Интеллектуальные развлечения. Интересные иллюзии, логические игры и загадки.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ



ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


ХХХ
Л655

В.В ЛИХОЛЕТОВ

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ


Челябинск
2004
Министерство образования Российской Федерации
Южно-Уральский государственный университет
Факультет «Экономика и предпринимательство»

ХХХ
Л 65

В.В. Лихолетов

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Учебное пособие

Челябинск
Издательство ЮУрГУ
2004
УДК
ББК

Лихолетов В.В. Системный анализ и проектирование систем управления: Учебное пособие. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 160 с.

В учебном пособии представлена история развития и методологические основы системного анализа, интегрирующие подходы его классической школы с подходами теории циклов, а также наработками по общим законам развития систем (ЗРС), выполненными в рамках теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) и модификации на ее основе функционально-стоимостного анализа (ФСА) систем.
Пособие рекомендуется студентам любых специальностей и форм обучения, аспирантам и слушателям курсов повышения квалификации. Оно может быть эффективно использовано в послевузовском образовании.

Илл. 17, табл. 19, список лит. – 61 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией факультета «Экономика и пpедпринимательство».

Рецензенты: Пестунов М.А., Щепетов Е.Г.

ISBN © Лихолетов В.В., 2004.
© Издательство ЮУрГУ, 2004.
ВВЕДЕНИЕ

С развитием науки и техники, ростом производства различных видов продукции, бурной информатизацией всех сфер человеческой жизни значительно усложнилась проблема принятия решений при выборе вариантов создания и направлений развития сложных комплексов, таких как автоматизированных систем управления (АСУ), систем автоматизированного проектирования (САПР), а также современных объектов техники и технологий. Возросла актуальность решаемых проблем, увеличились затраты на их реализацию.
Теория систем и системный анализ имеют исключительное значение при создании больших сложных человеко-машинных систем. Они рассматривают большую систему как интегрированное целое, целью которого является достижение максимальной эффективности всей системы при гармоничном сочетании противоречивых целей ее составных частей.
Целью изучения теории систем и системного анализа является освоение понятийного аппарата и основного системного инструментария, способствующего формированию у обучающихся научной картины мира (НКМ). Базисную, фундаментальную часть НКМ составляет физическая картина мира. Она есть совокупность представлений о материи и связи ее с движением, о формах ее существовании – пространстве и времени, о характере закономерностей, существующих в природе. С развитием науки меняется и картина мира, но изменение ее происходит медленнее, чем накопление конкретных знаний. Например, в физике, начиная с 17 века сменились механическая, электромагнитная, релятивистская и кванторелятивистская картины мира.
В НКМ совмещаются все теории и благодаря этому она и может выполнять функцию систематизации знаний в содержании образования. Одновременно она выполняет и мировоззренческую функцию.
Важнейшей задачей образования, особенно высшего, является формирование у студентов современного стиля мышления. Это необходимо для успешного освоения знаний как в настоящем, так и в будущем. А стиль мышления неразрывно связан с НКМ. Поэтому во времена господства механической картины мира было общепринятым представление, по которому любой процесс природы допускает описание в терминах механики. Так крупнейший физик 19 века У. Томсон отмечал, что в случае невозможности построения механической модели какого-либо физического явления он не понимает его и остается неудовлетворенным до тех пор, пока модель не будет построена. И. Кант писал в этот период, что без принципа механизма природы не может быть никакого естествоведения вообще.
Современному стилю мышления свойственна диалектичность, как понимание того, что сами понятия, знания об объекте развиваются, что всякое знание имеет границы применимости, это умение отказываться от прошлых идей и принимать новые, как бы они не противоречили здравому смыслу и прошлому опыту. Формирование у студентов современной НКМ и одновременно представлений об ее эволюции есть необходимое условие формирования у них современного стиля мышления.
Процесс формирования у учащихся современной НКМ целесообразно разделить на два этапа. На первом этапе – подготовительном – все вопросы, относящиеся к научной картине мира, рассматриваются одновременно, параллельно с предметным материалом в течение всего обучения. На втором этапе – заключительном – научная картина мира должна стать предметом специального рассмотрения в целях систематизации всех знаний, показа обучающимся процесса познания и связи НКМ со стилем мышления. Здесь особенно важно привлечь внимание обучающихся к фактам из истории науки, которые привели к смене картин мира.
Для того, чтобы знания, получаемые в процессе обучения у обучающихся, были системными, они должны непрерывно перестраиваться во временной и линейной последовательности, связываясь друг с другом в зависимости от их статуса в теории. В качестве средств такой перестройки выступают знания о знаниях, схемы описания видов знаний. Именно для целостного усвоения знаний по основам наук необходимо создание у обучающихся представления о НКМ. Процесс ее формирования В.Н. Спицнадель сравнивает с постройкой здания. В качестве строительного материала выступают понятия, факты, законы. Этот материал используется для постройки отдельных этажей здания – научных теорий. Крышей этого здания является НКМ. Именно в ней все связывается, давая при этом знание целостное и большее, чем содержится в каждой теории в отдельности.
Формирование системности знаний обучающихся связано с осознанностью усваиваемых теоретических знаний, с сохранением их в памяти целыми блоками. А это сокращает нагрузку на память. Системность знаний и те средства, которые применяются для ее достижения, являются предпосылками дальнейшего рационального овладения знаниями. Установка на осмысление знаний в определенной структуре побуждает обучающегося формулировать вопросы, на которые он должен будет искать ответ в разных источниках, критически рассматривать новую информацию. Все это является необходимыми элементами творческого мышления.

СТАНОВЛЕНИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

История развития идей системного подхода

Слово «система» являющееся составляющим понятий «системный анализ», «системная проблема», «системное исследование» появилось еще в Древней Греции около 2500 лет назад и означало: организм, устройство, сочетание, организацию, сочетание, строй, союз. Кроме того, оно отражало акты деятельности, а также их результат: нечто, поставленное вместе; нечто, приведенное в порядок.
Изначально слово «система» было связано с формами социально-исторического бытия, но позже принцип порядка был перенесен на Вселенную. Причем перенос значения слова с одного объекта на другие с превращением слова в обобщенное понятие совершался поэтапно. Метафоризация слова была начата одним из основоположников материалистического атомизма Демокритом (460-360 лет до н.э.). Образование сложных тел из атомов он уподоблял образованию слов из слогов и слогов из букв. Таким образом, сравнение неделимых форм (элементов с буквами) было одним из первых шагов формирования научно-философского понятия, обладающего универсальным значением.
На следующем этапе произошло наделение слова «система» обобщенным смыслом, оно стало применяться как к физическим, так и искусственным объектам. Универсализация осуществлялась двояко: 1) в процессе мифотворчества, т.е. построения мифа на основе метафоры (что характерно для одного из основателей объективного идеализма Платона, жившего в 427–347 гг. до н.э.); 2) путем воссоздания философско-рациональной картины мира и человеческой культуры, т.е. трансформирования метафоры в философской системе (это характерно для Аристотеля (384–322 гг. до н.э), колебавшегося между материализмом и идеализмом).
В античной философии понятие «система» характеризовало упорядоченность и целостность естественных объектов, а термин «синтагма» – упорядоченность и целостность искусственных объектов, прежде всего продуктов познавательной деятельности. Именно в этот период был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей.
Позже в средневековой философии для выражения интегративности познавательных образований стали использоваться новые термины: сумма, дисциплина, доктрина и т.д.
С эпохой Возрождения (XV век) связано радикальное преобразование истолкования бытия. Его трактовка как космоса сменилась рассмотрением его как системы мира. При этом система мира стала пониматься как независимое от человека, обладающее своим типом организации, иерархией, имманентными (внутренне присущими какому-либо предмету, явлению) законами и суверенной структурой. Бытие становится не только предметом философских размышлений, но и предметом социально-научного анализа. Возник ряд научных дисциплин, каждая из которых стала вычленять из природного мира свою область и анализировать ее свойственными этим дисциплинам методами.
Одной из первых наук, перешедших к онтолого-натуралистической интерпретации системности мироздания, стала астрономия. Большую роль в становлении новой трактовки системности бытия сыграло открытие Н.Коперника (1473–1543 гг.), создавшего гелиоцентрическую систему мира и объяснившего, что Земля, как и другие планеты, обращается вокруг Солнца, а также вокруг свое оси.
Наука эпохи Возрождения создала определенную концептуальную систему. Ее важнейшие категории: вещь и свойства, целое и часть, субстанция и атрибуты. Основная познавательная процедура сводилась к поиску сходства и различия в предметах. В связи с этим очень специфично трактовалась категория «отношение», выражающая прежде всего субординацию главных и второстепенных свойств, динамическое воздействие некоего объекта на другой, где первый является причиной, в второй – следствием. В эпоху Возрождения на первый план представлений о системности предмета познания был выдвинут каузальный (имеющий в основе объективные причины), а не телеологический (установленный целями Божьей воли) способ объяснения.
Идея системной организации научного знания получила глубокую разработку в немецкой классической философии. Немецкий философ и математик И.Г.Ламберт (1728–1777 гг.) отмечал, что всякая наука, как и ее часть, предстает как система, поскольку система есть совокупность идей и принципов, которая может трактоваться как целое. В системе должны быть субординация и координация.
Важный этап в интерпретации системности научного знания связан с именем И.Канта (1724–1804 гг.). Его заслуга состоит в четком осознании системного характера научно-теоретического знания, а также в выявлении определенных процедур и средств системного конструирования знания, превращении этой проблемы в методологическую. Однако он, а также И.Г.Фихте (1762–1814 гг.) считали, что принципы полагания формы являются одновременно принципами полагания и его содержания. Результатом стало отождествление системности научного знания и его систематического изложения. Другой великий немецкий философ Г.Гегель (1770–1831 гг.), в силу отождествления метода и системы, а также телеологического истолкования истории знания не смог, к великому сожалению, предложить методолого-конструктивных средств для формирования системных научных образований.
В теоретическом естествознании XIX–XX вв. целое понималось уже не как простая сумма, а как функциональная совокупность, которая формируется некоторым заранее задаваемым отношением между элементами. При этом фиксировалось наличие особых интегративных характеристик данной совокупности – целостность, несводимость к составляющим элементам. Сама эта совокупность, отношение между элементами (их координация, субординация и т.д.) определяется некоторым правилом или системообразующим принципом. Этот принцип относится как к порождению свойств целого из элементов, так и к порождению свойств элементов из целого. Системообразующий принцип позволяет не только постулировать те или иные свойства элементов и свойства системной совокупности.
В противовес созерцательному материализму марксизм подчеркивал активный характер человеческого познания, связывал системность научного знания с формами познавательной деятельности человека. К.Маркс и Ф.Энгельс подчеркивали единство природы и деятельности человека, проводя мысль о том, что человек в процессе производства может действовать лишь так, как действует сама природа, т.е. может изменять лишь формы веществ. Марксистская гносеология (теория познания) выдвинула определенные принципы анализа системности научного знания: историзма, единства содержательной и формальной сторон научного знания, трактовки системности не как замкнутой системы, а развивающейся последовательности понятий и теорий.
Попытки разработать общие принципы системного подхода были предприняты врачом, философом и экономистом А.А.Богданов (1873–1928 гг.) в работе «Всеобщая организационная наука (тектология»». Исследования, проведенные уже в наши дни, показали, что важные идеи кибернетики, сформулированные Н.Винером и У.Эшби, значительно раньше, хотя и в несколько иной форме, были выражены А.А.Богдановым. В еще большей мере это носится к общей теории систем (ОТС) Л. фон Берталанфи, идейная часть которой во многом предвосхищена автором тектологии.
Тектология (в переводе с греческого – строитель) – это оригинальная общенаучная концепция, она практически первый развернутый вариант ОТС. Ее созданием А.А.Богданов хотел бросить вызов марксизму, выдвинув в противовес последнему универсальную концепцию. Для построения тектологии использован материал различных наук, в первую очередь естественных. Анализ этого материала приводит к выводу о существовании единых структурных связей и закономерностей, общих для разнородных явлений.
Основная идея тектологии – признание необходимости подхода к любому явлению со стороны его организованности, под которой понимается свойство целого быть больше суммы своих частей. Чем больше целое разнится от суммы частей, тем больше оно организовано. Тектология рассматривает все явления как непрерывные процессы организации и дезорганизации. Принципы организованности и динамичности тесно связаны с принципом целостного рассмотрения отдельных явлений и всего мира вообще.
Тектология и ОТС – это две науки об организованности и системности явлений, тогда как кибернетика – это наука об управлении этими объектами. Поэтому предмет кибернетики уже, это обусловлено большей широтой понятия «организация системы», чем понятия «управление». Тектология как общая теория включает в сферу своего внимания не только кибернетические принципы (принципы управления систем), но и вопросы их субординации (иерархических порядков), их распада и возникновения, обмена со средой и веществом и т.д.
Л. фон Берталанфи (1901–1972 гг.) первым из западных ученых разработал концепцию организма как открытой системы и сформулировал программу построения общей теории систем (ОТС). Им обобщены принципы целостности, организации, эквифинальности (достижения системой одного и того же конечного состояния при различных начальных условиях) и изоморфизма. Начиная с первых работ, Л. Берталанфи проводил мысль о неразрывности естественнонаучного (биологического) и философского (методологического) исследований. Сначала была создана теория открытых систем, граничащая с современной физикой, химией и биологией. Ведь классическая термодинамика исследовала лишь закрытые системы (не обменивающиеся веществом с внешней средой и имеющие обратимый характер). Попытка применения классической термодинамики к живым организмам (начало XX в.) показала, что хотя при рассмотрении органических явлений использование физико-химических принципов имеет большое знание, т.к. в организме имеются системы, находящиеся в равновесии (характеризующимся минимумом свободной энергии и максимумом энтропии), однако сам организм не может рассматриваться как закрытая система в состоянии равновесия, ибо он не является таковым. Организм представляет собой открытую систему, остающуюся постоянной при непрерывном изменении входящих в нее веществ и энергии (состояние подвижного равновесия).
В 40–50 гг. Л. Берталанфи обобщил идеи, содержащиеся в теории открытых систем, и выдвинул программу построения ОТС, являющейся всеобщей теорией организации. Проблемы организации, целостности, направленности, телеологии, саморегуляции, динамического взаимодействия весьма актуальны и для современной физики, химии, физической химии и технологии, а не только для биологии. Такие понятия были чужды классической физике. Если до сих пор унификацию наук видели обычно в сведении всех наук к физике, то, с точки зрения Л. Берталанфи, единая концепция мира может быть, скорее, основана на изоморфизме законов в различных областях. В результате он пришел к концепции синтеза наук, которую в противоположность редукционизму (сведению всех наук к физике) назвал перспективизмом.
Построенная теория организации является специальной научной дисциплиной, но вместе с тем она выполняет определенную методологическую функцию. В силу общего характера исследуемого предмета (системы) ОТС дает возможность охватить одним аппаратом обширный круг специальных систем. К числу недостатков ОТС Л. Берталанфи относят: неполное определение понятия «система», отсутствие особенностей саморазвивающихся систем и теоретического исследования связи, а также условий, при которых система модифицирует свои формы. Однако основной методологический недостаток его теории заключается в утверждении о том, что ОТС выполняет роль философии современной науки, формируя философски обобщенные принципы и методы научного исследования. В действительности это не так, т.к для философского учения о методах исследования необходимы совершенно иные исходные понятия и направленность анализа: абстрактное и конкретное специфически мысленное знание, связь знания, аксиоматическое построение знаний и др.
История появления крупных открытий и возникновения научных направлений свидетельствует о существовании предшествующего длительного латентного периода накопления знаний, когда незаметно для непрофессионалов происходит развитие науки на широком фронте слабо коррелированных дисциплин, чтобы в некоторый момент одаренный человек смог осуществить скачок перехода количественных изменений в качественные. С другой стороны, обязательным условием такого перехода является назревшая потребность общества в получении инструментария, способного разрешить большую совокупность проблем.
Именно так обстояло дело с кибернетикой. Гениальный Н.Винер, будучи математиком и физиком, сумел объединить достижения в теории связи и биологии, теории автоматического управления и конструировании прообразов вычислительных машин и сформулировать по сути философский подход к построению модели мира. Отметим, что толчком к оформлению кибернетики можно считать его прикладные работы по прогнозированию полета самолета, что было обусловлено потребностью автоматизировать процесс зенитной стрельбы.
Появление обобщающих идей, которые несла в себе кибернетика относительно принципа обратной связи, вызвало бурный рост теории автоматического управления и ее прикладных аспектов. Особенно острым стал интерес к оптимальным постановкам задач, что объясняется актуальностью проблем ракетодинамики, быстро прогрессирующей с начала 50-х гг. Несмотря на предание анафеме в СССР кибернетики как буржуазной лженауки (в связи с этим термин был исключен из научного лексикона!), работы в этой области активно и успешно проводились. Так, самое крупное научное мероприятие в истории автоматики – 1-й Международный конгресс Международной федерации по автоматическому управлению (IFAK) – было проведено в 1960 г. в Москве с участием ведущих специалистов из 27 стран.
В процессе развития кибернетика распространяла свой ареал на различные области знаний, где эффективно применялась ее методология. В «Энциклопедии кибернетики» различают: кибернетику биологическую, военную, медицинскую, техническую и экономическую. Список, несомненно, можно расширять. Каждая наука, продуктивно использующая идеи кибернетики, должна была подвергнуться формализации, а именно, объект ее исследования следовало описать в количественных соотношениях, а особенности объекта вынуждали привлекать адекватный математический аппарат. Только тогда отрасль знаний могла претендовать на звание специальной кибернетики. Собственно спецификой объекта и применением в исследованиях соответствующего аппарата и объясняется появление многочисленных самостоятельных (по названию) направлений кибернетики.
Уже на упомянутом конгрессе проявился интерес к обобщению традиционных задач управления, что в итоге знаменовало появление теории систем.
Практический интерес к решению сложных системных задач был проявлен еще раньше. Так, во время вступления американской армии на европейский театр боевых действий в 1944 г. возникла проблема ее рационального снабжения из США. Так как стоимость перевозок была высокой, то стала актуальной классическая задача «стоимость–эффективность»: обеспечить успешные боевые действия при минимальном снабжении армии всем необходимым. Результаты теоретического решения подобного рода проблем получили вскоре название теории анализа систем. Впоследствии, восприняв концепции теории систем, это направление оформилось в виде системного анализа, имеющего прагматическую направленность.
Наконец, нельзя не отметить еще одно научное направление – теорию исследования операций, общие результаты которого тоже влились в теорию систем. Она зародилась в 40-е гг.как наука об изучении массовых явлений и повышения эффективности их использования. В последующем основу теории составили методы математического программирования, теории игр, прикладные задачи теории вероятности.
Будет справедливо утверждение, что перечисленные области науки весьма тесно связаны друг с другом через общие категории познания – объект исследования, цель, критерий, поэтому провести границу между ними невозможно. Единственное, чем можно оправдать самостоятельность теории систем как метанауки, это ее стремлением к общности, базирующемся на возможности выявить единый подход к изучению сложных явлений различной физической природы. По этой причине теория систем не покушается на области исследований других наук. Она лишь заимствует у них результаты, которые можно распространить на широкий класс явлений.
У истоков теории систем стояли американские исследователи Л. Берталанфи, Р. Калман, М. Месарович и отечественные – А.Н. Колмогоров, В.М. Глушков, Н.Н. Моисеев, Н.П. Бусленко.
В концентрированном виде история развития системных идей отражена в табл. 1.
Таблица 1
История развития системных идей

Этапы эволюции идейКлючевые моментыРождение понятия «система» (2500–2000 гг. до н.э.)Понятие «система» появилось в Древней Греции и означало сочетание, организм, организация, союз. Оно выражало также некоторые акты деятельности (нечто, поставленное вместе, приведенное в порядок), связаные с формами социально-исторического бытияТезисы Демокрита (460–370 гг. до н. э.), Аристотеля (384–322 гг. до н. э.)Перенос значения слова с одного объекта на другой совершается поэтапно. Метафоризация (т.е. перенос, скрытое уподобление, сближение слов на базе их переносного значения, например: «свинцовая туча») была начата греческим философом Демокритом. Он уподобил образование сложных тел из атомов с образованием слов из слогов. Аристотель трансформировал метафору в философской системе. Именно в античной философии был сформулирован тезис – целое больше суммы его частей (См.: Философский словарь. М.: Политиздат, 1980. С. 329)Концепции эпохи ВозрожденияВ это время трактовка бытия как космоса сменяется на систему мира как независимое от человека, обладающее определенной организацией, иерархией, структурой. Бытие становится не только предметом философского размышления (для постижения целостности) но и научного анализа (каждая дисциплина вычленяет определенную область)Идеи Н. Коперника (1473–1543 гг.)Новая трактовка системности – в создании гелиоцентрической картины мира. Земля, как и другие планеты, обращается вокруг СолнцаИдеи Г. Галилея (1564–1642 гг.), И.Ньютона (1642–1727 гг.)Эти ученые преодолели телеологизм (учение о конечных причинах) Н. Коперника в его астрономии, выработали определенную концептуальную систему с категориями: вещь и ее свойства, целое и часть... Вещь трактовалась как сумма отдельных свойств (был забыт тезис античности). Отношение выражало воздействие некоего предмете на другой, первый из которых являлся причиной, а второй – следствием. Очень важно: на первый план выдвигался каузальный, а не телеологический способ объясненияИдеи немецкой классической философииОсуществлена глубокая разработка идеи системной организации научного знания. Структура научного знания стала предметом специального философского анализаИдеи И. Ламберта (1728-1777 гг.)Всякая наука, как и ее часть, предстает как система, трактуемая как целоеИдеи И. Канта (1724–1804 гг.)И. Кант не только осознал системный характер научного знания, но и превратил эту проблему в методологическую, выявив процедуры системного конструирования знания. Однако он считал, что принципы образования систем являются характеристиками лишь формы, а не содержания знания Идеи И. Фихте (1762–1814)Он поправил И. Канта, отметив, что научное знание – это системное целое. Но он ограничил системность знания систематичностью его формы, что привело к отождествлению системности научного знания и его систематического изложения (т.е. внимание обращалось не на научное исследование, а на изложение знания)Идеи Г. Гегеля (1770–1831 гг.)Его взгляды исходили из единства содержания и формы знания, тождества мысли и действительности. Он трактовал становление системы в соответствии с принципом восхождения от абстрактного к конкретному, но отождествляя метод и систему, телеологически истолковывая историю знания, он не смог предложить методологические средства для формирования системных образованийВзгляды теоретического естествознания XIX-XX вековРазличение объекта и предмета познания, повышение роли моделей в познании, фиксация наличия особых интегративных характеристик, исследование системообразующих принципов (порождение свойств целого из элементов и свойств элементов из целого), возможность предсказанияИдеи марксизмаЧеловек в процессе производства может действовать лишь так, как действует сама природа. К.Маркс, Ф.Энгельс выдвинули принципы анализа системности научного знания: историзм, единство содержания и формы, трактовка системности как открытой системыИдеи А.А. Богданова (1873–1928 гг.)А.А. Богданов значительно раньше, хотя и в иной форме выразил многие идеи кибернетики, сформулированные позже Н. Винером и У. Эшби. Он предвосхитил ОТС Л. Берталанфи в своих трудах по тектологии. Его основная идея – признание необходимости подхода к любому явлению со стороны его организованности (системности – у других авторов). Под организованностью он понимал свойство целого быть больше суммы своих частей. Чем больше целое разнится от суммы, тем более оно организованноИдеи Л. фон Берталанфи (1901–1972 гг.)Он первым из западных ученых разработал концепцию организма как открытой системы и сформулировал программу построения ОТС. Проводил мысль о неразрывности естественнонаучного (биологического) и философского (методологического) начал. Создал теорию открытых систем (ТОС), граничащую с современной физикой, химией и биологией. Классическая термодинамика исследовала лишь закрытые системы. Организм – открытая система, остающаяся постоянной при непрерывном изменении входящих в него веществ и энергии (так называемое состояние подвижного равновесия). Позже, обобщив идеи ТОС, выдвинул программу построения ОТС, являющейся всеобщей теорией организации. Проблемы организации, целостности, динамического взаимодействия были чужды классической физике. Он пришел к концепции синтеза наук, которую в противоположность «редукционизму» (сведению всех наук к физике) назвал «перспективизмом». ОТС освобождает ученых от массового дублирования работ, экономя астрономические суммы денег и времени. Его недостатки: неполное определение «системы», отсутствие особенностей саморазвивающихся систем, теоретические исследования не всех видов «связи» и т.п. Главный его недостаток: утверждение, что ОТС выполняет роль философии современной науки. Это не так, т.к. для философского учения с методах исследования необходимы совершенно иные исходные понятия и иная направленность анализа: абстрактное и конкретное, специфически мысленное знание, связь знаний, аксиоматическое построение знаний и проч., а это отсутствует в ОТСКонцепции современных исследователейОни нашли свое отражение в работах следующих авторов: Р. Акоффа, В. Афанасьева, С. Бира, И. Блауберга, Д. Бурчфилда, Д. Гвишиани, Г. Гуда, Д. Диксона, А. Зиновьева, Э. Квейда, В. Кинга, Д. Клиланда, В. Кузьмина, О. Ланге, В. Лекторского, В. Лефевра, Е. Липатова, Р. Макола, А. Малиновского, М. Месаровича, Б. Мильнера, Н. Овчинникова, С. Оптнера, Г. Поварова, Б. Радвига, А. Рапопорта, В. Розина, В. Садовского, М. Сетрова, В. Топорова, А. Уемова, Б. Флейшмана, Ч. Хитча, А. Холла, Б. Юдина, Ю. Черняка, Г. Щедровицкого, У. Эшби, Э. Юдина

Специалисты выделяют два этапа в развитии системного подхода в технике – стихийный и сознательный. Если при стихийном использовании системного подхода было главной целью изучение конечных результатов, то для второго этапа характерно переключение внимания на начальные стадии, связанные с выбором и обоснованием целей, их полезности, условий осуществления и связей с предыдущими процессами. Это потребовало знаний о структуре и функциях технических систем (ТС), что повысило роль теоретических знаний. Если теоретическая деятельность первого этапа была направлена на описание и классификацию изучаемых объектов, то главными моментами второго этапа стали выявление механизмов функционирования ТС, а также знание условий, нарушающих их нормальную деятельность. Механизм функционирования включает исследование функций системы, определение связей функции с множеством взаимодействующих элементов, рассмотрение структуры ТС не как отношение (взаимосвязь, взаимодействие), а как определенным образом упорядоченное расположение одних элементов ТС относительно других (отношения между отношениями). Знание структуры и функций ТС является важным, но не достаточным условием для эффективного решения современных проблем. Надо обязательно соотнести цели субъекта с целями системы и выяснить, как скажется их реализация на функционировании ТС.
Современное развитие системного подхода идет в трех направлениях: 1) системологии как теории ТС; 2) системотехники как практики; 3) системного анализа как методологии. Обобщенный материал по истории развития СП в технике представлен ниже в табл. 2.
Сначала системный анализ базировался главным образом на применении сложных математических приемов, но некоторое время спустя ученые пришли к выводу, что математика неэффективна при анализе широких проблем с множеством неопределенностей, которые характерны для исследования и разработки техники как единого целого. Стала вырабатываться концепция такого системного анализа, где упор стал делаться на разработку новых диалектических принципов научного мышления, логического анализа ТС с учетом их взаимосвязей и противоречивых тенденций. При таком подходе на первый план выдвинулись уже не математические методы, а сама логика системного анализа, упорядочение процедуры принятия решений. Поэтому неслучайно в последнее время под системным подходом (СП) зачастую понимают некоторую совокупность системных принципов. Варианты общесистемных концепций строятся на различных предпосылках и отличаются разнообразием используемых средств. Однако факт выдвижения концепций превратил системный подход в научную реальность.
Таблица 2
Этапы развития системного подхода в технике

Характеристики этапаСтихийный этапСознательный этапОпределениеНеосознанное использование элементов СП в отдельных отраслях познанияСпециальная теоретико-методологическая разработка основ в настоящее времяПериод зарожденияИдеи системности высказаны еще в работах античных авторов (греков и римлян). Был накоплен огромный эмпирический материал без философской рефлексииПри появлении больших БТС (середина XX в.) потребовалось специальное теоретическое обоснование методологического характераСущностьСпециальный прием в техникеКлючевой метод познанияОбоснование нового подходаКогда специальный прием пытались применить к БТС, конструкторы столкнулись с большими трудностями: при соединении элементов БТС из-за обнаруженных при этом несоответствий приходилось либо переконструировать их, либо вводить новые соединительные элементы, по габаритным размерам и массе больше соединяемых. Возникла необходимость в новой идее и в новом методе (Г. Гуд, Р. Макол)РазвитиеПрименение началось с военной техники (Ч. Хитч, Э. Квейд), но выяснилась его необходимость СП для любого управления. Особенно это проявилось при решении главного вопроса обороны – выбора основных систем оружия. Традиционные методы управляемого мышления, основанные на военном опыте ориентировали на разработку отдельных операций и постановки частных задач для каждого вида вооруженных сил (свои интересы, свои частные программы). Новый методологический подход – это не установление потребностей видов вооруженных сил, а решение того, что необходимо иметь им всем в целом для выполнения функцийЦельИзучение конечных результатов в практической деятельностиПереключение внимания на начальные стадии, связанные обоснованием целей, их полезности, условий их осуществления, их связей с предыдущими процессами. Это требует знаний о структуре и функциях ТС, что обуславливает возрастание роли теоретических знанийЗадачиТеоретическая деятельность направлена на описание и классификацию изучаемых объектовТеоретическая деятельность направлена на выявление механизмов функционирования ТС и условий, нарушающих их нормальную деятельность. Идет переход к такому типу деятельности, при котором цели увязаны с целями природной и социальной системМеханизм функционирования технических системИсследование функций ТС: 1) связи функций с множеством взаимодействующих элементов; 2) рассмотрения структуры ТС не как отношения (взаимосвязи, взаимодействия), а как упорядоченного расположения одних элементов ТС относительно других (отношение между отношениями); 3) познание структуры и функций ТС – важное, но недостаточное условие для эффективного решения современных проблем; надо соотнести цели субъекта с целям ТС и выяснить, как скажется их реализация на функционировании ТСНаправления современного развития системного подходаСистемология – теория БТС. Системотехника – практика. Системный анализ – методология (Человек-производство-управление: Психологический словарь-справочник руководителя / Под ред. А.А. Крылова, В.П. Сочивко. Л.: Лениздат, 1982)
1.2. Соотношение комплексного и системного подходов

Предтечей системного подхода был комплексный подход. Можно утверждать, отмечает В.Н. Спицнадель, что второй является частным случаем первого, т.к. при его использовании могут учитываться всего лишь несколько факторов или свойств из множества возможных. Так, в формуле для коэффициента готовности, который является комплексным (ГОСТ 27002-83), учитывается лишь два свойства изделия – безотказность и ремонтопригодность, хотя современные технические системы должны удовлетворять по меньшей мере сотне различных, нередко противоречивых, требований: простоте конструкции, дешевизне ее изготовления, производства, эстетичности, эргономичности, надежности, удобству в изготовлении и эксплуатации и т.д. Игнорирование хотя бы одного требования, возможно, упрощает и ускоряет решение, но затем может привести к таким просчетам, которые будет уже нелегко исправить в будущем.
Сравнивать системный и комплексный подходы можно по разным основаниям: по происхождению, уровню развития, нацеленности изучения тех или иных объектов, месту и роли в науке (табл. 3).
Таблица 3
Сравнительный анализ комплексного и системного подходов

ХарактеристикаКомплексный подходСистемный подходЦельСинтезирующее отображение объективной реальностиМеханизм реализации целиСинтез на базе различных дисциплин с последующим суммированием полученных результатовСинтез в рамках одной научной дисциплины на уровне новых знаний, носящих системообразующий характер (принципов, законов)Объект исследованияЛюбые явления, процессы, состояния, суммативные системыТолько целостные системы, состоящие из закономерно структуризованных и функционально законченных элементовМетодМеждисциплинарный – учитывает два или более показателей, влияющих на эффективностьСистемный – учитывает все показатели, влияющие на эффективностьПонятийный аппаратБазовый вариант, нормативы, экспертиза, суммирование, отношения для выражения критерияТенденции развития, аналитические зависимые, отличные от отношений, проверка критерия, выбор оптимальной формыПринципыНетОсновные: системный, иерархии, интеграции, формализацииТеория и практикаТеория отсутствует, а практика неэффективнаТеорию систем исследует системология, практику – системотехникаОбщая характеристикаОрганизационно-методичес-кий (внешний) приближенный, разносторонний, взаимосвязанный, взаимообусловленный, предтеча системного подходаМетодологический (внутренний), ближе к природе объекта, целенаправленность, упорядоченность, организованность, как развитие комплексного подхода на пути к теории и методологии объекта исследованияОсобенностиШирота охвата проблемы при детерминированности требованийШирота охвата проблемы, но в условиях риска и неопределенностиРазвитиеВ рамках существующих знаний многих наук, выступающих обособленноВ рамках одной науки (системологии) на уровне новых знаний, носящих системообразующий характер (установления связей, принципов, законов)РезультатЭкономический эффектСистемный эффектНаличие подготовки кадровЕстьПрактически нет (есть всего 3 «специальности» из 900)Примеры реализацииКомплексная система управления качеством продукции (КСУКП), технико-экономическое обоснование, комплексная оценка мероприятий НТП, закон прибыли как цель современной технологии и пр.План ГОЭЛРО, космические системы акад. С.П.Королева, системная оценка по полному жизненному циклу, закон всесторонней пользы, правильное соблюдение принципов экологии и безопасности для здоровья условий труда, новое понимание богатства общества как цели современной технологии, международная система ISO серии 9000 и проч.Стандартность решенияЕстьНет
Развитие комплексного подхода происходит в рамках знаний многих наук, где представители каждой видят свою науку базовой. Отсюда развитие осуществляется на уровне уже существующих знаний каждой дисциплины с последующим суммированием. Развитие же системного подхода происходит в системологии – теоретической дисциплины, рассматривающей методологические проблемы и знаковые модели сложных систем. Она имеет общетеоретический характер и отражает интеграционные процессы между элементами разных наук. Развитие системного подхода осуществляется на уровне синтезирующих знаний, носящих системообразующий характер.
Разграничение понятий системности и комплексности методологически правомерно, т.к. экономическая эффективность, соответствующая комплексному подходу, учитывает лишь факторы, поддающиеся сегодня стоимостной оценке. Однако прибыль как критерий, отмечает В.Н.Спицнадель, вряд ли годится для оценки жизненных потребностей человека. Нужно новое понимание богатства общества, выраженное не только в денежной форме. Оно находит свое отражение в понятии системной эффективности, генерированной системным подходом.

1.3. Краткая история становления системного анализа

Системный анализ (СА) как средство исследования сложных систем, как отмечалось выше, был впервые разработан в США для оптимизации задач военного управления. Его разработка и широкое применение – заслуга знаменитой фирмы «РЭНД корпорейшн», созданной в 1947 г. Специалисты этой компании выполнили ряд основополагающих исследований и разработок, ориентированных на решение слабоструктурированных (смешанных) проблем Министерства обороны США. В 1948 г. Министерством ВВС была организована группа оценки систем оружия, а два года спустя – отдел анализа стоимости вооружения. Начавшееся в 1952 г. создание сверхзвукового бомбардировщика В-58 было первой разработкой, поставленной как система. Все это требовало выпуска монографической и учебной литературы. Первая книга по СА (не переведенная в СССР) вышла в 1956 г. Ее издала РЭНД (авторы А. Кан и С. Манн). Через год появилась «Системотехника» Г. Гуда и Р. Макола (издана в СССР в 1962 г.), где изложена общая методика проектирования сложных технических систем. Методология СА была детально разработана и представлена в вышедшей в 1960 г. книге Ч. Хитча и Р. Маккина «Военная экономика в ядерный век» (издана у нас в стране в 1964 г.). В ней также приводится приложение к методам количественного сравнения альтернатив для решения проблем вооружения. В 1962 г. выходит один из самых лучших учебников по системотехнике (А. Холл «Опыт методологии для системотехники», переведенная у нас в 1975 г.), носящий не справочный или прикладной характер, а представляющий теоретическую разработку проблем системотехники. В 1965 г. появилась весьма обстоятельная книга Э. Квейда «Анализ сложных систем для решения военных проблем» (переведена в 1969 г.). В ней представлены основы новой научной дисциплины – анализа систем,— направленной на обоснование методов оптимального выбора при решении сложных проблем в условиях высокой неопределенности. Эта книга является переработанным изложением курса лекций по анализу систем, прочитанных Работниками корпорации РЭНД для руководящих специалистов Министерства обороны и промышленности США. В 1965 г. вышла книга С. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем» (переведена в 1969 г.). Написанная лаконично, но насыщенная большим количеством новых идей, она дает полное и ясное представление о СА с характеристикой проблем делового мира, сущности систем и методологии решения проблем. Книга явилась одной из первых изданных у нас работ, освещающих состояние этой области в США.
Позже тематика исследований систем расширилась. В 50-х годах СА был применен в исследованиях хозяйственных проблем американских городов, а с середины 60-х – в федеральных ведомствах США, в деловой, социальной и других сферах. Затем СА начали использовать и в других странах: Великобритании, Франции, Японии и др.
К числу ведущих зарубежных ученых в области СА следует отнести: Р. Акоффа, Р. Амара, Л. фон Берталанфи Д. Герца, Э. Квейда, Д. Медоуза, М.Д. Месаровича, Ч.Д. Хитча, К. Чена и др.
В нашей стране СА получил распространение в 50-х годах. Сферой его применения стали радиоэлектроника, автоматика, средства вычислительной техники, информационные системы, автоматизированные системы управления, системы связи и др. С 60-х годов в СССР издается ежегодник «Системные исследования», в котором обсуждаются основные методологические проблемы СА. Существенный вклад в развитие СА и практики его применения внесли отечественные ученые А.Г. Аганбегян, Л.В. Канторович, Д.М. Гвишиани, С.В. Емельянов, Н.Н. Моисеев, Г.С. Поспелов, Л.Н. Сумароков, Г.В. Шорин, В.М. Глушков, Е.П. Голубков, Ю.И. Черняк, В.Н. Садовский, В.В. Дружинин, А.А. Ляпунов, И.В. Блауберг, А.И.Уемов и др.
В настоящее время системный анализ широко используется при принятии решений в теоретических и прикладных исследованиях и разработках в самых различных областях человеческой деятельности: в науке и технике, экономике и биологии, медицине и истории, политике и педагогике, юриспруденции и военном деле.

1.4. Место теории систем и системного анализа
в системе современного знания

Существуют различные подходы к определению места теории систем и системного анализа в системе знаний. Часть авторов намеренно используют расплывчатое выражение «подходы» для обозначения логически неоднородных построений, характеризующихся разными концептуальными моделями, математическими средствами и исходными позициями и т.д. Но все они – теории систем. Если оставить в стороне подходы в прикладных системных исследованиях, (системотехнике, исследовании операций, линейном и нелинейном программировании), важнейшими являются следующие подходы.
«Классическая» теория систем. Эта теория использует классическую математику и имеет цели: установить принципы, применимые к системам вообще или к их определенным подклассам (например, к закрытым и открытым системам); разработать средства для их исследования и описания и применить эти средства к конкретным случаям. Учитывая достаточную общность получаемых результатов, можно утверждать, что некоторые формальные системные свойства относятся к любой сущности, которая является системой (к открытым системам, иерархическим системам и т.д.), даже если ее особая природа, части, отношения и проч., не известны или не исследованы. Примерами могут служить: обобщенные принципы кинетики, применимые, в частности, к популяциям молекул или биологических существ, т.е. к химическим и биологическим системам; уравнения диффузии, используемые в физической химии и для анализа распространения слухов; понятия устойчивого равновесия и модели статистической механики, применимые к транспортным потокам; аллометрический анализ биологических и социальных систем.
Использование вычислительных машин и моделирование. Системы дифференциальных уравнений, применяемые для «моделирования» или спецификации систем, обычно требуют много времени для решения, даже если они линейны и содержат немного переменных; нелинейные системы уравнений разрешимы только в некоторых частных случаях. По этой причине с использованием вычислительных машин открылся новый подход к системным исследованиям. Дело не только в значительном облегчении необходимых вычислений, которые иначе потребовали бы недопустимых затрат времени и энергии, и замене математической изобретательности заранее установленными последовательностями операций. Важно еще и то, что при этом открывается доступ в такие области, где в настоящее время отсутствует соответствующая математическая теория и нет удовлетворительных способов решения. Так, с помощью вычислительных машин могут анализировать системы, по своей сложности далеко превосходящие возможности традиционной математики; с другой стороны, вместо лабораторного эксперимента можно воспользоваться моделированием на вычислительной машине и построенная таким образом модель затем может быть проверена в реальном эксперименте. Подобный анализ стал обычным делом в экономических разработках, при исследовании рынка и т.д.
Теория ячеек. Одним из аспектов системных исследований, который следует выделить, поскольку эта область разработана чрезвычайно подробно, является теория ячеек, изучающая системы, составленные из подъединиц с оделенными граничными условиями, причем между этими подъединицами имеют место процессы переноса. Такие ячеечные системы могут иметь, например, «цепную» или «сосковую» структуру (цепь ячеек или центральную ячейку, сообщающуюся с рядом периферийных ячеек). Вполне понятно, что при наличии в системе трех и более ячеек математические трудности становятся чрезвычайно большими. В этом случае анализ возможен лишь благодаря использованию преобразований Лапласа и аппарата теорий сетей и графов.
Теория множеств. Общие формальные свойства систем и формальные свойства закрытых и открытых систем могут быть аксиоматизированы в языке теории множеств. По математическому изяществу этот подход выгодно отличается от более грубых и специализированных формулировок «классической» теории систем. Связи аксиоматизированной теории систем с реальной проблематикой системных исследований пока выявлены весьма слабо.
Теория графов. Многие системные проблемы относятся к структурным и топологическим свойствам систем, не к их количественным отношениям. В этом случае используется несколько различных подходов. В теории графов, особенно в теории ориентированных графов (диграфов) изучаются реляционные структуры, представляемые в топологическом пространстве. Эта теория применяется для исследования реляционных аспектов биологии. В математическом смысле она связана, с матричной алгеброй, но своими моделями — с тем разделом теории ячеек, в котором рассматриваются системы, содержащие частично «проницаемые» подсистемы, а вследствие этого – с теорией открытых систем.
Теория сетей. Эта теория, в свою очередь, связана с теориями множеств, графов, ячеек и т. д. Она применяется к анализу таких систем, как нервные сети.
Кибернетика. Она – предтеча теории систем. В основе кибернетики – теории систем управления, лежит связь (передача информации) между системой и средой и внутри системы, а также управление (обратная связь) функциями системы относительно среды. Кибернетические модели допускают широкое применение, но их нельзя отождествлять с теорией систем вообще. В биологии и других фундаментальных науках кибернетические модели позволяют описывать формальную структуру механизмов регуляции, например, при помощи блок-схем и графов потоков. Использование кибернетических моделей позволяет установить структуру регуляции системы даже в том случае, когда реальные механизмы мы остаются неизвес&heip;