Лекция №1-2-3-4. Основы методологии построения сложных систем
Содержание
Основные сферы современных системных исследований.
Сложность открытых систем
Необходимость общей теории
Две общие теории систем
Иерархия систем Боулдинга
1.3. Основы методологии системного анализа.
1.4. Сложные системы и принципы системотехники.
Принцип физичности.
Принцип моделируемости.
Принцип целенаправленности.
1.5. Классификация систем
Классификационные признаки систем
Оценка сложности системы
Классификатор систем по управлению
Классификация систем организационного управления
1.6. Эволюция типов систем управления.
1.7. Задачи анализа и синтеза систем управления
1.8. Основные характеристики структуры сложных систем
Степень централизации
Норма управляемости
Условия целесообразности иерархической структуры управления
Качество функционирования сложной системы
Общие требования, предъявляемые к критериям эффективности на этапе их разработки
Показатель качества управления
Живучесть системы
Оценка надежности системы управления
Показатель помехозащищенности
Показатель устойчивости
Быстродействие системы
1.9. Примеры структуры сложных систем
1.1.Основные сферы современных системных исследований
Одновременно с широким распространением во второй половине XX в. системных исследований в различных областях науки, техники, организации и управления производством и в других формах практической деятельности возникли попытки общего теоретического описания системных исследований в целом и разбиения всего многообразия современных системных исследований на основные области, или сферы.
Одну из первых попыток в этом направлении предпринял Л. фон Берталанфи. В своих работах 40-х годов он понимал общую теорию систем как некую обобщенную междисциплинарную науку, которая ставит перед собой задачу анализа систем (главным образом биологических и им подобных) с помощью аппарата "теории открытых систем".
С течением времени, однако, произошло определенное изменение как смысла, который приписывал Берталанфи общей теории систем, так и осознания ее места в современном научном знании . В 50-е - 60-е годы в своей трактовке "общей теории систем " Берталанфи подчеркивает ее обобщенный характер - она призвана исследовать принципы, относящиеся к системам вообще. На этой основе в 1962 г. он различил " общую теорию систем " в широком смысле, куда входят системотехника, кибернетика, теория информации, теория игр, теория решений, топология, факторный анализ и т.д. , и "общую теорию систем в узком смысле", пытающуюся вывести из общего определения системы как комплекса взаимодействующих элементов понятия, характерные для организованных целых (взаимодействие, конкуренция, эквифинальность и другие), и применяющую их к анализу конкретных явлений.
Системотехника, исследование операций и инженерная психология представляют собой, по мнению Берталанфи, прикладную часть "общей теории систем " в широком смысле.
Развивая эту тенденцию в истолковании смысла "общей теории систем", Берталанфи в своих работах конца 60-х - начала 70-х годов говорит о некоторой единой системной науке (Systems Science), выступающей в сфере прикладных исследований в форме системного подхода (Systems Approach), а в теоретической сфере - в виде общей теории систем (General System Theory).
В одной из своих последних работ Л.фон Берталанфи, рассматривая всю совокупность системных идей, как они представлены в современной науке, технике, организации производства, различает:
а) системную науку, включающую системные концепции в различных научных дисциплинах - в физике, биологии, психологии, социальных науках;
б) общую теорию систем как доктрину, призванную сформулировать принципы, применимые ко всем системам или к определенным подклассам систем;
системную технику, то есть практическое применение системных идей в современной технике и для решения социальных проблем;
"философию систем " как определенную переориентацию способов научного мышления и общего понимания мира, вызванную введением понятия "система" как новой научной парадигмы (противоположной аналитической, механистической, линейно-причинной парадигме классической науки).
Предлагаемая в этой работе классификация системных исследований изображена на схеме 1, в которой однонаправленные линии выражают отношение разделения соответствующих областей системных исследований на более частные области, входящие в первые, а двунаправленные линии выражают взаимодействие, взаимосвязь различных сфер системных исследований между собой.
В основу классификации положены два принципа:
во-первых, различение реальной научно-технической практики системных исследований и их теоретического осознания, теоретической рефлексии по поводу исследований такого рода и,
во-вторых, выделение двух смыслов понятия "научно-технические исследования " - с одной стороны, процесса целенаправленного исследования, то есть некоторого вида деятельности и, c другой стороны, результатов этого процесса, иначе говоря, полученной в итоге этого процесса суммы знаний и технических результатов - совокупности фактов, законов, теорий, технических конструкций и изделий, человекомашинных систем и т.д.
В исходном пункте нашего рассмотрения мы берем всю совокупность современных научных и технических системных проблем, концепций, разработок. Будем называть их системными исследованиями. Их отличительная особенность состоит в том, что исследуемые в них объекты рассматриваются как системы, то есть как множества взаимосвязанных элементов, выступающих как единое целое. Понимаемые таким образом системные исследования в целом сами представляют собой сложную систему взаимосвязанных элементов, выделение основных структурных компонентов которой является основной задачей классификации.
Основными сферами системных исследований являются системный подход и конкретно-научное знание о системах. При этом системный подход выражает процессуальный, методологический, рефлексивный аспект системных исследований, а конкретно-научное знание о системах включает в себя всю практику системных исследований.
Системный подход, или системный метод, представляет собой эксплицитное выражение процедур определения объектов как систем и способов их специфически системного исследования (описания, объяснения, предсказания, конструирования и т.д.).
Мы обращаем внимание на то, что термин "системный подход" здесь истолковывается более широко, чем это обычно делается, особенно в современной технической литературе, где под системным подходом понимают, как правило, совокупность системных принципов, относящихся к техническим и другим прикладным исследованиям и разработкам. С точки зрения специфики системного исследования методологическая ориентация современной науки и техники принципиально одна и та же и для ее обозначения в целом целесообразно использовать один термин - "системный подход".
Второй основной аспект системных исследований, а именно совокупность получаемых в них позитивных результатов, будем называть конкретно-научным знанием о системах. Совершенно очевидно, что входящие сюда теории, концепции и разработки существенно различаются между собой по характеру общности и по типу научных и технических областей, для описания которых они создаются.
В рамках научных системных теорий выделяются эмпирические системные дисциплины типа системной биологии, системной психологии, системной психиатрии и т.д., и различные теоретические системные концепции и модели наподобие кибернетики, теории игр, теории информации, теории решений и т.д.
Характерными образцами технических системных теорий и разработок для решения деловых и промышленных проблем являются системотехника, исследование операций, инженерная психология, системный анализ.
Аналогично разделению собственно научных системных теорий на две группы здесь также следует различить общетехнические системные модели и конкретные технические системные разработки в различных областях техники и практической деятельности. Первые частично совпадают с теоретическими системными моделями, вторые в наиболее явном виде воплощают практическую, прикладную реализацию системных идей.
При характеристике конкретно-научного знания о системах нельзя, конечно, забывать определенную условность любой классификационной схемы. В частности, в предлагаемой классификации грани между собственно научными и техническими системными теориями являются, подвижными. Некоторые системные модели, например, построенные в рамках кибернетики, относятся в своих разных аспектах к обеим сферам системных теорий. Для многих актуальных современных проблем - для разработки методов принятия решений, проблемы загрязнения окружающей среды, создания автоматизированных целенаправленных систем и т.д. - вообще крайне трудно решить, к какой области - научной или технической - их следует отнести.
Возвратимся к характеристике первого аспекта системных исследований - системного подхода. При более детализированном его представлении в нем следует выделить три главные области - общие философские проблемы системного исследования, логику и методологию системного исследования и общую теорию систем. Все эти области представляют собой определенные формы теоретической рефлексии относительно конкретных системных исследований с преимущественным акцентом на процессуальном, методологическом аспекте анализа объектов как систем.
В общие философские проблемы системного исследования входят анализ значения системных исследований как особого направления научного знания, для решения общефилософских вопросов, разработка онтологических и гносеологических аспектов исследования систем, оценка перспектив и основных направлений развития системных исследований. Разработка общих философских проблем системного исследования является высшей формой теоретического отражения методов системного анализа объектов. Результаты такого анализа оказывают существенное влияние на построение всего многообразия других форм теоретического осознания специфики системных исследований.
Логика и методология системного исследованияразделяет со всеми другими формами выражения системного подхода направленность на анализ процедур и методов системного исследования. Ее специфическим предметом является язык системных теорий, а ее основная задача состоит в выявлении и описании логических правил вывода, применяемых при анализе объектов как систем, в разработке конкретных методологических принципов системного исследования.
Особой областью системного подхода является общая теория систем. Она представляет собой междисциплинарную сферу научного исследования, и в ее задачи обычно включают:
разработку средств представления исследуемых объектов как систем;
построение обобщенных моделей системы и моделей разных классов и специфических свойств систем, включая модели динамики систем, их целенаправленного поведения, исторического развития, иерархического строения, процессов управления в системах и т.д.;
исследование концептуальной структуры теорий систем и различных системных концепций и разработок.
Хотя в настоящее время существует довольно значительное расхождение в оценке статуса и основной проблематики общей теории систем (в частности, в данной работе предлагается понимание общей теории систем как системной метатеории), при всем многообразии ее трактовок она во всех случаях, с одной стороны, выполняет, в определенной мере, функцию обобщения специального системного знания, а с другой стороны, призвана сформулировать принципы построения системного знания, то есть ее проблематика тесно соприкасается с проблемами логики и методологии системного исследования.
Именно этим последним аспектом общая теория систем отличается от различных теорий систем, также претендующих на обобщение системных представлений в отдельных областях науки и поэтому нередко выходящих за узкие дисциплинарные рамки, но никогда не затрагивающих вопросы анализа знания о системах, собственно методологическую проблематику системного исследования.