analytická řešení. Příspěvkem proniká
snaha po upozornění, že dosavadní přístup k úloze prognózování nevyužívá plně
dosaženého rozvoje vědy a využití počítačů.
Přístupy k
získávání popisu
Principielně můžeme získávat popis
dynamických systémů observativní nebo příčinnou metodou (v literatuře se používá
analytická metoda).
Observativní metoda je charakteristická
tím, že jakmile soustředíme svoji pozornost k
libovolnému realizovanému systému, tak tato pozorování můžeme zapisovat,
klasifikovat a konečně vhodnými metodami zpracovat. Tak vždy začíná rozvoj
jakékoliv vědy a postupem poznání se vyvíjí k formulaci vědních zákonů daného
oboru. Mnohdy se spokojíme pouze se zpracováním výsledků pozorování. Zjistíme
příznakové přechodové vlastnosti, aniž bychom pátrali po základním motivu, proč
se pohyb děje právě tak jak pozorujeme. Zapsané pozorování o trajektoriích časového
pohybu má tvar diskrétní řady a je proto samozřejmé, že pro jejich zpracování
se využívá metod statistického zpracování korelačních příznaků. Samotné
zpracování na korelační funkce nám dovoluje provádět prognózu (predikci)
budoucího chování systému v rozsahu platnosti stacionárnosti použité časové
řady a pozorovaného systému. Zpracováním příznaků však docílíme získání
korelačního modelu studovaného systému z pozice přechodových vlastností.
Nezjistíme vnitřní strukturu systému, což
brání cílevědomému využití zásahů do změny struktury. Těchto metod lze
jen s obtížemi využít k syntéze systému, ale jsou velmi užitečné k verifikaci
přenosových vlastností modelů námi vyšetřovaných systémů.
Příčinná metoda (analytická) nám
dovoluje přistupovat k syntéze systémů a struktur již v etapě, kdy tento není zatím
realizován a poznatky o chování nelze získat observativním přístupem. Tento
přístup je po tisíciletí prioritním přístupem k rozvoji vědeckých oborů a využívá
poznatků observativních metod. Nelze si představit současnou konstrukci či
projekci nesmírně složitých zařízení bez velmi podrobné příčinné znalosti
daného oboru. V tomto směru lze vysledovat obrovskou řadu vědeckých osobností,
jež si předávaly prapor poznání příčinného popisu v průběhu věků a tím
přispívaly k rozvoji vědního oboru i obecné filozofie. Byli to zejména
Pythagoras, Demokritos, Aristoteles př.n.l. a dále Bruno, Galilei, Kepler,
Kant, Newton, Spinoza, Lagrange, Einstein, Heidegger, Popper a celá plejáda
dalších. Základním vztahem bylo odhalení silového působení jako zdroje pohybu
Isaacem Newtonem ve tvaru rovnice:
Další
způsob získávání popisu dynamického systému odhalil Joseph Louis Lagrange,
který dovoluje určovat pohyb pomocí energií a výkonů ve své rovnici (2):
(2)
Tato
rovnice (2) vede vždy na rovnici (1), která dosáhla mnohem většího rozšíření, a
je všeobecně používána z důvodů snazšího analytického řešení. Jelikož se
ukazuje, že v principu jde o transformaci energií a výkonů lze konstatovat, že
z přírodních zákonů nelze získat jiný popis než
diferenciální rovnici 2 řádu. Při použití číslicového počítače vždy
řešíme úlohu integrace přírůstkovou aproximací a tedy máme v rozborech vždy
diferenční rovnici 2 řádu s řadou nových problémů, viz internetová stránka
http:// web.telecom.cz/barvir/miroslav/.
Tam je rovněž ukázáno, že studium ekonomických systémů v konkurenčním prostředí
s jednoparametrickým kriteriem zisku, jež popisuje způsob organizace třicátých let minulého století
u fy. Baťa, je poměrně jednoduché. Má však obrovský význam pro studium problémů
globalizace. Případ velmi složitých nelineárních a nestacionárních vazeb, pokud
je vyšetření prováděno metodou matematického modelování na počítači, nezpůsobuje
zásadní problémy. Až na zpracování algoritmů pro počítač.
Ukazuje
se, že každý systém je vytvářen různě složitým propojením dílčích prvků, které
představují „zobecněné hmotnosti“ a celek vede na soustavu řešení systémů
diferenčních rovnic 2 řádu. Praktické aplikace řešení jsou zcela běžné ve
strojírenství jako Metoda konečných prvků (MKP). V elektrotechnice zejména
kybernetické přístupy analýzy a syntézy systémů, v biologii pak studie
genetických problémů, ve farmaceutice se hledají nové léky. Uspokojivá předpověď
počasí ukazuje denně v televizi praxi prognózování a tím upozorňuje na význam
příčinných metod popisu..
Ale
stále se ukazuje, že využití matematických modelů v ekonomii, sociologii, společenských
vědách a právu má ještě obrovský prostor k praktickému využití. Tyto metody
jsou potenciálně nesmírně poškozovány tím, že zástupnými problémy s lidskými
vlastnostmi (jako nepopsatelnými) se tyto systémy předkládají jako neřešitelné.
Hlavní problém je ten, že je nežádoucí zavést do těchto systémů princip
příčinnosti a existenci všudepřítomné zpětné vazby, které zprůhlední tyto vědní
obory. Důvodem nepoužívání příčinných metod v těchto oborech může být i nízká
analytická gramotnost vědeckých pracovníků. Řízení společnosti pomocí počítačových
modelů je možné a zejména je nezbytné pro zpracování vizí pro přežití lidstva a
v tomto duchu i pro zpracování programů politických stran. Tyto vize s
odpovídajícími náklady na jednotlivé varianty spolu s víceparametrickými
kriterii musí být zpracovány co nejdříve. Musí se přibližovat k optimálnímu
řešení, aby konečné bohatství na zemi posloužilo k spokojenému soužití všech
národů. Pokud dochází k výtkám, že společenské systémy nelze řešit modelováním,
tak je třeba rovnou říci, že modelová
představa v hlavách vládnoucí skupiny lidí vždy existuje a je vodítkem pro
intuitivní představu optimálního řízení pro skupiny občanů které zastupuje.
Protože je problém nesmírně složitý, nelineární a nestacionární, je
bezpodmínečně nutné využít k řešení těchto příčinně popsaných úloh počítačů v
úloze modelování. Tyto problémy nelze řešit předvolebními sliby, neboť řešení
se odsune jen na další generaci politiků. Společenské problémy je nutno řešit s
výraznou podporou analytických systémových odborníků s verifikační podporou
statisticky. Ovšem bankovní tajemství kryté účelovými audity, vytváření záměrných
spekulativních bublin za účelem dosažení maximálních zisků a trvale podporovaná
analytická negramotnost, bude ještě dlouho brzdícím prvkem k širokému rozvoji
systémových přístupů.
Princip
synergetického přístupu
Pokud
hodláme optimálně řídit (zvolit optimální prognózu trajektorií), musíme tak
učinit vyhodnocením okamžitých hodnot a požadavků, jež jsou v daném
okamžiku k disposici.
Jsou to tyto předpoklady:
1.
charakteristiky popisu chování dynamického systému
2.
počáteční podmínky v okamžiku připojení pozornosti pozorovatele
3.
určení očekávaného dynamického stavu na konci pohybu v čase a souřadnicích
4.
volba jedno či víceparametrického kriteria pohybu
5.
způsob dynamického působení na změnu trajektorií
-
spojité řízení přípustným řízením
-
diskrétní řízení přípustným řízením
-
změna dynamických vlastností systému
-
změna disipace v systému, zavedení nelinearit
Tato
úloha leží v podstatě všech úloh syntézy optimální trajektorie v teoretické
kybernetice a je intenzivním předmětem studia minulých století. Pozornost k
úspěšnému řešení vygenerovala obecnou metodiku variačního počtu ( úloha Lagrangeova,
Meierova, Bolzova). Na tyto práce navazují práce Pontrjagina a dalších známé
jako Princip maxima, a dále pak práce Bellmanovy známé pod názvem Dynamické
programování. Metody se soustřeďují na
studium fázových souřadnic a to polohy, rychlosti a síly. Pomocí těchto
souřadnic je hledána optimální trajektorie. Bokové schéma řešení je uvedeno na
Obr.1.

Obr.1.
Mimo
pozornost řešení syntézy zůstaly příznakové vlastnosti systému, které jsou charakterizovány energetickými a výkonovými příznaky
EK (t) = 1/2
M { q´(t) }2 případně
EK (t) .
sign q´(t) [J]
ED (t) = 1/2
D { q (t) }2
ED (t) . sign q (t) [J]
ER (t) = 1/2
B { q´(t) }2
ER
(t) . sign q´(t) [W]
N (t)
= uř (t) . q´(t) [W]
Na obr.1. jsou uvedeny tyto
příznaky a jde o studium vlastností ve specifické zpětné vazbě. Uvažování
těchto příznaků nám rozšiřuje pojetí studia a přispívá k všeobecnému poznání,
že transformace pohybu se děje jen na úkor svázaných systémů. V podstatě jde o
návod, jak rozšířit studium vnitřní dynamiky ve vazbě na okolí.
Zejména
v pracích Pontrjagina se setkáváme s problematikou zobrazení trajektorií optimálního
řízení ve fázové rovině, viz Obr.2.

Obr.2.
Toto zobrazení velmi názorně ukazuje, že vyjdeme-li z počátečních hodnot (6; 0), pak optimální pohyb pro kriterium nejkratšího času a dynamický systém popsaný rovnicí (3) se skládá z půlkružnic různého poloměru, jež vytvoří optimální trajektorii trojím přepínáním v časové okamžiky t1př, t2př, t3př, kdy posléze systém dojde do koncového bodu (0; 0).
Hledání
přepínacích časů je předmětem syntézy optimálního řízení. Ukazuje se, že
prostor fázové roviny se rozpadá na dvě poloroviny, které jsou jednoznačně
určeny polaritou prvého řízení. Obr.2. je zakreslen pro polarity řízení u(t) = 1, -1.
Dále se ukazuje, že pro každý výchozí bod je jednoznačně určen sled
přepínání i jejich okamžiky. Každý bod stavového prostoru nese tedy v sobě
informaci o optimálním řízení a tato informace má energetický příznak. Je
rovněž známo, že jakmile jsme se dostali řízením do určitého počátečního bodu,
pak další trajektorie může být vždy jednoznačně optimálně určena. Pomocí studia
okamžitých energetických stavů lze pomocí počítače řešit obecné zadání
optimalizace, jež je zadáno výše uvedenými pěti předpoklady syntézy.
Na
okraj nutno říci, že utajením předpokladů syntézy je každé řízení „optimální“,
což se často deklaruje, ale nejsou zveřejněny všechny předpoklady, za nichž se
tak děje. Příkladem budiž již prvý předpoklad a to znalost charakteristik dynamického
systému. Cokoliv se pohybuje někam a je pod „řízením“, může být prohlášeno za
„optimální řízení“. Naopak lze vždy optimálně řídit (víme-li jak) v případě, že
systém se dostal do jakéhokoliv bodu nekvalifikovaným („libovolným“) řízením.
Složitost
trajektorií je ohromující podle studovaného systému a vzájemných vazeb.
Zjednodušující předpoklady nás vedou k tomu, že víme:
-
výsledná trajektorie u kmitavého článku (diferenciální rovnice 2 řádu) může být
jen parabola, kružnice, elipsa nebo logaritmická spirála
-
tyto mohou být zdeformovány v průběhu omezeními stavových souřadnic
-
deformaci způsobí i použité kriterium nebo přípustné řízení v čase
Je evidentní, že analytická syntéza není možná a
řešení lze hledat jen pomocí modelování na
počítačích. Pro moderní řešení problematiky vylučujeme syntézu
opakovanou analýzou.
Závěr
Zásadně
je třeba říci, že v současném složitém světě lze pouze při pomocí principů teoretické
kybernetiky a použití matematických
metod modelování řešit syntézu optimální trajektorie pohybu nebo-li prognózování. Pro budoucnost
lze říci:
·
lze očekávat zvýšení pozornosti ke studiu příčinných popisů systémů a
postupné omezování studia chaotického chování pro získávání popisu dynamické
struktury
·
příčinný přístup propojuje všechny vědní obory a využívá systémově
princip zpětné vazby
·
velmi snadno se vytváří analogie modelů dynamických systémů a toto
dovoluje využít úspěchů jedné vědy k aplikaci poznatků i v ostatních vědách
·
transformace energie a výkonů zvyšuje pozornost na konečné prvotní
přírodní zdroje a vede k jejich šetrnému čerpání (formulace vědecké teorie pro
Hnutí zelených)
·
je třeba formulovat vhodné strategie rozvoje společnosti a zpracování
okamžitých vizí podpořit trvale upřesňovanými modely s vyhodnocením nákladů
realizace
·
je nutné algoritmizovat alespoň část mnohoparametrických společenských
kriterií, doposud je rozhodující jednoparametrické kriterium - zisk
·
je žádoucí ocenit hodnotu celospolečenských přírodních zdrojů (pitná
voda, půda, čistota vzduchu, energie všeho druhu, železniční a dopravní sítě, likvidace odpadů,
ale i místní sociální spokojenost, .......)
·
celospolečenské přírodní zdroje, energetika a národní finanční jmění a
úspory by neměly být předmětem spekulativní privátní činnosti
·
zátěž přírody lze definovat jako náklady v EU na jednotku energie v
Joulech
·
je třeba zvýšit odpovědnost na všech stupních za vykonávanou práci s
účastí na zisku a ztrátách a v tomto duchu společného zájmu organizovat pro
budoucnost veškerou výchovu
·
je třeba zaměřit výchovu pracovníků tak, aby se nezvyšovala místní
nezaměstnanost a tím i „rotační zálohy“ těch pracovníků, kteří jsou podle
místních profesí nezaměstnatelní
(přebytek manažerů, .......)
·
neexistují vědní obory, pro jejichž rozvoj nejsou zapotřebí alespoň
základní znalosti matematiky, přírodních věd a využití počítačů (i lékařské
vědy jsou plně závislé na rozvoji elektroniky,
přírodních a technických věd, .......)
·
je nutné zavedení výuky „systémových (symbolických) analytiků“ s různě
velkou hloubkou pochopení systémových přístupů na základech teoretické
kybernetiky, aby byla možnost položit základy environmentální vědě
·
je třeba systémově organizovat jednotlivé aglomerace výrobou a službami
tak, aby byly schopny přežívat v uzavřené společnosti určitou dobu, než pominou
biologická, zdravotní či chemická omezení, ale konečně i z důvodů snížení
nákladů na dopravu
·
bylo by žádoucí citlivě oddělit spekulativní finanční trh od sektoru
výroby a služeb, protože finanční trh stále rasantněji (globalizací) ovlivňuje
rozvoj jednotlivých územních celků, preferováním jednoparametrického ukazatele nejvyššího
zisku (světový vzrůst všeobecné nespokojenosti, .......)
Zpracováno pro konferenci: Univerzita Pardubice - Fakulta
ekonomicko-správní
Systémové prognózování SI 2003
V Brně
1.5.2003