Тема 1. Опорные сигналы для изучения системного анализа

Кафедра химической техники и промышленной экологии

Конспект лекций

Системный анализ и теория принятия решений при проектировании технологических процессов и оборудования перерабатывающих и пищевых производств

Системный анализ и теория принятия решений при проектировании технологических процессов и оборудования химических производств

Специальности 8.05050313. Оборудование перерабатывающих и пищевых производств, 8.05050315. Оборудование химических производств и предприятий строительных материалов

Составили: доц.Байрачный В.Б.

Проф.Моисеев В.Ф.

ХАРЬКОВ 2016

Введение

Кто берется за частные вопросы, без предварительного решения общих, тот неминуемо будет на каждом шагу бессознательно для себя «натыкаться» на эти общие вопросы. А натыкаться слепо на них в каждом частном случае — значит обрекать свою политику на худшие шатания и беспринципность.

«Исследователь ощущает свое невежество тем больше, чем больше он знает...» — это парадоксальное замечание крупнейшего физика нашего времени Р. Оппенгеймера как нельзя более точно характеризует парадоксальную ситуацию в современной науке. Если еще недавно ученый буквально гонялся за фактами, то сегодня он не в силах справиться с их половодьем. Аналитические методы, столь эффективные при изучении частных процессов, уже не работают. Нужен новый, более действенный принцип, который помог бы разобраться в логических связях между отдельными фактами. Такой принцип был найден и получил название принцип системного движения или системного подхода (СП).

Этот принцип определяет не только новые задачи, но и характер всей управленческой деятельности, научное, техническое, технологическое и организационное совершенствование которой обусловлено самой природой крупного общественного и частного производства.

Многообразие и возрастающий объем стоящих перед нами задач хозяйственного строительства требует их взаимной увязки, обеспечения общей целенаправленности. Но этого трудно достичь, если не учитывать сложной зависимости между отдельными районами страны, между отраслями народного хозяйства, между всеми сферами общественной жизни страны. Более конкретно, 40% информации специалисту необходимо черпать из смежных областей, а подчас и отдаленных.

Уже сегодня системный подход используют во всех областях знания, хотя в ее различных областях он проявляется по-разному.

Так, в технических науках речь идет о системотехнике, в кибернетике — о системах управления, в биологии — о биосистемах и их структурных уровнях, в социологии — о возможностях структурно-функционального подхода, в медицине — о системном лечении сложных болезней (коллагенозы, системные васкулиты и др.) терапевтами широкого профиля (врачами-системщиками).

В самой природе науки лежит стремление к единству и синтезу знания. Изучение этого стремления, выявление особенностей этого процесса — одна из задач современных исследований в области теории научного знания. В современной науке и технике из-за их необычайной дифференцированности и насыщения информацией проблема концептуального синтеза приобретает особенно важное значение. Философский анализ природы научного знания предполагает рассмотрение его структуры, которое позволяет выявить пути и способы единства и синтеза знаний, ведущие к формированию новых понятий, к концептуальному синтезу. Изучая процессы объединения и синтеза научных теорий в сфере развивающихся наук, можно выявить их различные типы и формы. При первоначальном подходе к проблеме мы не усматриваем различия между единством знания и его синтезом. Заметим только, что понятие единства знания предполагает определенное его расчленение, его структуру. Синтез знания, понятный как процесс рождения нового, возникает на основе определенных типов объединения или взаимодействия его структурных форм. Иначе говоря, единство и синтез знания — лишь определенные ступени в развитии науки. Среди многообразия форм объединения знания, ведущих к синтезу, легко усмотреть четыре различных типа, иначе говоря, четыре типа единства научного знания.

Первый тип объединения состоит в том, что в процессе дифференциации знания возникают научные дисциплины, подобные кибернетике, семиотике, общей теории систем, содержание которых связано с выявлением общего в самых различных областях исследования. На этом пути происходит своеобразная интеграция знания, компенсирующая до некоторой степени многообразие и отграничение друг от друга различных научных дисциплин. Общеизвестно, что на этом пути синтезируется новое знание.

Рассматривая более детально такую интеграцию, мы можем наблюдать второй тип единства научного знания. Изучая генезис научных идей, мы замечаем тенденцию к методологическому единству. Эта тенденция заключается в методологическом продолжении одной специальной науки, т.е. в перенесении ее теории на другие области исследования. Этот второй путь к единству знания можно назвать методологической экспансией. Сразу же заметим, что эта экспансия, плодотворная на определенном этапе, рано или поздно обнаруживает свои границы.

Третий тип стремления к единству научного знания связан с фундаментальными понятиями, которые первоначально возникают в сфере естественного языка и включаются затем в систему философских категорий. Такого рода понятия путем соответствующих уточнений приобретают смысл исходных понятий формирующихся научных теорий. Можно сказать, что в данном случае мы имеем дело с концептуальной формой единства науки.

Последовательное развитие концептуального единства науки создает предпосылки для четвертого и в известном смысле самого существенного пути к единству и синтезу научного знания, а именно — пути разработки и использования единой философской методологии. Наука — это система многообразных знаний, и развитие каждого элемента этой системы невозможно без их взаимодействия. Философия исследует принципы этого взаимодействия и тем самым способствует объединению знания. Она дает основание для высшего синтеза, без которого невозможен синтез научного знания на его более специальных уровнях исследования (Овчинников Н.Ф. Структурное единство и синтез научного знания в свете ленинских идей // Вопр. филос. 1969. № 10).

Возможны и другие подходы к проблеме единства и синтеза знания. Но так или иначе эта проблема нуждается в качестве предпосылки исследования в определенном истолковании природы науки. А она системна, так же как и окружающий нас мир, наше познание и вся человеческая практика. Следовательно, исследование этих объектов должно осуществляться с помощью методов, адекватных их природе, т.е. системных!

Системность мира представляется в виде объективно существующей иерархии различно организованных взаимодействующих систем. Системность мышления реализуется в том, что знания представляются в виде иерархической системы взаимосвязанных моделей. Хотя люди и являются частью природы, человеческое мышление обладает определенной самостоятельностью относительно окружающего мира: мыслительные конструкции вовсе не обязаны подчиняться ограничениям мира реальных конструкций. Однако при выходе в практику неизбежны сопоставление и согласование системностей мира и мышления.

Практическое согласование идет через практику познания (сближения моделей с реальностью) и практику преобразования мира (приближения реальности к моделям). Обобщение этого опыта привело к открытию диалектики; следование ее законам является необходимым условием правильности нашего познания, адекватности наших моделей. Современный системный анализ исходит в своей методологии из диалектики. Можно выразиться более определенно и сказать, что системный анализ есть прикладная диалектика. С появлением системного анализа философия перестала быть единственной теоретической дисциплиной, не имеющей прикладного аналога. С практической же стороны прикладной системный анализ является методикой и практикой улучшающего вмешательства в реальные проблемные ситуации.

Для подлинно высшего образования возникновение и развитие системного анализа имеют ряд важных последствий.

Во-первых, важный этап исследования реальных ситуаций и построения их моделей (разных уровней — от вербальной до математической) является общим для всех специальностей. Для этого этапа системный анализ предлагает подробную методику, овладение которой должно стать важным элементом в подготовке специалистов любого (не только технического, но также естественного и гуманитарного) профиля.

Во-вторых, для некоторых инженерных специальностей, прежде всего связанных с проектированием сложных систем, а также для прикладной математики системный анализ в скором будущем, очевидно, станет одним из профилирующих курсов.

В-третьих, практика прикладного системного анализа в ряде стран убедительно показывает, что такая деятельность в последние годы становится для многих специалистов профессией, и уже в некоторых университетах развитых стран начат выпуск таких специалистов.

В-четвертых, чрезвычайно благоприятной аудиторией для преподавания системного анализа являются курсы повышения квалификации специалистов, проработавших после окончания вуза несколько лет на производстве и на собственном опыте испытавших, как непросто иметь дело с проблемами реальной жизни.

Введение системного анализа в вузовские учебные планы и учебный процесс связано с преодолением некоторых трудностей. Главные из них — преобладание технократического подхода в инженерном образовании, традиционно аналитическое построение наших знаний, специальностей, отображенное в дисциплинарной организации факультетов и кафедр, нехватка учебной литературы, неосознанность существующими фирмами потребности иметь профессионалов-системщиков в своих штатах, так что таких специалистов готовить вроде бы не для кого. Последнее не случайно, ибо, по социологическим опросам, лишь 2—8% населения владеет (стихийным) системным анализом.

Однако жизнь берет свое. Резко возросшие требования к качеству подготовки выпускаемых высшей школой специалистов, необходимость междисциплинарного подхода к решению сложных вопросов, нарастание глубины и масштабности проблем при ограничении сроков и ресурсов, отводимых на их решение, — все это значимые факторы, которые сделают преподавание системного анализа необходимым, более того, неизбежным (Тарасенко Ф. Введение к статье Р. Акоффа «Рассогласование между системой образования и требованиями к успешному управлению // Вестн. высш. шк. 1990. № 2). А психологическую инерцию, которая всегда стояла на пути нововведений, можно преодолеть только пропагандой новых идей, ознакомлением широкой педагогической, научной и студенческой общественности с существом нового, пробивающего себе дорогу. Будем надеяться, что предлагаемое пособие сыграет свою роль в том, чтобы привлечь внимание студентов и преподавателей к некоторым особенностям системного анализа. Тем более системный анализ перспективен и для гармоничного развития личности, для получения студентом представления о научной картине мира (НКМ) как целостного усвоения знаний по основам наук, и для формирования научного мировоззрения, и для понимания знаний! Именно непонимание ведет к утрате желания многих учиться, потере престижа высшей школы.

Обобщая сказанное, можно сделать твердый вывод о необходимости введения в современное образование дисциплины «системный анализ» — как в виде одного из общих курсов в фундаментальной подготовке студентов и слушателей, так и в виде новой специальности, существующей пока лишь в нескольких вузах мира, но, несомненно, являющейся весьма перспективной.

Изучение системного анализа предлагается начать с ознакомления опорных сигналов (по В.Ф. Шаталову). Почему? Весь окружающий нас мир имеет системную (нелинейную) природу. Поэтому составляющие его объекты, явления и процессы должны объективно отражать его реалии, т. е. быть также системными, нелинейными. Однако современная система (какой парадокс в названии!) высшего образования построена по линейному принципу — и в этом ее существенный недостаток. Он может изживаться постепенно, через переход от линейных к нелинейным формам. Путей этого движения много. Один из них — разработка и изучение опорных сигналов, представляющих собой нелинейный текст (гипертекст!), за которое отвечает правое полушарие мозга человека, создающее полнокровный и натуральный образ мира. Именно опорные сигналы фиксируют и интенсифицируют самостоятельную работу студентов, в том числе и в направлении изучения и понимания системного анализа.

Опорные сигналы (ОС) — это специально закодированное и особым образом оформленное содержание темы, раздела или дисциплины в целом. Принципами кодирования являются:

· извлечение квинтэссенции материала;

· представление материала в наиболее удобном для изучения виде.

Тема 1. Опорные сигналы для изучения системного анализа.

Сведение множества к единому — в этом первооснова красоты (Пифагор, древнегреческий ученый, профессор).
Глубина прозрения и элегантность гипотезы — почти всегда следствие общности (В. Дружинин, профессор; Д. Конторов, профессор).
Современным мудрецом следует считать того, кто в состоянии увидеть общее в тех вещах и явлениях, которые другим представляются различными и совершенно несравнимыми (Ф. Вольтер, французский философ).
Те, кто задерживаются только на «деталях» познания, обретают «печать духовного убожества» (Жюльен Офре Ламерти, французский философ и врач, представитель французского материализма).
...Различные вещи становятся количественно сравнимыми лишь после того, как они сведены к одному и тому же единству. Только как выражения одного и того же единства они являются одноименными, а следовательно, сравнимыми величинами (К. Маркс, Ф. Энгельс, немецкие философы).
В недалеком времени общество будет иметь «одну науку». Представители ее не сверх-универсалы, все знающие и все умеющие. Это будут высокообразованные, эрудированные люди, обладающие глубокими представлениями о развитии науки и общества в целом, знающие основные пути и возможности познания через «себя» (человека) всей природы. В то же время они будут универсалами в какой-то одной или группе отраслей (К. Маркс).
Единство природы обнаруживается в поразительной аналогичности дифференциальных уравнений, относящихся к разным областям явлений (В. И. Ленин — основатель советского государства).
Факты в науке и технике, если взять их в целом, в их связи, не только «упрямая», но и безусловно доказательная вещь... Необходимо брать не отдельные факты, а всю совокупность относящихся к рассматриваемому вопросу фактов, без единого исключения. Мы никогда не достигнем этого полностью, но требование всесторонности предостережет нас от ошибок и от «омертвления» (В. И. Ленин).
Кто берется за частные вопросы, без предварительного решения общих, тот неминуемо будет на каждом шагу бессознательно для себя «натыкаться» на эти общие вопросы. А натыкаться слепо на них в каждом частном случае — значит обрекать свою политику на худшие шатания и беспринципность (В. И. Ленин).
Наука представляет собой единое целое. Ее разделение на отдельные области обусловлено не столько природой объектов, сколько ограниченностью способностей человеческого познания. В действительности, «существует непрерывная цепь от физики к химии, через биологию и антропологию к социальным наукам, цепь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по произволу» (М. Планк, немецкий физик, лауреат Нобелевской премии).
Цель современной науки — раскрыть внутреннюю связь и тенденции, открыть законы, объективную логику этих изменений (В. И. Ленин).
Цель современной науки состоит в том, чтобы видеть общее в частном и постоянное в переходящем (К. Уайтхед, канадский профессор).
...Необходим комплексный, системный подход к выработке ответственных решений. Мы приняли такой на вооружение и будем последовательно проводить его в жизнь (Л. И. Брежнев, Генеральный секретарь ЦК КПСС).
Наука серьезно обогатила теоретический арсенал планирования, разработав методы экономико-математического моделирования, системного анализа и др. Необходимо шире использовать эти методы... Это делает важным не только производство соответствующей техники, но и подготовку значительного числа квалифицированных кадров (А. И. Брежнев).
Среди самых насущных проблем развития современной науки одно из первых мест занимает интеграция научных знаний. Она находит свое выражение в выработке общих понятий, принципов, теорий, концепций в создании общей картины мира. Бурный процесс появления общих теорий отдельных видов знаний обусловливается в первую очередь интересами повышения их эффективности и способностью их уплотнения (В. Турченко, философ).
Синтез различных наук оказался в высшей степени плодотворным. Данная тенденция становится важнейшей, ибо наиболее крупные открытия нашего времени сделаны на стыках различных наук, где родились новые научные дисциплины и направления (М. Г. Чепиков, философ).
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... Именно в связи с процессами интеграции возникла потребность развития системных исследований (В. Н. Садовский, философ).
Метод целостного подхода имеет важнейшее значение в становлении более высокой ступени мышления, а именно перехода от аналитической ступени к синтетической, которая направляет познавательный процесс к более всестороннему и глубокому познанию явлений (И. В. Блауберг, философ; Б. Г. Юдин, философ).
Главная цель любой науки состоит в том, чтобы свести самое удивительное к обычному, чтобы показать, что сложность, если смотреть на нее под верным углом, оказывается лишь замаскированной простотой, чтобы открыть закономерности, скрывающиеся в кажущемся хаосе. Но эти закономерности могут быть очень сложными по своему представлению или содержать такие исходные данные, которых не хватает для осуществления какого-либо расчета (Э. Квейд, американский системщик).
Мыслительная деятельность отдельного Человека тем продуктивнее и логичнее, чем полнее и глубже он усвоил всеобщие категории мышления (В. В. Давыдов, профессор).
В природе нет отдельно существующих техники и технологии, физики и биологии, исследования и проектирования (М. Планк).
Явления природы, как правило, комплексны. Они ничего не знают о том, как мы поделили наши знания на науки. Только всестороннее рассмотрение явлений с точки зрения физики, химии, механики, а иногда и биологии позволит распознать их сущность и применить на практике (Н. Н. Семенов, академик).
НТР выявила ряд интеллектуальных «болезней». Одна из них — узость профессионального сознания. В любой области научно-технической деятельности нельзя сделать что-либо существенное, если сосредоточить внимание и усилия на узком месте. Сужение поиска — условие как будто грамотного решения проблемы. Но постоянное участие специалистов в такого рода программах нередко приводит к тому, что они теряют панорамное видение всего фронта работ. Возникает «глухота специализации», которая при неблагоприятных условиях может перерасти в «заболевание», названное К. Марксом «профессиональным кретинизмом». Не случайно, что именно он заложил принципы СП при анализе капиталистического производства. Его «Капитал» — первое фундаментальное системное исследование структуры общества (Е. Жариков, профессор).
Системных подход к явлениям — одно из важнейших интеллектуальных свойств человека (В. Н. Спицнадель, профессор).
Чтоб жизни суть постичь
И описать точь-в-точь,
Он, тело расчленив,
душу выгнав прочь,
Глядит на части. Но...
Духовная их связь
Исчезла, безвозвратно унеслась!
(Г. Гете, немецкий поэт)
В одно мгновенье видеть вечность,
Огромный мир — в зерне песка,
В единой горсти — бесконечность
И небо — в чашечке цветка.
(У. Блейк, английский философ и поэт)
Подход научный — значит системный!!! (В. Н. Спицнадель).
Мир, наше познание и вся человеческая практика имеют системную природу. Информация идет из окружающего мира. Мы — мыслим. Необходимо согласование системности и мышления. Но мышление обеспечивается образованием. Следовательно, и оно должно быть системным!!! (В. Н. Спицнадель).
Была подорвана престижность инженерного творчества, растеряны всемирно известные отечественные школы разработчиков техники. Сложилась порочная философия подражания и посредственности. В результате часть продукции не отвечает современному уровню науки и техники. В чем же... корни сложившегося положения с техническим уровнем создаваемых машин? Прежде всего в том, что по существу до сих пор у нас отсутствовал системный анализ новейших мировых достижений (М. С. Горбачев, Генеральный секретарь ЦК КПСС).
Считаю, что в этом виновата и высшая школа, не готовя соответствующих специалистов. В передовой статье «На путях перестройки высшего образования» (Вестник высшей школы. 1986. № 7) отмечается, что «...сейчас впервые предложены решения, базирующиеся на системных позициях (В. Н. Спицнадель).
Важный этап системных исследований реальных ситуаций и построения их моделей является общим практически для всех специальностей:

для инженерных специалистов, связанных с проектированием СТС, также для прикладной математики системный анализ в скором будущем очевидно, станет одним из профилирующих курсов;
практика прикладного СА в ряде стран убедительно показывает, что такая научно-техническая деятельность (НТД) в последние годы становится для многих специалистов профессией, и уже в нескольких университетах развитых стран начат выпуск таких специалистов;
чрезвычайно благоприятной аудиторией для преподавания СА является ИПК специалистов, проработавших после окончания вуза несколько лет на производстве и на собственном опыте испытавших, как непросто иметь дело с проблемами реальной жизни

(Ф.П. Тарасенко, профессор).
Трудности введения СА в уч/процесс: традиционно аналитическое построение наших знаний и специальностей, отображенное в организации факультетов и кафедр. Поэтому руководители не знают сущности СА! Доклад в ЛГУ: «Кто мыслит системно?» Ответ: 8% руководителей Северо-Запада (В. Н. Спицнадель).

В чем же заключается важность СА? Прежде всего — для принятия оптимальных решений (В. Н. Спицнадель). Половина беспокойства в мире (а следовательно, и болезней) происходит от людей, пытающихся принимать решения без достаточного знания того, на чем основывается решение. Решение должно быть не любым, а оптимальным. Но нельзя принять оптимального решения в рамках предметного знания! (А. Рапопорт, канадский профессор).
Я не знаю ни одного завершенного системного исследования в технике (А. И. Берг, академик).
Современные системные исследования, к сожалению, остаются либо частнонаучными разработками, либо концентрируются вокруг формальных методологических вопросов (В. П. Кузьмин, профессор).
Исключая единичные случаи, необходимо признать, что системная методология редко используется в массовом масштабе и для большинства разработок... характерно эмпирическое развитие метода проб и ошибок (И. М. Макаров, академик).
Системный подход легко провозглашается в общем виде, но очень трудно реализуется в конкретной форме, т. к. многоаспектная ориентация требует специальной научной, организационной, технической, педагогической подготовки и др. условий в совокупности с целенаправленными мероприятиями по ресурсному обеспечению системной деятельности. Подчеркнем, единой и непрерывной системной деятельности, начиная от исследования конкретного объекта и кончая ликвидацией, наступающей после физического или морального его устаревания (В. Н. Спицнадель).
СА характеризуется главным образом не специфическим научным аппаратом, а упорядоченным, логически обоснованным подходом к исследованию проблемы и использованию соответствующих методов их решения, которые могут быть разработаны в рамках других наук (Ю. И. Черняк, профессор).
Если естествознание было преимущественно собирающей наукой, то сейчас оно стало в сущности упорядочивающей наукой, наукой о связях (Ф. Энгельс).
Все мы... пользуемся огромным запасом неосознанных знаний, навыков и умений, сформировавшихся на протяжении длительной эволюции человечества (Е. П. Велихов, академик). В связи с этим возникает вопрос — как мы можем студентам читать эти неосознанные знания, тем более нацеливая их на самостоятельную работу? (В. Н. Спицнадель).
Большинство специалистов понимают (синтез) не прямо, а зигзагами, не сознательно, а стихийно, идут к нему, не видя ясно своей конечной цели, а приближаясь ней ощупью, шатаясь, иногда даже задом (В. И. Ленин).
С принципом развития согласны все. Но это есть поверхностное согласие, которым душат и опошляют истину (В. И. Ленин).
Сегодня о системном подходе говорится практически во всех науках, хотя в ее различных разделах он проявляется по-разному. Так, в технических науках речь идет о системотехнике, в кибернетике — о СУ, в биологии — о биосистемах и их структурных уровнях, в социологии — о возможностях структурно-функционального подхода, в медицине — о сложных системных болезнях (коллагенозы, системные васкулиты и пр.), лечить которые должны терапевты широкого профиля (врачи-системщики) (Е. П. Тареев, академик).
Существо системного подхода ярко выражено в одном высказывании, приписываемом английскому офицеру периода Второй мировой войны: «Эти парни не возьмут в руки даже паяльника, пока они досконально не разберутся в стратегии военных действий на всем Тихоокеанском театре». Налицо целостность локальных и глобальных задач конкретной деятельности! (В. Н. Спицнадель).
Значение системности: для принятия оптимальных (!) решений, которые невозможно принять в предметном знании; в противном случае — головотяпство и некомпетентность; для сокращения нагрузки на память; перегрузки в ВШ возникают за счет слишком большой мобилизации памяти студентов при ярко выраженной недогрузки их мысли, воображения и фантазии; практика: повышает интерес студентов к науке; не только развивает студентов, но и воспитывает их; восприятие теоретических знаний происходит целыми блоками; СА — предпосылка дальнейшего рационального овладения знаниями; коль скоро студент будет осознавать природу знаний, пути их получения и фиксации, состав и структуру научной теории, то он сможет осмыслить новые знания по образцу, усвоенному в вузе через курс СА; установка на осмысление знаний в определенной структуре приводит студента к формулировке вопросов, на которые он должен искать ответ в разных источниках, к критическому рассмотрению новой информации; все это является необходимыми элементами творческого мышления; для понимания, потому что именно оно является результатом синтеза, а не анализа; системность позволяет получить НKM — целостное усвоение знаний по основам наук.
Ведь наука представляет собой единое целое и ее разделение на отдельные области условно. НКМ — это модель, образ действительности, в основе которого лежат данные конкретных наук о природе и обществе. Знания, относящиеся к НКМ, называют мировоззренческими: они формируются очень медленно, но СА ускоряет их формирование (В. Н. Спицнадель).