Основы теории систем (учебное пособие Розанов Ф.И. УлГТУ)

управляющим центром в следствии повышения уровня организации системы. Дополняет данные идеи принцип «прогрессирующей механизации», так же предложенный Берталанфи, согласно которому количество возможных состояний системы и количество возможных вариантов взаимодействия ее элементов между собой неизбежно уменьшается по мере развития организованности системы. При этом взаимодействие элементов, составляющих систему, «механизируется», становится более определенным и формальным, а за определенными структурами системы закрепляются соответствующие механизмы функционирования, что является необходимым условием возрастания эффективности управления и самоуправления системы и повышения ее адаптационного потенциала.

А.А. Богданов, чьи пионерские работы легли в основу классических системных исследований, сформулировал принцип «организационной непрерывности», утверждающий всеобщую связь всех систем через внешнюю среду и другие «системы-посредники». Данный принцип понимался им не только как одно из базовых положений всеобщей организационной науки, но и как обоснование необходимости интегративного объединения наук, поскольку все системы, не смотря на бесконечные внешние различия, являются частью одного универсума и содержат в себе, в той или иной форме, одни и те же организационные структуры. Принцип «взаимнодополнительных соотношений», предложенный Богдановым, утверждает, что в процессе развития сложных систем они образуют взаимные связи с другими системами, окружающими их, в следствии чего между этими системами формируются обменные связи и устанавливается взаимозависимость. Взаимозависимость систем обусловлена тем, что каждая система обменивается со средой веществом и энергией, и «продукты выделения» одной системы являются необходимыми ресурсами для другой системы в результате чего между системами формируется, говоря языком экологии, системная «пищевая цепочка». Богданов выдвинул так же принцип «моноцентризма», постулирующий неизбежное стремление любых сложных систем к централизации и формированию единого управляющего координационного центра. В качестве следствия этот принцип так же утверждает прямо пропорциональную зависимость между централизацией и уровнем организации системы.

Исследуя физиологические процессы и саморегуляцию в организме П.К. Анохин пришел к пониманию принципиальной необходимости обратной связи в сложных системах. Первоначально под обратной связью Анохин понимал обратную афферентацию, которая, за счет «непрерывной обратной информации о приспособительном результате», позволяет функциональным системам регулировать свою деятельность. В дальнейшем он стал трактовать данный принцип более широко, как универсальный механизм поддержания устойчивости в сложных динамических системах, ут-

11

верждая, что любое циклическое взаимодействие между частями динамической системы является обратной связью.

Другой русский ученый М.И. Сетров также внес вклад в становление теории систем предложив два новых системных принципа. Принцип «совместимости» постулирует необходимость качественной и организационной однородности, общности природы элементов для того, чтобы они могли быть совместимыми и потенциально способными организовать систему. Второй, предложенный им, принцип «актуализации функций» утверждает обязательную корреляцию уровня организации системы и функциональной специализации составляющих его элементов, выражающуюся в росте функциональной дифференциации и специализации элементов по мере развития и усложнения системы. Данный принцип позволяет так же определить границы системы за счет определения функциональной принадлежности и дополнительности к другим элементам системы.

Один из пионеров системных и кибернетических исследований У.Р. Эшби предложил «закон необходимого разнообразия», в менее четкой форме предвосхищающий принципы, сформулированные позже Сетровым. Данный закон утверждает, что разнообразие элементов является необходимым условием повышения уровня организации системы и увеличения ее адаптационных свойств за счет повышения разнообразия элементов и установления между ними более разветвленных и более обширных связей. При этом Эшби отмечает, что повышение уровня организации невозможно без увеличения разнообразия элементов, но увеличение разнообразия само по себе, без образования новых связей, может быть и разрушительным для системы. Можно также утверждать, что, в неявной форме, данный закон содержит указание на необходимость неравновесия в системе, так как только неравновесные элементы создают в процессе своего взаимодействия сложную динамику, необходимую для нелинейного развития системы. Так же Эшби сформулировал «закон опыта», определяющий закономерность к уменьшению возможных состояний сложных систем в процессе развития, что обусловлено увеличением адаптационных возможностей системы в следствии роста количества составляющих ее элементов и/или сложности связей между ними. Данный закон фактически утверждает неизбежное развитие любой системы, независимо от ее генезиса и факторов, определяющих развитие, к некоему статистически определимому наиболее вероятному состоянию – аттрактору.

Российский кибернетик и философ Е.А. Седов предложил «закон иерархических компенсаций», согласно которому по мере развития системы уменьшается разнообразие ее элементов, их вариативность, т.е. количество возможных состояний, в которых элементы системы могут оказаться. Прямая формулировка этого закона утверждает, что в процессе развития «центр» системы, ее организационное ядро развивается быстрее, чем «пе-

12

риферия», находится на более высоком уровне развития и обладает большей степенью свободы, большим разнообразием. Логическое развитие данного закона позволяет предположить, что необходимым условием функционирования и развития сложных систем является подавление и уменьшение центром вариативности периферических элементов, искусственное уменьшение их разнообразия.

Классик кибернетики С.Т. Бир также внес вклад в развитие ОТС сформулировав принцип «внешнего дополнения», согласно которому в процессе передачи информации от периферии к центру и передачи управляющих сигналов от центра к периферии неизбежно возникают ошибки, которые могут быть скорректированы только за счет применения принципа «черного ящика». Кибернетический язык, на котором Бир сформулировал данное положение, достаточно сложен. На самом же деле речь идет о вероятностности любого управления и о фундаментальной вероятностности любых процессов функционирования и развития систем. Информация с периферии, в процессе своего пути по каналам связи к управляющему центру, неизбежно искажается и приходит в обобщенном, а значит измененном, неполном виде. Любые управляющие решения, в свою очередь, так же носят обобщенный характер, а значит не учитывают конкретной специфики периферийных элементов и их эффективность является не абсолютной, а вероятностной. Биром так же была сформулирована теорема о «рекурсивных структурах», согласно которой сложные системы, содержащие в качестве составных элементов другие сложные системы, должны быть рекурсивными с составляющими их элементами. В более общей форме данная теорема, фактически, утверждает, что что существует закономерная рекурсивность, повторяемость функциональных и организационных свойств элементов и образуемых из них систем.

В середине XX века начался расцвет системных исследований в различных областях научного знания, обусловленный потребностью общества

восмыслении глобальных цивилизационных перемен, и определяющих их факторов. Теория систем стала развиваться благодаря большому количеству самостоятельных, но при этом взаимосвязанных междисциплинарных исследований во всех отраслях науки. В разное время значительный вклад

всистемные исследования внесли представители таких научных направлений, как кибернетика, теория информации, теория игр, теория принятия решений, топология, факторный анализ, биология, психология, лингвистика, различные направления философии и социальных наук. Однако в последней четверти ХХ века наибольшие надежды и перспективы развития ОТС были связаны с новым научным направлением – синергетикой, или теорией сложных систем, исследующей с междисциплинарных позиций общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных

13

системах (физических, химических, биологических, экологических, социальных и других) на основе присущих им принципов самоорганизации.

Синергетика является закономерным развитием и дополнением ОТС, поскольку изначально возникла как междисциплинарное исследование универсальных законов, определяющих процессы функционирования, развития и, самое главное, самоорганизации систем на всех уровнях организации материи. Принципиальная методологическая установка синергетики заключается в единстве законов самоорганизации и соответствующем единстве теоретико-методологических оснований и математического аппарата для исследования систем не зависимо от их этиологии и генезиса. Основная проблематика синергетики – исследование структурной организации систем как закономерного состояния, возникающего в результате вероятностного и многовариантного взаимодействия сложных структур в условиях действия множества стохастических факторов. При этом системы с такими структурами являются открытыми, т.е. не стремятся к термодинамическому равновесию, а развиваются в результате сложных нелинейных процессов самоорганизации, происходящих в системах в результате их взаимодействия со средой.

Первоначально понятие синергизма появилось в медицине как обозначение процесса антагонистического действия мышц, осуществляющих противоположные движения. Позже известный физиолог Ч. Шеррингтон стал называть синергетическим согласованное взаимодействие нервной системы и мышц при управлении движениями. Автором термина синергетика является известный американский архитектор, дизайнер и изобретатель Р.Б. Фуллер. Однако в современном системном понимании термин синергетика ввел в научный оборот Г. Хакен в своей книге «Синергетика». Будучи физиком, Хакен проводил исследования синергетических эффектов преимущественно в статистической физике, нелинейной оптике и квантовой механике. Однако с 1973 года, совместно с большой группой единомышленников, стал одним из организаторов широкого спектра теоретических, прикладных и научно-популярных работ по синергетике в различных областях научного знания от лазерной техники и физики твёрдого тела и до проблем искусственного интеллекта и биологии.

Другой классик синергетики И. Пригожин работал в русле междисциплинарных физических, химических и математических исследований. Созданная им научная школа, всячески подчеркивая свою естественнонаучную направленность, не использует термин «синергетика», называя разрабатываемый ими подход «теорией диссипативных структур» или «неравновесной термодинамикой». Именно в работах Пригожина и его последователей формировались первые общенаучные теоремы синергетики, математические модели, исследовались исторические предпосылки и формулировались общемировоззренческие принципы теории неравновесных, не-

14

линейных процессов и самоорганизации как, фундаментального закона природы, новой парадигмы научных исследований.

Большой вклад в развитие синергетики внесли российские ученые. В.И. Арнольд, совместно с французским математиком Р. Томом, разработали математический аппарат для теории катастроф, который обладает большим объяснительным потенциалом в исследованиях многих синергетических явлений. Н.Н. Моисеев внес важный вклад в развитие синергетики своей концепцией коэволюции природы и цивилизации и идеями глобального эволюционизма. А.А. Самарский, С.П. Курдюмов и их последователи разработали ряд эффективных математических моделей процессов самоорганизации, а также предложили комплекс экспериментальных методик исследования нелинейных процессов, в том числе процессов т.н. «развития с обострением». Д.С. Чернавский и М.В. Волькенштейн разви-

вают синергетические исследования в биофизике. Исследованиями синергетических процессов и эффектов в социальной сфере и, прежде всего, в

истории занимаются С.П. Капица, Г.Г. Малинецкий, П.В. Турчин, С.Ю. Малков, Л.И. Бородкин, А.П. Назаретян, А.В. Коротаев и другие.

Несмотря на то, что синергетические исследования ведутся по всему миру уже несколько десятилетий, нельзя говорить о том, что существует такая наука – синергетика. На современном этапе синергетика – это скорее определенная методологическая установка научных исследований, объединяющая несколько тесно взаимосвязанных, но не образующих системной целостности подходов. Теория хаоса исследует феномены сверхсложной упорядоченности и самоорганизации систем. Теория фракталов изучает сложноорганизованные повторяющиеся, т.н. «самоподобные» структуры, возникающие в нелинейных системах и обладающие рядом уникальных свойств. В Теории катастроф рассматривается динамика процессов самоорганизации и такие феномены, как неустойчивость, стагнация, бифуркация, аттрактор, эмерджентность. Существуют направления синергетических исследований в биологии, психологии, лингвистике и других науках. Тем не менее, не смотря на разрозненность и явно недостаточную теоретико-методологическую согласованность подходов к исследованию неравновесных и нелинейных процессов, можно выделить ряд общих синергетических принципов, дающих более-менее целостную картину.

С точки зрения синергетики все системные природные объекты можно разделить на статические, динамические адаптивные и, наиболее сложные, эволюционирующие системы. Переход между разными уровнями системной организации осуществляется в результате возникновения в системах хаотического, неравновесного состояния, упорядочивание которого может привести к более высокому уровню организации. Необходимым условием процессов самоорганизации является неравновесность системы. Любая система является эмерджентной, поскольку в процессе своего

15

рождения или развития формируется из некоторого количества элементов, индивидуальные свойства которых в сумме образуют качественно новые характеристики системы. При этом изменения на микроуровне отражаются на общих характеристиках системы и, в случае образования устойчивого состояния, закрепляются в виде новой эмерджентной структуры.

Все подходы в синергетике рассматривают развитие систем как результат их открытости, т.е. постоянного взаимообмена со средой энергией и веществом для поддержания своего динамического равновесного состояния. Под динамическим равновесием понимается довольно широкий диапазон возможных состояний системы от режимов крайнего обострения и неустойчивости, до режимов максимальной стабильности и стагнации. Чем больше система отклоняется от состояния равновесия, тем более чувствительной она становится к воздействию внешних и внутренних сил, тем больше в ней возникает точек бифуркации – состояний критической нестабильности структуры, потенциально способных привести к переходу системы к новому устойчивому состоянию – аттрактору. При этом. по мере усложнения систем, все большее значение имеет эффективность регуляторных механизмов обратной связи, без которых высокоорганизованные системы, такие, как электронные системы, физиологические системы или социальные общности не могут существовать. В следствие этого синергетика, исследующая наиболее высокоорганизованные системы, неизбежно интегрируется с кибернетикой, физиологией, психологией и социальными науками.

Системный и синергетический подходы ясно показали, что для понимания природы сложных систем необходимо обращение к их онтологии, самым фундаментальным и самым общим основаниям, что требует разработки соответствующего трансдисциплинарного теоретикометодологического аппарата, включающего в себя знания и принципы из различных наук. Традиционно привлечение данных из разных научных дисциплин принято называть междисциплинарным подходом, подразумевающем обмен некоторыми данными или применение методологических принципов из разных самостоятельных наук. Однако, многие ученые считают, что конечной стадией, вершиной развития системного знания станет преодоление ограниченного междисциплинарного подхода, эклектично синтезирующего данные разных наук, и формирование целостной общей научной парадигмы, которая получила название трансдисциплинарность. Смысл трансдисциплинарности в том, что природа едина и целостна, поэтому нет и не может быть никакого принципиального разделения на отдельные науки, а должна быть единая системная теория с единой системной методологией. Сам термин «трансдисциплинарность» и проблематику трансдисциплинарных исследований в науке предложил в 1970 году Ж. Пиаже. Пиаже утверждал, что «после этапа междисциплинарных ис-

16

следований следует ожидать более высокого этапа – трансдисциплинарного, который не ограничится междисциплинарными отношениями, а разместит эти отношения внутри глобальной системы, без строгих границ между дисциплинами»1.

Начиная с 80-х годов XX века понятие трансдисциплинарности становилось все более актуальным для науки, поскольку по мере развития наших знаний о природе становилось все более очевидным, что наиболее важные, фундаментальные проблемы науки и человечества вообще возможно решить только в рамках принципиально нового уровня теоретикометодологического обобщения. Очевидно, что такой уровень обобщения может быть достигнут только в рамках системной интеграции наук. Однако несмотря на то, что термин «Общая теория систем» существует уже почти столетие, было создано общество общей теории систем, а в 1988 учреждено Международное общество наук о системах (ISSS), полноценной интегративной теоретико-методологической парадигмы, способной осуществить тотальное объединение наук не предложено. Да и сама общая теория систем существует пока лишь как проект, а не как реальная всеобъемлющая фундаментальная теория Природы.

Один из основоположников системного П.К. Анохин критиковал универсальность статуса теории систем. «Ознакомившись подробно со всеми публикациями Общества общей теории систем (Society of General Systems Theory), можно с уверенностью утверждать, что теоретическая неопределенность, отсутствие связи с конкретными научными дисциплинами и неконструктивность основных положений непосредственно для исследовательской работы являются следствием игнорирования основной проблемы системологии – раскрытия системообразующего фактора. Без определения этого фактора ни одна концепция по теории систем не может быть плодотворной. Трудно допустить без него существование какой-либо теории систем и прежде всего общей теории систем... Так, например, можно утверждать, что термин общая, примененный к теории систем Берталанфи, не имеет достаточного логического обоснования. Именно это чрезвычайно ограничивает ее конструктивное использование в научноисследовательском процессе. ...Отсутствие системообразующего фактора, не дает возможности установить изоморфность между явлениями различного класса, а следовательно, и не может сделать теорию общей. Именно этот недостаток бросается в глаза при изучении аргументов сторонников общей теории систем. И это же обстоятельство неизменно препятствует

1 Жан Пиаже: теория, эксперименты, дискуссия / под ред. Л.Ф. Обуховой и Г.В. Бурменской. – М.: Академика, 2001. – С. 46.

17

общей теории систем стать инструментом конкретного научного исследования»2.

Тем не менее, не смотря на вышесказанное, все науки и все теории являются системными по своей природе и вносят свой вклад в развитие общей теории систем. Но если мы ищем фундаментальные основания теории систем, нам надо обратить внимание на те области знания, для которых системное знание будет не побочным продуктом, а которые изначально ставят своей целью нахождение всеобщих закономерностей путем междисциплинарной интеграции. Можно сразу назвать и сгруппировать те отрасли научного знания, которые в наибольшей степени формируют теоретические и методологические основания теории систем.

Со стороны философии:

Материалистическая диалектика.

Материалистическая теория отражения как имманентного свойства процессов взаимодействия в природе.

Общенаучные и философские концепции взаимодействия как

обмена.

Концепция трансгуманизма (М. Мор, Н. Бостром).

Концепция технологической сингулярности (В. Виндж, Р. Курцвейл).

Концепция биологического аболиционизма (Л. Манчини, Д. Пирс).

Философские концепции ОТС и системного подхода (Г.П. Щедровицкий, В.Н. Садовский, И.В. Блауберг, Э.Г. Юдин, А.И. Уёмов, Э. Ласло, Р. Акофф, М.И. Сетров, Г.П. Мельников и др.).

Со стороны системного подхода:

Коллективная рефлексология В.М. Бехтерева.

Тектология как общая теория организации А.А. Богданова.

Общая теория функциональных систем П.К. Анохина.

Общая теория систем (Л. фон Берталанфи, А.Д. Холл, Р.И. Фейджин и др.)

Синергетика как наука о самоорганизации (Г. Хакен, И. Пригожин), а также идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы (Н.Н. Моисеев, М.В. Волькенштейн, Д.С. Чернавский).

Синергетические концепции клиодинамики, клиометрики и универсальной истории (Г.Г. Малинецкий, Л.И. Бородкин, С.П. Капица, А.В. Коротаев, С.Ю. Малков, А.П. Назаретян и др.).

Концепция метасистемного перехода В.Ф. Турчина.

2 Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональных систем. – М.: Наука, 1980. –

С. 189.

18

Со стороны информационного подхода:

Кибернетика, как наука о всеобщих принципах управления в природе и обществе, и связанные с ней теории обработки информации и теории менеджмента.

Теории информации как сущностной основы процессов отражения (В.Б. Гухман, А.Д. Урсул) и концепция информации как изоморфа «другого» В.И. Игнатьева.

Информационистские концепции социума: информология, соционика, социальная информатика, теория информационного взаимодействия В.З. Когана и, в частности, его концепции, тезауруса, инфопотока, инфофонда и универсальной структуры инфопроцессов.

Концепция социальной информации как аспекта и результата отражения обществом социальной формы движения материи и всех других

ееформ в процессах социального взаимодействия (А.Д. Урсул).

Концепции взаимосвязи информации и системных процессов социальной и природной эволюции (В.В. Дружинин, Д.С. Конторов, В.И. Корогодин, Н.Н. Моисеев, И. Пригожин).

Со стороны социально-гуманитарного знания:

Социологические теории обобщающего, междисциплинарного характера, стремящиеся к интеграции социального знания (О. Конт, Г. Спенсер, Н. Луман).

Теории социального обмена (Дж. Хоманс, П. Блау, Р. Эмерсон).

Концепции социального взаимодействия в рамках социологических теорий структурного функционализма (Т. Парсонс) и символического интеракционизма (Ч. Кули, У. Томас, Дж. Мид).

Нейрофизиологические, психологические и психоаналитические теории социального взаимодействия (И.М. Сеченов, П.К. Анохин, Б.Ф. Скиннер, З. Фрейд, К.Г. Юнг, Э. Фромм).

Теории информационного общества и концепция информационализма М. Кастельса.

Понятно, что перечисленные теории, концепции и подходы не являются исчерпывающим перечнем оснований системного подхода. Если же говорить о том, как далеко простираются возможности применения системного подхода в других науках и сферах исследования, то такая постановка вопроса будет принципиально неверной. По своей сути и по определению системный подход является универсальным и всеохватным и нет такой сферы реальности, где он бы не применялся. Все обозначенные в данном кратком изложении истории системного подхода теории и подходы требуют более пристального внимания и более детального рассмотрения, если вы желаете глубже разобраться в основаниях и сути теории систем. Но при этом надо четко осознавать, что можно существенно расширить

19

теоретико-методологическую базу теории систем, если включить в сферу рассмотрения более специализрованные, частные научные направления. Столь глубокий анализ не входит в задачи данного пособия, но для примера и для помощи в самостоятельном изучении можно определить ключевые из этих направлений.

Большое количество важных для теории систем идей были разработаны в специальных системно-организационных исследованиях: кибернетической концепции систем У.Р. Эшби, «праксеологии» Т. Котарбинского, «науке организации» К. Адамецки, «теории функциональных систем» П.К. Анохина, теории «эволюционного синтеза систем» Е.П. Балашова, «теории систем» М. Арбиба, теории «структурной гармонии систем» Э.М. Сороко, системных теориях Дж. Клира, В.С. Раппопорта, О. Ланге, Д. Мако и др. Дальнейшее свое развитие общая теория систем нашла в направлении разработки теории сложных больших систем Г. Крона, Н.П. Бусленко, К. Боулдинга, С.А. Саркисяна, Л.В. Голованова, А.Д. Холла, А.А. Денисова, Д.Н. Колесникова, Ю.А. Шрейдера.

Развитие многих положений общей теории систем естественным образом осуществлялось через развитие информационистских концепций в математике, естественных и инженерных науках, что обусловлено фундаментальной онтологической ролью информации в природе. Логикоматематическое направление системных исследований реализовано в работах Д.А. Поспелова, В.М. Одрина, С.С. Картавова, В.Д. Ногина и др. Исследование операций и математических проблем системного анализа осуществляли М. Сасиени, Р. Калман, П. Фалб, М. Арбиб, В.Д. Могилевский и др. Важную роль сыграли работы Дж. Неймана по созданию теории автоматов, где были заложены основы теории искусственного интеллекта, представленной позднее в работах В.И. Варшавского, В.Б. Мараховского, В.А. Песчанского, Л.Я. Розенблюма, П.Г. Уинстона и др.

В целом необходимо отметить, что в развитии общей теории систем очень важную роль играют общесистемные принципы кибернетики как науки о самоорганизующихся системах, о связи и управлении. Кибернетика естественным образом объединяет в своей теоретико-методологической парадигме понятия системы и информации, а также интегрирует многие естественнонаучные и гуманитарные подходы и идеи, поскольку проблемы управления в живой и неживой природе носят трансдисциплинарный характер. Большой вклад в системные исследования со стороны кибернетики внесли труды Н. Винера, Я. Ауэрхана, М. Аптера, А.И. Берга, Б.В. Бирюкова, Н.Н. Воробьева, Л.П. Крайзмера, В.П. Сочивко, Н.Е. Кобринского, Ю.И. Черняка, С.А. Думлера, П.С. Граве, Л.Т. Кузина, Е.З. Майминас, Э.Й. Шеннона, где изучаются вероятностные процессы, общие закономерности и принципы которых не зависят от природы источника информации. На основе развития идей Н. Винера и К. Шеннона были сформулированы

20