Системным представлением о взаимосвязях различных теорий называется. Общая теория систем

Обыденная трактовка рассмотренных ниже понятий (элемент, связь и др.) не всегда совпадает с их значением как специальных терминов системного описания и анализа объектов. Поэтому кратко рассмотрим основные понятия, помогающие уточнять представление о системе.

Обычно принято делить понятия на две группы (рис. 1.3): 1) понятия, входящие в определения системы и характеризующие ее строение; 2) понятия, характеризующие функционирование и развитие системы.

Рис. 1.3

Понятия, характеризующие строение системы

Понятия, входящие в определение системы, тесно связаны между собой и, по мнению Л. фон Берталанфи , не могут быть определены независимо, а определяются, как правило, одно через другое, уточняя друг друга, и поэтому принятую здесь последовательность их изложения следует считать условной.

Элемент . Под элементом принято понимать простейшую, неделимую часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным.

Пример

В качестве элементов стола можно назвать "ножки, ящики, крышку и т.д.", а можно – "атомы, молекулы", в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем.

Аналогично в системе управления предприятием элементами можно считать подразделения аппарата управления, а можно – каждого сотрудника или каждую операцию, которую он выполняет. С непониманием этой проблемы была связана типичная ошибка при обследовании существующей системы управления как первой стадии разработки АСУ: инженеры в соответствии со своим подходом обеспечения полноты подвергали анализу все документы, вплоть до реквизитов, что существенно затягивало работу, в то время как для разработки технического задания на создание АСУП такой детализации не требовалось.

Поэтому примем следующее определение: элемент – это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения , решения конкретной задачи, поставленной цели.

Для помощи в выделении элементов при анализе конкретных проблемных ситуаций можно, как показано в гл. 3, использовать информационный подход, и в частности, меру информации восприятия J = А/ΔА, где ДА – минимальное количество материального свойства А (квант), с точностью до которого исследователя интересует информация об этом свойстве при формировании модели. Примеры использования этого способа определения элементной базы будут приведены в гл. 6–8 (в частности, при моделировании рыночной ситуации).

Систему можно расчленять на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели и ее уточнения в процессе проведения системного исследования. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте или проблемной ситуации.

Определяя элемент, пришлось употребить понятие цель, которое будет охарактеризовано ниже (понятия, входящие в определение системы, как было отмечено выше, не могут быть определены независимо друг от друга), поэтому была сделана попытка не использовать понятие цели, а поставить рядом с ним понятия аспекта рассмотрения, задачи, хотя точнее использовать понятие цель.

Компоненты и подсистемы. Иногда термин "элемент" используют в более широком смысле, даже в тех случаях, когда система не может быть сразу разделена на составляющие, являющиеся пределом ее членения. Однако при многоуровневом расчленении системы лучше использовать другие термины, предусмотренные в теории систем: сложные системы принято вначале делить на подсистемы, или на компоненты.

Понятие "подсистема" подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы, и в частности, имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также другие свойства – целостности, коммуникативности и т.п., определяемые закономерностями систем, рассматриваемыми в параграфе 1.6.

Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Расчленяя систему на подсистемы, следует иметь в виду, что так же, как и при расчленении на элементы, выделение подсистем зависит от цели и может меняться по мере ее уточнения и развития представлений исследователя об анализируемом объекте или проблемной ситуации.

Связь . Понятие "связь" входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение ее целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.

В определениях системы термины "связь" и "отношение" обычно используются как синонимы. Однако существуют разные точки зрения: одни исследователи считают связь частным случаем отношения; другие – напротив, отношение рассматривают как частный случай связи; третьи – предлагают понятие "связь" применять для описания статики системы, ее структуры, а понятием отношение характеризовать некоторые действия в процессе функционирования (динамики) системы. Не решен (и, видимо, вряд ли может быть решен в общем виде) вопрос о достаточности и полноте сети связей для того, чтобы систему можно было считать системой. Один из подходов к решению этой проблемы предлагается, например, В. И. Николаевым и В. М. Бруком , которые считают, что для того, чтобы система не распалась на части, необходимо обеспечить превышение суммарной силы (мощности) связей между элементами системы, т.е. внутренних связей, над суммарной мощностью связей между элементами системы и элементами среды, т.е. внешних связей:

К сожалению, на практике подобные измерения (особенно в организационных системах) трудно реализовать, однако можно оценивать тенденции изменения этого соотношения с помощью косвенных факторов.

Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или видом). По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. По второму – на сильные и слабые (иногда пытаются ввести "шкалу" силы связей для конкретной задачи). По характеру (виду) различают связи подчинения, порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), управления.

Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Важную роль в моделировании систем играет понятие обратной связи, модели которой приведены в параграфе 2.6. Обратная связь является основой саморегулирования, развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.

Многоконтурные модели управления экономическими системами предлагались, например, в словаре-справочнике по математике и кибернетике в экономике . При разработке моделей функционирования сложных саморегулирующихся, самоорганизующихся систем в них, как правило, одновременно присутствуют и отрицательные, и положительные обратные связи. На использовании этих понятий базируется, в частности, имитационное динамическое моделирование .

Цель . Понятие "цель" и связанные с ним понятия "целесообразность" и "целенаправленность" лежат в основе развития системы.

Изучению этих понятий большое внимание уделяется в философии, психологии, кибернетике.

Процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей в организационных системах весьма сложен. На протяжении всего периода развития философии и теории познания происходило развитие представлений о цели (с историей развития понятия "цель" можно познакомиться в книге М. Г. Макарова ).

Анализ определений цели и связанных с ней понятий показывает, что в зависимости от стадии познания объекта, этапа системного анализа, в понятие "цель" вкладывают различные оттенки (рис. 1.4) – от идеальных устремлений (цель – "выражение активности сознания " ; "человек и социальные системы вправе формулировать цели, достижение которых, как им заведомо известно, невозможно, но к которым можно непрерывно приближаться" ), до конкретных целей – конечных результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени, формулируемых иногда даже в терминах конечного продукта деятельности .

В некоторых определениях цель как бы трансформируется, принимая различные оттенки в пределах условной "шкалы" – от иде-

альных устремлений к материальному воплощению, конечному результату деятельности.

Например, М. Г. Макаров , наряду с приведенным выше определением, целью называет "то, к чему стремится, чему поклоняется и за что борется человек" ("борется" подразумевает достижимость в определенном интервале времени); Л . А. Растригин и П. С. Граве , под целью понимают "модель желаемого будущего" (при этом в понятие "модель" можно вкладывать различные оттенки реализуемости) и, кроме того, вводится понятие, характеризующее разновидность цели, и кроме того, вводят понятие "мечта" – это цель, не обеспеченная средствами ее достижения" . Противоречие, заключенное в понятии "цель" – необходимость быть побуждением к действию "опережающим отражением" (термин введен П. К. Анохиным ), или "опережающей идеей", и одновременно материальным воплощением этой идеи, т.е. быть достижимой, – проявлялось с момента возникновения этого понятия: так, древнеиндийское понятие "артха" включало в себя одновременно значения терминов "мотив", "причина", "желание", "цель" и даже – "способ".

В русском языке вообще не было термина "цель". Этот термин заимствован из немецкого и имеет значение, близкое к понятиям "мишень", "финиш", "точка попадания". В английском языке есть несколько терминов, отражающих различные оттенки понятия цели, в пределах рассматриваемой "шкалы".

Пример

Purpose (цель – намерение, целеустремленность, воля), object и objective (цель – направление действия, направление движения), aim (цель – стремление, прицел, указание), goal (цель – место назначения, задача), target (цель – мишень для стрельбы, задание, план), end (цель – финиш, конец, окончание, предел).

Сущность диалектической трактовки понятия цели раскрывается в теории познания, в которой показывается взаимосвязь понятий цели, оценки, средства, целостности (и ее "самодвижения").

Изучение взаимосвязи этих понятий показывает, что, в принципе, поведение одной и той же системы может быть описано и в терминах цели или целевых функционалов, связывающих цели со средствами их достижения (такое представление называют аксиологическим (53]), и без упоминания понятия цели, в терминах непосредственного влияния одних элементов или описывающих их параметров на другие, в терминах "пространства состояний" (или каузально ). Поэтому одна и та же ситуация в зависимости от склонности и предшествующего опыта исследователя может быть представлена тем или иным способом. В большинстве практических ситуаций лучше понять и описать состояние системы и ее будущее позволяет сочетание этих представлений.

Для того чтобы отразить диалектическое противоречие, заключенное в понятии "цель", в БСЭ дается следующее определение: цель – "заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека, группы людей" .

"Заранее мыслимый", но все же "результат", воплощение замысла; подчеркивается также, что понятие цели связано с человеком, его "сознательной деятельностью", т.е. с наличием сознания, а для характеристики целеустремленных, негэнтропийных тенденций на более низких ступенях развития материи принято использовать другие термины.

Рассмотренное понимание цели очень важно при организации процессов коллективного принятия решений в системах управления.

В реальных ситуациях необходимо оговаривать, в каком смысле на данном этапе рассмотрения системы используется понятие "цель", что в большей степени должно быть отражено в ее формулировке – идеальные устремления, которые помогут коллективу лиц, принимающих решение, увидеть перспективы, или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к желаемому будущему.

Проведенный анализ определений понятия "цель" и графическая интерпретация "размытости" философских трактовок цели (см. рис. 1.4), стали важным шагом на пути к практической реализации процессов целеобразования.

В более поздних работах В. А. Чабровского, Г. М. Вапнэ, А. М. Гендина было выработано весьма полезное для практического применения представление о двух различных понятиях цели: "цель деятельности" (актуальная, конкретная цель) и бесконечная по содержанию "цель – стремление" (цель – идеал, потенциальная цель) ; предложена концепция анализа процесса формулирования и структуризации целей с позиций диалектической логики и высказана идея о единстве цели, средства (варианта) ее достижения и критерия оценки.

Структура . Система может быть представлена, как уже отмечалось, простым перечислением элементов или черным ящиком (моделью "вход – выход"). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят понятие "структура".

Структура (от лат. "structure", означающего строение, расположение, порядок) отражает "определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство, строение " .

При этом в сложных системах структура включает не все элементы и связи между ними (в предельном случае, когда пытаются применить понятие структуры к простым, полностью детерминированным объектам, понятия структуры и системы совпадают), а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Иными словами, структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей.

Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них, на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу.

Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания. При этом по мере развития исследований или в ходе проектирования структура системы может изменяться.

Структуры, особенно иерархические, как показано ниже, могут помочь в раскрытии неопределенности сложных систем. Иными словами, структурные представления систем являются средством их исследования.

В связи с этим полезно выделить определенные виды (классы) структур и исследовать их, что подробнее рассмотрено в параграфе 1.3.

БСЭ. – 2-е изд. – Т. 46. – С. 498.
БСЭ. – 2-е изд. – Т. 41. – С. 154.

Лекция 2ТО.rtf

Лекция 2. Системные представления

Формирование системных представлений.
Понятия, характеризующие строение систем.
Классификация систем.
Свойства системы.

Формирование системных представлений

Понятия «система» и «системность» играют важную роль в современной науке и практике. Начиная с середины XX в. ведутся интенсивные разработки в области системного подхода к исследованиям и теории систем. В то же время само понятие системы имеет длительную историю. Первоначально системные представления сформировались в рамках философии: еще в античном мире был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей. Древние философы (Платон, Аристотель и др.) толковали систему как мировой порядок, что системность - свойство природы.

Принципы системности активно исследовались в философии (например, И. Кант стремился обосновать системность самого процесса познания) и в естественных науках. Наш соотечественник Е. Федоров в конце XIX в. пришел к выводу о системности природы в процессе создания кристаллографии .

Принцип системности в экономике формулировал и А. Смит, сделавший вывод, что эффект действия людей, организованных в группу, больше, чем сумма одиночных результатов.

Различные направления исследования системности позволили сделать вывод о том, что это свойство природы и свойство деятельности человека (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Системность как всеобщее свойство материи

Теория систем служит методологической базой теории управления. Это относительно молодая наука, организационное становление которой произошло во второй половине XX в. Родоначальником теории систем считается австрийский ученый Л. фон Берталанфи. Первый международный симпозиум по системам состоялся в Лондоне в 1961г. Первый доклад на нем сделал выдающийся английский кибернетик С. Вир, что можно считать свидетельством гносеологической близости кибернетики и теории систем.

Центральное понятие теории систем - система (от греческого systema - «целое, составленное из частей»). Система - объект произвольной природы, обладающий выраженным системным свойством, которым не обладает ни одна из частей системы при любом способе ее членения, свойством, не выводимом из свойств частей.

Приведенное определение системы нельзя считать исчерпывающим - оно отражает лишь некий общий подход к изучению объектов. В литературе по системному анализу можно найти множество определений системы.(См.: например, Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. – М.,1978. См. также Приложение 5)

В настоящем пособии мы будем использовать следующее рабочее определение системы: «Система - это целостная совокупность взаимосвязанных элементов, имеющая определенную структуру и взаимодействующая с окружающей средой в интересах достижения цели». Анализируя это определение, мы можем выявить несколько базисных понятий: целостность, совокупность, структурированность, взаимодействие со внешней средой, наличие цели и др. Они представляют собой систему понятий, т. е. внутреннюю организацию некоторого устойчивого объекта, целостность которого и есть система. Сама возможность выделить в поле исследования устойчивые объекты определяется свойством целостности системы, целями наблюдателя и возможностями его воспринимать действительность.

Рассмотрим некоторые основные термины и понятия, широко используемые в системных исследованиях.

^ Состояние системы - упорядоченное множество существенных свойств, которыми она обладает в определенный момент времени.
Свойства системы - совокупность параметров, определяющих поведение системы.
Поведение системы - реальное или потенциальное действие системы.
Действие - происходящее с системой событие, вызванное другим событием.
Событие - изменение по крайней мере одного свойства системы.

Понятия, характеризующие строение систем

Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Представление о неделимости связано с целью рассмотрения объекта как системы. Таким образом, элемент - предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи.

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы , более крупные, чем элементы, но более мелкие, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупности элементов, способных выполнять относительно независимые функции, направленные на достижение общей цели системы. Для подсистемы должна быть сформулирована подцель, являющаяся ее системообразующим фактором.

Если стоит задача не только выделить систему из окружающей среды и исследовать ее поведение, но и понять ее внутреннее строение, нужно изучать структуру системы. Термин «структура» происходит от латинского structura - «строение», «расположение», «порядок». Структура системы включает в себя ее элементы, связи между ними и атрибуты этих связей. В большинстве случаев понятие «структура» принято связывать с графическим отображением, однако это необязательно. Структура может быть представлена в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графиков и т. п.

Связь - понятие, выражающее необходимые и достаточные отно-шения между элементами. Атрибутами связи являются:

направленность;
сила;
характер.

По направленности связи разделяются на направленные и ненаправ ленные. Направленные связи, в свою очередь, делятся на прямые и об ратные.

По силе проявления связи делятся на слабые и сильные.

По характеру связи разделяются на связи подчинения и связи по рождения. Первые можно разделить на линейные и функциональные; вторые характеризуют причинно-следственные отношения.

Связи между элементами характеризуются определенным поряд-ком, внутренними свойствами, направленностью на функционирова-ние системы. Такие особенности системы называются ее организацией.

Структурные связи относительно независимы от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой. Это означает, что закономерности, выявленные при изучении систем, ото-бражающих объекты одной природы, могут использоваться при иссле-довании систем другой природы. Связь также может быть представле-на и рассмотрена как система, имеющая свои элементы и связи.

Понятие «структура» в узком смысле слова может отождествляться с понятием «системообразующие отношения», т.е. структура может рассматриваться как системообразующий фактор,

В широком смысле слова под структурой понимают всю совокупность отношений между элементами, а не только системообразующие отношения.

Методика вычленения системообразующих отношений из окружающей среды зависит от того, идет ли речь о проектировании еще не существующей системы или об анализе системного представления известного объекта, материального или идеального. Существуют различные виды структур. Наиболее известные из них представлены на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Виды структур

Классификация систем

Рассмотрим сначала некоторые разновидности систем. Абстрактные системы - это системы, все элементы которых являются понятиями

Конкретные системы - это системы, элементы которых являются физическими объектами. Они разделяются на естественные (возникающие и существующие без участия человека) и искусственные (созданные человеком).

Открытые системы - обменивающиеся с внешней средой веществом, энергией и информацией.

^ Закрытые системы - это системы, у которых нет обмена с внешней средой.

В чистом виде открытых и закрытых систем не существует.

Динамические системы занимают одно из центральных мест в общей теории систем. Такая система представляет собой структурированный объект, имеющий входы и выходы, объект, в который в определенные моменты можно вводить и из которого можно выводить вещество, энергию, информацию. Динамические системы представляются как системы, в которых процессы протекают во времени непрерывно, и как системы, в которых все процессы совершаются только в дискретные моменты времени. Такие системы называют дискретными динамическими системами. При этом в обоих случаях предполагается, что поведение системы можно анализировать в некотором промежутке времени, что непосредственно и определяется термином «динамическая».

^ Адаптивные системы - системы, функционирующие в условиях начальной неопределенности и изменяющихся внешних условиях. Понятие адаптации сформировалось в физиологии, где оно определяется как совокупность реакций, обеспечивающих приспособление организма к изменению внутренних и внешних условий. В теории управления адаптацией называют процесс накопления и использования информации в системе, направленной на достижение оптимального состояния при начальной непосредственности и изменяющихся внешних условиях.

^ Иерархические системы - системы, элементы которых сгруппированы по уровням, вертикально соотнесенным один с другим; при этом элементы уровней имеют разветвляющиеся выходы. Хотя понятие «иерархия» постоянно присутствовало в научном и повседневном обиходе, обстоятельное теоретическое изучение иерархических систем началось недавно. Рассматривая иерархические системы, обратимся к принципу противопоставления. Объектом противопоставления будут системы с линейной структурой (радиальные, централизованные). Для систем с централизованным управлением характерна однозначность управляющих воздействий. В отличие от них существуют иерархические системы, системы произвольной природы (технические, биологические, социальные и другие), имеющие многоуровневую и разветвленную структуру в функциональном, организационном или ином плане. Иерархические системы составляют предмет особого внимания в теории и практике менеджмента благодаря своему универсальному характеру и ряду преимуществ по сравнению например, с линейными структурами. Среди таких преимуществ: свобода локальных воздействий, отсутствие необходимости пропускать очень большие потоки информации через один пункт управления, повышенная надежность. Кроме того, при выходе из строя одного элемента централизованной системы из строя выйдет и вся система; при выходе же из строя одного элемента иерархической системы вероятность выхода из строя всей системы незначительна. Всем иерархическим системам свойствен ряд характеристик:

последовательное вертикальное расположение уровней, составляющих систему (подсистему);
приоритет действий подсистем верхнего уровня (право вмешательства);
зависимость действий подсистемы верхнего уровня от фактического исполнения нижними уровнями своих функций;
относительная самостоятельность подсистем, что обеспечивает возможность сочетания централизованного и децентрализованного управления сложной системой.

Учитывая условность всякой классификации, следует отметить, что попытки классификации должны сами по себе обладать свойствами системности, поэтому классификацию можно считать разновидностью моделирования.

Рассмотрим некоторые виды классификации систем по различным признакам.

Классификация систем по происхождению (рис. 2.3).

Классификация систем по описанию переменных (рис. 2.4).
Классификация систем по способу управления (рис. 2.5).
Классификация систем по типу их операторов (рис. 2.6).

Существует множество других способов классификации, например по степени ресурсной обеспеченности управления, включая энергетические, материальные, информационные ресурсы.

Кроме рассмотренных классификаций систем, их можно делить на простые и сложные, детерминированные и вероятностные, линейные и нелинейные и т.д.

Свойства систем

Анализ рабочего определения системы позволяет выделить некоторые из ее общих свойств:

любая система представляет собой комплекс взаимосвязанных элементов;
система образует особое единство с внешней средой;
любая система представляет собой элемент системы более высо-кого порядка;
элементы, составляющие систему, в свою очередь, выступают в качестве систем более низкого порядка.

Проанализировать эти свойства можно с помощью рис. 2.7 (А - система; В и Д - элементы системы А; С - элемент системы В).

Элемент В, служащий элементом системы А, в свою очередь, явля-ется системой более низкого уровня, которая состоит из собственных элементов, включая, например, элемент С. И если мы рассмотрим элемент В как систему, взаимодействующую с внешней средой, то последнюю в этом случае будет представлять система В (элемент системы А). Поэтому особенность единства системы с внешней средой можно интерпретировать как взаимодействие элементов системы более высокого порядка. Подобные рассуждения можно провести для любого элемента любой системы.

Изучение свойств системы предполагает прежде всего изучение взаимоотношения частей и целого. При этом имеется в виду, что:

1) целое первично, а части вторичны;

2) системообразующие факторы представляют собой условия взаимосвязанности частей внутри одной системы;

3) части системы образуют неразрывное целое, поэтому воздействие на любые из них влияет на всю систему;

4) каждая часть системы имеет собственное предназначение с точки зрения цели, на достижение которой направлена деятельность целого;

5) природа частей и их функции определяются положением частей в целом, а их поведение регулируется взаимоотношениями целого и его частей;

6) целое ведет себя как нечто единое, независимо от степени сложности.

Из всего многообразия свойств систем для исследования организационных процессов целесообразно в первую очередь выделить такие свойства, как эмерджентность, эквифинальность и гомеостаз .

Эмерджентностъ - одно из самых существенных свойств систем. Это несводимость свойств системы к свойствам ее элементов; иными словами, эмерджентностью называют наличие новых качеств целого, отсутствующих у его составных частей. Таким образом, свойства целого не являются простой суммой свойств составляющих его элементов, хотя и зависят от них. В то же время объединенные в систему элементы могут терять свойства, присущие им вне системы, или приобретать новые.

Эквифинальность - одно из наименее изученных свойств системы, характеризующее предельные возможности систем определенного класса сложности. Л. фон Берталанфи, предложивший этот термин, определял эквифинальность применительно к открытой системе как способность системы (в отличие от состояний равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями) достигать независящего от времени и от исходных условий состояния, которое определяется исключительно параметрами системы. Потребность во введении этого понятия возникает начиная с некоторого уровня сложности систем. Эквифинальность - внутренняя предрасположенность системы к достижению некоего предельного состояния, не зависящего от внешних условий. Идея эквифинальности заключается в изучении параметров, определяющих некоторый предельный уровень организации.

Организация, будучи целостным образованием, всегда стремится воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление, в частности внешней среды. Это свойство организации называется гомеостазом .

В самом общем и широком смысле слова под системным исследованием предметов и явлений окружающего нас мира понимают такой метод, при котором они рассматриваются как части или элементы единого, целостного образования. Эти части или элементы, взаимодействуя, определяют новые свойства системы, которые отсутствуют у отдельных ее элементов. С таким пониманием системы мы постоянно встречались в ходе изложения всего предыдущего материала. Однако оно применимо лишь для характеристики систем, состоящих из однородных частей, имеющих вполне определенную структуру. Тем не менее на практике нередко к системам относят также совокупности разнородных объектов, объединенных в одно целое для осуществления определенной цели.

Главное, что определяет систему, - это взаимосвязь и взаимодействие частей в рамках целого. Если такое взаимодействие существует, то допустимо говорить о системе, хотя степень взаимодействия ее частей может быть различной. Следует также обратить внимание на то, что каждый отдельный объект, предмет или явление можно рассматривать как определенную целостность, состоящую из частей, и, следовательно, исследовать как систему.

Понятие системы и системный метод в целом формировались постепенно, по мере того как наука и практика овладевали разными типами, видами и формами взаимодействия и объединения предметов и явлений. Теперь нам предстоит подробнее ознакомиться с различными попытками уточнения как самого понятия системы, так и становления системного метода.

18.1. Становление системного метода исследования

Корни системного подхода к изучению окружающего мира уходят в глубокую древность. В неявной форме он широко применялся в ан-

тичной науке, хотя сам термин «система» появился значительно позднее. Древние греки рассматривали природу и мир как нечто единое целое, в котором предметы, явления и события связаны множеством различных связей. Основой такого единства у ранних греческих философов выступает определенное материальное начало: вода у Фалеса, воздух у Анаксимена и огонь у Гераклита. Однако эта верная в общем идея не раскрывалась в конкретных связях явлений и процессов, не доказывалась в частностях. Это и вполне понятно, ибо у древних греков не было конкретных наук и все, что можно было назвать положительным знанием, наравне с натурфилософскими спекуляциями входило в состав нерасчлененной философии. Исключением являлась лишь математика, в которой они создали знаменитый аксиоматический метод построения знания, до сих пор служащий важнейшим средством логической систематизации и обоснования не только математического, но и любого знания вообще.

С переходом к опытному изучению природы и возникновением экспериментального естествознания в XVII в. происходит расчленение знаний по отдельным областям природы, группам явлений, отраслям и научным дисциплинам. Начинается дисциплинарный способ построения и развития научного знания, когда каждая наука тщательно и досконально изучает свой предмет, используя специфические методы исследования, не интересуясь при этом ни целями и задачами, ни способами познания других наук. Такой подход, как отмечалось уже в 1-й главе, обладал определенными преимуществами, но в то же время ограничивал возможности исследователей узкими рамками своей дисциплины и тем самым препятствовал установлению связей между другими дисциплинами. В результате этого единая природа оказалась искусственно поделенной между разобщенными науками.

Несмотря на это, дифференциация науки продолжала расти, число отдельных научных дисциплин все больше увеличивалось, и, соответственно, ослабевали связи и взаимопонимание ученых. Со временем такое положение становилось все более нетерпимым, и вопреки сопротивлению отдельных групп ученых возникали интегративные, междисциплинарные методы и теории, с помощью которых, используя общие понятия и принципы, решались проблемы, которые выдвигались перед науками, изучавшими взаимосвязанные процессы и формы движения материи, а потом и более общие теории. Так, еще в конце XIX - начале XX в. возникли биофизика и биохимия, геофизика и геохимия, химическая физика и физическая химия и другие.

Настоящий прорыв в системных исследованиях произошел после окончания Второй мировой войны, когда возникло мощное систем-

ное движение, способствовавшее внедрению идей, принципов и методов системного исследования не только в естествознание, но и в социально-экономические и гуманитарные науки. Именно системный подход способствовал тому, что каждая наука стала рассматривать в качестве своего предмета изучение систем определенного типа, которые находятся во взаимодействии с другими системами. Согласно новому подходу, мир предстал в виде огромного множества систем самого разнообразного конкретного содержания и общности, объединенных в единое целое - Вселенную.

18.2. Специфика системного метода исследования

Приведенное выше интуитивное определение системы достаточно для того, чтобы отличать системы от таких совокупностей предметов и явлений, которые системами не являются. В нашей литературе для них не существует специального термина. Поэтому мы будем обозначать их заимствованным из англоязычной литературы термином агрегаты. Кучу камней вряд ли кто-либо назовет системой, в то время как физическое тело, состоящее из большого числа взаимодействующих молекул, или химическое соединение, образованное из нескольких элементов, а тем более живой организм, популяцию, вид и другие сообщества живых существ всякий будет интуитивно считать системой.

Чем мы руководствуемся при отнесении одних совокупностей объектов к системам, а других - к агрегатам? Очевидно, что в первом случае мы замечаем определенную целостность, единство составляющих систему элементов, а во втором такое единство и взаимосвязь отсутствуют и поэтому речь должна идти о простой совокупности, или агрегате, элементов.

Таким образом, для системного подхода характерно именно целостное рассмотрение, установление взаимодействия составных частей или элементов совокупности, несводимость свойств целого к свойствам частей.

На протяжении всего изложения мы встречались с многочисленными физическими, химическими, биологическими и экологическими системами, свойства которых нельзя объяснить свойствами их элементов. В отличие от этого свойства простых совокупностей, или агрегатов, возникают из суммирования свойств составляющих их частей. Так, например, длина тела, состоящего из нескольких частей, или его вес могут быть найдены путем суммирования соответственно длин и весов его частей. В отличие от этого температуру воды, полученную путем смешения разных ее объемов, нагретых до разных гра-

дусов, нельзя вычислить таким способом. Нередко поэтому говорят, что если свойства простых совокупностей аддитивны, т.е. суммируются или складываются из свойств или величин их частей, то свойства систем как целостных образований неаддитивны.

Следует, однако, отметить, что различие между системами и агрегатами, или просто совокупностями объектов, имеет не абсолютный, а относительный характер и зависит от того, как подходят к исследованию совокупности. Ведь даже кучу камней можно рассматривать как некоторую систему, элементы которой взаимодействуют по закону всемирного тяготения. Тем не менее здесь мы не обнаруживаем возникновения новых целостных свойств, которые присущи настоящим системам. Этот отличительный признак систем, заключающийся в наличии у них новых интегративных, целостных свойств, которые возникают вследствие взаимодействия составляющих их частей или элементов, всегда следует иметь в виду при определении систем.

В последние годы предпринималось немало попыток дать логическое определение понятию системы. Поскольку в логике типичным способом является определение через ближайший род и видовое отличие, постольку в качестве родового понятия обычно выбирались наиболее общие понятия математики и даже философии. В современной математике таким понятием считается понятие множества, введенное в конце прошлого века немецким математиком Г. Кантором (1845-1918) для обозначения любой совокупности математических объектов, обладающих некоторым общим свойством. Поэтому Р. Фейджин и А. Холл воспользовались понятием множества для логического определения системы.

«Система, - пишут они, - это множество объектов вместе с отношениями между объектами и между их атрибутами (свойствами)».

Такое определение нельзя назвать корректным, хотя бы потому, что самые различные совокупности объектов можно назвать множествами и для многих из них можно установить определенные отношения между объектами, так что видовое отличие для систем (differentia specified) не указано. Дело, однако, не столько в формальной некорректности определения, сколько в его содержательном несоответствии действительности. В самом деле, в нем не отмечается, что объекты, составляющие систему, взаимодействуют таким образом, что они обусловливают возникновение новых, целостных, системных свойств. По-видимому, такое предельно широкое понятие, как система, нельзя определить чисто логически через другие существующие понятия. Поэтому его следует признать исходным и неопределяемым понятием, содержание которого можно объяснить с помощью приме-

ров. Именно так обычно поступают в науке, когда приходится иметь дело с исходными, первоначальными ее понятиями, например с множеством в математике или массой и зарядом в физике.

Для лучшего понимания природы систем необходимо рассмотреть сначала их строение и структуру, а затем и классификацию.

Строение системы характеризуется теми компонентами, из которых она образована. Такими компонентами являются: подсистемы, части или элементы системы, в зависимости от того, что принимается за основу деления.

Подсистемы составляют части системы, которые обладают определенной автономностью, но в то же время они подчинены системе и управляются ею. Обычно подсистемы выделяются в особым образом организованных системах, которые называются иерархическими.

Элементами обычно называют наименьшие единицы системы, хотя в принципе любую часть можно рассматривать в качестве элемента, если отвлечься от ее размера.

В качестве типичного примера можно привести человеческий организм, который состоит из нервной, дыхательной, пищеварительной и других подсистем, часто называемых просто системами. В свою очередь, подсистемы содержат в своем составе определенные органы, которые состоят из тканей, а ткани - из клеток, а клетки - из молекул. Многие живые и социальные системы построены по такому же иерархическому принципу, где каждый уровень организации, обладая известной автономностью, в то же время подчинен предшествующему, более высокому уровню. Такая тесная взаимосвязь и взаимодействие различных компонентов обеспечивают системе как целостному, единому образованию наилучшие условия для существования и развития.

Структурой системы называют совокупность тех специфических взаимосвязей и взаимодействий, благодаря которым возникают новые целостные свойства, присущие только системе и отсутствующие у отдельных ее компонентов. В западной литературе такие свойства называют эмерджентными, или возникающими в результате взаимодействия и присущими только системе. В зависимости от конкретного характера взаимодействия компонентов различают различные типы систем: электромагнитные, атомные, ядерные, химические, биологические и социальные. В рамках этих типов можно, в свою очередь, рассматривать отдельные виды систем.

В принципе к каждому отдельному объекту можно подойти с системной точки зрения, поскольку он представляет собой определенное целостное образование, способное к самостоятельному существованию. Так, например, молекула воды, образованная из двух атомов во-

дорода и одного атома кислорода, представляет собой систему, компоненты которой взаимосвязаны силами электромагнитного взаимодействия. Весь окружающий нас мир, его предметы, явления и процессы оказываются совокупностью самых разнообразных по конкретной природе и уровню организации систем. Каждая система в этом мире взаимодействует с другими системами.

Система и ее окружение. Для более тщательного исследования обычно выделяют те системы, с которыми данная система взаимодействует непосредственно и которые называют окружением или внешней средой системы. Все реальные системы в природе и обществе являются, как уже указывалось, открытыми и, следовательно, взаимодействующими с окружением путем обмена веществом, энергией и информацией. Представление о закрытой, или изолированной, системе является далеко идущей абстракцией, не отражающей адекватно реальность, поскольку никакая реальная система не может быть изолирована от воздействия других систем, составляющих ее окружение. В неорганической природе открытые системы могут обмениваться с окружением либо веществом, как это происходит в химических реакциях, либо энергией, когда система получает свежую энергию из окружения и рассеивает в нем «отработанную» энергию в виде тепла. В живой природе системы обмениваются с окружением, кроме вещества и энергии, также и информацией, посредством которой происходит управление и передача наследственных признаков от организмов к потомкам. Особое значение обмен информацией приобретает в социально-экономических и культурно-гуманитарных системах, где такой обмен служит основой для всей коммуникативной деятельности людей.

Классификация систем может производиться по самым разным основаниям. Прежде всего, все системы можно разделить на системы материальные и идеальные, или концептуальные. К материальным системам относится подавляющее большинство систем неорганического, органического и социального характера. Все материальные системы, в свою очередь, могут быть разделены на основные классы соответственно той форме движения материи, которую они представляют. В связи с этим обычно различают гравитационные, физические, химические, биологические, геологические, экологические и социальные системы. Среди материальных систем выделяют также искусственные, специально созданные обществом технические и технологические системы, служащие для производства материальных благ.

Все эти системы называются материальными или объективными потому, что их содержание и свойства не зависят от познающего субъекта. Однако субъект может все глубже, полнее и точнее познавать их

свойства и закономерности с помощью создаваемых им концептуальных систем. Такие системы называются идеальными именно потому, что представляют собой отражение материальных, объективно существующих в природе и обществе систем.

Наиболее типичным примером концептуальной системы является научная теория, которая выражает с помощью своих понятий, обобщений и законов объективные, реальные связи и отношения, существующие в конкретных природных и социальных системах.

Системный характер научной теории выражается в самом ее построении, когда отдельные ее понятия и суждения не просто перечисляются, а объединяются в рамках определенной целостной структуры. В этих целях обычно выделяются несколько основных, или первоначальных, понятий, на основе которых, во-первых, по правилам логики определяются другие, производные, или вторичные, понятия. Аналогично этому среди всех суждений теории выбираются некоторые исходные, или основные, суждения, которые в математических теориях называются аксиомами, а в естественнонаучных теориях - законами или принципами. Так, например, в классической механике такими основными суждениями являются три основных закона механики, в специальной теории относительности - принципы постоянства скорости света и относительности. В математизированных теориях физики соответствующие законы часто выражаются с помощью систем уравнений, как это осуществлено Дж.К. Максвеллом в его теории электромагнетизма. В биологических и социальных теориях обычно ограничиваются словесными формулировками законов. На примере эволюционной теории Ч. Дарвина мы видели, что ее основное содержание можно выразить с помощью трех основных принципов или даже единственного принципа естественного отбора.

Все наше знание не только в области науки, но и в других сферах деятельности мы стремимся определенным образом систематизировать, чтобы стала ясной логическая взаимосвязь отдельных суждений, а также всей структуры знания в целом. Отдельное, изолированное суждение не представляет особого интереса для науки. Только тогда, когда его удается логически связать с другими элементами знания, в частности с суждениями теории, оно приобретает определенный смысл и значение. Поэтому важнейшая функция научного познания состоит как раз в систематизации всего накопленного знания, при которой отдельные суждения, выражающие знание о конкретных фактах, объединяются в рамках определенной концептуальной системы.

Другие классификации в качестве основания деления рассматривают признаки, характеризующие состояние системы, ее поведение,

взаимодействие с окружением, целенаправленность и предсказуемость поведения и другие свойства.

Наиболее простой классификацией является деление систем на статические и динамические, которое в известной мере является условным, так как все в мире находится в постоянном изменении и движении. Поскольку, однако, даже в механике мы различаем статику и динамику, то кажется целесообразным рассматривать специально также статические системы.

Среди динамических систем обычно выделяют детерминистические и стохастические системы. Такая классификация основывается на характере предсказания динамики или поведения систем. Как отмечалось в предыдущих главах, предсказания, основанные на изучении поведения детерминистических систем, имеют вполне однозначный и достоверный характер. Именно такими системами являются динамические системы, исследуемые в классической механике и астрономии. В отличие от них стохастические системы, которые чаще всего называют вероятностно-статистическими, имеют дело с массовыми или повторяющимися случайными событиями и явлениями. Поэтому предсказания в них, как отмечалось в предыдущих главах, имеют не достоверный, а лишь вероятностный характер.

По характеру взаимодействия с окружающей средой различают, как мы уже знаем, системы открытые и закрытые (изолированные), а иногда выделяют также частично открытые системы. Такая классификация носит в основном условный характер, ибо представление о закрытых системах возникло в классической термодинамике как определенная абстракция, оказавшаяся не соответствующей объективной действительности, в которой подавляющее большинство систем, если не все они, являются открытыми.

Многие сложноорганизованные системы, встречающиеся в социальном мире, являются целенаправленными, т.е. ориентированными на достижение одной или нескольких целей, причем в разных подсистемах и на разных уровнях организации эти цели могут быть отличными и даже прийти в конфликт между собой.

Классификация систем дает возможность рассмотреть множество существующих в науке систем ретроспективно, т.е. задним числом, и поэтому не представляет для исследователя такого интереса, как изучение метода и перспектив системного подхода в конкретных условиях его применения.

18.3. Метод и перспективы системного исследования

В неявной форме системный подход в простейшем виде применялся в науке с самого начала ее возникновения. Даже тогда, когда отдельные науки занимались накоплением и обобщением первоначального фактического материала, идея систематизации и единства лежала в основе всех поисков новых фактов и приведения их в единую систему научного знания.

Однако возникновение системного метода как особого способа исследования многие относят ко времени Второй мировой войны и наступившему мирному периоду. Во время войны ученые столкнулись с проблемами комплексного характера, которые требуют учета взаимосвязи и взаимодействия многих факторов в рамках целого. К таким проблемам относились, в частности, планирование и проведение военных операций, вопросы снабжения и организации армии, принятие решений в сложных условиях и т.п. На этой основе возникла одна из первых системных дисциплин, названная исследованием операций. Применение системных идей к анализу экономических и социальных процессов способствовало возникновению теории игр и теории принятия решений.

Пожалуй, самым значительным шагом в формировании идей системного метода было появление кибернетики как общей теории управления в технических системах, живых организмах и обществе. В ней наиболее отчетливо виден новый подход к исследованию различных по конкретному содержанию систем управления. Хотя отдельные теории управления существовали и в технике, и в биологии, и в социальных науках, тем не менее единый, междисциплинарный подход дал возможность раскрыть более глубокие и общие закономерности управления, которые заслонялись массой второстепенных деталей при конкретном исследовании частных систем управления. В рамках кибернетики впервые было ясно показано, что процесс управления с самой общей точки зрения можно рассматривать как процесс накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление можно отобразить с помощью определенной последовательности алгоритмов, или точных предписаний, посредством которых осуществляется достижение поставленной цели. Вскоре после этого алгоритмы были использованы для решения различных других задач массового характера, например управления транспортными потоками, технологическими процессами в металлургии и машиностроении, организации распределения продукции, регулирования движения и многочисленных подобных процессов.

Появление быстродействующих компьютеров явилось той необходимой технической базой, с помощью которой можно было обраба-

тывать разнообразные алгоритмически описанные процессы. Алгоритмизация и компьютеризация целого ряда производственно-технических, управленческих и других процессов явилась, как известно, одним из составных элементов современной научно-технической революции, связавшей воедино новые достижения науки с результатами развития техники.

Чтобы лучше понять сущность системного метода, необходимо с самого начала отметить, что понятия, теории и модели, на которые он опирается, применимы для исследования предметов и явлений самого конкретного различного содержания. В этих целях приходится абстрагироваться, отвлекаться от конкретного содержания отдельных, частных систем и выявить то общее, существенное, что присуще всем системам определенного рода.

Наиболее общим приемом для реализации этой цели служит математическое моделирование. С помощью математической модели отображаются наиболее существенные количественные и структурные связи между элементами некоторых родственных систем. Затем эта модель рассчитывается на компьютере и результаты вычислений сравниваются с данными наблюдений и экспериментов. Возникающие расхождения устраняются путем внесения дополнений и изменений в первоначальную модель.

Обращение к математическим моделям диктуется самим характером системных исследований, в процессе которых приходится иметь дело с наиболее общими свойствами и отношениями разнообразных конкретных, частных систем. В отличие от традиционного подхода, оперирующего двумя или несколькими переменными, системный метод предполагает анализ целого множества переменных. Связь между этими многочисленными переменными, выраженными на языке различных уравнений и их систем, и представляет собой математическую модель. Эта модель вначале выдвигается в качестве некоторой гипотезы, которая в дальнейшем должна быть проверена с помощью опыта.

Очевидно, что, прежде чем построить математическую модель какой-либо системы, необходимо выявить то общее, качественно однородное, что присуще разным видам однотипных систем. До тех пор, пока системы не будут изучены на качественном уровне, ни о какой количественной математической модели не может быть речи. Ведь для того, чтобы выразить любые зависимости в математической форме, необходимо найти у разных конкретных систем предметов и явлений однородные свойства, например размеры, объем, вес и т.п. С помощью выбранной единицы измерения эти свойства можно представить в виде чисел и затем выразить отношения между свойствами как зависи-

мости между отображающими их математическими уравнениями и функциями. Построение математической модели имеет существенное преимущество перед простым описанием систем в качественных терминах потому, что оно дает возможность делать точные прогнозы о поведении систем, которые гораздо легче проверить, чем весьма неопределенные и общие качественные предсказания. Таким образом, при математическом моделировании систем наиболее ярко проявляется эффективность единства качественных и количественных методов исследования, характеризующая магистральный путь развития современного научного познания.

Обратимся теперь к вопросу о преимуществах и перспективах системного метода исследования.

Прежде всего заметим, что возникновение самого системного метода и его применение в естествознании и других науках знаменуют значительно возросшую зрелость современного этапа их развития. Прежде чем наука могла перейти к этому этапу, она должна была исследовать отдельные стороны, особенности, свойства и отношения тех или иных предметов и явлений, изучать части в отвлечении от целого, простое отдельно от сложного. Такому периоду, как отмечалось в 1-й главе, соответствовал дисциплинарный подход, когда каждая наука сосредоточивала все внимание на исследовании специфических закономерностей изучаемого ею круга явлений. Со временем стало очевидным, что такой подход не дает возможности раскрыть более глубокие закономерности, присущие широкому классу взаимосвязанных явлений, не говоря уже о том, что он оставляет в тени взаимосвязь разных классов явлений, каждый из которых был предметом обособленного изучения отдельной науки.

Междисциплинарный подход, сменивший дисциплинарный, стал все шире применяться для установления закономерностей, присущих разным областям явлений, и получил дальнейшее развитие в различных формах системных исследований как в процессе своего становления, так и в конкретных приложениях.

Системный метод прошел разные этапы, что отразилось на самой терминологии, которая, к сожалению, не отличается единством. С точки зрения практической значимости можно выделить:

системотехнику, занимающуюся исследованием, проектированием и конструированием новейших технических систем, в которых учитывается не только работа механизмов, но и действия человека - оператора, управляющего ими. Это направление разрабатывает некоторые принципы организации и самоорганизации, выявленные кибернетикой, и в настоящее время приобретает все большее значение в

связи с внедрением человеко-машинных систем, в том числе и компьютеров, работающих в режиме диалога с исследователем;

системный анализ, который занимается изучением комплексных и многоуровневых систем. Хотя такие системы обычно состоят из элементов разнородной природы, но они определенным образом связаны и взаимодействуют друг с другом и поэтому требуют целостного, системного анализа. К ним относятся, например, система организации современной фабрики или завода, в которых в единое целое объединены производство, снабжение сырьем, сбыт товаров и инфраструктура;

теорию систем, которая изучает специфические свойства систем, состоящих из объектов единой природы, например физические, химические, биологические и социальные системы.

Если системотехника и системный анализ фактически являются приложениями некоторых системных идей в области организации производства, транспорта, технологии и других отраслей народного хозяйства, то теория систем исследует общие свойства систем, изучаемых в естественных, технических, социально-экономических и гуманитарных науках.

Может возникнуть вопрос: если конкретные свойства упомянутых выше систем изучаются в отдельных науках, то зачем нужен особый системный метод? Чтобы правильно ответить на него, необходимо ясно указать, что именно изучают конкретные науки и теория систем, когда применяются к одной и той же области явлений. Если для физика, биолога или социолога важно раскрыть конкретные, специфические связи и закономерности изучаемых систем, то задача теоретика систем состоит в том, чтобы выявить наиболее общие свойства и отношения таких систем, показать, как проявляются в них общие принципы системного метода. Иначе говоря, при системном подходе каждая конкретная система выступает как частный случай общей теории систем.

Говоря об общей теории систем, следует отдавать себе ясный отчет о характере ее общности. Дело в том, что в последние годы выдвигается немало проектов построения таких общих теорий, принципы и утверждения которых претендуют на универсальность. Один из инициаторов создания подобной теории Л. фон Берталанфи, внесший значительный вклад в распространение системных идей, формулирует ее задачи следующим образом: «Предмет этой теории составляет установление и вывод тех принципов, которые справедливы для «систем» в целом... Мы можем задаться вопросом о принципах, применимых к системам вообще, независимо от их физической, биологической или социальной природы. Если мы поставим такую задачу и подходящим образом определим понятие системы, то обнаружим, что существуют модели, прин-

ципы и законы, которые применимы к обобщенным системам независимо от их частного вида, элементов или «сил», их составляющих».

Спрашивается, какой характер должна иметь такая, не просто общая, а, по сути дела, универсальная теория систем? Очевидно, чтобы стать применимой везде и всюду, такая теория должна абстрагироваться от любых конкретных, частных и особенных свойств отдельных систем. Но в таком случае из ее понятий и принципов нельзя логически вывести конкретные свойства отдельных систем, как на этом настаивают сторонники общей, или, можно сказать, универсальной, теории. Другое дело, что некоторые общие системные понятия и принципы могут быть использованы для лучшего понимания и объяснения конкретных систем.

Фундаментальная роль системного метода заключается в том, что с его помощью достигается наиболее полное выражение единства научного знания. Это единство проявляется, с одной стороны, во взаимосвязи различных научных дисциплин, которая выражается в возникновении новых дисциплин на «стыке» старых (физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, биогеохимия и др.), в появлении междисциплинарных направлений исследования (кибернетика, синергетика, экологические программы и т.п.). С другой стороны, системный подход дает возможность выявить единство и взаимосвязь в рамках отдельных научных дисциплин. Как уже отмечалось выше, свойства и закономерности реальных систем в природе находят свое отображение прежде всего в научных теориях отдельных дисциплин естествознания. Эти теории, в свою очередь, связываются друг с другом в рамках соответствующих дисциплин, а последние как раз и составляют естествознание как учение о природе в целом. Итак, единство, которое выявляется при системном подходе к науке, заключается прежде всего в установлении связей и отношений между самыми различными по сложности организации, уровню познания и целостности охвата концептуальными системами, с помощью которых как раз и отображается рост и развитие нашего знания о природе. Чем обширнее рассматриваемая система, чем сложнее она по уровню познания, иерархической организации, тем больший круг явлений она в состоянии объяснить. Таким образом, единство знания находится в прямой зависимости от его системности.

С позиций системности, единства и целостности научного знания становится возможным правильно подойти к решению таких проблем, как редукция, или сведение одних теорий естествознания к другим, синтез, или объединение, кажущихся далекими друг от друга теорий, их подтверждение и опровержение данными наблюдений и экспериментов.

Редукция, или сведение одних теорий к другим, представляет вполне допустимую теоретическую процедуру, ибо выражает тенденцию к установлению единства научного знания. Когда Ньютон создал свою механику и теорию гравитации, то тем самым он продемонстрировал единство законов движения земных и небесных тел. Аналогично этому использование спектрального анализа для установления единства химических элементов в структуре небесных тел было крупным достижением в физике. В наше время редукция некоторых свойств и закономерностей биологических систем к физико-химическим свойствам явилась основой эпохальных открытий в области изучения наследственности, синтеза белковых тел и эволюции.

Однако редукция оказывается приемлемой и эффективной только тогда, когда она используется для объяснения однотипных по содержанию явлений и систем. Действительно, когда Ньютону удалось свести законы движения небесной механики к законам земной механики и установить единство между ними, то это оказалось возможным только потому, что они описывают однотипные процессы механического движения тел. Чем больше одни процессы отличаются от других, чем они качественно разнороднее, тем труднее поддаются редукции. Поэтому закономерности более сложных систем и форм движения нельзя полностью свести к законам низших форм или более простых систем. Обсуждая концепцию атомизма, мы убедились, что, несмотря на огромные успехи в объяснении свойств сложных веществ посредством простых свойств составляющих их атомов, эта концепция имеет определенные границы. Ведь общие, целостные свойства систем не сводятся к сумме свойств их компонентов, а возникают в результате их взаимодействия. Такой новый, системный подход в корне подрывает представления о прежней естественнонаучной картине мира, когда природа рассматривалась как простая совокупность различных процессов и явлений, а не тесно взаимосвязанных и взаимодействующих систем, различных как по уровню организации, так и по их сложности.

18.4. Системный метод и современное научное мировоззрение

Широкое распространение идей и принципов системного метода способствовало выдвижению ряда новых проблем мировоззренческого характера. Более того, некоторые западные лидеры системного подхода стали рассматривать его в качестве новой научной философии, которая в отличие от господствовавшей раньше философии позитивизма, подчеркивавшей приоритет анализа и редукции, главный упор делает на

синтез и антиредукционизм. В связи с этим особую актуальность приобретает старая философская проблема о соотношении части и целого.

Многие сторонники механицизма и физикализма утверждают, что определяющую роль в этом соотношении играют части, поскольку именно из них возникает целое. Но при этом они игнорируют тот непреложный факт, что в рамках целого части не только взаимодействуют друг с другом, но и испытывают действие со стороны целого. Попытка понять целое путем анализа частей оказывается несостоятельной именно потому, что она игнорирует синтез, который играет решающую роль в возникновении каждой системы. Любое сложное вещество или химическое соединение по своим свойствам отличается от свойств составляющих его простых веществ или элементов. Каждый атом обладает свойствами, отличными от свойств образующих его элементарных частиц. Короче, всякая система характеризуется особыми целостными, интегральными свойствами, отсутствующими у ее компонентов.

Противоположный подход, опирающийся на приоритет целого над частью, не получил в науке широкого распространения потому, что он не может рационально объяснить процесс возникновения целого. Нередко поэтому его сторонники прибегали к допущению иррациональных сил, вроде энтелехии, жизненной силы и т.п. В философии подобные взгляды защищают сторонники холизма (от греч. - целый), которые считают, что целое всегда предшествует частям и всегда важнее частей. В применении к социальным системам такие принципы обосновывают подавление личности обществом, игнорирование ее стремления к свободе и самостоятельности.

На первый взгляд может показаться, что концепция холизма о приоритете целого над частью согласуется с принципами системного метода, который также подчеркивает большое значение идей целостности, интеграции и единства в познании явлений и процессов природы и общества. Но при более внимательном знакомстве оказывается, что холизм чрезмерно преувеличивает роль целого в сравнении с частью, значение синтеза по отношению к анализу. Поэтому он является такой же односторонней концепцией, как атомизм и редукционизм.

Системный подход избегает этих крайностей в познании мира. Он исходит из того, что система как целое возникает не каким-то мистическим и иррациональным путем, а в результате конкретного, специфического взаимодействия вполне определенных реальных частей. Именно вследствие такого взаимодействия частей и образуются новые интегральные свойства системы. Но вновь возникшая целостность, в свою очередь, начинает оказывать воздействие на части, подчиняя их функционирование задачам и целям единой, целостной

системы. Мы отмечали, что не всякая совокупность или целое образует систему, и в связи с этим ввели понятие агрегата. Но всякая система есть целое, образованное взаимосвязанными и взаимодействующими его частями. Таким образом, процесс познания природных и социальных систем может быть успешным только тогда, когда в них части и целое будут изучаться не в противопоставлении, а во взаимодействии друг с другом, анализ будет сопровождаться синтезом.

Основные понятия и вопросы

Агрегат Множество

Аддитивность Подсистема

Внешняя среда Система

Детерминизм Системный анализ

Иерархия Системотехника

Информация Стохастика

Математическое моделирование Структура

1. В чем состоит специфика системного исследования?

2. Чем отличается система от агрегата?

3. Какое различие существует между строением и структурой системы?

4. На чем основано применение математики в системных исследованиях?

5. В чем состоят преимущества системного метода исследования?

6. Можно ли применить системный метод к отдельному предмету?

7. Чем отличается системотехника от системного анализа?

8. Можно ли построить универсальную теорию систем?

9. Чем отличается системный подход от редукционизма и холизма?
10. Какое мировоззренческое значение имеет системный метод?

Литература

Основная:

Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. М., 1973.

Рузавин Г. И. Системный подход и единство научного знания // Единство научного знания. М., 1988. С. 237-252.

Философия науки. Современные философские проблемы областей научного знания. М., 2005.

Дополнительная:

Системные исследования. Методологические проблемы: Ежегодник. М., 1982.

Философия: энциклопедический словарь / Под ред. А.А. Ивина. М., 2004.

Искандер Хабибрахманов написал для рубрики «Рынок игр» материал о теории систем, принципах поведения в них, взаимосвязях и примерах самоорганизации.

Мы живем в сложном мире и не всегда понимаем, что происходит вокруг. Мы видим людей которые становятся успешными не заслужив этого и тех, кто действительно достоин успеха, но остается в безвестности. Мы не уверены в завтрашнем дне, мы все больше закрываемся.

Чтобы объяснить непонятные нам вещи, мы придумывали шаманов и гадалок, легенды и мифы, университеты, школы и онлайн-курсы, но это, кажется, не помогло. Когда мы учились в школе, нам показывали картинку ниже и спрашивали, что случится, если потянуть за нитку.

Со временем большинство из нас научались давать правильный ответ на этот вопрос. Однако затем мы выходили в открытый мир, и наши задачи начинали выглядеть так:

Это вело к фрустрации и апатии. Мы стали похожими на мудрецов из притче о слоне, каждый из которых видит лишь маленькую часть картины и не может сделать правильный вывод об объекте. У каждого из нас свое непонимание мира, нам сложно коммуницировать его друг с другом, и это делает нас еще более одинокими.

Дело в том, что мы живем в век двойного сдвига парадигмы. С одной стороны, мы отходим от механистической парадигмы общества, доставшейся нам от индустриального века. Мы понимаем, что входы, выходы и мощности не объясняют всего разнообразия мира вокруг нас, и зачастую на него гораздо сильнее влияют социокультурные аспекты общества.

С другой стороны, огромное количество информации и глобализация ведут к тому, что вместо аналитического анализа независимых величин мы должны изучать взаимозависимые объекты, неделимые на отдельные составляющие.

Кажется, что от умения работать с этими парадигмами зависит наше выживание, и для этого нам нужен инструмент, как когда-то нужны были инструменты для охоты и обработки земли.

Одним из таких инструментов является теория систем. Ниже будут примеры из теории систем и ее общие положения, будет больше вопросов чем ответов и, надеюсь, будет немного вдохновения узнать об этом больше.

Теория систем

Теория систем - это довольно молодая наука на стыке большого количества фундаментальных и прикладных наук. Это своего рода биология от математики, которая занимается описанием и объяснением поведения тех или иных систем и общего между этим поведением.

Существует множество определений понятия системы, вот одно их них. Система - множество элементов, находящихся в отношениях, которое образует определенную целостность структуры, функции и процессов.

В зависимости от целей исследований, системы классифицируют:

по наличию взаимодействия с внешним миром - открытые и закрытые;
по количество элементов и сложности взаимодействия между ними - простые и сложные;
по возможности наблюдения всей системы полностью – малые и большие;
по наличию элемента случайности - детерминированные и недетерминированные;
по наличию у системы цели - казуальные и целенаправленные;
по уровню организации - диффузные (случайные блуждания), организованные (наличие структуры) и адаптивные (структура подстраивается под изменения вовне).

Также у систем существуют особые состояния, изучение которых дает понимание о поведении системы.

Устойчивый фокус. При небольших отклонениях, система снова возвращается в исходное состояния. Пример - маятник.
Неустойчивый фокус. Небольшое отклонение выводит систему из равновесия. Пример - конус, поставленный острием на стол.
Цикл. Некоторые состояния системы циклически повторяются. Пример - история разных стран.
Сложное поведение. Поведение системы обладает структурой, но она настолько сложна, что предсказать будущее состояние системы не представляется возможным. Пример - цены на акции на бирже.
Хаос. Система полностью хаотична, в ее поведении полностью отсутствует структура.

Зачастую при работе с системами, мы хотим сделать их лучше. Поэтому нужно задавать себе вопрос, в какое особое состояние мы хотим ее привести. Идеально, если интересующее нас новое состояние является устойчивым фокусом, тогда мы можем быть спокойны, что если мы достигнем успеха, то он не исчезнет на следующий день.

Сложные системы

Мы все чаще встречаем вокруг нас сложные системы. Здесь я не нашел звучащих терминов в русском языке, поэтому придется говорить на английском. Существует два принципиально разных понятия сложности.

Первый (complicatedness) - означает некоторую сложность устройства, которая применяется к навороченным механизмам. Такой вид сложности зачастую порождает неустойчивость системы к малейшим изменениям в окружающей среде. Так, если на заводе остановится один из станков, он может вывести из строя весь процесс.

Второй (complexity) - означает сложность поведения, например, биологических и экономических систем (либо их эмуляций). Такое поведение напротив сохраняется даже при некоторых изменениях окружающей среды или состояния самой системы. Так, при уходе крупного игрока с рынка, игроки меньше поделят его долю между собой, и ситуация стабилизируется.

Зачастую сложные системы обладают свойствами, которые способны ввергнуть непосвященного в апатию, и сделать работу с ними трудной и интуитивно непонятной. Такими свойства являются:

простые правила сложного поведения,
эффект бабочки или детерминированный хаос,
эмерджентность.

Простые правила сложного поведения

Мы привыкли, что если нечто демонстрирует сложное поведение, то оно, скорее всего, сложно устроено внутри. Поэтому мы видим закономерности в случайных событиях и пытаемся объяснить непонятные нам вещи происками злых сил.

Однако это не всегда так. Классическим примером простого внутреннего устройства и сложно внешнего поведения является игра «Жизнь». Она состоит из нескольких простых правил:

вселенная - клетчатая плоскость, есть начальное расположение живых клеток.
в следующий момент времени живая клетка живет, если у нее два или три соседа;
иначе она умирает от одиночества или перенаселения;
в пустой клетке, рядом с которой ровно три живые клетки, зарождается жизнь.

В целом, для написания программы, которая будет реализовывать эти правила, потребуется пять-шесть строчек кода.

При этом данная система может производить довольно сложные и красивые шаблоны поведения, так что не видя самих правил их сложно угадать. И уж точно сложно поверить, что это имплементируется несколькими строчками кода. Возможно, реальный мир также построен на нескольких простых законах, которые мы еще не вывели, а все безграничное многообразие порождается этим набором аксиом.

Эффект бабочки

В 1814 году Пьер-Симон Лаплас предложил мысленный эксперимент, заключающийся в существовании разумного существа, способного воспринять положение и скорость каждой частицы вселенной и знающего все законы мира. Вопрос заключался в теоретической способности такого существа предсказывать будущее вселенной.

Данный эксперимент вызвал множество споров в научных кругах. Ученые, вдохновленные прогрессом в вычислительной математике, склонялись к положительному ответу на данный вопрос.

Да, мы знаем, что принцип квантовой неопределенности исключает существование такого демона даже в теории, и предсказание положения всех частиц в мире принципиально невозможно. Но возможно ли оно в более простых детерминированных системах?

Действительно, если мы знаем состояние системы и правила, по которым они изменяются, что мешает нам вычислить следующее состояние? Нашей единственной проблемой может стать ограниченное количество памяти (мы можем хранить числа с ограниченной точностью), но все вычисления в мире так и работают, поэтому это не должно стать проблемой.

На самом деле нет.

В 1960 году Эдвард Лоренц создал упрощенную модель погоды, состоящую из нескольких параметров (температура, скорость ветра, давление) и законов, по которым из текущего состояния получается состояние в следующий момент времени, представляющих набор дифференциальных уравнений.

dt = 0,001

x0 = 3,051522

y0 = 1,582542

z 0 = 15,623880

xn+1 = xn + a(-xn + yn)dt

yn+1 = yn + (bxn - yn - znxn)dt

zn+1 = zn + (-czn + xnyn)dt

Он вычислял значения параметров, выводил их на монитор и строил графики. Получалось что-то вроде этого (график для одной переменной):

После этого Лоренц решил перестроить график, взяв некоторую промежуточную точку. Логично, что график получился бы абсолютно таким же, так как начальное состояние и правила перехода никак не изменились. Однако когда он это сделал, получилось нечто неожиданное. На графике ниже синяя линия отвечает за новый набор параметров.

То есть вначале оба графика идут очень близко, различий почти нет, но затем новая траектория все более отдаляется от старой, начиная вести себя по-другому.

Как выяснилось, причина парадокса крылась в том, что в памяти компьютера все данные хранились с точностью до шестого знака после запятой, а выводились с точностью до третьего. То есть микроскопическое изменение параметра привело к огромному различию в траекториях системы.

Это была первая детерминированная система, обладающая таким свойством. Эдвард Лоренц дал ей название «Эффект бабочки».

Этот пример показывает нам, что иногда события, кажущиеся нам неважными, в конечном итоге имеют огромное воздействие на исходы. Поведение таких систем невозможно предсказать, но они и не являются хаотическим в прямом смысле этого слова, ведь они детерминированы.

Более того, траектории данной системы обладают структурой. В трехмерном пространстве множество всех траекторий выглядит так:

Что символично, оно похоже на бабочку.

Эмерджентность

Томас Шеллинг, американский экономист, рассматривал карты распределения расовых классов в различных городах Америки, и наблюдал следующую картину:

Это карта Чикаго и здесь разными цветами изображены места проживания людей различных национальностей. То есть в Чикаго, как и в других городах Америки, присутствует довольно сильная расовая сегрегация.

Какие выводы мы можем из этого сделать? Первыми в голову приходят: люди нетолерантны, люди не принимают и не хотят жить с людьми, которые отличаются от них. Но так ли это?

Томас Шеллинг предложил следующую модель. Представим город в виде клетчатого квадрата, в клетках живут люди двух цветов (красные и синие).

Тогда почти у каждого человека из этого города есть 8 соседей. Выглядит это как-то так:

При этом если у человека меньше 25% соседей того же цвета, то он случайным образом переезжает в другую клетку. И так продолжается до тех пор, пока каждого жителя не устраивает его положение. Жителей этого города совсем нельзя назвать нетолерантными, ведь им нужно всего лишь 25% людей таких же как они. В нашем мире их назвали бы святыми, настоящим примером терпимости.

Однако если запустить процесс переездов, то из случайного расположения жителей выше, мы получим следующую картину:

То есть мы получим расово сегрегированный город. Если же вместо 25%, каждый житель будет хотеть хотя бы половину соседей таких же как он, то мы получим практически полную сегрегацию.

При этом данная модель не учитывает такие вещи, как наличие локальных храмов, магазинов с национальной утварью и так далее, которые также увеличивают сегрегацию.

Мы привыкли объяснять свойства системы свойствами ее элементов и наоборот. Однако для сложных систем это зачастую приводит нас к неверным выводам, ведь, как мы видели, поведение системы на микро и макро уровнях может быть противоположным. Поэтому зачастую спустившись на микро уровень, мы стараемся сделать как лучше, а получается как всегда.

Такое свойство системы, когда целое не может быть объяснено суммой элементов, называется эмерджентностью.

Самоорганизация и адаптивные системы

Пожалуй, самым интересным подклассом сложных систем являются адаптивные системы, или системы, способные к самоорганизации.

Самоорганизация означает, что система меняет свое поведение и состояние, в зависимости от изменений во внешнем мире, она адаптируется к изменениям, постоянное преображаясь. Такие системы повсюду, практически любая социально-экономическая или биологическая, ровно как комьюнити любого продукта, являются примерами адаптивных систем.

А вот видео с щенками.

Сначала система находится в хаосе, но при добавлении внешнего стимула она упорядочивается и появляется довольно милое поведение.

Поведение муравьиного роя

Поведение муравьиного роя при поиске еды является прекрасным примером адаптивной системы, построенной на простых правилах. При поиске еды, каждый муравей блуждает случайным образом, пока не найдет еду. Найдя еду насекомое возвращается домой, отмечая пройденный путь феромонами.

При этом вероятность выбора направления при блуждании пропорциональна количеству феромона (силе запаха) на данном пути, а со временем феромон испаряется.

Эффективность муравьиного роя настолько высока, что похожий алгоритм используется для нахождения оптимального пути в графах в реальном времени.

При этом поведение системы, описывается простыми правилами, каждое из которых критически важно. Так случайность блуждания позволяет находить новые источники питания, а испаряемость феромона и привлекательность пути, пропорциональное силе запаха, позволяет оптимизировать длину маршрута (на коротком пути, феромон будет испаряться медленнее, поскольку новые муравьи будут добавлять свой феромон).

Адаптивное поведение всегда находится где-то между хаосом и порядком. Если хаоса слишком много, то система реагирует на любое, даже незначимое, изменение и не может адаптироваться. Если же хаоса слишком мало, то в поведении системы наблюдается стагнация.

Я наблюдал это явление во многих командах, когда наличие четких должностных инструкций и жестко регламентированных процессов делало команду беззубой, и любой шум вовне выбивал ее из колеи. С другой стороны, отсутствие процессов приводил к тому, что команда действовала неосознанно, не накапливала знания и поэтому все ее несинхронизированные усилия не вели к результату. Поэтому построение такой системы, а именно в этом задача большинства профессионалов в любой динамической сфере, является своего рода искусством.

Для того, чтобы система была способна к адаптивному поведения необходимо (но не достаточно):

Открытость . Закрытая система не может адаптироваться по определению, поскольку она ничего не знает о внешнем мире.
Наличие положительных и отрицательных обратных связей . Отрицательные обратные связи позволяют системе оставаться в выгодном состоянии, так как они уменьшают реакцию на внешний шум. Однако, адаптация невозможно и без положительных обратных связей, которые помогают системе переходить в новое лучшее состояние. Если говорить об организациях, то за отрицательные обратные связи отвечают процессы, тогда как за положительные - новые проекты.
Разнообразие элементов и связей между ними . Эмпирически, увеличение разнообразия элементов и количества связей увеличивает количество хаоса в системе, поэтому любая адаптивная система должна обладать необходимым количеством и того и другого. Также разнообразие позволяет более гладко реагировать на изменения.

Напоследок, хочется привести пример модели, подчеркивающей необходимость разнообразия элементов.

Для колонии пчел очень важно поддерживать постоянную температуру улья. При этом если температуру улья опускается ниже желаемой для данной пчелы, она начинает махать крыльями, чтобы согреть улей. У пчел нет координации и желаемая температура заложена в ДНК пчелы.

Если у всех пчел будет одинаковая желаемая температура, то при ее опускании ниже, все пчелы начнут одновременно махать крыльями, быстро согреют улей, а затем он также быстро остынет. График температуры будет выглядеть так:

А вот другой график, где желаемая температура для каждой пчелы сгенерирована случайно.

Температура улья держится на постоянном уровне, потому что пчелы подключаются к согреванию улья по очереди начиная с самых «мерзнущих».

На этом все, напоследок хочется повторить некоторые идеи, которые обсуждались выше:

Иногда вещи не совсем такие, какими они кажутся.
Отрицательный фидбек помогает оставаться на месте, положительный - двигаться вперед.
Иногда, чтобы сделать лучше нужно добавить хаоса.
Иногда для сложного поведения достаточно простых правил.
Цените разнообразие, даже если вы не пчела.