Принципы методологии системного анализа

Изначально принципы системного подхода начали формироваться после появления работы Н.Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине» (1948 г.), когда возникли понятия «кибернетика» (теория управления), «кибернетическая система», в которой всегда должен присутствовать элемент, осуществляющий функции управления. Позднее эти идеи были развиты в рамках общей теории открытых систем (ОТС), разработанной австрийским биологом-теоретиком Людвигом фон Берталанфи. Основополагающая идея Н.Винера в отношении кибернетического подхода заключается в необходимости обязательного учета влияния окружающей среды на управляемые системы: свойства и особенности любых объектов не могут быть правильно оценены без учета рассмотрения многообразных связей и взаимодействий между отдельными объектами и окружающей средой; управляемые системы никогда не являются изолированными, они взаимодействуют с окружающей средой, друг с другом, входят в состав других более сложных управляемых систем.

Необходимым условием наличия в системе хотя бы потенциальных возможностей управления является ее организованность. Однако не все организованные системы являются кибернетическими, хотя все кибернетические системы являются организованными.

Внешнее воздействие на систему, которое целенаправленно изменяет состояние системы, называется управляющим. Примером целенаправленности управления биологическими системами, сформировавшейся в ходе эволюционного развития живой природы, является стремление организмов к выживанию и размножению. Целенаправленность же искусственных систем определяется их разработчиками.

Один из путей воздействия на поведение управляемой системы основывается на изменении ее параметров. Возможности тем шире, а управление – тем эффективнее, чем шире диапазон значений, которые могут принимать управляющие воздействия в процессе управления. Однако в реальных системах диапазон управляемого воздействия весьма ограничен.

Создание кибернетики подчеркнуло не только актуальность теории управления, но и информации. Информация становится все более важным параметром порядка системы, т. е. мерой ее упорядоченности. Наоборот, мерой дезорганизованности служит энтропия. В изолированной системе последняя приводит (согласно второму началу термодинамики) к хаосу. Открытая система (каковой является, как известно, экологическая система) за счет взаимодействия со средой в состоянии компенсировать эту дезорганизацию и даже увеличить степень своей организованности. Учитывая изложенное, Н.Винер предложил использовать информацию либо энтропию как меру упорядоченности (детерминизации) системы. Практика показывает, что в таковую постепенно превращается информация. Становится очевидным, что без получения информации немыслимы организованные системы, такими являются живые организмы и создаваемые человеком, управляемые системы. Единственно возможным материалистическим объяснением факта сохранения организованности экологических систем является непрерывное поступление из внешнего мира потока информации о происходящих в нем самом явлениях и процессах. Организованность живых организмов не растрачивается со временем, как следовало бы ожидать в соответствии со вторым началом термодинамики.

По мере усложнения больших информационных систем и процессов информация приобретает все новые свойства, не присущие более простым видам ее систем, в создаваемых человеком системах возникает некое подобие функционирования биологических систем, формируются специальные блоки: хранение информации (память), ее передача (подобие нервных клеток), перекодировки (напоминают органы слуха и зрения). Полезность и ценность становятся основными качествами информации. Информация приобретает ценность, поскольку способствует достижению цели.

Исходя из вышесказанного, следует: управление для систем любой природы – это воздействие на объект, выбранное на основании имеющейся информации из множества возможных воздействий, улучшающих его функционирование или развитие.

Таким образом, системы разделяются на информационные и управляющие.

Все воздействия являются динамическими, т. е. изменчивы во времени, и могут характеризоваться обратной связью. Обратная связь означает, что некоторые эффекты процесса возвращаются к своему источнику, вследствие чего эти эффекты изменяются. В случае усиления эффекта обратная связь называется положительной. В другом случае обратная связь является отрицательной и не способствует восстановлению равновесия в системе при нарушении его внешним воздействием.

Любая система, содержащая обратную связь, представляет собой систему с замкнутым контуром передачи воздействий. На использовании отрицательной обратной связи основано функционирование живых систем (живой организм), а также технических (проектируемых человеком). Эта связь направлена на поддержание устойчивого состояния системы, т. е. гомеостаза. Механизм положительной обратной связи используется в синергетике, согласно которому изменения, возникающие, в системе не гасятся, а накапливаются и усиливаются, вследствие чего при взаимодействии с окружающей средой элементы старой системы приходят к согласованному поведению, в результате которого спонтанно возникает новый порядок.

Обратная связь обнаруживается при изучении процессов, протекающих в живых организмах, экономических структурах, системах автоматического регулирования.

На основании выводов системотехники и кибернетики сформулирован ряд принципов и законов эффективного функционирования систем.

Принцип целостности: между различными составляющими в системе устанавливаются определенные отношения, характеризующие взаимосвязь, упорядоченность и взаимодействие данных элементов.

Закон необходимого разнообразия: наиболее эффективной системой является такая, у которой число разнообразных компонентов (составляющих) и их состояние ограниченно по максимуму и минимуму. Отсюда следует, что для повышения упорядоченности сложная система должна состоять из достаточного и необходимого количества компонентов и подсистем, обеспечивающих задачу получения законченных частей целого – конечного целого результата.

Принцип эмерджентности (возникновение нового целого) – «целое не равно сумме частей», а это означает, что не только система может обладать свойствами, не присущими подсистемам, но и подсистема может обладать свойствами не присущими системе в целом. Рассматриваемый принцип указывает на возможность несовпадения локальных целей и критериев отдельных частей с глобальной целью и критериями системы в целом.

Принцип внешнего дополнения: обязательно наличие в системе необходимых и достаточных резервов, поскольку только избыточная система является надежной, а значит и эффективной.

В 1969 г. в работе «Общая теория систем» на основании результатов рассмотрения процесса обмена веществом, энергией и информацией между живыми организмами и ОПС Л. Берталанфи сформулировал основную идею общей теории, которая состоит в признании изоморфизма (подобия по форме), а следовательно признании управляемости всех процессов одинаковыми (подобными) законами и определил понятие «системный подход». Эта же теория утверждает открытость природных систем.

Общая теория систем Л. Берталанфи имеет три фундаментальных направления.

Наука о системах: исследует с помощью эмпирического метода системные концепции в естественных и общественных науках.

Системная технология: используется для решения проблем, которые возникают в промышленности и обществе. При этом положения теории систем переносятся на операционные процессы системного анализа, а также в теорию управления, исследования операций, информатику и промышленную инженерию для поиска практических решений конкретных проблем.

Системная философия: направлена на переориентацию мышления, а именно формирование системного мышления и мировоззрения на системных принципах. Она руководствуется следующими основными целями:

· упорядоченная целостность;

· самостабилизация;

· самоорганизация;

· иерархизация.

В настоящее время использование методов и принципов теории ОТС, разработанной Л. Берталанфи, выходит за ее рамки. Под «системным подходом» понимаются общие принципы, правила и способы деятельности, характеризующие познание в естественнонаучных, технических, социальных и гуманитарных науках. Таким образом, не следует представлять, что системный подход есть какой-то математический метод или группа математических методов. Использование системного подхода на практике показало, что он не существует в виде строгой методологической концепции: он выполняет свои эвристические (познавательные) функции, основываясь на соответствующей ориентации конкретных исследований. Поэтому в настоящее время такой подход рассматривается как стратегия научного поиска, использующая математические методы и модели, но в рамках систематизированного научного подхода к решению сложных проблем. Можно сказать, что это определенный способ мышления, своего рода фундаментальная системная технология (методология) специально-научного исследования, познания и решения проблем во всей совокупности системных взаимосвязей и иерархических уровней, тесно связанная с понятием «управление».

На основании изложенного можно заключить, что системный подход – это наука о системах. Он представляет собой целостное рассмотрение явления, установление взаимодействия составных частей или совокупностей элементов, характерной чертой которого является несводимость свойств целого к свойствам его частей.

В связи с тем, что системный подход не существует в виде строгой методологической концепции, это отразилось в том, что понятие «система» и «системный подход» формировались постепенно и выразились во множестве их определений. Наиболее общее из них, отражающее принципы Н.Винера и Л. Берталанфи, определяет систему как совокупность взаимодействующих элементов и подсистем, образующих определённую целостность, в которой в результате взаимодействия возникают новые интегративные свойства целого, отсутствующие у частей системы (эмерджментные свойства).

В общем случае для характеристики системы выделяют две группы понятий. В первую входит понятие «целое», а также: «связи», «отношения» и «свойства». Во вторую – «переработка информации», «управление», «структура», «иерархические уровни», «элемент». Таким образом, понятие «система» становится прозрачным на основе системных понятий. Важнейшим из них является понятие «целостность системы», которое определяет методологическую специфику системного подхода и обусловливает необходимость структурирования системы.

Понятие «структура системы» характеризует строение системы, т. е. отражает конфигурацию (форму) расположения элементов в системе, их свойства, характер взаимодействия. Элемент, входящий в систему, взаимодействует с другими элементами не целиком, а лишь одной или несколькими сторонами (например, кирпичная кладка: взаимодействуя лишь соприкосновениями поверхностей, кирпичи при этом не претерпевают никаких внутренних изменений). Структура – итог взаимодействия элементов системы, их организации, упорядочения, и в этом смысле она выступает как закон связи элементов.

Одновременно структура системы – это совокупность специфических связей взаимодействий, благодаря которой возникают новые целостные свойства, характеризующие эту систему и отсутствующие у других систем. Свойства, возникающие только при взаимодействии отдельных компонентов системы и отсутствующие у последних, если они вне системы, являются эмерджментными. В зависимости от характера взаимодействия между отдельными компонентами систем выделяют типы систем: ядерные, химические, биологические и социальные. Благодаря структуре, система воспроизводит себя и существует определенное время в относительно качественно измененном виде. Используя понятие «структура», можно сказать, что целое – это характерное единство отдельностей, имеющее свою структуру.

Наличие структуры, объединяющей элементы в единое целое образование и определяющей правила и направленность взаимодействия элементов объекта, является необходимым условием существования системы. Установление структуры системы, целей для каждой ее части, а также реализация задач, предписанных ее функциональным назначениям, осуществляется в рамках организационного аспекта.

К системным понятиям относят также «элементы системы» (наименьшие части системы, из которых она состоит) и «подсистемы» (совокупность элементов).

Элемент – некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), который имеет ряд важных свойств, реализует в системе определенный закон функционирования и внутренняя структура которого не рассматривается.

Элементный аспект предусматривает исследование и построение объекта как системы и его поэлементного (компонентного) состава. Его изучение необходимо для проведения обоснованного анализа и обеспечения на основе синтеза целостности системы при ее проектировании. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным разделением на подсистемы.

Подсистема – это наибольшие части систем, но в значительной степени управляемые самой системой, поскольку они участвуют в осуществлении единой цели для всей системы и подчинены задачам общей системы. Подсистемы обычно выделяют в иерархически организованных системах, к которым в первую очередь относят живые и социальные. Все подобные системы состоят из подсистем разного уровня, причем каждый низший уровень подчинен высшему, но при этом обладает значительной автономностью. Считается, что иерархические системы обладают наилучшей способностью к развитию. Примером иерархически организованной системы является человеческий организм.

Выделяют следующие классы систем: материальные и идеальные системы. К материальным системам относят все объективно существующие реальные системы. Идеальные (концептуальные или теоретические) системы представляют собой отражение свойств и закономерностей, объективно существующих в природе и обществе материальных систем. Иными словами, идеальные системы – это совокупность логически связанных понятий, суждений, гипотез и законов. Элементами идеальной системы являются понятия, законы, обобщения, выводимые из теории.

Открытые и закрытые системы. Открытые системы – системы, взаимодействующие с окружающей средой. В закрытых системах такой обмен исключается. Понятие закрытой системы является научной абстракцией, и в реальной природе не встречается.

Детерминистические и стохастические системы. Они разделяются по характеру их поведения и предсказания результатов их действия. Примером детерминистических систем являются космологические, механические и другие физические и химические системы, описываемые универсальными законами. Современная наука все больше говорит о стохастических системах, описываемых вероятностными законами, поскольку в реально существующем мире случайные события и процессы играют принципиальную роль.

Телеологические системы. Телеологические (целенаправленные) системы представляют сейчас наибольший интерес для науки, связанный с изучением биологических и социальных систем, характеризующихся целесообразностью (биологические) и целенаправленностью (социальные). В методологии науки произошло возвращение к телеологическим объяснениям, выдвинутым еще Аристотелем, вместо причинных и номологических методов объяснения классической науки. Особенно это характерно для социального и гуманитарного знания, когда на передний план выдвигаются проблемы, связанные с деятельной стороной познания, т. е. изучением целей, мотивов поведения людей, стимулов и потребностей к труду, когда все большее значение приобретает субъективная сторона деятельности (ценность, полезность и т.д.).

Дата добавления: 2015-07-14