"...Польза системы для мышления состоит не только в том, что о вещах начинают мыслить упорядоченно, но в том, что о них вообще мыслят..."

Г. Лихтенберг

Раздел I. Системный анализ

“Вселенная начинается у твоего крыльца. Плохо, когда она на нем и кончается.”

Махатма Ганди

Глава 2. Система как объект исследования

2.1. Системные исследования

Потребность в использовании некоторого обобщающего понятия в тех случаях, когда речь идет о чем-то большом, сложном, не полностью понятном сразу и при этом целом, едином возникает при изучении объектов различной природы. Еще Аристотель обратил внимание, что целое не сводимо к сумме частей, его образующих и поэтому невозможно понять свойства целого, только оперируя свойствами его частей. Эти представления стали основой для развития комплексного, системного изучения окружающего мира и включенных в него объектов и явлений. Кроме того, в конце XIX века появились проекты, требующие участия специалистов различных областей знаний, что способствовало поиску общих проблем, взаимному переосмыслению накопленных знаний, и, как следствие, усилению системных взглядов.

В последствии системные исследования привлекли внимание ученых и специалистов разных областей знаний - биологов, психологов, физиков и математиков, экономистов, инженеров. Очевидно, что это было связано с появлением новых прикладных задач, которые не решались традиционными методами. Все большее время стал занимать процесс постановки задачи исследования, необходимость учета большого числа факторов, влияющих на результаты, для которых закономерности влияния было трудно оценить. Человек, который отвечает за постановку задач и анализ результатов, оказался сам втянутым в процесс выявления взаимовлияния как активный участник, обладающий специфическими свойствами. Он стал ответственным за постановку экспериментов, “носителем целостного восприятия, сохранения целостности при расчленении проблемы, при распределении работ, носителем системы ценностей, критериев принятия решений” [12].

Но эта роль не всегда была под силу человеку, поэтому начали создаваться новые “инструменты” его деятельности – системы проектирования, системы управления, системы накопления данных и знаний, системы решений и т.п. На некоторой стадии развития подобных систем теория систем превратилась в самостоятельную науку, имеющую свой предмет и свои методы изучения, которые никак не связаны с природой самих систем. Кстати, Л. фон Берталанфи, считающийся основоположником этого научного направления, был по образованию биологом, поэтому можно считать, что теория систем строилась для объяснения фактов и явлений из биологии. Но еще до Л. фон Берталанфи в начале XIX века определенный вклад в развитие системных представлений внес российский ученый А.А. Богданов, предложивший всеобщую организационную науку “тектологию”. В 60-70-е годы XX века широкое распространение при исследовании сложных проблем получили другие термины - “системотехника” (Ф.Е. Темников), “системология” (И.Б. Новик), а еще позже – “системный анализ”, как одно из приложений системного подхода к изучению сложных объектов и проблем.

В развитии системного проектирования большую роль сыграла кибернетика, которая впервые открыла возможность формального описания и анализа систем управления. Термин “кибернетика”, предложенный М.А. Ампером (от “kiber” – кормчий, рулевой), был принят Н. Винером для новой науки “об управлении в живых системах и машинах”. В своей книге “Кибернетика”, посвященной этой проблемы, Н. Винер развил основную идею общности механизмов управления в разных по природе объектах. Если такая общность есть, то можно создавать “искусственные организмы”, которые по своим функциональным способностям будут близки к живым биологическим системам. Заимствование принципов и механизмов управления биологических систем для создания их технических аналогов составило основу бионики. А сегодня бионическая методология получила дальнейшее развитие в теории биотехнических систем (БТС). Для этих систем главной стала проблема оптимизации взаимодействия живых и искусственных элементов – фундаментальная по своему значению “проблема взаимодействия живого с неживым” [10], при реализации которой должны усиливаться достоинства и компенсироваться недостатки разнородных элементов, работающих в рамках единой системы.

Предмет теории системных исследований формулировался исследователями различно в зависимости от области их научных интересов. Наряду с “техническим” подходом к определению предмета теории систем, утверждающим, что вся современная техника представляет собой множество больших систем (Л. Заде, Г. Кастлер и др.), правомерными можно считать и другие подходы. Среди них можно выделить - “биологический” (В. И. Кременский, К. М. Хайлов, А. А. Ляпунов, А. А. Малиновский и др.), “психологический” (Ш. Пиаже, Г. Оллпорт и др.), “лингвистический” (И. И. Резвин, Г. Л. Мельников и др.), “социологический” (Л. Сорокин, У. Беркли и др.). В связи с этим естественно стремление сформулировать основные положения и определения общей теории систем как междисциплинарной научной концепции, которая может использоваться для анализа объектов и явлений, рассматриваемых в различных традиционных областях научной деятельности.

Таким образом, сфера применения общей теории систем не ограничивается только материальными системами, а относится к любому целому, состоящему из взаимодействующих компонентов. Практика доказала, что системный подход завоевал прочные позиции в исследованиях таких сложных нематериальных систем как социологические, экономические, производственные и другие. Осознание его общенаучного характера привело к тому, что методология системного подхода стала предметом специального теоретического изучения и научно-популярного изложения его основ [например, 11, 12, 13, 19, 20 и др.].

При изучении многих нематериальных систем возникает необходимость оценки в них места технических подсистем, которые создаются и используются человеком. При анализе и синтезе подобных систем приходится одновременно учитывать свойства разных по физической природе факторы – физические, технические, биологические, человеческие... Для науки, которая занимается исследованием и созданием технических систем и других систем, содержащих компоненты различной природы, был предложен еще один термин “системотехника” [13, 19]. Новым в этой науке стало понимание целостности и взаимосвязности процессов и событий, порождающих способность к самоорганизации и образованию новых качеств, особенно в таких системах, которые включают разнородные элементы. Теория биотехнических систем предлагает для этой науки инструменты для практического анализа и синтеза подобных систем.

Уже стало общепризнанным, что невозможно получить ясного представления о сложном техническом объекте или создавать сколько-нибудь сложные технические комплексы без использования методологии системного проектирования, т. е. без рассмотрения этих объектов как целостных систем и как элементов некоторой внешней для них системы - метасистемы.

Например, по отношению к системе обеспечения безопасности полетов в аэропорту система диспетчерской службы, системы навигации, организации ремонтной службы, медицинского обслуживания и другие могут рассматриваться как ее элементы. При этом каждый из элементов сам представляет сложно организованную систему с большим числом элементов, отличающихся своими свойствами; большое место в ней отводится и техническим подсистемам. Так подсистема медицинского обслуживания должна включать регистратуру, специальные кабинеты врачебного контроля, комплекс технических средств для оказания медицинской помощи, подсистему снабжения лекарственными препаратами, медицинский персонал, транспортную группу и т.п. Можно детально проанализировать состав медицинского персонала, который должен быть оптимальным для условий работы в аэропорту, и любую другую часть подсистемы медицинского обслуживания.

В системе здравоохранения можно выделить такие ее элементы как клинические стационары, поликлиники, амбулатории, санатории и курорты. Но в этой же системе в качестве подсистем будут выступать и страховая медицина, лекарственная служба, медицинское оборудование, сервисные службы по обслуживанию медицинской техники и т.п. Для клинического стационара как самостоятельной системы, входящей в состав системы здравоохранения, в качестве ее элементов могут рассматриваться здание с инженерными коммуникациями, приемный покой, регистратура, специализированные отделения, больничные палаты, хозяйственные службы и т. п. Естественно, что качество функционирования любой из перечисленных систем в целом зависит от качества функционирования ее элементов.

Необходимо учесть, что общую теорию систем, как основу для проведения системных исследований, нельзя понимать как всеобщую. Она применима для изучения систем при наличии (или потребности) определенного уровня (степени) обобщения, связанного с целью и характером этого обобщения. Поэтому основными задачами общей теории систем можно считать:

- разработку средств и способов представления исследуемых объектов как систем;

- построение обобщенных моделей системы и моделей ее различных свойств;

- исследование концептуальной структуры системных теорий.

Таким образом, на ряду с другими видами исследований различных объектов человеческой деятельности известны такие, которые изучают системные свойства этих объектов, - системные исследования. Под системными исследованиями будем понимать совокупность таких современных научных и технических проблем, которые при всем их разнообразии сходны в понимании и рассмотрении исследуемых объектов, как систем, т. е. “как множества взаимосвязанных элементов, выступающих как единое целое” (В. Н. Садовский).

Основой для проведения системных исследований является так называемый “системный подход”: методология научного исследования и практического освоения сложноорганизованных объектов, при которой на первое место ставится не анализ составных частей объекта как таковых, а его характеристика как определенного целого, раскрытие механизмов, обеспечивающих целостность объектов [11,12]. При этом “целостность” понимается как особое системное свойство, позволяющее выделить систему и все к ней принадлежащее из остального мира, свойство, которого не имеет ни одна часть системы при любом способе ее членения.

Известны две разновидности системного подхода к исследованию наиболее сложных проблем науки – две его стороны.

Одной из них считается системный анализ: анализ проблем с позиций системного подхода, помогающий связать между собой все известные факты и взаимосвязи, которые составляют существо анализируемой проблемы, и создать обобщенную модель, отображающую эту проблему с максимально возможной степенью полноты [10, 11]. Системный анализ может быть использован как при постановке новых (с точки зрения исследователя) проблем, так и при изучении уже известных проблем, связанных с объектами, созданными природой и человеком. В частности, он помогает исследователю глубже понять особенности организации и функционирования изучаемых объектов, понять причины, вызывающие те или иные реакции, оценить и оптимизировать условия наиболее благоприятного развития. Все эти направления изучения имеют особое значение для живых систем.

При разработке новых, прежде не существовавших систем (особенно биотехнических систем, в которые биологический объект включается в качестве одного из звеньев в состав технической системы) большое значение приобретает другой вариант использования системного подхода - системный синтез. Положения системного синтеза позволяют осуществлять синтез систем (независимо от их природы) с позиций системного подхода. Используя их, можно предложить обобщенную модель создаваемой системы, отвечающую поставленным задачам с максимально возможной степенью соответствия при вводимых ограничениях на выбор характеристик ее компонентов [6, 10]. При этом необходимы исходные данные, которые включают сведения о назначении системы, ее характеристиках и функциях, и знания об элементной базе, которая будет использована при ее создании. Большое значение при этом приобретает практический опыт, накопленный при проектировании аналогичных систем [10].

Не трудно увидеть, что и при выполнении медико-биологического исследования мы также имеем дело со своеобразной системой – системой-процессом, которую требуется разработать (спроектировать, синтезировать) или эффективно использовать для решения поставленных медико-биологических задач. Такое исследование можно провести только, если выбран адекватный метод исследования и согласованы параметры воздействий с физиологическими реакциями. Должны быть выбраны регистрируемые параметры и применены соответствующие измерительные преобразователи и устройства обработки сигналов, а также методы интерпретации параметров, которые содержат исследовательскую информацию.

Качество проведения исследования будет зависеть также от правильности применения приемов обращения с объектом исследования, подготовки необходимых реактивов, внешних условий проведения экспериментов и многого другого, без чего получить достоверные результаты невозможно. При этом следует помнить, что разногласия между различными элементами могут привести не только к отсутствию достоверного результата, но нанести исследуемому биологическому объекту непоправимый ущерб.

Несмотря на обилие литературы, посвященной разработке методологии системного подхода, общепринятая точка зрения на сущность системного анализа пока еще отсутствует. Ниже приводятся краткие сведения по системному анализу, с позиций которого далее будет дана характеристика биологических объектов и ряда других систем, связанных с организацией и проведением медико-биологических исследований. Системный синтез, который должен составлять основу учебных дисциплин по разработке новых вариантов биомедицинских технологий и образцов биомедицинской техники, здесь не рассматривается.