Гайдес М.А. - Общая теория систем. (Системы и системный анализ)

213

Гайдес М.А.

Общая теория систем

(системы и системный анализ)

издание 2-е исправленное

«ГЛОБУС-ПРЕСС»

2005

УДК 612.215.8 + 616.131-008.1 + 658.562 + 519.95 + 519.5

Гайдес М.А. – Общая теория систем. (Системы и системный анализ).

В книге дано определение систем вообще, и в приложении к биологии и медицине в частности. Подробно рассмотрены элементы систем и их взаимодействие, даны виды систем и их типы реакций. Определены понятия системного анализа, достаточности и недостаточности систем, нормы и патологии в медицине: дефекта и болезни – процесса, который ведёт к дефектам систем.

Книга предназначена для врачей, биологов, физиологов, физиков и всех тех, кто интересуется системологией.

Авторские права защищены.

	Содержание	Стр.
	Оглавление	3
	Предисловие.	5
	Раздел 1.	24
	Глава 1. Общая теория систем и системный анализ	24
§1.	Общая теория систем (основные понятия теории систем)	24
	Введение в теорию систем	24
	Аксиомы	26
	Принцип целенаправленности Принцип задания цели Принцип выполнения действия для достижения цели Закон сохранения	26 29 34 39
	Основные характеристики систем	42
	Качество результата действия	43
	Простая системная функциональная единица Простейший блок управления (прямая положительная связь)	45 48
	Регуляция количества результата действия	57
	Простой блок управления (отрицательная обратная связь) Циклы системы и переходные процессы	58 66
	Функциональное состояние системы	75
	Стационарные состояния Динамические процессы Оценка функционального состояния систем	78 79 80
	Системы стабилизации и пропорциональные системы	89
	Активные и пассивные системы	93
	Принцип независимости результата действия	96
	Эволюция систем	97
	Сложный блок управления Самообучающийся блок управления Сигнальные системы Эволюция блоков управления Самоорганизующиеся системы Обмен веществ и виды самоорганизации	97 104 107 111 113 120
	Эволюция нашего Мира	127
§2.	Системный анализ	144
	Сложность систем	147
	Иерархия целей и систем	152
	Следствия из аксиом	159
	Глава 2. Клинические приложения теории систем	168
§1.	Реакция, дефект и болезнь. (Диагностика и лечение с позиций системного анализа)	168
	Реакция	170
	Норма	172
	Патология	173
	Дефект Болезнь Симптом Синдром Острая болезнь Порочный круг Хроническая болезнь Постановка диагноза Лечение	173 173 175 176 176 179 184 185 186
	Заключение.	189
	Библиография.	200

Systema (греч.) — целое, составленное из частей; соединение.

Предисловие.

Нет ни одной стороны нашей жизни, которой не касалась бы общая теория систем (ОТС). Любой цельный объект состоит из каких-либо частей, соединенных каким-либо образом. Сообщества людей, живые организмы и их полсистемы, колонии насекомых, залежи минеральных ископаемых, планетные, звёздные и галактические системы, системы радиосвязи и телевидения, атомарные, политические, гуманитарные, экологические и прочие системы. Короче, всё что нас окружает – всё это системы. Понятие «система» пронизывает всё, что наполняет Мир, в котором мы существуем и развиваемся.

Следовательно, ОТС – это общая теория обо всём. Такая теория должна объяснить необходимость существования и устройства всего – от элементарных частиц, атомов и молекул и до всей Вселенной, включая эволюцию человека. Мы видим наш Мир в развитии, следовательно, у него могло быть начало и может быть конец. Если это так, то ОТС должна показать, каким образом возник наш Мир и кто или что создало эту систему, если у него было начало, почему он меняется и по каким законам, почему есть жизнь и её развитие, дать объяснение эволюции всех неживых объектов и видов живых существ, показать направление этой эволюции и её этапы. И если будет и его конец, то ОТС должна показать, каким и почему будет этот конец. А если не было начала и не будет конца Мира, то почему Мир вечный.

Если Мир един и в принципе познаваем, то только ОТС может быть той путеводной нитью, которая проходит от самого низа, от элементарных частиц и может быть даже ниже, и до всей Вселенной, проходя через человека и связывая Мир в единое целое.

Как видим, более грандиозной задачи, чем та, которая стоит перед ОТС, нет ни у какой другой теории. Если Мир сам является системой и заполнен системами, то специалисты всех областей знания, не только физики, электроники или информдинамики, но и биологии, медицины или, скажем, филологии должны знать ОТС, потому что наше знание – это всегда знание о тех объектах Мира, которые являются системами.

Однако до сих пор такой теории нет, потому что нет однозначного определения самого понятия «система», неизвестно, какими должны быть детали строения (анатомия) систем, непонятно, чем отличаются одни классы систем от других и т.д. Короче, нет классификации систем. Мы можем определить строение систем в каждом частном случае, но не можем определить те обязательные элементы систем, которые должны быть у любых систем по их определению и по необходимости их функционирования. У нас есть много классификаций различных систем, но это частные классификации, в то время как должна быть одна и единая классификация абсолютно всех систем, потому что Мир един и сам является системой.

Чтобы построить такую теорию человек должен обладать огромным запасом энциклопедических знаний в самых различных областях – физике с математикой и во всех остальных продолжениях физики, таких как химия, астрономия и пр., включая биологию и медицину, т.е., во всех областях нашего знания, что в наш век узких специализаций почти невозможно. Похоже, что время энциклопедистов уже прошло и для создания завершенной ОТС это является очень большой проблемой. Но можно сначала построить отдельные «кусочки-кирпичики» этой теории с расчётом, что когда-нибудь найдётся светлый ум, который сможет из этих кирпичиков построить большое и красивое «здание» ОТС.

В данной книге была поставлена именно эта цель – добавить всего лишь такой маленький «кирпичик». И хотя разработка этого «кирпичика» начиналась с медицинского приложения ОТС, принципы, отработанные в данной книге, могут быть весьма полезными и в любых других науках, потому что ОТС – это всё же общая теория систем. Эти принципы пригодятся не только специалистам-медикам, но и специалистам любых других профилей, потому что наш Мир состоит из систем и сам является системой. Многие примеры, приведенные в данной книге, построены на системах живых организмов, включая организм человека. Это сделано потому, что системы живых организмов являются наиболее сложными системами известными нам. И все принципы, которые касаются систем живых организмов, будут одинаково значимыми любых других более простых систем, включая любые другие системы неорганического мира.

Считается, что первые представления о системах возникли в античной философии, выдвинувшей онтологическое истолкование системы как упорядоченности и целостности бытия. Ещё в древнегреческой философии и науке (Евклид, Платон, Аристотель, стоики) разрабатывалась идея системности знания (аксиоматическое построение логики, геометрии). Идеи и представления о системности бытия, начатые в античности, продолжали развиваться как в системно-онтологических концепциях Б. Спинозы и Г. Лейбница, так и в построениях научной систематики 17—18 вв., стремившейся к естественной (а не телеологической) интерпретации системности мира (например, классификация К. Линнея). Понятие о системе использовалось при исследовании научного знания и спектр предлагаемых решений был очень широк – от отрицания системного характера научно-теоретического знания (Э. Кондильяк) до первых попыток философского обоснования логико-дедуктивной природы систем знания (И. Г. Ламберт и др.) [31].

Согласно И. Канту, научное знание есть система, в которой целое главенствует над частями. Ф. Шеллинг и Г. Гегель трактовали системность познания как важнейшее требование диалектического мышления. В буржуазной философии 2-й половины XIX и начала XX вв. при общем идеалистическом решении основного вопроса философии содержатся постановки, а в отдельных случаях и решения некоторых проблем системного исследования – специфики теоретического знания как системы (неокантианство), особенностей целого (холизм, гештальтпсихология), методов построения логических и формализованных систем (неопозитивизм).

В противовес этому в марксисткой философии общефилософской основой исследования систем являются принципы материалистической диалектики – всеобщей связи явлений, развития, противоречия и др. (К. Маркс и Ф. Энгельс).

Со 2-й половины XIX в. началось интенсивное проникновение понятия системы в различные области конкретно-научного знания. Немаловажное важное значение для этого имело создание эволюционной теории Ч. Дарвина, теории относительности, квантовой физики, структурной лингвистики и др. Возникла задача построения строгого определения понятия системы и разработки оперативных методов анализа систем, которая в принципе не решена до сих пор.

В 40—50-х гг. ХХ в. для удовлетворения потребностей стремительно развивающихся сложных систем жизнеобеспечения человека, электроники и кибернетики с новой силой начались интенсивные исследования в этом направлении. Предложенная в конце 40-х гг. фон Берталанфи программа построения «общей теории систем» явилась одной из первых попыток обобщённого анализа системной проблематики. Но ещё ранее в тектологии А. А. Богданова, в работах В. И. Вернадского, в праксиологии Т. Котарбиньского и др., были сформулированы некоторые конкретно-научные принципы анализа систем. Дополнительно к этому в 50-х и 60-х гг. был выдвинут ряд общесистемных концепций и определений понятия систем (в США, СССР, Польше, Великобритании, Канаде и других странах) и эти попытки продолжаются до сих пор [31].

Но всё же попытки построить всеобъемлющую теорию о нашем Мире, вероятно, начались намного раньше и теряются во тьме прошедших веков. С самого начала, как только человек начал осознавать окружающий мир, он пытался понять его и объяснить, т.е., строил теории мироздания. Естественно, эти первые теории были примитивны и соответствовали тогдашнему уровню знания. Плоская Земля, покоящаяся на различных животных (китах, слонах и пр.) – это уже достаточно «продвинутые» теории. Им предшествовали различные «духи» леса, моря, гор, зверей и пр., потому что при отсутствии знаний и фактов проще всего было объяснить всё мистическими силами. Но это было всё же продвижение вперёд, потому что уже было понято, что всему должна быть причина и тогда эту причину находили в высших силах, придуманных пытливым сознанием человека тех времён. Несмотря на примитивность первых представлений и понятий, основой этих теорий были законы иерархии, сохранения и причинно-следственных ограничений. Следовательно, разработка трёх основных законов, лежащих в основе ОТС, началась ещё тогда, в древности.

Именно тогда родилась идея иерархии сил, в конечном итоге приведшая к идее единобожества – идее монотеизма. Сильный всегда прав и сильный занимал верхнюю ступеньку иерархии. Причем, сильный – это не всегда физически сильный. Человек намного слабее слона, но слон выполняет приказы человека. Эта идея была ясной и понятной и стала аксиомой, потому как эта идея не вытекала не из каких-либо других идей или знаний, а только из наблюдений, из того, что никто ещё не видел, чтобы этот закон нарушался, из фактов.

Закон сохранения, также открытый тогда же в древности, был конечно же не в той ясной и понятной форме, в которой мы его знаем сейчас. Но логика и математика, зародившиеся ещё в древнем Египте и получившие значительное развитие в древней Греции были полностью основаны на законе сохранения. Этот закон гласит: «ничего не появляется из ничего и не исчезает в никуда». И хотя до сих пор мы с уверенностью не можем сказать, почему это так и так ли это всегда, мы свято верим, что закон сохранения является незыблемым, потому что до сих пор ещё никому не удалось доказать его неправомерность. Если бы не было знания этого закона, то не было бы периодической системы Менделеева и теории относительности, не могла бы быть построена теория строения атома, квантовая теория, не был бы «открыт» Большой Взрыв, произошедший десятки миллиардов лет назад (кто вообще был тогда?), и вообще не было бы никаких наук – физики, химии и т.д., потому что был бы хаос.

Из закона сохранения вытекает закон причинно-следственных ограничений – для всего в Мире есть причина. Ничего не бывает без причины. Появление любого объекта или его действие ограничено причиной. Упал камень – на это есть причина, произошло наводнение, и на это есть причина. Без причины камень не упадёт. Может быть, в силу наивности причину часто искали в происках мистических сил, но причина всегда должна была быть, божественная или природная. Все логические построения были построены на этом законе.

Следовательно, все три закона – иерархии, сохранения и причинно-следственных ограничений, были известны давно. И если сначала считалось, что в природе царит хаос – беззаконие, бессвязность и независимость между силами и число этих сил бесконечно, то сейчас, по мере накопления знаний и изучения сил природы, число понятых и осознанных фундаментальных физических взаимодействий сократилось до четырёх – гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого (физические взаимодействия). А в последнее время уже поговаривают о Великом объединении сил.

В итоге различные теософские теории сменялись на натурфилософские и современные физические концепции. И хотя сейчас понимание законов иерархии, сохранения и причинно-следственых связей значительно отличается от того, как это понимали раньше, эти идеи не потеряли свою актуальность и сейчас. В том или ином виде они лежат в основе всех попыток разработать основы ОТС. И эти попытки, несмотря на многовековую историю развития ОТС, продолжаются до сих пор, потому что пока ещё нет чёткого и однозначного определения, что же является системой, хотя всё, что наполняет наш мир, является системами. Кроме физических взаимодействий в природе существуют и другие: биологические, социальные, нравственные, психические, взаимодействие культур и пр. Любой живой организм представляет собой обычную термодинамическую машину, очень сложную, пожалуй наиболее сложную из всех известных нам, но тем не менее машину, работа которой основана на обычных и хорошо известных нам законах термодинамики.

«Термодинамика – наука очень широкого профиля, так как она занимается всеми физическими или химическими изменениями и превращениями тел» [8].

Любовь и ненависть также являются вполне объективными явлениями нашего мира, но при этом никак не вмещаются в рамки физических законов, хотя они полностью подчиняются законам иерархии, сохранения и причинно-следственных ограничений.

Всё это говорит о том, что мы ещё очень мало знаем о нашем мире, потому что пока ещё не только не подвели единый фундамент под все взаимодействия, существующие в природе, но даже под все просто физические взаимодействия. Тем не менее, всё, что есть в природе, имеет единую основу и должно быть понято с единых позиций. И понято может быть только с помощью ОТС и системного анализа. Другими словами, природа едина и упорядочена, в ней царит закон и природный порядок, природа – это система, а жизнь является одним из проявлений этой системы. И любой живой организм – это система, но не любая система является живым организмом. Мы это осознаём, но не всегда можем определить, что же вообще является жизнью.

«Жизнь – это форма существования белковых тел» (К.Маркс). Но это слишком узкое определение жизни. А не белковые тела не могут быть живыми? Почему мы должны отказывать в жизненности другим формам жизни, не белковым и основанным на других началах, которые могут существовать в других уголках нашего Мира и которые, может быть, «живее» нас?

«Жизнь – самоподдержание, самовоспроизведение и саморазвитие больших систем, элементарно состоящих из сложных органических молекул, происходящее в результате обмена веществ внутри этих молекул и между ними, и одновременно с внешней средой на основе затраты получаемой извне энергии и информации» [3].

И опять неопределённости. Что является определителем величины системы (большая или малая)? Планета Земля – это большая система и состоит из многих компонентов, включая и сложные органические молекулы, в ней происходит обмен веществ и она получает энергию извне. Следовательно, Земля – это живое существо? А галактика «живее» Земли, ведь она больше её? Или может быть Земля не система? Бактерия – это большая система или маленькая? А чем отличаются растения от животных? А кораллы – это растения, или что это? Вирусы – это «кто» или «что»; это живые тела, или кристаллы, хотя и не минеральные? И может быть есть жизнь, основанная не на органических (т.е., не на полимерах углерода), а на других, например, кремнийорганических молекулах? А первые конгломераты из органических молекул в первичном океане-бульоне на Земле, которые самоподдерживались, самовоспроизводились и саморазвивались, но ещё не «доросли» до клеточного состояния – это уже жизнь, или ещё нет? Что же является жизнью и чем она отличается от не жизни? Обменом веществ?

«Обмен веществ, или метаболизм, – лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме» [20]. Но обмен веществ, направленный на сохранение и самовоспроизведение, может быть и в минеральном мире, например, у фонтана. Океан поставляет суше воду, а суша океану – соли. И даже в автомобиле есть обмен веществ, в какой-то мере напоминающий обмен веществ в живом организме – он поглощает углеводы и кислород и вырабатывает углекислый газ и воду, но он не живой.

Следовательно, обмен веществ может быть и у неживой природы. Или может быть обмен веществ в неживой природе чем-то принципиально отличается от такового в живой природе? И если это так, то чем? А может быть вообще нет неживой природы, и есть только жизнь в той или иной степени «жизненности»? Пока ответов на эти вопросы нет, потому что однозначное определение жизни можно дать только на основе однозначного определения, что же является системой и на каких принципах она построена.

Проблемы связанные с ОТС касаются не только физики и биологии. Организм человека также является системой и проблемы его здоровья невозможно решать без учёта принципов ОТС. Основной задачей медицины является обеспечение полноценного качества жизни человека. В это понятие включается не только снятие боли и страданий у больного, но и его возврат к полномасштабному образу жизни, который не должен отличаться от уровня жизни любого другого здорового человека и должен соответствовать ритмам современности. Это значит, что мы должны уметь полностью восстанавливать поврежденные органы у больного, чтобы организм мог успешно и эффективно функционировать в том же ритме, что и любой другой субъект нашего общества. Каждый человек, обратившийся за помощью к услугам медицины, вправе ожидать от неё полного выздоровления и возврата к своим нормальным жизненным функциям в тех объёмах, которые предъявляют к нему современные условия жизни.

И хотя несомненно есть очевидный прогресс медицины, особенно за последние десятилетия, тем не менее следует признать, что мы всё ещё далеки от подобного решения этих задач. Медицина пока ещё является одной из наиболее отсталых и примитивных областей нашего знания, если не самая отсталая. Если сравнить эффективность нашего лечения с эффективностью «лечения» автомобиля, то сравнение будет далеко не в пользу врачей. Автомобиль любой степени повреждённости можно «вылечить» на 100%, хватило бы денег. В медицине нам это пока недоступно. Автомеханик намного эффективнее врача, как бы это обидно не звучало. Всё указывает на то, что наступил очевидный кризис развития медицины.

Не нужно обманывать себя, думая что сегодняшняя медицина вполне следует духу времени. Что мы может делать сегодня медицина? Удалять повреждённые части внутренних органов? Пересаживать органы, взятые у других? В любом случае мы или делаем из человека инвалида в той или иной степени, или ждём пока кто-нибудь погибнет, чтобы взять у него «запчасти» – сердце или другой орган для пересадки. Но даже и после пересадки всё равно человек остаётся инвалидом.

Может быть не в хирургии, а в других разделах современной медицины наши достижения вполне соответствуют духу современности? Компьютерная томография, ультразвуковая эхолокация, радиоизотопные методы исследования, антибактериальная терапия, эффективные лекарственные препараты и многое другое – всё это у нас есть, но это не медицинские, а инженерные и другие технологические достижения. При таких эффективных средствах вообще не должно быть тяжелых больных, которые нуждаются в серьёзной хирургической коррекции состояния их организма, разве что в исключительных случаях.

Но реально происходит обратное – число больных, нуждающихся в серьёзном лечении с каждым годом неуклонно растёт. Подчеркнём, что все эти больные длительное время находились на соответствующем лечении. Следовательно, либо основная масса лечащих врачей проявила халатность в отношении больных, что является абсурдом, либо в основе современной диагностики и лечении заложены принципиальные ошибки, которые не позволяют нам вовремя распознать признаки болезни, определить их клиническую значимость и выбрать соответствующее лечение.

Исторически сложилось так, что относительно независимые клинические дисциплины носят названия органов, которые они изучают (кардио...логия – сердце, пульмоно...логия – лёгкие, и т.д.). На заре развития медицины, когда она была ещё примитивной и чисто наблюдательной, её исследовательские возможности были очень малы. Всё, чем располагал тогда врач, это были его собственные органы чувств – зрение, слух, осязание, обоняние и вкус. Естественно, что видели и ощущали, то и описывали. Поэтому клинические дисциплины получали название органов, которые были видны, их можно было пощупать, послушать, а их выделения понюхать и даже попробовать на вкус. На основе этого можно было описывать их нормальное состояние и патологические изменения. Это так называемый морфологический (органо-морфологический, анатомический, структурный) анализ организма человека, основанный на описании чисто внешних признаков. Такой анализ дал свои результаты и сейчас мы имеем чрезвычайно развитую номенклатурную классификацию болезней, построенную на принципах морфологического анализа и принятую в большинстве развитых стран мира.