Министерство образования и науки Российской Федерации
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
А.А. Халафян
Системный анализ
тексты лекций
Краснодар 2009
Лекция 1. Некоторые аспекты возникновения и развития системных представлений
Центральная концепция теории систем, кибернетики, системного подхода к решению сложных проблем − понятие системы. Прежде чем дать определение системы и того, что является предметом системного анализа, уделим некоторое внимание понятию системности, возникновению и развитию системных представлений [1].
В настоящее время системные представления достигли такого уровня развития, что мысль о полезности и важности системного подхода к решению возникающих на практике сложных проблем вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной и общепринятой. Не только ученые, но и инженеры, педагоги, врачи, руководители производства, коммерсанты, бизнесмены обнаружили системность собственной деятельности и стараются осуществить свою работу осознанно системно. И наши успехи напрямую связаны с тем, насколько системно мы подходим к решению проблем. Так, например, образование, лечение, управление фирмой, государством на всех уровнях, экономикой страны должны быть системными. При этом необходимо отличать системность от комплексного подхода к решению проблем.
Системность это не такое качество, которым можно обладать или не обладать. Это качество существует объективно, не зависимо от того, хотим мы этого или нет (например, человек в обществе не может существовать сам по себе, вне общества, государство также не может существовать абсолютно изолированно от мирового сообщества государств).
Поскольку системность − это некоторое качество, то, очевидно, оно должно обладать и некоторыми признаками. Отметим только самые очевидные и обязательные из них.
Основные признаки системности:
1) структурированность системы (она состоит из элементов, которые могут быть объединены в подструктуры);
2) взаимозависимость составляющих частей (изменение одной части влечёт за собой изменение других);
3) подчинённость организации всей системы некоторой цели.
С развитием общества системность общественной деятельности возрастает. Покажем это на примере деятельности человека. Очевидно, что по отношению к человеческой деятельности присутствуют все перечисленные признаки: всякое наше осознанное действие преследует конкретную цель, во всяком действии легко увидеть составные части, которые находятся в определенной взаимосвязи друг с другом и должны выполняться в определенной последовательности.
Важно то, что с развитием человечества роль системных представлений в практической деятельности постоянно увеличивается и растет сама системность человеческой деятельности. Покажем это на упрощённой схеме повышения производительности труда.
Простейший и исторически первый способ повышения эффективности труда – механизация. Человек вооружается механизмами – от простейших орудий и приспособлений, приводимых в действие мускульной силой, до сложных машин со встроенными в них двигателями. Система имеет следующий вид (рис. 1):
Рис. 1
Однако механизация имеет естественные пределы: работой механизмов управляет человек, а его возможности ограничены физиологически. Нельзя лопату сделать слишком широкой, машина не должна иметь слишком много приборов и рычагов управления, так как у человека всего два глаза, две руки и т.д. Таким образом, человек является узким местом механизации. Расширить это место можно, если полностью или частично исключить участие человека из конкретного производственного процесса. Это можно сделать, если возложить на машину не только выполнение самой работы, но и выполнение операций по регулированию процесса течения работы. Технические устройства, регулирующие эти функции, называются автоматами. В соответствии с этим следующий способ повышения производительности труда, который также является вторым уровнем системности общественного производства, получил название автоматизация. Система стала сложнее, поскольку появился новый элемент, а элементы «механизм» и «деятельность» составили подсистему (рис. 2).
Рис. 2
Автоматы могут иметь разную сложность и выполнять разнообразные работы. В быт вошли торговые и игровые автоматы, автоматическая телефонная связь, автоматические линии в промышленности, расширенные возможности представляют перестраиваемые, многофункциональные автоматы, среди которых особое место занимают ЭВМ. Развитие автоматизации вызывается объективной необходимостью. Академик А.И. Берг утверждал, что если бы плановые, экономические и финансовые органы России обрабатывали всю информацию по старому на счетах и арифмометрах, то сейчас все трудоспособное население страны должно было бы работать в бухгалтериях.
Однако автоматизировать, т.е. полностью возложить на машину, можно только те работы, которые детально изучены, подробно и полно описаны, в которых точно известно, что, в каком порядке и как надо делать. То есть автомат реализует некоторый алгоритм, и если алгоритм в какой-то своей части некорректен или неточен, либо встретилась ситуация, не предусмотренная алгоритмом, то поведение автомата не может соответствовать целям его создания. Поэтому и у автоматизации в свою очередь существует естественный предел: в реальной жизни часто приходится сталкиваться с непредвиденными условиями и с невозможностью полной формализации многих практических действий (например, автомат «искусственное сердце» должен управляться компьютером). Наиболее остро такие проблемы возникают в процессе руководства человеческими коллективами, при управлении производственными системами, проектировании и эксплуатации крупных технических комплексов, вмешательстве в жизнедеятельность человеческого организма, воздействии человека на природу, т.е. в тех случаях, когда приходится взаимодействовать со сложными системами. Поэтому наиболее остро эта проблема возникает, когда взаимодействие заключается в управлении сложными системами.
Совокупность способов управления сложными системами представляет собой третий уровень системности практической деятельности. Этот уровень называется кибернетизацией, так как кибернетика первой среди других подходов стала претендовать на научное решение проблемы управления сложными системами.
Основная идея управления сложными системами состоит в том, чтобы в тех случаях, когда автоматизация имеет определенный предел (потолок), использовать ту человеческую особенность, которая именно в таких случаях проявляется и которая называется интеллектом: способность ориентироваться в незнакомых условиях и находить решение слабо формализованных задач. При этом человек выполняет именно те операции в общем алгоритме, которые не поддаются формализации.
Именно на этом принципе строятся автоматизированные системы управления, в которых формализованные операции выполняют автоматы и ЭВМ, а не формализованные операции – человек. Поэтому третий способ повышения производительности труда называется кибернетизация (компьютеризация). Например, инжектор в автомобиле, искусственное сердце, автопилот, программа 1с и т.д. Кибернетизация подразумевает разделение управленческих функций между человеком, компьютером и автоматом. Это третий уровень системности общественного производства (рис. 3).
Рис. 3
Вполне логично, в духе лучших научных традиций, возникает вопрос: нельзя ли полностью смоделировать интеллектуальные возможности человека – хотя бы в той части, которая необходима для выполнения конкретных, пусть частных интеллектуальных операций. Здесь опыт науки и техники подсказывает два пути: подглядеть у природы алгоритм интеллектуальной деятельности (т.е. изучать естественный интеллект) либо изобрести эвристический алгоритм предположительно с интеллектуальными свойствами. Если это удастся, то можно говорить о четвертом уровне повышения производительности труда – искусственном интеллекте, когда все управленческие функции будут возложены на искусственный интеллект (рис. 4).
Рис. 4
Таким образом, на примере повышения производительности труда мы показали, что роль системных представлений в практике постоянно возрастает, увеличивается значимость системных представлений в практике, постоянно расширяется сама системность человеческой практики.
Можно провести аналогичные рассуждения и показать, что системным является сам процесс человеческого мышления. Системным выступает процесс логического познания, что проявляется в его структурированности, в частности в выделении подпроцессов анализа и синтеза. Суть анализа состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Синтез – это обратный процесс. Аналитичность человеческого знания находит свое отражение в существовании различных наук, в продолжающейся дифференциации наук, во все более глубоком изучении узких вопросов. Вместе с тем столь же необходим и обратный процесс синтеза знаний. Так возникают пограничные науки типа биохимии, физикохимии, биофизики и т.д. Все перечисленное – одна из форм синтеза. Другая, более высокая форма синтетических знаний реализуется в виде наук об общих свойствах природы: философия, математика, кибернетика, теория систем, теория организации и др. Но системным является и сам результат познания, т.е. получение знания, само их представление.
Рис. 5
Если рассуждать дальше, то можно показать, что системны не только человеческая практика и мышление, но и сама природа, вся вселенная. Системность − всеобщее свойство материи, энергии, информации. Системность можно назвать формой существования мира (см. рис. 5).