Глава I определениясистемного анализа

1. Системность - общее свойство материи

Современный этап развития теории и практики характеризуется по­вышением уровня системности. Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода выш­ла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепри­нятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

В своей работе [1] Ф.И. Перегудов и Ф.П. Тарасенко говорят о том, что свойство системности является всеобщим свойством материи. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе си­стем. Причем части системы находятся в развитии, на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии и организации. Систем­ность как всеобщее свойство материи проявляется через следующие со­ставляющие: системность практической деятельности, системность позна­вательной деятельности и системность среды, окружающей человека.

Рассмотрим практическую деятельность человека, т. е. его актив­ное и целенаправленное воздействие на окружающую среду. Покажем, что человеческая практика системна. Отметим очевидные и обязатель­ные признаки системности: структурированность системы, взаимо­связанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели.По отношению к человеческой деятельности эти признаки очевидны. Всякое осознанное действие пре­следует определенную цель. Вовсяком действии достаточно просто увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произ­вольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность состав­ных частей, которая и является признаком системности.

Название для такого построения деятельности - алгоритмичность. Понятие алгоритма возникло сначала в математике и означало зада­ние точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или другими математическими объектами. В настоящее время понятие алгоритма применяется к различным отрас­лям деятельности. Так говорят не только об алгоритмах принятия уп­равленческих решений, об алгоритмах обучения, алгоритмах написания программ, но и об алгоритмах изобретательства[2]. Алгоритмизуют- ся такие виды деятельности как игра в шахматы, доказательство тео­рем и т. п. При этом делается отход от математического понимания алгоритма. Важно сознавать, что в алгоритме должна сохраняться ло­гическая последовательность действий. При этом допускается, что в алгоритме определенного вида деятельности могут присутствовать неформализованные виды действия. Важно лишь, чтобы определенные этапы алгоритма успешно, хотя бы и неосознанно, выполнялись человеком.

Р.Х. Зарипов в своей работе [3, с.12] отмечает:«...подавляющее большинство элементов творческой деятельности, реализуемых чело­веком «легко и просто», «не думая», «по интуиции», на самом деле яв­ляются неосознанной реализацией определенных алгоритмизируемых закономерностей, реализацией неосознаваемых, но объективно суще­ствующих и формализуемых критериев красоты и вкуса».

Из данной цитаты можно сделать следующие выводы. Во-первых, всякая деятельность алгоритмична. Во-вторых, не всегда алгоритм реальной деятельности осознается - ряд процессов человек выполня­ет интуитивно, т. е. его способность решать некоторые задачи доведе­на до автоматизма. Это есть признак профессионализма, который вов­се не означает, что в действиях профессионала отсутствует алгоритм. В-третьих, в случае неудовлетворенности результатом деятельности возможную причину неудачи следует искать в несовершенстве алгорит­ма. Это означает пытаться выявить алгоритм, исследовать его, искать «слабые места», устранять их, т. е. совершенствовать алгоритм и, сле­довательно, повышать системность деятельности. Таким образом, явная алгоритмизация любой практической деятельности является важным сред­ством ее развития.

Системными являются также результаты практической деятельно­сти. Следует отметить, что роль системных представлений в практике постоянно увеличивается, что растет сама системность человеческой деятельности. Данный тезис можно пояснить на примере проектирова­ния технических объектов. Если раньше перед разработчиками новых образцов техники ставилась задача создания работоспособного объек­та, то в настоящее время практика ставит задачу создания новых объек­тов с некоторыми оптимальными свойствами, т. е. к разрабатываемым образцам еще на этапе проектирования предъявляются требования оп­тимальности. Цели, которые ставятся перед разработчиками, таким об­разом, являются более глобальными, болеесложными.

Далее отметим, что системным является само мышление. Успеш­ное решение поставленной задачи зависит от того, насколько системно подходит специалист к ее анализу. Неудачи в решении тех или иных проблем связаны с отходом от системности, с игнорированием части существенных взаимосвязей компонентов системы. Разрешение воз­никшей проблемы осуществляется путем перехода на новый, более высокий уровень системности. Всвязи сэтимможно отметить,что системностьнестолько состояние,сколько процесс.

Свойство системности присуще процессу познания.Системны зна­ния, накопленные человечеством. В качестве особенности процесса познания отметим наличие аналитического и синтетического образов мышления.Анализ -это процесс, состоящий в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент, но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс -синтез.Это относится как к индивидуальному мышлению, так и к общечеловеческому знанию.

Аналитичность человеческого знания находит свое отражение в су­ществовании различных наук, в продолжающейся их дифференциации, во все более глубоком изучении все более узких вопросов. Вместе с тем мы наблюдаем и обратный процесс синтеза знаний. Процесс син­теза проявляется в возникновении междисциплинарных наук, таких как физическая химия, биофизика, биохимия и т. п. Наконец, наиболее вы­сокая форма синтеза знаний реализуется в виде наук о самых общих свойствах природы. К числу таких синтетических наук относится, в первую очередь, философия, которая выявляет и отражает общие свой­ства всех форм существования материи. К синтетическим можно от­нести математику-дисциплину, изучающую всеобщие отношения, вза­имосвязи и взаимодействия объектов, а также и системные науки: ки­бернетику, теорию систем, теорию организации и т. п. В этих дисципли­нах органическим образом соединяются технические, естественнона­учные и гуманитарные знания. В качестве методологического подхода к анализу явлений и процессов с точки зрения их системности развился диалектический метод. Именно диалектический метод рассматрива­ет объект как комплекс взаимодействующих и взаимосвязанных ком­понентов, развивающихся во времени. «Диалектика является методом познания, обеспечивающим согласование системности знаний и систем­ности мира на любом уровне абстракции»[1].

Свойство системности присуще результатам познания. В техничес­ких науках это реализуется в построении адекватных моделей, являю­щихся отражением исследуемых объектов, моделей, описывающих динамическое поведение материальных объектов.

Системна также среда, окружающая человека. Свойство систем­ности является естественным свойством природы. Как уже отмечалось, окружающий нас мир есть бесконечная система систем, иерархичес­кая организация все более сложных объектов. Причем как в живой, так и неживой природе действуют свои законы организации, являющиеся объективными биологическими или физическими законами.

Системно человеческое общество в целом. Системность челове­ческого общества выражается опять же во взаимосвязи развития от­дельных структур (национальных, государственных, религиозных обра­зований) и в их взаимном влиянии друг на друга. Причем следует от­метить, что уровень системности человеческого общества постоянно увеличивается. Системность необходимо, таким образом, рассматри­вать в историческом аспекте. Если в Древнем мире племена жили до­статочно отдаленно друг от друга и уровень общения между ними был минимален, то в современном обществе события, происходящие вод­них государствах, находят отклик в различных частях мира и имеют на них влияние.

Системны взаимодействия человека со средой. В данном аспекте системность выражается в необходимости комплексного учета всех особенностей и возможных воздействий факторов внешней среды на ее состояние в последующие моменты.В случае недостаточной проработ­ки данных вопросов, игнорирования ряда факторов, наблюдается воз­никновение проблемы в развитии природы, негативное воздействие на хозяйственную и культурную деятельность человека. Примеров тому можно привести множество. Скажем, строительство гидроэлектростан­ций в равнинной части континента привело к заболачиванию мест, вы­воду земель из севооборота, нарушению экологической ситуации в дан­ном регионе, а в некоторых случаях - к изменению климата. Примене­ние различных химикатов ненадлежащего качества и в необоснованном количестве вызвало непоправимые последствия в развитии региона Аральского моря. Примеры такого плана можно продолжать и продол­жать. Таким образом, можно сделать вывод, что игнорирование сис­темности взаимодействия человека со средой приводит к возникнове­нию проблемы в развитии среды обитания и соответственно во взаи­модействии природы и общества.

2. Развитие системных представлений. Становление системного анализа

С позиций современных научных представлений системность все­гда была методом любой науки. Возможно, что принципы системности применялись не всегда осознанно, но, тем не менее, любой ученый про­шлого, который и не помышлял о системном подходе, так или иначе имел дело с системами и моделями объектов или процессов. Ранее всего системные проблемы были осознаны философами. Следует отметить, что обсуждение системных проблем в таких дисциплинах как филосо­фия, логика, математика осуществлялось еще древними учеными. Однако для нас представляет особый интерес развитие системных представлений в применении к системным и техническим дисциплинам.

Первым в явной форме вопрос о научном подходе к управлению сложными системами поставил М.-А. Ампер. Он впервые выделил кибернетику как специальную науку об управлении государством, обо­значил ее место в ряду других наук и сформулировал ее системные особенности. Идеи системности применительно к управлению государ­ством развивались в работах польского ученого Б. Трентовского.Он отмечал, что действительно эффективное управление должно учиты­вать все важнейшие внешние и внутренние факторы, влияющие на объект управления. В своих работах Трентовский пишет, что при выработке уп­равляющего воздействия необходимо учитывать национальные особен­ности населения с учетом временного аспекта, при одной и той же по­литической идеологии кибернет (в современной терминологии,лицо, при­нимающее решение) должен управлять различно в Австрии, России или Пруссии, точно так же и в одной и той же стране он должен управлять завтра иначе, чем сегодня. Трентовский рассматривает общество как систему, которая развивается путем разрешения противоречий. Ивсе- таки общество середины 19-гостолетия былонеготово к восприятию системных представлений. Прошло еще более полувека, прежде чем системная проблематика прочно заняла свое место в научных публи­кациях. К числуосновоположников теории системможно заслуженно отнести российского ученого, академика Е.С. Федорова. Основные научные результаты были достигнуты им в области минералогии. Он установил, что существует только230 типов кристаллической решет­ки, тем не менее, любое вещество при определенных условиях может кристаллизоваться. Таким образом, было показано, что великое мно­гообразие кристаллов и минералов использует для своего строения ог­раниченное количество типов структур. Далее им были отмечены ана­логичные закономерности в области архитектурных и музыкальных12 конструкций, языковых построений, строения вещества и ряда других систем. Развивая системные представления Федоров установил ряд других закономерностей развития систем, в частности, им было заме­чено такое свойство систем как самоорганизация, способность к при­способлению, к повышению стройности.

Следующим этапом в развитии системных представлений явились работы А.А. Богданова, который в началеXX в. начал создавать тео­рию организации (тектологию)[4]. Основная идея теории Богданова заключается в том, что все существующие объекты и процессы име­ютопределенный уровень организованности, который тем выше, чем сильнее свойства целого отличаются от простой суммы свойств комп­лектующих элементов. Именно анализ свойств целого и его частей был впоследствии заложен в качестве основной характеристики понятия сложной системы. Заслугой Богданова явилось также то, что он изуча­ет не только статическое состояние структур, а занимается исследо­ванием динамического поведения объектов, уделяет внимание вопро­сам развития организации, подчеркивает значение обратных связей, указывает на необходимость учета собственных целей организации, отмечает роль открытых систем. Он подчеркивает роль моделирова­ния и математических методов как потенциальных методов решения задач теории организации.

Позднее идеи теории организации развивались в трудах выдающихся представителей отечественного естествознания И.И. Шмальгаузена, В.Н. Беклемишева и ряда других специалистов, вклад которых во мно­гих отношениях явился решающим в формировании вышеназванной теории.

Вклад русских и советских исследователей в развитие теории сис­тем и формирование системных представлений явился определяющим, поскольку большинство развиваемых ныне идей связано с работами Богданова и трудами его последователей. Однако нельзя не отметить также и зарубежных ученых, работы которых являются основополага­ющими в области развития теории систем и системного анализа. В первую очередь следует обратить внимание на труды австрийского ученого JI. фон Берталанфи, который в50-х гг.XX в.организовал в Ка­наде центр системных исследований. Он опубликовал большое количе­ство работ (например[5]), в которых исследовал взаимодействие сис­тем с окружающей средой. Подчеркнуто большое значение обмена си­стемы веществом, энергией и энтропией с внешним миром, отмечено, что в системе устанавливается динамическое равновесие, которое может быть направлено в сторону усложнения организации, функцио­нирование системы являетсянепростооткликом на изменение внешних условий, а сохранением старого или установлением нового внутренне­го равновесия системы. В своих работах Берталанфи исследует общие закономерности, присущие любым достаточно сложным организациям материи как биологической, так и общественной природы. Берталанфи и организованная им школа последователей в своих трудах пытаются придать общей теории систем формальный характер.

Массовое распространение системных представлений, осознание си­стемности мира, общества и человеческой деятельности связано с именем американского математика Н. Винера. В 1948 г. он опублико­вал книгу «Кибернетика»[6] и далее «Кибернетика и общество»[7]. В своих трудах он развивает идеи управления и связи в животном мире и машинах, анализирует с позиций кибернетики процессы, происходящие в обществе. Н.Винером и его последователями было указано, что пред­метом кибернетики является исследование систем. Причем отмеча­ется, что хотя при изучении системы на каком-то этапе потребуется про­водить учет ее конкретных свойств, для кибернетики в принципе несу­щественно, какова природа системы. То есть для изучения систем раз­личных типов, будь она физической, биологической, экономической, орга­низационной или вовсе представленной в виде модели, кибернетика пред­лагает единые подходы к ее исследованию. Ф.И. Перегудов и Ф.П. Та­расенко в своей книге отмечают, что с кибернетикой Винера связаны такие продвижения в развитии системных представлений как типиза­ция моделей систем, выявление особого значения обратных связей в системе, подчеркивание принципа оптимальности в управлении и син­тезе систем, осознание информации как всеобщего свойства материи и возможности ее количественного описания, развитие методологии мо­делирования вообще и в особенности идеи математического экспери­мента с помощью ЭВМ.

Существенное место в развитии кибернетики занимают советские ученые. Можно отметить многочисленные работы академика А. И. Берга. Фундаментальный вклад в развитие кибернетики внес также академик А.Н. Колмогоров. Так в период, когда в Советском Союзе кибернетику считали лженаукой и в стране шли горячие дискуссии о сути кибернетики, были сформулированы достаточно общие и полные опре­деления кибернетики. Приведем эти определения: «Кибернетика — это наука об оптимальном управлении сложными динамическими система­ми» (А.И. Берг); «Кибернетика - это наука о системах, воспринимаю­щих, хранящих, перерабатывающих и использующих информацию» (А.Н. Колмогоров).

Наконец, отметим достижения в области исследования систем бель­гийской школы во главе с И. Пришжиным.Ученые этой школы иссле­довали механизм самоорганизации систем. Они отмечают, что в резуль­тате взаимодействия с окружающей средой система может перейти в неравновесное состояние. В результате такого взаимодействия изме­няется организованность системы. Переломные точки, в которых на­блюдается неустойчивость неравновесных состояний, называются точ­ками бифуркации. Таким образом, согласно теории И. Пришжина[8], материя не является пассивной субстанцией, ей присуща спонтанная ак­тивность.