Глава 3. Основные направления системных исследований

3.1. Развитие системных исследований

Системные исследования – это совокупность исследований научных, технических и др. проблем, которые при всей их специфике и разнообразии сходны в понимании исследуемых объектов как систем.

Стремление к целостному охвату объекта изучения, к системной организации знания, всегда свойственное научному познанию, выступает как проблема уже в античной философии и науке. Но вплоть до середины 19 в. объяснение феномена целостности либо ограничивалось уровнем конкретных предметов (типа живого организма), внутренняя целостность которых была совершенно очевидна и не требовала специальных доказательств, либо переносилось в сферу спекулятивных натурфилософских построений. Идея же системной организованности рассматривалась только применительно к знанию. Подобному подходу к трактовке системности соответствовали и ведущие познавательные установки классической науки, прежде всего элементаризм, который исходил из необходимости отыскания простой, элементарной основы всякого объекта и, таким образом, требовал сведения сложного к простому, и механицизм, опиравшийся на постулат о едином принципе объяснения для всех сфер реальности и выдвигавший на роль такого принципа однозначный детерминизм.

Исследование систем началось примерно в одно и то же время в различных областях знаний. Исторически получилось так, что сложились и существуют три крупных методологических направления, связанных с изучением системных объектов: структурно-функциональный анализ, структурализм и системный подход.

Структурно-функциональный анализ возник в социологии, которая до сих пор остается основной областью его применения. Функционализм ставит во главу угла изучение различных частей социальной системы с точки зрения выполняемых ими функций по отношению к более широкому целому. Этим определяются два основных методических принципа структурно-функционального анализа: выделение структуры объекта как некоего инварианта и функциональное описание этой структуры.

Структурализм зародился в лингвистике, а затем распространился на антропологию, искусствоведение, историю и другие гуманитарные науки. Если в функционализме основную нагрузку несет понятие функции, а структура объекта как бы постулируется, то в структурализме, напротив, такую нагрузку несет понятие структуры, а функциональная сущность компонентов выступает в качестве одной из исходных предпосылок. Структурализм характеризуется рядом общих принципов исследования, среди которых главным является принцип целостности, выдвигающий на первый план понятие структуры.

Принцип целостности является характерным и для системного подхода. В свое время аналитический подход явился метафизическим отрицанием первоначального целостного нерасчлененного восприятия природы. Системный подход есть возвращение к целостным представлениям на новом уровне. В противоположность стратегии аналитического подхода, сводящейся к расчленению сложноорганизованного целого, стратегия системного подхода направлена на получение синтетической картины этого целого. Однако, если в функционализме и структурализме принцип целостности реализуется через понятия структуры и функции с соответствующим приоритетом одного из них, то в системном подходе центральным является более широкое понятие «система», которое связано с целым рядом понятий «структура», «организация», «элемент», «отношение», «связь» и т.д.

Всю сферу системных исследований представляется возможным разделить на ряд областей:

1. философские проблемы системных исследований. Основной задачей этой области исследований является разработка философских оснований системных методов исследования;

2. разработка логики и методологии системных исследований. Основными задачами этой области являются: а) построение понятийных средств для представления системной природы изучаемых объектов; б) разработка аппарата для описания важнейших характеристик системных объектов; в) построение формализованных систем для описания системных объектов;

3. построение общей теории систем. Смысл общей теории систем состоит в том, что она выступает как некоторая обобщенная концепция теории систем. В качестве аппарата исследований используются в основном языки наиболее абстрактных расчетов математики, таких как теория множеств и др.;

4. специальные системные разработки. Эта область включает в себя построение частных системных концепций и теорий применительно к тем или иным областям научного и технического знания. Здесь наиболее оперативно создаются и широко внедряются в научную практику конкретные методы и приемы системного подхода, в этой области получены наиболее важные результаты системных исследований.

Согласно другой классификации различают три ветви науки, изучающей системы и базирующейся на системном подходе:

• системологию (теорию систем), которая изучает теоретические аспекты и использует теоретические методы (теория информации, теория вероятностей, теория игр и др.);

• системный анализ (методологию, теорию и практику исследования систем), который исследует методологические, а часто и практические аспекты и использует практические методы (математическая статистика, исследование операций, программирование и др.);

• системотехнику;

• семиотику.

Ранее в главах 1 и 2 изучали системологию, основы системного анализа будут приведены в разделе 3.3 данной главы. А теперь выясним, чем занимаются системотехника и семиотика.

Системотехника – научно-техническая дисциплина, охватывающая вопросы проектирования, создания, испытания и эксплуатации сложных систем. Термин системотехника был предложен в 1962 г. профессором МЭИ Ф.Е. Темниковым, как альтернатива английскому термину «системная инженерия», и стал использоваться в основном в приложениях системных методов к техническим направлениям.

При разработке сложных систем возникают проблемы, относящиеся не только к свойствам их составных частей (элементов, подсистем), но также и к закономерностям функционирования объекта в целом (общесистемные проблемы).

Появляется широкий круг специфических задач, таких, как определение общей структуры системы, организация взаимодействия между подсистемами и элементами, учёт влияния внешней среды, выбор оптимальных режимов функционирования, оптимальное управление системой и т.д. По мере усложнения систем всё более значительное место отводится общесистемным вопросам, они и составляют основное содержание системотехники. Научной, главным образом математической, базой системотехники служит сравнительно новая научная дисциплина – теория сложных систем.

Для сложных систем характерна своеобразная организация проектирования – в две стадии: макропроектирование (внешнее проектирование), в процессе которого решаются функционально-структурные вопросы системы в целом, и микропроектирование (внутреннее проектирование), связанное с разработкой элементов системы как физических единиц оборудования. Системотехника объединяет точки зрения, подходы и методы по вопросам внешнего проектирования сложных систем.

Макропроектирование начинается с формулировки проблемы, которая включает в себя, по крайней мере, 3 основных раздела:

• определение целей создания системы и круга решаемых ею задач;

• оценка действующих на систему факторов и определение их характеристик;

• выбор показателей эффективности системы.

Цели и задачи системы определяют, исходя из потребностей их практического использования, с учетом тенденций и особенностей технического прогресса, а также экономической целесообразности. Существенное значение при этом имеет опыт применения имеющихся аналогичных систем, а также чёткое понимание роли проектируемой системы в народном хозяйстве. Для оценки внешних и внутренних факторов, действующих на систему, помимо опыта эксплуатации аналогичных систем, используют статистические данные, полученные в результате специальных экспериментальных исследований.

В качестве показателей эффективности выбирают числовые характеристики, оценивающие степень соответствия системы задачам, поставленным перед ней, например: для системы слепой посадки самолётов показателем эффективности может служить вероятность успешной посадки, для междугородной телефонной связи – среднее время ожидания соединения с абонентом, для производственного процесса – среднее число изделий, выпускаемых за смену, и т. д.

Материалы по изучению целей и задач и результаты проведённых экспериментов используют для обоснования технического задания на разработку системы.

В соответствии с техническим заданием намечают один или несколько вариантов системы, которые, по мнению проектировщиков, заслуживают дальнейшего рассмотрения и подробного исследования. Анализ вариантов системы проводится по результатам математического моделирования.

Существенные особенности имеют испытания сложных систем. Натурный эксперимент в чистом виде используется только для оценки параметров важнейших элементов системы. В комплексных же испытаниях системы значительную роль играют имитационные модели. В частности, на их основе строят имитаторы воздействий внешней среды, генераторы фиктивных сигналов и сообщений, формируют реализации процессов функционирования элементов, участие которых в натурном эксперименте нецелесообразно.

Семиотика – это комплекс теорий, изучающих свойства знаковых систем – от простейших систем сигнализации до формализованных языков математической лингвистики и логики. В ней выделяют:

• синтактику, в которой знаковые системы исследуются чисто структурно, с точки зрения их синтеза;

• семантику, где изучается смысл и значение конструкций формализованного языка;

• прагматику, посвященную рассмотрению отношения потребителя знаковой системы к самой системе.

Задачу интерпретации сообщений в математике относят к семиотике или к семантике, тогда как в философии к ней подходят с более общих позиций и изучают в рамках герменевтики. Последняя имеет целью выявление смысла информации, исходя из ее объективной и субъективной наполненности.

А теперь рассмотрим становление и развитие системного подхода, как основного направления системных исследований. В XX веке системный подход занимает одно из ведущих мест в научном познании. Предпосылкой этому стал прежде всего переход к новому типу научных задач. В целом ряде областей науки центральное место начинают занимать проблемы организации и функционирования сложных объектов: познание начинает оперировать системами, границы и состав которых далеко не очевидны и требуют специального исследования в каждом отдельном случае. Во 2-й половине XX века аналогичные по типу задачи возникают и в социальной практике. Техника всё более превращается в технику сложных систем, где многообразные технические и другие средства тесно связаны с решением единой крупной задачи (например, космические проекты). В социальном управлении вместо господствовавших прежде локальных, отраслевых задач и принципов ведущую роль играют крупные комплексные проблемы, требующие тесного взаимоувязывания экономических, социальных и иных аспектов общественной жизни (например, проблемы создания современных производственных комплексов, развития городов, мероприятия по охране природы).

Изменение типа научных и практических задач сопровождается появлением общенаучных и специально-научных концепций, для которых характерно использование в той или иной форме основных идей системного подхода. Так, в учении В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере научному познанию предложен новый тип объектов – глобальные системы.

Попытки разработать общие принципы системного подхода были предприняты А.А. Богдановым (1873 – 1928 гг.) в фундаментальном труде «Тектология. Всеобщая организационная наука», первый том которого вышел в свет в 1921 г. Основная идея тектологии – признание необходимости подхода к любому явлению со стороны его организованности (у других авторов – системности). Подробно тектология Богданова изложена в главе 6.

Выделение особого класса систем – информационных и управляющих – послужило фундаментом возникновения кибернетики. В биологии системные идеи используются в экологических исследованиях, при изучении высшей нервной деятельности, в анализе биологической организации, в систематике. Эти же идеи применяются в некоторых психологических концепциях, в частности, гештальпсихология вводит оказавшееся плодотворным представление о психологических структурах, характеризующих деятельность по решению задач. Культурно-историческая концепция Л. С. Выготского и его учеников, основывает психологическое объяснение на понятии деятельности, истолковываемом в системном плане. В концепции Ж. Пиаже основополагающую роль играет представление о системе операций интеллекта.

В экономической науке принципы системного подхода получают распространение, особенно в связи с задачами оптимального экономического планирования, которые требуют построения многокомпонентных моделей социальных систем разного уровня. В практике управления идеи системного подхода кристаллизуются в методологических средствах системного анализа.

Наряду с распространением принципов системного подхода на новые сферы научного знания и практики, с середины XX века начинается систематическая разработка этих принципов в методологическом плане.

Первоначально методологические исследования группировались вокруг задач построения общей теории систем (первая программа её построения и сам термин были предложены Л. Берталанфи). Однако развитие исследований в этом направлении показало, что совокупность проблем методологии системного исследования существенно превосходит рамки задач общей теории систем. Для обозначения этой более широкой сферы методологических проблем и применяют термин «системный подход», который с 70-х гг. прошлого века прочно вошел в научный обиход (в научной литературе разных стран для обозначения этого понятия используют и другие термины – «системный анализ», «системные методы», «системно-структурный подход», «общая теория систем». При этом за понятиями системного анализа и общей теории систем закреплено еще и специфическое, более узкое значение. С учётом этого термин «системный подход» следует считать более точным, к тому же он наиболее распространён в научной литературе на русском языке.

Значение критической функции новых принципов познания было убедительно продемонстрировано К. Марксом, «Капитал» которого далеко не случайно носит подзаголовок «Критика политической экономии». Именно последовательная критика принципов классической политэкономии позволила раскрыть узость, недостаточность ее исходной содержательно-концептуальной базы и расчистить путь для построения нового предмета этой науки, адекватного задачам изучения целостного функционирования и развития капиталистической экономики.

Решение аналогичных задач выступает важным предварительным условием и при построении современных системных концепций. Например, переходу к конструированию современных технических систем и возникновению системотехники, как конкретизации системного подхода в области современной техники, предшествовали осознание и критика подхода, господствовавшего на прежних ступенях развития техники, когда «единицей» конструирования было отдельное техническое средство (машина, отдельное орудие и т. д.), а не целостная функция, как это стало теперь.

Условием разработки эффективных мероприятий по защите окружающей среды явилась весьма последовательная критика прежнего подхода к развитию производства, игнорировавшего системную связь общества и природы. Утверждение системных принципов в современной биологии сопровождалось критическим анализом односторонности узкоэволюционистского подхода к живой природе, не позволявшего зафиксировать важную самостоятельную роль факторов биологии и организации.

Таким образом, критическая функция системного подхода носит конструктивный характер и связана, прежде всего, с обнаружением неполноты наличных предметов изучения, их несоответствия новым научным задачам, а также с выявлением недостаточности применяемых в той или иной отрасли науки и практики принципов объяснения и способов построения знания. Эффективное проведение этой работы предполагает последовательную реализацию принципа преемственности в развитии систем знания.

Позитивная роль системного подхода может быть сведена к следующим основным моментам. Во-первых, понятия и принципы системного подхода выявляют более широкую познавательную реальность по сравнению с той, которая фиксировалась в прежнем знании (например, понятие биосферы в концепции Вернадского, понятие биогеоценоза в современной экологии, оптимальный подход в экономическом управлении и планировании).

Во-вторых, системный подход содержит в себе новую по сравнению с предшествующими схему объяснения, в основе которой лежит поиск конкретных механизмов целостности объекта и выявление достаточно полной типологии его связей. Реализация этой функции обычно сопряжена с большими трудностями: для действительно эффективного исследования мало зафиксировать наличие в объекте разнотипных связей, необходимо ещё представить это многообразие в операциональном виде.

В-третьих, из важного для системного подхода тезиса о многообразии типов связей объекта следует, что сложный объект допускает не одно, а несколько расчленений. При этом критерием обоснованного выбора наиболее адекватного расчленения изучаемого объекта может служить то, насколько в результате удаётся построить операциональную «единицу» анализа (такую, например, как товар в экономическом учении Маркса или биогеоценоз в экологии), позволяющую фиксировать целостные свойства объекта, его структуру и динамику.

Широта принципов и основных понятий системного подхода ставит его в тесную связь с другими общенаучными методологическими направлениями современной науки. По своим познавательным установкам системный подход имеет особенно много общего со структурализмом и структурно-функциональным анализом, с которыми его роднит не только оперирование понятиями структуры и функции, но и акцент на изучение разнотипных связей объекта. Вместе с тем принципы системного подхода обладают более широким и более гибким содержанием, они не подверглись слишком жёсткой концептуализации и абсолютизации, как это имело место с некоторыми линиями в развитии указанных направлений.

Будучи в принципе общенаучным направлением методологии и непосредственно не решая философских проблем, системный подход сталкивается с необходимостью философского истолкования своих положений. Сама история становления системного подхода убедительно показывает, что он неразрывно связан с фундаментальными идеями материалистической диалектики, что нередко признают и многие из западных учёных. Именно диалектический материализм дает наиболее адекватное философско-мировоззренческое истолкование системного подхода: методологически оплодотворяя его, он вместе с тем обогащает собственное содержание. При этом, однако, между диалектикой и системным подходом постоянно сохраняются отношения субординации, так как они представляют разные уровни методологии и системный подход выступает как конкретизация принципов диалектики.

В системном исследовании обоснованию подлежит, прежде всего, рассмотрение объекта как системы – насколько такое рассмотрение необходимо, насколько оно диктуется реальными задачами исследования. Следует подчеркнуть, что системный подход является адекватным исследовательским подходом при исследовании не любых объектов, произвольно называемых системами, а лишь таких объектов, которые представляют собой органичное целое. В этот класс попадают биологические, социально-экономические и сложные технические системы. При этом, очевидно, что само по себе употребление системных слов и понятий еще не дает системного исследования даже в том случае, если объект действительно может быть рассмотрен как система.

Исследование объекта как системы предполагает использование ряда системных представлений (категорий), среди которых основными являются:

1. Структурное представление. Оно связано с выделением элементов системы и связей между ними.

2. Функциональное представление – выделение совокупности функций (целенаправленных действий) системы и её компонентов, направленное на достижение определённой цели.

3. Макроскопическое представление – понимание системы как нерасчленимого целого, взаимодействующего с внешней средой.

4. Микроскопическое представление основано на рассмотрении системы как совокупности взаимосвязанных элементов. Оно предполагает раскрытие структуры системы.

5. Иерархическое представление.

6. Процессуальное представление, которое предполагает понимание системного объекта как динамического объекта, характеризующегося последовательностью его состояний во времени.

Рассмотрим процесс формирования общего и детального представления системы, включающий девять основных стадий.

Формирование общего представления системы

Стадия 1. Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование (выбор) основных пред­метных понятий, используемых в системе. На этой стадии речь идет об уяснении основных выходов в системе. Именно с этого лучше всего начинать ее исследование. Должен быть определен тип выхода: материальный, энергетический, информационный, они должны быть отнесены к каким-либо физическим или дру­гим понятиям (выход производства – продукция (какая?), выход системы управления – командная информация (для чего?, в каком виде?), выход автоматизированной информационной системы – сведения (о чем?) и т.д.).

Стадия 2. Выявление основных функций и частей (модулей) в системе. Понимание единства этих частей в рамках систе­мы. На этой стадии происходит первое знакомство с внутренним содержанием системы, выявляется, из каких крупных частей она состоит и какую роль каждая часть играет в системе. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основ­ных связей. Такие сведения следует представлять и изучать при помощи структурных или объектно-ориентированных методов анализа систем, где, например, выясняется наличие преимуще­ственно последовательного или параллельного характера соеди­нения частей, взаимной или преимущественно односторонней направленности воздействий между частями и т.п. Уже на этой стадии следует обратить внимание на системо­образующие факторы, т.е. на те связи, взаимообусловленности, которые и делают систему системой.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний в функционировании; в системах с управлением – выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе, ход событий, вводят­ся параметры состояния, рассматриваются факторы, влияющие на эти параметры, обеспечивающие течение процессов, а также условия начала и конца процессов. Определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществлению системой своих главных функций. Для управляемых систем уясняются основные управляющие воздействия, их тип, источник и степень влияния на систему.

Стадия 4. Выявление основных элементов внешней среды, с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии решается ряд отдельных проблем. Иссле­дуются основные внешние воздействия на систему (входы). Оп­ределяются их тип (вещественные, энергетические, информаци­онные), степень влияния на систему, основные характеристики. Фиксируются границы того, что считается системой, определя­ются элементы «несистемы», на которые направлены основные выходные воздействия. Здесь же полезно проследить эволюцию системы, путь ее формирования. Нередко именно это ведет к по­ниманию структуры и особенностей функционирования системы. В целом данная стадия позволяет лучше уяснить главные функции системы, ее зависимость и уязвимость или относительную независимость во внешней среде.

Стадия 5. Выявление неопределенностей и случайностей в ситуации их определяющего влияния на систему (для стохасти­ческих систем).

Стадия 6. Выявление разветвленной структуры, иерархии, формирование представлений о системе как о совокупности мо­дулей, связанных входами-выходами.

Стадией 6 заканчивается формированием общих представле­ний о системе. Как правило, этого достаточно, если речь идет об объекте, с которым мы непосредственно работать не будем. Если же речь идет о системе, которой надо заниматься для ее глубоко­го изучения, улучшения, управления, то нам придется пойти даль­ше по спиралеобразному пути углубленного исследования сис­темы.

Формирование детального представления системы

Стадия 7. Выявление всех элементов и связей, важных для целей рассмотрения. Их отнесение к структуре иерархии в систе­ме. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны друг с другом, поэтому их обсуж­дение полезно провести вместе. Стадия 6 – это предел познания «внутрь» достаточно сложной системы для лица, оперирующего ею целиком. Более углубленные знания о системе (стадия 7) бу­дет иметь уже только специалист, отвечающий за ее отдельные части. Для не слишком сложного объекта уровень стадии 7 – зна­ние системы целиком – достижим и для одного человека. Таким образом, хотя суть стадий 6 и 7 одна и та же, но в первой из них мы ограничиваемся тем разумным объемом сведений, который доступен одному исследователю.

При углубленной детализации важно выделять именно суще­ственные для рассмотрения элементы (модули) и связи, отбрасы­вая все то, что не представляет интереса для целей исследования. Познание системы предполагает не всегда только отделение су­щественного от несущественного, но также акцентирование внимания на более существенном. Детализация должна зат­ронуть и уже рассмотренную в стадии 4 связь системы с внешней средой. На стадии 7 совокупность внешних связей считается проясненной настолько, что можно говорить о доскональном знании системы.

Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению сис­темы. Дальнейшие стадии уже рассматривают только ее отдель­ные стороны. Поэтому важно еще раз обратить внимание на сис­темообразующие факторы, на роль каждого элемента и каждой связи, на понимание, почему они именно таковы или должны быть именно таковыми в аспекте единства системы.

Стадия 8. Учет изменений и неопределенностей в систе­ме. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изме­нение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных частей (модулей) на но­вые, позволяющие не только противостоять старению, но и по­высить качество системы по сравнению с первоначальным состо­янием. Такое совершенствование искусственной системы приня­то называть развитием. К нему также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей, накопле­ние информации для лучшего ее использования, а иногда и пере­стройку структуры, иерархии связей.

Основные неопределенности в стохастической системе счита­ются исследованными на стадии 5. Однако недетерминирован­ность всегда присутствует и в системе, не предназначенной рабо­тать в условиях случайного характера входов и связей. Добавим, что учет неопределенностей в этом случае обычно превращается в исследование чувствительности важнейших свойств (выходов) системы. Под чувствительностью понимают степень влияния из­менения входов на изменение выходов.

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур приня­тия решения. Для целенаправленных и других систем с управлением данная стадия имеет большое значение. Основные управляющие факто­ры были уяснены при рассмотрении стадии 3, но там это носило характер общей информации о системе. Для эффективного вве­дения управлений или изучения их воздействий на функции сис­темы и процессы в ней необходимо глубокое знание системы. Именно поэтому мы говорим об анализе управлений только сей­час, после всестороннего рассмотрения системы. Напомним, что управление может быть чрезвычайно разнообразным по содержанию – от команд специализированной управляющей ЭВМ до министерских приказов.

Однако возможность единообразного рассмотрения всех целенаправленных вмешательств в поведение системы позволяет говорить уже не об отдельных управленческих актах, а о системе управления, которая тесно переплетается с основной системой, но четко выделяется в функциональном отношении.

На данной стадии выясняется, где, когда и как (в каких точ­ках системы, в какие моменты, в каких процессах, скачках, выбо­рах из совокупности, логических переходах и т.д.) система уп­равления воздействует на основную систему, насколько это эф­фективно, приемлемо и удобно реализуемо. При введении управлений в системе должны быть исследованы варианты пере­вода входов и постоянных параметров в управляемые, определе­ны допустимые пределы управления и способы их реализации.

После завершения стадий 6-9 исследование систем продолжается на качественно новом уровне – следует специфическая стадия моделирования. О соз­дании модели можно говорить только после полного изучения системы.

В заключение еще раз подчеркнем, что между разными направлениями системных исследований не существует принципиальных отличий, а следовательно, и ясно очерченных линий разграничения. Вместе с тем каждое из этих направлений характеризуется  определенными признаками и оттенками.