Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая теория систем. Учебник
.pdf
1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Белгородский государственный технологический университет
им. В. Г. Шухова
Е. Н. Чижова
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ
Утверждено ученым советом университета в качестве
учебника для студентов очной и заочной форм обучения
направления 38.03.05 – Бизнес-информатика
Белгород
2017
2
УДК 338 (07)
ББК 65.290-2в6я7
Ч59
Рецензенты:
д-р экон. наук, проф. Л. Т. Снитко (БУКЭП)
канд. техн. наук, проф. В. М. Поляков (БГТУ им. В.Г. Шухова)
Чижова, Е. Н.
Ч59 Общая теория систем: учебник / Е.Н. Чижова. – Белгород:
Изд-во БГТУ, 2017. – 148 с.
ISBN 978-5-361-00475-1
Учебник содержит изложение теоретических и методологических основ
общей теории систем. В книге дан анализ эволюции взглядов на мир и становление системного подхода. Представлены фундаментальные системные понятия, системные законы и принципы, структура системы и ее виды, понятие системного анализа. Все разделы связаны единством концепции и общностью
рассматриваемых проблем.
Учебник предназначен для студентов очной и заочной форм обучения
направления 38.03.05 – Бизнес-информатика, а также может быть использован
студентами других экономических специальностей и направлений.
Издание публикуется в авторской редакции.
УДК 338 (07)
ББК 65.290-2в6я7
ISBN 978-5-361-00475-1 Белгородский государственный
технологический университет
(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2017
3
Введение ………………………………………….......
4
Глава 1.
Формирование общей теории систем ……………..
6
1.1.
Историко-методологические основания общей тео-
рии систем ………………………………………..........
6
1.2.
Появление общей теории систем и системных наук
13
Глава 2.
Понимание системы и связанных с ней понятий
22
2.1.
Понятие «система» и его становление ………………
22
2.2.
Основные системные понятия ……………………….
24
2.3.
Связи системы и их виды …………………………….
31
Глава 3.
Виды, свойства и модели систем ………………….
37
3.1.
Виды систем …………………………………………...
37
3.2.
Свойства систем ………………………………………
47
3.3.
Модели систем ………………………………………...
53
Глава 4.
Основные системные законы ……………………...
60
4.1.
Закон синергии ………………………………………..
60
4.2.
Закон самосохранения ………………………………..
64
4.3.
Закон развития ………………………………………...
70
4.4.
Закон информированности-упорядоченности ………
75
4.5.
Закон композиции и пропорциональности (закон
гармонии) ……………………………………………...
83
4.6.
Закон единства анализа и синтеза …………………...
92
4.7.
Законы онтогенеза и филогенеза …………………….
96
4.8.
Закон относительных сопротивлений (закон
наименьших) …………………………………………..
98
4.9.
Системные закономерности и принципы …………...
100
Глава 5.
Структура системы ………………………………….
113
5.1.
Структура системы. Ее основные характеристики …
113
5.2.
Сетевые структуры ……………………………………
114
5.3.
Иерархические структуры ……………………………
116
5.4.
Процессы структурного преобразования систем …...
118
Глава 6.
Системный анализ …………………………………..
124
6.1.
Характеристика системного анализа ………………...
124
6.2.
Методология системного анализа …………………...
126
6.3.
Структура системного анализа ………………………
127
6.4.
Принципы системного анализа ………………………
130
6.5.
Основные методы исследования систем …………….
134
Заключение…………………………………………...
142 Библиографический список………………………..
143
ОГЛАВЛЕНИЕ
4
ВВЕДЕНИЕ
Каждому периоду развития человечества соответствовало свое
мировоззрение. Древнейшие племена строили свое мировоззрение в
рамках магической парадигмы, но действовали они на основе эмпирического мышления. Средневековью присуще религиозное мышление.
Новое время, промышленная и научно-техническая революция выдвинули на первый план научное видение мира, которое одновременно
стало основой практической деятельности.
Поначалу казалось, что научный тип мировоззрения, научный
подход к решению тех или иных задач в том виде, в котором он сложился к концу XIX века, является реализацией некой «истины в последней инстанции» и окончательно утвердился в человеческом обществе [73]. Однако уже процессы, происходящие в XX веке, целый ряд
проблем развития науки, техники, экономики и общественной организации потребовали существенного уточнения научного мировоззрения,
базирующегося на основе физики и механики XIX века.
На рубеже XX и XXI веков стало очевидным, что человечество
переходит к иной эпохе мышления и деятельности – к системному
мышлению и системной методологии. Для данного периода характерно
появление и развитие больших и сложнейших систем в различных областях человеческой деятельности. Основные черты этих систем –
быстрый рост размеров, усложнение структуры и функций, увеличение
числа и разнообразия решаемых задач, наличие больших коллективов
людей – создателей и пользователей систем, колоссальные потоки ресурсов, в том числе перерабатываемой информации. По закону Гроша
объем научной информации возрастает по экспоненте по сравнению с
объемом новой выпускаемой продукции. Возникла ситуация, когда
количество представленных концепций и различных методов значительно превысило возможности изучения их специалистами. Необходим не просто научный, а системный подход в теории и практической
деятельности.
Новое мышление потребовало новую теорию – теорию систем.
Теория систем предназначена для интеграции, сжатия научных знаний,
их фундаментализации и создания обобщающих моделей.
Человечество осуществляет переход от индустриальной эпохи к
постиндустриальной, основными чертами которого становятся «информационное общество» и «общество знаний». Важность и необходимость системного подхода в постиндустриальную эпоху обусловлены интегрированностью, целостностью, органической взаимосвязью и
5
взаимодействием образующих сфер жизни – экономической, социальной, культурной, политической: не может быть чисто экономических,
социальных, экологических и организационных проблем – они взаимосвязаны и взаимообусловлены. Главной чертой современной жизни
является глобализация, а экономики развитых стран – возрастание системности, комплексности. Экономические, деловые отношения принимаются в определенных социально-политических условиях и имеют
последствия, касающиеся различных сторон человеческой жизни, которые нужно учитывать руководству систем.
Учением о структуре, логической организации, методах и средствах функционирования систем является методология систем. Однако
системный подход – это не только методология. Это еще и конкретные
приложения в практике, специфический комплекс методов и приемов
проектирования, прогнозирования, анализа проблемных ситуаций,
принятия решений.
Данный курс посвящен общей теории систем, ее законам, закономерностям, принципам, методологии построения системной картины
мира.
Познанию картины мира способствуют ответы на очень важные
вопросы, которые известный английский писатель (и поэт) Редьяр
Киплинг назвал «шестеркой слуг»:
Есть у меня шестерка слуг,
Проворных, удалых,
И все, что вижу я вокруг, –
Все знаю я от них.
Они по знаку моему
Являются в нужде.
Зовут их: Как и Почему,
Кто, Что, Когда и Где.
Ответы на эти важные вопросы позволят узнать не только положения общей теории систем, но и расширить представление о мире и
его единстве.
6
1
Глава 1. ФОРМИРОВАНИЕ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ
1.1. Историко-методологические основания общей теории систем
1.2. Появление общей теории систем и системных наук
1.1. Историко-методологические основания
общей теории систем
Начнем курс с изложения истории возникновения системного
подхода. Еще древние великие мыслители заложили основы понимания систем.
Так, древнегреческий ученый Пифагор (570-497 гг. до н.э.) много
внимания уделял понятиям целого и части, определенности и неопределенности, безграничного и ограниченного.
Пифагор в основу представлений о мире положил число, моделируя все вещи числами. По мнению представителей, пифагорийской
школы, ритмы космоса, Солнечной системы и человека едины и представимы в числах. Поэтому, если в космосе возникает музыка, то она
должны быть основана на тех же принципах, что и земная музыка.
Концепция ритмического единства природы, представимого в
числовой форме, явилась мощным интеллектуальным прорывом человечества, который и сформировал возможность создания современной
естественнонаучной картины мира [35].
Аристотель (384-322 гг. до н.э.), исследуя вопросы единства,
полагал, что любое целое состоит из частей, и, как целое, оно больше
простой суммы своих частей.
Ему принадлежит первое разграничение наук, четкие определения бытия, сущности материи, формы, классификация причин бытия,
понятие энергии, учение об энтелехии1–внутренней активности,
направленности движения к конечной цели.
Аристотель заложил философские основы самоорганизации. Он
постулировал причинную определенность (детерминизм), целесообразность, цикличность и обратимость развития мира, но также допускал существование в природе случайных и самопроизвольных процессов с непредсказуемым исходом (то есть неопределенных и бесцельных (индетерминизм).
Первая глобальная естественнонаучная революция, преобразовавшая астрономию, космологию и физику, произвел, по мнению ученых, Клавдий Птолемей (ок. 170 – ок. 100 лет. до н.э.) –
Энтелехия – от греч. еntelechia – имеющий цель внутри себя.
7
позднеэллинский физик, математик, астроном, географ. В главном
труде «Великое построение» (или Альгамест) он описал геоцентриче-
скую модель мира – представление об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и
звезды.
Фома Аквинский (1225-1274 гг.) – крупнейший средневековый
комментатор Аристотеля выдвинул версию организации миропонимания, основанную на «гармонии веры и разума». Он сохранил аристотелевское представление об относительном индетерминизме и о роли
случайностей среди причин, происходящих в мире явлений. Однако,
по его мнению, первопричиной всего, в том числе и свободного действия отдельного человека, оставался Бог.
Революцию в мировоззрении произвел Николай Коперник (1473-
1543 гг.) – польский астроном, математик, механик, экономист, каноник эпохи Возрождения. Его гелиоцентрическая система сменила
геоцентрическую систему Птолемея.
Гелиоцентрическая картина мира – представление о том, что
Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Земля обращается вокруг Солнца за
один звездный год и вокруг своей оси за одни звездные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы,
первого – перемещение Солнца среди звезд по эклиптике. Солнце считается неподвижным относительно звезд.
Изменились взгляды на роль человека в мире. Пожалуй, впервые
наука если не прямо выступила против религии, то во всяком случае
могла быть использована против нее. Это имело огромное значение
для средневековой политики. Таким образом, новая система, возникшая вроде бы для решения сугубо внутринаучных задач, этими проблемами не исчерпывается, а становится базой для революции в мировоззрении. Но геоцентрическая система Птолемея еще имела резервы
для объяснения наблюдаемых фактов и формализованного описания
их в рамках вычислений с помощью так называемых «дифферентов» и
«эпициклов».
В XVI в. испанский схоласт Луис Молина (1536-1600 гг.) в ком-
ментариях к «Сумме теологии» Фомы Аквинского впервые рассматривал вероятность как степень возможности данного события в цепи событий. Он развил оригинальное учение о самоорганизации, которое
должно «примирить» множество единиц, обладающих свободой воли,
с Божественным промыслом. Молина четко сформулировал то, на что
только намекал Аристотель в «Метафизике и «Об истолковании», а
8
именно: с появлением человека обладающего свободной волей, мир
становится существенным образом случайным вследствие того, что
«свободные причины», встраиваясь в ряд необходимых причин, придают ему характер случайности [2].
Еще большей революцией в мировоззрении стала механика Исаака Ньютона (1642-1725 гг.) – английского физика, механика, матема-
тика, астронома. Эта смена взглядов на мир была связана с выходом в
1687 году главного труда И. Ньютона «Математические начала натуральной философии».
Механические и математические закономерности, открытые
Ньютоном, позволили описывать подавляющее большинство физических явлений, которые были тогда в центре внимания ученых. Механика Ньютона стала основой инженерных расчетов. Но этим не исчерпывается ее значение.
Ньютоновская механика стала базой для так называемого «фи-
зикалистского» (механистического) взгляда на мир. Согласно этому взгляду, все, даже самые сложные, явления можно (если не в дан-
ный момент, то с развитием знаний) описать в виде некой суммы простых процессов. И результат этих процессов можно однозначно спрогнозировать. Ньютон сделал мир ясным, простым.
Степень этой ясности была явно преувеличена. Однако именно
эта предсказуемость всех явлений, их детерминированность, управляемость лежала в основе мировоззрения тех, кто начал вершить промышленную революцию Нового времени. Вне ньютоновского взгляда
на мир невозможно представить ни промышленную революцию, ни
капиталистический способ производства, ни современную цивилизацию [73].
Однако на этом развитие системных представлений о строении
мироздания и его законах не остановилось. В 1745 году французский
философ Жюльен Офре де Ламетри (1709-1751 гг.) отмечал, что
свойства материи – это свойства «…субстанции тел, в особенности
организованных, но будем видеть только то, что есть в действительности, и не будем прибегать к вымыслам» [36, с. 65-66].
В качестве свойств такой субстанции Ламетри выделил не только
протяженность (как у Декарта), но и способность приобретать двигательную активность, а также способность чувствовать.
Весьма интересным представляется также вывод Ламетри о значении способности к адаптационному поведению. Он писал: «Человек
не рождается разумным, он от природы глупее многих животных; но
так как он обладает организацией более благоприятной развитию
памяти и усвоению знаний, то, если даже инстинкт и проявляется у
9
него позднее, последний достаточно быстро преобразуется в зародыш ума, который, подобно телу, получающему хорошее питание,
укрепляется мало-помалу благодаря обработке» [36, с. 402].
Исходный пункт рассуждений Ламетри заключается в том, что
материальный мир «существует сам по себе», у него нет начала и не
будет конца, так как элементы материи обладают «несокрушимой
прочностью». Заключенная в материи движущая сила (энергия)действует всегда, когда материя выступает в различных «матери-
альных формах». Без формы материя выступает лишь в качестве аб-
стракции, поскольку в действительности она всегда имеет определенные формы.
Ламетри одним из первых выступил против тезиса о неизменности видов в пользу единства живой природы. Речь шла о том, чтовсе
нынешние виды представляют собой результат длительного эволюционного перехода по направлению от менее устроенных организмов к
более устроенным. Он впервые в мире дал иерархическую схему самоорганизации материи:
1) уровень, когда движение материи лишено целесообразности
(объекты неживой природы);
2) уровень, характеризуемый организацией, регулирующей дви-
жения тел, направляющей их к самосохранению; на этом уровне нет ни
чувствительности, ни субъективных состояний (растения);
3) уровень, на котором существует нервная система и связанные с
ней ощущения и чувства (животный мир);
4) уровень организации материи, на котором благодаря усовер-
шенствованию мозга материя мыслит (человек).
Ламетри отмечал, что переход от одного уровня к другому, мно-
гообразие форм живой и неживой природы имеет в своей основе присущее на всех уровнях универсальное свойство самодвижения.
В качестве следующего значительного этапа развития системного
мышления можно выделить философию Георга Вильгельма Фридриха
Гегеля (1770-1831 гг.). Гегелевская философия природы включила в
себя методологические особенности, отрицаемые механистической
философией Ньютона:
- качественное различие между простым поведением, описываемым физическими величинами, и поведение более сложных систем
(например, живых существ);
- отрицание возможности сведения этих уровней друг к другу и
тезиса о механистичности природы;
- утверждение о наличии иерархии, где каждый верхний уровень
предполагает наличие уровня нижнего и т.д.
10
Гегель считал, что механика поддается математизации потому,
что она наделяет материю одними только пространственновременными свойствами [23].
Непременным условием математизации Гегель считал взаимозаменяемость. Однако он признавал, что при усложнении описания на
уровне физических явлений, включающем более широкий спектр физических свойств, оно уже не выполняется. Кроме того, математизация
системных процессов наталкивается на труднопреодолимые препятствия, связанные с несовершенством математического аппарата.
Достаточно революционной парадигмой, которая вышла далеко
за рамки своей отрасли знания, явилась эволюционная теория Чарльза
Дарвина (1809-1882 гг.) – английского натуралиста. Не обсуждая его
тезис о происхождении человека, отметим, что эволюционизм прочно
ввел в сознание человека мысль о развитии как о всеобщем процессе.
Рассмотрение любого явления не в статике, а в динамике, осознание
отсутствия «незыблемости» в чем бы то ни было – одна из основ современного научного, и не только научного, мышления.
Практически все замечательные теории, имеющие значение и для
развития современной науки, носят системный характер. Вклад в
науку и формирование картины мира, основанной на системном мышлении дали ученые, чьи теории являются системными.
Иммануил Кант (1724-1804 гг.) обосновал системность самого
процесса познания.
Впервые вопрос о научном управлении сложными системами поставил Андре Мари Ампер (1775-1836 гг.) – один из основоположников электродинамики. В работе «Опыт о философии наук, или аналитическое изложение классификации всех человеческих знаний» (часть
1 – 1834 г., часть 2 – 1843 г.) он выделил специальную науку об управлении государством и назвал ее кибернетикой (1834 г.). Он подчеркивал, что назвал эту науку кибернетикой от слова «kiber», обозначавшего сначала, в узком смысле, искусство управления кораблем (кормчий,
рулевой, управляющий чем-то), а затем постепенно получившего у
самих греков гораздо более широкое значение искусства управления
вообще. Важным является то, что Ампер обозначил наличие основных
системных особенностей кибернетики.
Адам Смит (1723-1790 гг.) сформулировал принцип системности
в экономике, сделал вывод, что эффект действия людей, объединенных
в группу, больше, чем сумма одиночных результатов.
Польский философ Бронислав Трентовский (1808-1869 гг.) впервые читал учебный курс во Фрейбургском университете о науке
управления как системной науке, опубликовав затем содержание курса
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]