Тема 3. Исторический и методологический аспекты системного подхода

Системность как свойство природы, человеческой деятельности, знания ...

В современном мире специалисты в различных областях знаний постоянно сталкиваются с необходимостью решать сложные проблемы, порожденные сложностью самого окружающего мира, как естественного (природа), так и искусственного (техносфера) и социального. Для того, чтобы успешно с этой задачей справиться, недостаточно рассмотрения каких-то отдельных элементов, отдельных, частных вопросов. Необходимо рассматривать их, как мы говорим, в системе, с учетом множества взаимосвязей, множества специфических свойств.

Системность – это не какое-то придуманное учеными качество. Системен окружающий нас мир. Системно само человеческое мышление. Однако есть разные уровни системности. Применительно к человеческому знанию, человеческой деятельности это особенно заметно. Что такое появление проблемы? Это сигнал о недостаточной системности существующей деятельности. Что такое решение возникшей проблемы? Это успешный переход на новый, более высокий уровень системности.

Системно ли наше знание, наши представления? Возьмем то же слово «система» или «системность». Все вы, вероятно, смутно, интуитивно понимаете, что это такое, но попытка выразить словами эти понятия покажет, что это не так просто. То есть ваши представления системны, но уровень системности невысок, вы будете его повышать постепенно, в процессе изучения предмета.

Мы легко употребляем в нашей речи слово «система» («солнечная», «нервная», «экологическая», «система мероприятий», «система уравнений», «система взглядов и т.п.). Самые очевидные и обязательные признаки систем мы можем отметить уже сейчас, а именно определенный состав, структурированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, иерархичность, подчиненность организации всей системы определенный цели.

Системность человеческой деятельности. Если мы будет рассматривать практическую деятельность человека, то все перечисленные признаки систем здесь в самом деле очевидны. Действительно:

1) Всякое наше осознанное (неосознанные действия пока оставим в стороне) действие преследует определенную цель.

2) Во всяком действии легко увидеть его составные части, т.е. более мелкие действия.

3) При этом легко убедиться, что эти действия (составные части) должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной последовательности. Это и есть определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности.

Системность познания. Окружающий нас мир бесконечен. Человек же существует конечное время и располагает конечными материальными, энергетическими, информационными ресурсами. Но тем не менее человек получает мир и, идя долгой, извилистой тропой, совершая многочисленные ошибки, все же познает его верно, свидетельством чему является его практическая деятельность. А. Эйнштейн говорил, что самое удивительное в природе то, что она познаваема.

Следовательно, человеческое познание имеет какие-то особенности, которые позволяют разрешать противоречие между неограниченностью желаний человека познать мир и ограниченностью его возможностей сделать это, между бесконечностью природы и конечностью ресурсов человечества.

Такой особенностью является, прежде всего, наличие аналитического и синтетического образов мышления, т.е. способности к анализу и синтезу.

Анализ – это разделение целого на части, представление сложного в виде совокупности более простых компонент.

Чтобы понять целое, сложное, нужен и обратный процесс – синтез.

Синтез – метод исследования, состоящий в познании изучаемого предмета, явления как единого целью, в единстве и взаимосвязи его частей.

Аналитичность человеческого познания находит выражение, в частности, в выделении из единой натурфилософии различных наук. Процесс дифференциации наук, глубокое изучение все более узких вопросов идет и поныне.

Вместе с тем возникают так называемые «пограничные» науки, образующиеся как бы на стыке различных дисциплин, как, например, биохимия, биофизика.

Это уже процесс «синтеза» знаний. Другая, более высокая форма синтетических знаний реализуется в виде наук о самых общих свойствах природы (философия, математика). Такие науки как кибернетика, теория систем, теория организации, теория управления, инженерная психология, синтетичны по своей сути. В них соединяются естественные, технические и гуманитарные знания.

Системность как свойство материи. Вернемся к вопросу о системности окружающего нас физического мира. Мы выяснили, что практической деятельности человека и его мышлению присуща системность. Но не специфическое ли это свойство человека, своего рода приспособление, выработанное для собственного удобства, упрощения своей деятельности в окружающем мире, а мир ничего не имеет общего с нашими представлениями о нем.

Голландский философ – материалист XVII в Б.Спиноза высказывался в совершенно определенном роде: «… порядок и связь идей та же, что порядок и связь вещей…» поскольку «…субстанция мыслящая и субстанция протяженная составляют одну и ту же субстанцию».

И. Кант считал, что мы должны «…предполагать систематическое единство природы непременно как объективно значимое и необходимое», а системность разума призвана искать в природе это вещество.

Итак:

• Системность мира представляется в виде объективно существующей иерархии различно организованных взаимодействующих систем;

• Системность мышления реализуется в том, что знания представляются в виде иерархической системы взаимосвязанных моделей.

Для решения системных задач было создано множество подходов, методов, приемов, которые в процессе своего развития и обобщения оформились в определенную технологию преодоления количественных и качественных сложностей. Поскольку большие и сложные системы стали предметом изучения, управления и проектирования, потребовалось обобщение методов исследования таких систем и методов воздействия на них. Следовательно, появилась потребность в некоей прикладной науке, которая бы объединила теорию и технологию (практику) решения системных задач.

Исторический аспект: Аристотель, Ампер, Богданов,…

Существование современной человеческой цивилизации порождено системным накоплением знаний, в основе которого в свою очередь заложен системный подход к познанию окружающей нас действительности. Еще Аристотель постулировал: «Важность целого превыше важности его составляющих». Такое нерасчлененное знание является результатом непосредственного созерцания всеобщей связи явлений природы как одного целого. Разложение природы на ее отдельные части, разделение различных процессов и предметов природы на определенные классы, исследование внутреннего строения органических тел по их анатомическим формам позволяет достигать значительных успехов в области познания природы лишь при условии общесистемного подхода к познанию. Так Р. Декарт утверждал, что Разум должен предполагать порядок даже там, где объекты мышления вовсе не даны в их естественной связи.

Современный системный подход к исследованию проблем - это следствие научно-технической революции, предлагающей все более сложные объекты исследования, а также необходимости решения ее проблем с помощью одинаковых подходов, методов, технологий. Такие проблемы, например, как управление сложной системой, возникают и в экономике, и в информатике, и в биологии, и в политике и т.д.

Впервые в явной форме вопрос о научном подходе к анализу и управлению сложными системами, какими является общество, поставил М.А. Ампер. При построении классификации всевозможных наук (Опыт философии наук, или аналитическое изложение классификации всех человеческих знаний, ч. 1, 1834, ч.2, 1843), он выделил специальную науку об управлении государством и назвал ее кибернетикой. При этом он подчеркнул ее системные особенности: «Беспрестанно правительству приходится выбирать из различных мер ту, которая более всего пригодна к достижению цели (...) и лишь благодаря углубленному и сравнительному изучению различных элементов, доставляемых ему для этого выбора (...) оно может составить себе общие правила поведения. Эту науку я называю кибернетикой от греческого слова, обозначавшего сперва искусство управления кораблем, а затем постепенно получившее у греков более широкое значение искусства управления вообще.» Идеи Ампера развил Б. Трентовский в книге «Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом», опубликованной в 1843 г. Трентовский ставил целью построение научных основ практической деятельности руководителя (кибернета): «Применение искусства управления без серьезного изучения соответствующей теории подобно врачеванию без глубокого понимания медицинской науки».

К числу основоположников развития научных основ системного подхода следует отнести и академика Е.С. Федорова, установившего ряд системных закономерностей структуризации и развития систем, в частности, им были отмечено свойство самоорганизации систем, способность к приспособлению, к повышению структурной организации (стройности). Развитие научного системного подхода связано и с работами А.А. Богданова (А.А. Малиновского): Всеобщая организационная наука (тектология), первый том вышел в 1911 г., а третий в 1925 г. Идея Богданова состояла в том, что все объекты и процессы имеют определенный уровень организованности. Тектология должна изучать общие закономерности организаций для всех уровней. Он отмечал, что уровень организации тем выше, чем больше свойства целого отличаются от простой суммы свойств его частей. Основное внимание уделяется закономерностям развития организации, рассмотрению соотношений устойчивого и изменчивого, значению обратных связей, роли открытых систем. Особый интерес представляют динамические аспекты тектологии, где анализируются кризисы как переход структуры организации в новое качественное состояние. Подчеркивалась роль моделирования и математики при решении задач тектологии.

Во второй половине 20 века становление научного системного подхода находилось под влиянием необходимости построение сложных технических систем преимущественно военного назначения. В 1948 году была опубликована работа Н. Винера «Кибернетика, или наука об управлении и связи в животных и машинах». В 1956 г. в Париже состоялся Первый международный конгресс по кибернетике и началось широкое изучение систем учеными различных областей. В нашей стране кибернетика была встречена враждебно и объявлена лженаукой. Только усилиями таких ученых как А. Берг, А.Н. Колмогоров, А.А. Любищев и ряда других стало ясно, что кибернетика имеет свой предмет изучения и специфические методы исследования. Важную роль сыграли определения данные в тот период: кибернетика это наука об управлении сложными динамическими системами (А.И. Берг) и кибернетика - наука о системах, воспринимающих, хранящих и использующих информацию (А.Н. Колмогоров). Причем для кибернетики не является существенным природа системы, а важны лишь ее системные свойства. Но кибернетике того периода был присущ некоторый механицизм, при моделировании интеллекта учитывалась только его логическая компонента, принцип оптимизации реализуется только для полностью формализованных систем и т.д.

В рамках кибернетики Винера произошло дальнейшее развитие системных представлений, а именно:

1. типизация моделей систем;

2. выявление значения обратных связей в системе;

3. подчеркивание принципа оптимальности в управлении и синтезе систем;

4. понятие информации как всеобщего свойства материи, осознание возможности ее количественного описания;

5. развитие методологии моделирования вообще и в особенности машинного эксперимента, т.е. математическая экспертиза с помощью ЭВМ.

Следующий этап в развитии системных представлений связан с именем Л. фон Берталанфи. Он пытался создать общую теорию систем любой природы на основе структурного сходства законов различных дисциплин. Его основной труд «Общая теория систем» издан в 1950 г. Самым заметным достижением Л. Берталанфи является введение понятия открытой системы. Если Винер рассматривал только внутрисистемные связи, то Берталанфи изучал обмен системы со средой веществом, энергией и информацией (негэнтропией).

Берталанфи подчеркивал особое значение обмена системы веществом, энергией и информацией (отрицательной энтропией или негэнтропией) с окружающей средой. В открытой системе устанавливается динамическое равновесие, которое может быть направлено в сторону усложнения организации вопреки второму закону термодинамики (благодаря вводу негэнтропии извне). В этом случае функционирование системы – это не просто отклик на изменение внешних условий, а сохранение старого или установление нового подвижного внутреннего равновесия системы (гомеостазиса). Развитие происходит путем перехода к новому внутреннему равновесию системы, затем периоду стабильности и накопления ресурсов для новой перестройки и т.д. Но заманчивый замысел построить общую теорию систем, как логико-математическую дисциплину не реализован до сих пор.

Современное состояние теории систем связано с работами И.Р. Пригожина. Исследуя термодинамику неравновесных физических систем (Нобелевская премия 1977 г.), он понял, что обнаруженные им закономерности относятся к системам любой природы. Его основные результаты связаны с самоорганизацией систем. Он как бы заново открыл уже известные свойства систем, но, кроме этого, предложил новую теорию динамики систем. Суть его теории заключается в следующем.

Материя не является пассивной субстанцией; ей присуща спонтанная активность, вызванная неустойчивостью неравновесных состояний, в которые приходит система в результате взаимодействия с окружающей средой. Так реализуется механизм самоорганизации систем, причем в особые «переломные» моменты (точки бифуркации) принципиально невозможно предсказать, станет ли система менее или более организованной

Наряду с уже упомянутыми учеными следует отметить вклад в развитие научного системного подхода в работах отечественных и зарубежных ученых, в частности, А.В. Антонова, В.С.Анфилатова, В.Н.Волковой и А.А. Денисова, Ю.Н.Дегтярева, А.А. Емельянова, В.В. Кафарова, А.А. Колесникова, Д. Клиланд и В. Кинг, А.А.Кукушкина, Г.Кунц и С.О′Доннел, Н.Н. Моисеева, Ф.И. Перегудова и Ф.П. Тарасенко, Б.Я. Советова и С.А. Яковлева, А.И.У емова, Ю.И.Черняка, С. Шлер и С. Меллор и др.

Можно, видимо, говорить о наступлении этапа научного системного подхода к проблемам науки, образования, техники и технологии, этапа, концентрирующего внимание не только на вещественно-энергетических, но и на информационно-логических, системно-междисциплинарных аспектах, построения и исследования системно-информационной картины мира (рис.1.1.).

Методологический аспект: Преимущества системного подхода

Системный подход — это ме­тодологическое направление в науке, направленное на исследование больших и сложных систем или решение сложных недостаточно четко сформулированных проблем. Системный подход представляет собой основу, дающую возможность рассматривать объект или проблему как единую систе­му и позволяющую облегчить процесс достижения целей функционирования этой системы с помощью ясного и четко­го понимания работы подсистем и интеграции их в единое целое.

Системный подход способствует выработке правильного способа мышления, который, с одной стороны, способствует устранению излишней усложненности, с другой — помогает специалисту уяснять сущность сложных проблем и принимать адекватные решения на осно­ве четкого представления об окружающей обстановке. Важно структурировать задачу, очертить границы системы. Столь же важно учесть, что системы являются частью более крупных систем. Следует отметить, что эффективность системного подхода тем выше, чем к более сложной системе он применяется. При этом непременным условием является чет­кое формулирование единых системных целей при комплекс­ном, взаимосвязанном рассмотрении существенных аспектов этой системы.

Если традиционные дисциплины изучают системы, как правило, исключая перекрестные связи с явлениями, входя­щими в прерогативу других дисциплин, то при системном подходе такая позиция принципиально неприемлема. Систем­ный эффект заключается в возникновении нового качества при совокупности факторов.

К основным преимуществам системного подхода относят:

1) высвечивается то общее в различных объ­ектах и процессах, что затеняется различными деталями и трудно обнаруживается, пока не отброшены частности. После исключения частностей исследуемый объект или процесс видится по-новому;

2) методы принятия решений переносятся из одних функ­циональных областей в другие;

3) у специалистов кардинально меняется стиль научного мышления. От детерминированных моделей они переходят к использованию моделей с нечеткими целями и ограничениями, к применению математического аппарата нечетких множеств;

4) не допускается переоценка возможностей отдельных ме­тодов при принятии решений, например, только математи­ческого моделирования в ущерб экспертным оценкам. Другими словами, исключается «снятие» всех проблем с использованием одного инструмента;

5) осуществляется синтез знаний из различных наук (матема­тики, логики, теории систем, теории управления);

6) специалисты учитывают в проектах системы и функционирования динамического объ­екта действие интегративного эффекта как основного свойства системы, что приводит к разработке эффективных и экономичных проектов;

7) в проекты вводится информационное описание системы (виды, объемы, назначение и пути прохождения информа­ции) и разрабатывается процесс сбора и обработки данных и информации. При традиционном проектировании и управлении информационное описание, как правило, представлено слабо и оказывается недостаточным для эф­фективного проектирования и управления. Данные при системном подходе собираются не случайным образом, а определяются системой моделей;

8) возникает объективная основа для выбора необходимых направлений дальнейшего развития исследований в конкретной прикладной об­ласти, к которой относится проектируемая система.

Сущность системного подхода

Интеграция наук в условиях все возрастающей их диффе­ренциации — это диалектическое единство противоположно­стей — становится тенденцией времени. У этой тенденции прослеживается два аспекта: первый — возникновение новых наук на стыке существующих; второй — разработка общего подхода к разнообразным объектам исследований — систем­ного подхода.

Базисом развития системных идей и системного подхода явились следующие три фактора:

1) современные научные, фундаментальные и прикладные исследования с подходом целостности, организованности объектов исследования;

2) современная техника и программное обеспечение, в которой системный подход представляет ведущий прин­цип разработки сложных объектов;

3) организация производства и управления, когда в анализ процессов вовлекаются экономические, экологические, социологические, организационные, психологические, правовые и этические аспекты.

Если при стихийном использовании системного подхода главной целью было изучение конечных результатов, то для последующего этапа характерно переключение внимания на начальные стадии процесса, связанные с вы­бором и обоснованием целей, их полезности, условий функ­ционирования, связей с процессами поставщиков. Это потре­бовало знаний о структуре и функциях систем, что повысило роль теоретических знаний. Если теоретическая деятельность на первом этапе была направлена на описание и классификацию изучаемых объектов, то на втором этапе — на выявление механизмов функционирования систем, а также условий, нарушающих их нормальную дея­тельность.

Системный подход — это направление методологии на­учного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем. Системный подход ориентирует исследователей на раскрытие целостности объек­та, на выявление многообразных связей в нем и сведение их в единую теоретическую картину.

Системный подход представляет собой совокупность ме­тодов и средств, позволяющих исследовать свойства, структу­ру и функции объектов и процессов в целом, представив их в качестве систем со сложными межэлемент­ными взаимосвязями, взаимовлиянием элементов на систему и на среду, а также влиянием самой системы на ее структурные элементы.

Принцип системного подхода заключается в рассмотре­нии элементов системы как взаимосвязанных и взаимодействующих для достижения глобальной цели функ­ционирования системы. Особенностью системного подхода является исследование функционирования не отдельных эле­ментов, а всей системы в целом. Исследуемый процесс или объект отграничивается во внешней среде, проявляя себя, как система, являющаяся частью более крупных систем. При этом рассматривается изу­чаемый объект как комплекс взаимосвязанных подсистем, объединенных общей целью, раскрываются его интегративные свойства, а также внутренние и внешние связи. Системный подход пред­полагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит конкретная конечная цель, для достижения которой формируется данная система. Такой подход означает, что каждая система является интегрирован­ным целым даже тогда, когда она состоит из отдельных ра­зобщенных подсистем (рис.1.2).

Системный подход — это обычно многоцикловый про­цесс познания и поиска причин и решений для достижения определенной цели, для которой выделяется некоторая система. Как правило, после первого цикла специа­листы убеждаются, что данная система функционирует недостаточно эффективно. В поисках устранения этой проблемы специалисты выходят на новый цикл системного анализа. Анализируются прототипы, рассматривается системно функционирование каждого элемента (подсистемы), действенность связей, правомочность ограничений. Если не удается достигнуть желаемого эффекта, целесообразно вер­нуться к уточнению системы. Возможно, необходимо ее рас­ширить, ввести в нее еще другие элементы, предусмотреть новые связи. В новой, расширенной системе повышается возможность получения более широкого спектра решений (выходов), среди которых может оказаться желаемое.

Системный подход основывается на принципах:

1) глобальной цели — ответственность за выбор глобальной цели, оптимум подсистем не является оптимумом всей системы;

2) единства — совместное рассмотрение системы как едино­го целого и как совокупности частей;

3) иерархии— учет соподчинения и ранжирования частей;

4) функциональности — совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структу­рой;

5) развития — учет изменяемости системы, ее способности к развитию, накапливанию информации с учетом динамики среды;

6) неопределенности — учет вероятностного наступления события;

7) реализуемости — степень выполнения решений и вы­водов.

Суть системного подхода можно представить следующим кортежем:

S =<Z, Q, M, R, Str(Org), W, F, I>, (1.1)

где S - совокупность методологических требований системного подхода; Z- формулирование цели или структуры целей системы или ее выявление при решении задачи анализа; Q - определение интегративных качеств системы как целого и (или) методов их установления, изучение образования механизма обеспечения цели системы как целого и ее интегративных свойств; M - членение системы на множество ее составляющих подсистем; R - выявление отношений данной системы и ее подсистем с другими системами (внешней средой); Str(Org) - анализ структуры (организации) системы, изучение ее влияния на интегративные качества системы в целом; W - изучение влияния внешней среды на систему; F - анализ процесса функционирования системы, в том числе, ее развития; I - анализ информационных потоков, циркулирующих в системе и поступающих из вне для целей управления ею.

Системный подход при исследовании сложного объекта или процесса основывается на их целостном видении. Именно целостное описание исследуемых сложных объектов позволяет воедино свя­зывать их различные аспекты. Существенное значение также имеют протекающие в системах процессы управления, требующие исследования систем в плане циркулирующих в них информа­ционных потоков, поведения и выбора цели. Суть системного подхода заключается в том, что при изу­чении любого сложного объекта или процесса в первую очередь выявляются и анализируются наиболее ха­рактерные для них системные аспекты, определяющие их функционирование и развитие.

Системный подход к решению проблем включает следующие этапы:

 отыскание возможных вариантов решения;

 определение последствий использования каждого из возможных вариантов решения;

 применение объективных утверждений или критериев, которые указывают, является ли одно решение более предпочтительным, чем другие.

При этом не предполагается, что используемые способы выбора решения являются единственными или, что они не имеют определенностей.

Определение СА Квейда и Бучера:

«Системный подход помогает лицу, принимающему решение, выбрать последовательность действий путем общего изучения стоящей перед ним проблемы, определения цели, нахождения вариантов решения и сравнения последних под углом зрения соответствующих им результатов, причем для квалифицированного суждения об исследуемой проблеме используются по возможности аналитические зависимости".

Вот некоторые положения, которые желательно учитывать при системном подходе:

1. процесс принятия решения должен осуществляться таким образом, чтобы используемые способы выбора решений можно было бы оценить, улучшить или заменить на другие;

2. критерии оценки, используемые в процессе принятия решения, должны быть четко сформулированы;

3. усилия, затраченные на нахождение связей между причиной и следствием, могут быть в дальнейшем оправданы лучшим пониманием изучаемой проблемы.