Тема 2. Основные положения теории систем

РАЗДЕЛ 1. (модуль 1) Теоретические основы формирования системного анализа

Тема 2. Основные положения теории систем

Древние философы утверждали, что мир системен и все в нем взаимосвязано и взаимозависимо. Исследования взаимосвязанности объектов и явлений реального мира натолкнули ученых к обобщению и систематизации знаний о «системах». Формирование теоретических и практических знаний о системах осуществлялось в процессе интеграции знаний в разных областях наук (биологии, физике, химии, экономике, социологии). Оформление системных взглядов в научные теории происходило постепенно по мере их накопления и интеграции. История развития системных представлений, системных идей дала толчок к оформлению этих знаний в самостоятельное научно-теоретическое направление исследований, которое было названо теорией систем (ТС) и имеющее междисциплинарный характер.

Основоположником общей теории систем (ОТС) считается Л. фон Берталанфи, который в 30-е гг. XX века предложил концепцию открытой системы. Суть этой концепции в том, что любая система не может существовать без взаимодействия с окружающей ее средой, именно обмен веществом, информацией и энергией создают условия для ее жизнедеятельности.

Большой вклад в развитие основных положений теории систем внесли такие российские ученые как: М. Месарович, А.И. Уемов, Ю.А. Урманцев, В.Н. Садовский и др. [14, 15, 66, 67, 80].

Один из основоположников системного движения XX века был российский философ В.Н. Садовский, который утверждал: «Процесс интеграции приводит к выводу, что многие проблемы получат правильное научное освещение только в том случае, если они будут опираться одновременно на общественные, естественные и технические науки. Это требует применения результатов исследования разных специалистов – философов, социологов, психологов, экономистов, инженеров. В связи с усилением процессов интеграции научных знаний возникла потребность развитии системных исследований» [14, С.108.].

И.В. Блауберг, Б.Г. Юдин считали, что: «Метод целостного подхода имеет важное значение в становлении более высоких ступеней мышления, а именно перехода от аналитической ступени к синтетической, которая направляет познавательный процесс к более всестороннему и глубокому познанию явлений» [15, С.53.]

Многочисленные направления научных исследований систем различной природы позволили выделить три основных компоненты теории систем (ТС) в качестве универсальных знаний о системах (рис.2.1).

Принцип триединства является универсальной основой постоянного развития теории систем в качестве научной методологии исследования природных и искусственно создаваемых человеком систем, таких как социальная, экономическая, техническая и многих других. В ней разработан универсальный методологический аппарат структурно-функционального исследования систем и процессов, происходящих в них, под воздействием влияния на них внутренних и внешних факторов.

Рисунок 2.1. Триединство теории систем

Первой компонентой этой теории является СИСТЕМОНОМИЯ (от греческого слова «номос» - закон). В ней определяется круг теоретических знаний о понятиях, канонизации, типизации и формализации систем. Главный закон теории систем гласит: «любой объект есть объект-система и любой объект-система принадлежит хотя бы одной системе объектов одного и того же рода ». Это положение является основополагающим в формировании системных взглядов на объективность наличия системных связей между системами разной природы. Основной закон теории систем определяется как важный принцип системности, на основе которого и формируется системное мировоззрение.

Поскольку под «объектом» понимается любой предмет как объективной, так и субъективной реальности, то данный закон позволяет установить необычное и вместе с тем глубокое единство между объектами в качестве систем, внешне мало сходными друг с другом.

Второй компонентой является СИСТЕМОЛОГИЯ (от греческого слова «логос» – слово, учение ) является методологией системного подхода,которая дает представление об универсальных законах и закономерностях их существования, организации и управления системами различной природы. Это направление включает в себя системный анализ, генезис систем, синтез и методы оптимизации организационных структур.

Третьим компонентом ТС является СИСТЕМОТЕХНИКА (от греческого слова «техне» – умение, искусство применения). В рамках системотехники разрабатываются общие и частные методики применения системных принципом и методов описания состояния и поведения систем формальным математическим языком. Это обстоятельство способствует разработке алгоритмов их функционирования и управления на базе построения имитационных моделей средствами компьютерной техники.

Теория систем представляет собой научную дисциплину, предметом изучения которой являются явления различной природы в качестве абстрактных (обобщенных) моделей объектов реального мира, основанных на описании формальных взаимосвязях между различными факторами и на характере их изменений под влиянием внешней среды. В теории систем результаты исследования объясняются лишь на основе взаимодействия элементов (компонентов) системы, т.е. на основе ее организации и функционирования, а не с помощью природных (биологических, социальных, экономических и др.) механизмов. Специфика природных механизмов систем изучается в предметных теориях систем (теория экономических систем, теория социальных систем, теория технических систем и т.п.).

Объектом исследования в этой теории является формализованная взаимосвязь между наблюдаемыми свойствами и признаками системы, а не явления «физической реальности», т.е. содержание системы.

Теория систем занимается фундаментальными понятиями и аспектами систем. Она предназначена для решения сложных, иерархических проблем, которые можно описать математической теорией систем. Любую систему можно описать либо как некое преобразование входных воздействий (стимулов) на выходные параметры (реакция) с учетом причинно-следственного принципа, в рамках кибернетического подхода, либо с позиции достижения системой какой-либо цели или выполнения какой- либо функции с учетом принципа целенаправленности, в рамках структурно-функционального подхода.

Языком описания состояния и поведения систем является теория обработки информации и теория целенаправленного действия (управления и принятия решений).

В теории систем М. Мисаровичем были сформулированы основные закономерности структурно-функционального анализа и синтеза в качестве определяющего принцип системного исследования [48]. Согласно этому принципу: все свойства, характеристики объекта-системы можно математически представить как функции, аргументами которых являются свойства его элементов и структуры. Закономерности соединения (композиции) элементов в целую систему могут быть выражены с помощью уравнений связи и движения, т. е. дифференциальных, интегральных, алгебраических уравнений или в виде графов, матриц, графиков. Границы и условия применимости тех или иных уравнений или других средств описания, выражающих собой модель структуры системы, косвенно отражают влияние внешних условий, которые при том же составе элементов системы реализуют вполне определенные структуры их связей, свойства и функции на выходе системы.

Отображение организации и структуры объекта-системы выступает главной, интегральной характеристикой содержания информации об объекте. Такая информация позволяет рассчитывать и предсказывать интегральные свойства системы на основе синтеза, т.е. спроектировать новую систему с заранее заданными свойствами, функциями и показателями оптимальности, а также объяснять свойства и поведение системы на основе знания ее функциональных механизмов, алгоритмов поведения, статических и динамических структур.

Структурное описание играет определяющую роль при системном анализе систем разной природы. Схематично последовательность этапов описание системы для исследования представлено на (рис.2.2).

Рисунок 2.2. Последовательность этапов описания системы

На первом этапе исследования систему представляют в общих чертах, затем создается ее принципиальная схема, в которой определяются основные функциональные элементы (подсистемы) и связи между ними, затем более детально описываются функциональные структуры (аналитическая модель), затем информационные связи между подсистемами и внешнем окружением (алгоритмы), а потом уже создаются математические модели.

Постоянное развитие ТС позволило объединить предметно-содержательный (онтологический) и теоретико-познавательный (гносеологический) аспекты теории и сформировать общесистемные положения, которые рассматриваются в качестве трех основных общесистемных законов систем (эволюции, иерархии и взаимодействия).

В ТС сформировался целый ряд общесистемных и общетеоретических категорий.

Первые – это система, элемент, связь, отношение, структура, функция, организация, управление, сложность и др. Эти категории относятся, как к миру вещей, так и к сфере познания.

Вторые – это язык, значение и смысл, интерпретация, редукция, экстраполяция и др. Эти категории раскрывают специфику изучения объектов в качестве систем. Использование фундаментальных положений теории систем и общесистемной методологии организации и управления в единое целое позволяет наиболее адекватно описывать состояние и поведение систем формальным математическим языком.

Фундаментальной основой развития любого научного знания являются системные представления об объекте исследования в определенной предметной области. Объектом исследования могут быть явления природы, структурные организации, поведение системы, процессы, протекающие в системе и многое другое. Системные представления об экономических и социальных объектах в динамично развивающемся мире позволяют на качественно новом уровне планировать и прогнозировать стратегию управления развитием современной цивилизации в глобальных масштабах.

Теория систем изучает закономерности организации, структурирования, функционирования, поведения и существования любого объекта в качестве системы. Методологической основой построения теории систем стали такие универсальные научные принципы как:

1. целостность – это закон устойчиво-динамичного состояния системы при сохранении внешней формы и содержания в условиях взаимодействия с окружающей средой;

2. дискретность – это закон деления целого образования на элементарные частицы (элементы системы);

3. гармония – это закон формирования связей при обмене энергией, информацией и веществом между элементами системы и между целой системой и окружающей ее средой;

4. иерархия – это закон построения отношений между элементами целого образования (структура управления системой);

5. адекватность – это закон соотношения симметрии и диссиметрии в природе как степень соответствия описания реальной системы формальными методами.

Приведенная система принципов не является исчерпывающей, но она определяет научно-методологическую основу теории систем. Как следует из содержания приведенных выше принципов, фундаментальной основой построения теории являются законы природных образований, т.е. природных систем. Фундаментальными законами диалектики являются: закон движения, закон развития и закон обмена энергией, информацией и веществом. Главным научным результатом развития теории систем стало формулирование универсальных законов систем.