Системный анализ

В настоящее время лишь немногие ученые могут назвать себя математиками, или физиками, или биологами, не прибавляя к этому дальнейшего ограничения. Ученый становится теперь топологом, или акустиком, или специалистом по жесткокрылым.

Н. Винер

Введение

Приведенная выше фраза Н. Винера, послужившая эпиграфом к данному реферату, хотя и была высказана более полувека назад, не потеряла своей актуальности и в наши дни. Более того, ситуация усугубилась многократно. Концептуальный каркас, обслуживающий науку на протяжении многих лет, все чаще и чаще начинает не срабатывать по той простой причине, что он оказывается неадекватным современным задачам и даже самой их постановке. А.И. Уемов, ссылаясь на источники XIX века, пишет, что Лейбниц был последним человеком, знавшим “все на свете” [1]. Действительно, еще в XVIII в объем знаний был таков, что ученые того времени могли знать несколько языков, проводить опыты по физике, химии, делали открытия в математике, а в дополнение к этому занимались поэзией. В настоящее же время, знания человека о природе разрослись до такой степени, что не представляется возможным охватить не только весь их объем, но даже и отдельные его области как математика, физика, биология и т.п. Ученые все глубже углубляются в изучение своих областей, часто не отдавая себе отчета о полезности этих знаний. С другой стороны, для современного ученого необходимо получение сведений из других отраслей науки. Появление таких дисциплин, как биофизика, физическая химия, биохимия, бионика, математическая лингвистика, требует сочетания сведений из различных областей. Таким образом, налицо реальное противоречие в развитии науки.

И.В. Блауберг и Э.Г. Юдин поднимают следующий вопрос: “Чего ждут от современной науки, и чего хочет сама наука?” [2] . Отвечая на него, они говорят: “ …специфической чертой социальной роли науки в современных условиях является направленность научного познания в целом на создание эффективных средств управления как природными, так и социальными процессами”.

Еще в первой половине XX века масштабы и характер воздействия человека на природу были таковы, что между возможностями, которые заключали в себе эти условия, и их реальным использованием существовал внушительный интервал. Однако сейчас положение изменилось самым решительным образом. Мощь природы не только перестала казаться бесконечной, но во многих отношениях уже сейчас требует от общества специальных усилий, направленных на ее поддержание, и даже восстановление. Кроме того, сознательно регулируемым предметом деятельности становится сама деятельность человека: иначе говоря, резко усиливается воздействие человека на всю систему социальных отношений, а вместе с тем возрастает социальное знание поставляющего инструментальные и иные средства для такого воздействия.

Эти причины явились предпосылками возникновения общей теории систем, которая оформилась как самостоятельная дисциплина в 40х-50х годах ХХ века и призвана помочь человечеству в преодолении недостатков узкой специализации, усилении междисциплинарных связей, развитии диалектического видения мира, системного мышления.

Системный анализ со временем стал меж- и наддисциплинарным курсом, обобщающий методологию исследования сложных технических и социальных систем.

С ростом населения на планете, ускорением научно-технического прогресса, угрозой голода, безработицы и различных экологических катастроф, становится все более важным применение системного анализа.

Тема моей диссертационной работы звучит как “Исследование социально-экономических аспектов использования гибких производственных систем”. Кроме знания экономики исследование этой темы требует знаний по социологии, психологии, организации и технологии производства и т.д. Системный анализ предоставляет инструментарий, называемый системной парадигмой, без применения которого, исследование этой проблемы усложняется многократно. Системный анализ также представляет собой наиболее надежную концептуальную основу современного менеджмента.

При исследовании доступной мне литературы я пришел к следующим выводам. В литературе, посвященной данному вопросу, просматривается относительно четкое разделение ученых на два лагеря: сторонников абстрактной теории систем и сторонников прагматического использования системной методологии. Западные авторы (Дж. ван Гиг, Р. Эшби, Р. Акофф, Ф. Эмери, С. Бир) большей частью склоняются к прикладному системному анализу, применению его для анализа и проектирования организаций. Классики советского системного анализа (А.И. Уемов, М.В. Блауберг, Э.Г. Юдин, Ю.А. Урманцев и др.) большее внимание уделяют теории системного анализа, как каркаса увеличивающегося научного знания, определению философских категорий “система”, “элемент”, “часть”, “целое” и т.п. Для меня больший интерес представляет применение системного анализа для проектирования и управления человеко-машинными системами, поэтому при работе над данным рефератом я больше внимания уделил работам западных авторов.

Данный реферат состоит из четырех частей. Первая часть реферата посвящена истории зарождения, возникновения и развития системного знания, в ней приведены имена ученых, развивавших и продвигавших науку о системах, и их вклад в системный анализ. Вторая часть посвящена описанию базового круга понятий, которыми оперирует системный анализ. В третьей части приведены основные принципы, на которых базируется системный анализ, кратко описывается его методология, там же дано сравнение механистического и системного подходов. Четвертая часть, обобщая и систематизируя предыдущие части, описывает области, в которых применяется системный анализ, или в которых его применение имеет большие перспективы.

История возникновения общей теории систем.

Круг значений понятия “система” в греческом языке весьма обширен: сочетание, организм, устройство, организация, союз, строй, руководящий орган. Первенство в использовании этого понятия приписывается стоикам [2]. Также это понятие прослеживается у Аристотеля.

Некоторые идеи, лежащие в основе общей теории систем встречаются уже у Гегеля. Они сводятся к следующему:

Целое есть нечто большее, чем сумма частей.

Целое определяет природу частей.

Части не могут быть познаны при рассмотрении их вне целого.

Части находятся в постоянной взаимосвязи и взаимозависимости.

В явной форме вопрос о научном подходе к управлению сложными системами первым поставил М.А. Ампер. В своей работе “Опыт о философии наук, или аналитическое изложение классификации всех человеческих знаний” (ч.1 - 1834г., ч.2 - 1843) при построении и классификации всевозможных, в том числе и не существовавших тогда, наук, он выделил специальную науку об управлении государством и назвал ее кибернетикой. Однако первый по-настоящему научный труд по этой тематике написал польский философ-гегельянец Б. Трентовский. В 1843г. он опубликовал книгу “Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом”. Трентовский ставил целью построение научных основ практической деятельности руководителя (“кибернета”). Он подчеркивал, что действительно эффективное управление должно учитывать все важнейшие внешние и внутренние факторы, влияющие на объект управления. Главная сложность управления, по мнению Трентовского, связана со сложностью поведения людей. Используя знания диалектики, Трентовский утверждал, что общество, коллектив, да и сам человек - это система, единство противоречий, разрешение которых и есть развитие.

Однако в середине XIX века знания Трентовского оказались невостребованными. Практика управления еще могла обходиться без науки управления. Кибернетика была на время позабыта.

В 1891г. академик Е.С. Федоров, работавший в области минералогии и кристаллографии, изучавший особенности строения кристаллических решеток, отметил, что все невообразимое разнообразие природных тел реализуется из ограниченного и небольшого числа исходных форм. Развивая системные представления, он установил и некоторые закономерности развития систем. Ему принадлежит наблюдение, что главным средством жизнеспособности и прогресса систем является не их приспособленность, а способность к приспособлению (“жизненная подвижность”), не стройность, а способность к повышению стройности.

Следующая ступень в изучении системности как самостоятельного предмета связана с именем А.А. Богданова. С 1911 по1925гг. вышли три тома книги “Всеобщая организационная наука (тектология)”. Богданову принадлежит идея о том, что все существующие объекты и процессы имеют определенную степень, уровень организованности. Все явления рассматриваются как непрерывные процессы организации и дезорганизации. Богданову принадлежит ценнейшее открытие, что уровень организации тем выше, чем сильнее свойства целого отличаются от простой суммы свойств его частей. Особенностью тектологии Богданова является то, что основное внимание уделяется закономерностям развития организации, рассмотрению соотношений устойчивого и изменчивого, значению обратных связей, учету собственных целей организации, роли открытых систем. Он подчеркивал роли моделирования и математики как потенциальных методов решения задач тектологии.

По настоящему явное и массовое усвоение системных понятий, общественное осознание системности мира, общества и человеческой деятельности началось с 1948г., когда американский математик Н. Винер опубликовал книгу под названием “Кибернетика”. Первоначально он определил кибернетику как “науку об управлении и связи в животных и машинах”. Такое определение сформировалось у Винера, благодаря его особому интересу к аналогиям процессов в живых организмах и машинах, однако оно неоправданно сужает сферу приложения кибернетики. Уже в следующей книге “Кибернетика и общество” Н.Винер анализирует с позиций кибернетики процессы, происходящие в обществе.

С кибернетикой Винера связаны такие продвижения, 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.

Параллельно, и как бы независимо, от кибернетики прокладывался еще один подход к науке о системах - общая теория систем. Идея построения теории, приложимой к системам любой природы, была выдвинута австрийским биологом Л. Берталанфи. Один из путей реализации этой идеи Берталанфи видел в том, чтобы отыскивать структурное сходство законов, установленных в различных дисциплинах, и, обобщая их, выводить общесистемные закономерности. Одним из важнейших достижений Берталанфи считается введение им понятия открытой системы. В отличие от винеровского подхода, где изучаются внутрисистемные обратные связи, а функционирование систем рассматривается просто как отклик на внешнее воздействие, Берталанфи подчеркивает особое значение обмена веществом, энергией и информацией (негэнтропией) с открытой средой. [3]

Отправной точкой общей теории систем как самостоятельной науки можно считать 1954г., когда было организовано общество содействия развитию общей теории систем. Свой первый ежегодник “Общие системы” общество опубликовало в 1956г. В статье, помещенной в первом томе ежегодника, Берталанфи указал причины появления новой отрасли знания:

Существует общая тенденция к достижению единства различных естественных и общественных наук.

Такое единство может быть предметом изучения ОТС.

Эта теория может быть важным средством формирования строгих теорий в науках о живой природе и обществе.

Развивая объединяющие принципы, которые имеют место во всех областях знания, эта теория приблизит нас к цели - достижению единства науки.

Все это может привести к достижению необходимого единства научного образования [4].

Приведенный исторический экскурс показывает, что развитием системного анализа занимались ученые самых различных специальностей: Ампер - физик, Трентовский - философ, Федоров - геолог, Богданов - медик, Винер - математик, Берталанфи - биолог. Это еще раз указывает на положение общей теории систем - в центре человеческих знаний. По степени общности Дж. ван Гиг ставит общую теорию систем на один уровень с математикой и философией [4].

Близко к ОТС на дереве научного знания расположены другие науки, занимающиеся изучением систем: кибернетика, телеология, теория информации, инженерная теория связи, теория ЭВМ, системотехника, исследование операций и сопряженные с ними научные и инженерные направления. [5]

Философские категории, используемые в системном анализе

Акофф и Эмери пишут:

Кибернетики дают цели и информации такие определения, которые как нельзя лучше приспособлены для исследований, проводимых самими кибернетиками. Затем они заявляют, что эти определения в равной степени подходят и для других областей. Однако кое-кто из психологов и социологов понимает, что специфика изучаемых ими явлений не отражена в определениях кибернетика, поэтому они усматривают в его предложениях только метафоры или аналогии. [5]

Таким образом, из этого следует, что необходима система понятий и способов измерений, которая выходила бы за пределы кибернетики и учитывала бы интересы специалистов, изучающих поведение, как индивидуальное, так и общественное. Эта система понятий должна быть достаточно общей, чтобы охватывать исследования многих типов явлений, проводимые различными дисциплинами. Кроме того, желательно, чтобы она положила начало действительно междисциплинарным исследованиям.

Общая теория систем, как дисциплина, претендующая на роль “скелета науки” возложила функцию разработки такой системы на себя.

Вышеупомянутые Акофф и Эмери [5] критически переработали обширный материал и предложили свою концепцию. Определения, которые они дают многим понятиям, достаточно широки и отличаются полнотой, но большая часть этих определений слишком громоздка и включение многих из них, заслуживающих внимания, в объем данного реферата не представляется целесообразным. Большое внимание определению системы понятий уделяет Дж. ван Гиг [4]. Не обошли стороной этот вопрос и советские авторы А.И.Уемов, И.В.Блауберг и Э.Г.Юдин и др.

Система

Центральной концепцией теории систем, кибернетики, системного анализа, всей системологии является понятие системы. Поэтому очень многие авторы анализировали это понятие, развивали определение системы до различной степени формализации.

К примеру, ван Гиг [4] дает достаточно краткое определение:

Система - совокупность или множество связанных между собой элементов.

Постепенно развивая это понятие, он определяет систему как совокупность живых или неживых элементов, либо и тех и других вместе.

В конечном итоге он дает два варианта определения:

Система - совокупность частей или компонентов, связанных между собой организационно. При выходе из системы части системы продолжают испытывать на себе ее влияние и претерпевают изменения.

Под системой может пониматься естественное соединение составных частей, самостоятельно существующих в природе, а также нечто абстрактное, порожденное воображением человека.

Данные как определения, приведенные выше постулаты, на мой взгляд, следует отнести к свойствам систем, хотя и очень важным.

А.И. Уемов, проводя анализ тридцати пяти (!) различных определений понятия “система”, останавливается на следующих:

Система - множество объектов, на котором реализуется определенное отношение с фиксированными свойствами.

Система - множество объектов, которые обладают заранее определенными свойствами с фиксированными между ними отношениями [1] .

Эти определения, несмотря на краткость достаточно полны, однако слишком тяжелы для восприятия.

Мне представляется интересным определение Р. Эшби:

Система - любая совокупность переменных, которую наблюдатель выбирает из числа переменных, свойственных реальной “машине”.

Однако это определение характерно описанной выше ситуацией: оно хорошо для кибернетика, но инженера, или, скажем, психолога оно удовлетворит не в полной мере.

Наилучшим из встреченных мною, я считаю определение Акоффа и Эмери:

Система -