Принципы общей теории систем. Общая теория систем и другие науки о системах

Лекция 1: Основные понятия теории систем

Термины теория систем и системный анализ, несмотря на период более 25 лет их использования, все еще не нашли общепринятого, стандартного истолкования.

Причина этого факта заключается в динамичности процессов в области человеческой деятельности и в принципиальной возможности использовать системный подход практически в любой решаемой человеком задаче.

Общая теория систем (ОТС) — научная дисциплина, изучающая самые фундаментальные понятия и аспекты систем. Она изучает различные явления, отвлекаясь от их конкретной природы и основываясь лишь на формальных взаимосвязях между различными составляющими их факторами и на характере их изменения под влиянием внешних условий, при этом результаты всех наблюдений объясняются лишь взаимодействием их компонентов, например характером их организации и функционирования, а не с помощью непосредственного обращения к природе вовлечённых в явления механизмов (будь они физическими, биологическими, экологическими, социологическими, или концептуальными)

Для ОТС объектом исследования является не «физическая реальность», а «система», т.е. абстрактная формальная взаимосвязь между основными признаками и свойствами.

При системном подходе объект исследования представляется как система. Само понятие система может быть относимо к одному из методологических понятий, поскольку рассмотрение объекта исследуется как система или отказ от такого рассмотрения зависит от задачи исследования и самого исследователя.

Существует много определений системы.

Система есть комплекс элементов, находящийся во взаимодействии.
Система — это множество объектов вместе с отношениями этих объектов.
Система — множество элементов находящихся в отношениях или связях друг с другом, образующая целостность или органическое единство (толковый словарь)

Термины «отношение» и «взаимодействие» используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий таких как ограничение, структура, организационная связь, соединение, зависимость и т.д.

Таким образом, система S представляет собой упорядоченную пару S=(A, R), где A — множество элементов; R — множество отношений между A.

Система — это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Исследование объекта как системы предполагает использование ряда систем представлений (категорий) среди которых основными являются:

Структурное представление связано с выделением элементов системы и связей между ними.
Функциональные представление систем — выделение совокупности функций (целенаправленных действий) системы и её компонентов направленное на достижение определённой цели.
Макроскопическое представление — понимание системы как нерасчленимого целого, взаимодействующего с внешней средой.
Микроскопическое представление основано на рассмотрении системы как совокупности взаимосвязанных элементов. Оно предполагает раскрытие структуры системы.
Иерархическое представление основано на понятии подсистемы, получаемом при разложении (декомпозиции) системы, обладающей системными свойствами, которые следует отличать от её элемента — неделимого на более мелкие части (с точки зрения решаемой задачи). Система может быть представлена в виду совокупностей подсистем различных уровней, составляющую системную иерархию, которая замыкается снизу только элементами.
Процессуальное представление предполагает понимание системного объекта как динамического объекта, характеризующегося последовательностью его состояний во времени.

Рассмотрим определения других понятий, тесно связанных с системой и ее характеристиками.

Объект.

Объектом познания является часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени. Объект может быть материальным и абстрактным, естественным и искусственным. Реально объект обладает бесконечным набором свойств различной природы. Практически в процессе познания взаимодействие осуществляется с ограниченным множеством свойств, лежащих в приделах возможности их восприятия и необходимости для цели познания. Поэтому система как образ объекта задаётся на конечном множестве отобранных для наблюдения свойств.

Внешняя среда.

Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, — образуют систему.

Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой».

Из этих рассуждений вытекает, что немыслимо рассматривать систему без ее внешней среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

В зависимости от воздействия на окружение и характер взаимодействия с другими системами функции систем можно расположить по возрастающему рангу следующим образом:

пассивное существование;
материал для других систем;
обслуживание систем более высокого порядка;
противостояние другим системам (выживание);
поглощение других систем (экспансия);
преобразование других систем и сред (активная роль).

Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистемы), а с другой, как надсистема системы более низкого порядка (подсистема). Например, система «производственный цех» входит как подсистема в систему более высокого ранга — «фирма». В свою очередь, надсистема «фирма» может являться подсистемой «корпорации».

Обычно в качестве подсистем фигурирует более или менее самостоятельные части систем, выделяемые по определённым признакам, обладающие относительной самостоятельностью, определённой степенью свободы.

Компонент — любая часть системы, вступающая в определённые отношения с другими частями (подсистемами, элементами).

Элементом системы является часть системы с однозначно определёнными свойствами, выполняющие определённые функции и не подлежащие дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя).

Понятие элемент, подсистема, система взаимопреобразуемы, система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка (метасистема), а элемент при углубленном анализе, как система. То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой приводит к 2 аспектам изучения систем: на макро- и микро- уровнях.

При изучение на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой. Причём системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель), условия её функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.

На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.

Для изучения системы сочетаются оба компонента.

Структура системы.

Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы опережает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.

Связи — это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Связь — одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, т.е., иными словами, связи выражают законы функционирования системы. Связи различают по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.

Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи , в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Открытие принципа обратной связи явилось выдающимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последствия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.

Рис. — Пример обратной связи

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Основными функциями обратной связи являются:

противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);
компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);
синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);
выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависимость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математический аппарат для исследования этих связей, называемый «корреляционными зависимостями».

Критерии — признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных ограничениях.

Эффективность системы — соотношение между заданным (целевым) показателем результата функционирования системы и фактически реализованным.

Функционирование любой произвольно выбранной системы состоит в переработке входных (известных) параметров и известных параметров воздействия окружающей среды в значения выходных (неизвестных) параметров с учетом факторов обратной связи.

Рис. — Функционирование системы

Вход — все, что изменяется при протекании процесса (функционирования) системы.

Выход — результат конечного состояния процесса.

Процессор — перевод входа в выход.

Система осуществляет свою связь со средой следующим образом.

Вход данной системы является в то же время выходом предшествующей, а выход данной системы — входом последующей. Таким образом, вход и выход располагаются на границе системы и выполняют одновременно функции входа и выхода предшествующих и последующих систем.

Управление системой связано с понятиями прямой и обратной связи, ограничениями.

Обратная связь — предназначена для выполнения следующих операций:

сравнение данных на входе с результатами на выходе с выявлением их качественно-количественного различия;
оценка содержания и смысла различия;
выработка решения, вытекающего из различия;
воздействие на ввод.

Ограничение — обеспечивает соответствие между выходом системы и требованием к нему, как к входу в последующую систему — потребитель. Если заданное требование не выполняется, ограничение не пропускает его через себя. Ограничение, таким образом, играет роль согласования функционирования данной системы с целями (потребностями) потребителя.

Определение функционирования системы связано с понятием «проблемной ситуации», которая возникает, если имеется различие между необходимым (желаемым) выходом и существующим (реальным) входом.

Проблема — это разница между существующей и желаемой системами. Если этой разницы нет, то нет и проблемы.

Решить проблему — значит скорректировать старую систему или сконструировать новую, желаемую.

Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.

Значительные проблемы, стоящие перед нами, не могут быть решены на том же уровне мышления, на котором мы их создали.

Альберт Эйнштейн

Основные положения теории систем

Возникновение теории систем было обусловлено необходимостью обобщения и систематизации знаний о системах, которые сформировались в процессе становления и исторического развития неких «системных» идей. Суть идей этих теорий заключалась в том, что каждый объект реального мира рассматривался в качестве системы , т.е. представлял собой совокупность частей, составлявших единое целое. Сохранение целостности любого объекта обеспечивалось за счет связей и отношений между его частями.

Развитие системного мировоззрения происходило на протяжении длительного исторического периода, в рамках которого были обоснованы следующие важные постулаты:

1) понятие «система» отражает внутренний порядок мира, обладающего собственной организацией и структурой, в отличие от хаоса (отсутствие организованного порядка);
2) целое больше суммы его частей;
3) познать часть можно только при одновременном рассмотрении целого;
4) части целого находятся в постоянной взаимосвязи и взаимной зависимости.

Процесс интеграции системных взглядов, большой объем эмпирических знаний о системах в разных научных областях, и прежде всего в философии, биологии, физике, химии, экономике, социологии, кибернетике, привел в XX в. к необходимости теоретического обобщения и обоснования «системных» идей в самостоятельную теорию систем.

Одним из первых, кто предпринял попытку обосновать системную теорию организации систем, был русский ученый А. А. Богданов , который в период с 1912 по 1928 г. разработал «всеобщую организационную науку». В основе труда Богданова «Тектология. Всеобщая организационная наука» лежит следующая идея: существование закономерностей организации частей в единое целое (систему) путем структурных связей, характер которых может способствовать организации (или дезорганизации) внутри системы. В гл. 4 мы более подробно остановимся на основных положениях всеобщей организационной науки, которую А. А. Богданов также называл тектологией. Эти положения в настоящее время приобретают большую актуальность в связи с необходимостью динамичного развития социально- экономических систем.

Дальнейшее развитие системная теория получила в трудах австрийского биолога Л. фон Берталанфи. В 1930-е гг. он обосновал ряд системных положений, которые объединили имевшиеся на тот момент знания в области исследования систем разной природы. Эти положения легли в основу обобщенной концепции общей теории систем (ОТС), выводы из которой позволили разработать математический аппарат для описания систем разных типов. Свою задачу ученый видел в том, чтобы исследовать общность понятий, законы существования и методы исследования систем па основе принципа изоморфизма (подобия ) в качестве универсальных научных категорий и фундаментальной основы развития научных знаний о системах на междисциплинарном уровне. В рамках этой теории была сделана попытка количественно определить и исследовать такие фундаментальные понятия, как «целесообразность» и «целостность».

Важным результатом работы Л. фон Берталанфи стало обоснование концепции сложной открытой системы , в рамках которой ее жизнедеятельность возможна лишь при взаимодействии с окружающей средой на основе обмена ресурсами (материальными, энергетическими и информационными), необходимыми для ее существования. Следует отметить, что термин «общая теория систем» в научном сообществе подвергался серьезной критике в связи с высоким уровнем его абстракции. Термин «общая» имел скорее дедуктивный характер, так как позволял обобщить теоретические выводы о закономерностях организации и функционирования систем разной природы, являлся научно-методологической концепцией исследования объектов в качестве систем и методов их описания на языке формальной логики.

Дальнейшее развитие ОТС получила в работах американского математика М. Месаровича , который предложил математический аппарат описания систем ! , позволяющий моделировать объекты-системы, сложность которых определяется числом составных элементов и видом их формализованного описания. Он обосновал возможность математического представления системы в виде функций , аргументами которых являются свойства его элементов и характеристики структуры.

Математическое обоснование закономерностей соединения элементов в систему и описание их связей представлялось им с помощью математических средств, т.е. с помощью дифференциальных, интегральных, алгебраических уравнений или в виде графов, матриц и графиков. Большое значение в своей математической теории систем М. Месарович придавал исследованию системы управления, так как именно структура управления отражает характер функциональных связей и отношений между элементами, которые во многом определяют ее состояние и поведение в целом. На основе применения математических средств был разработан струк-

турно-функциональный метод (подход) описания системы управления в качестве единой системы переработки информации (возникновения, хранения, преобразования и передачи). Система управления рассматривалась как поэтапная система принятия решений, основанная на формализованных процедурах. Использование структурно-функционального подхода исследования систем позволило М. Месаровичу создать теорию иерархических многоуровневых систем*, которая стала прикладным направлением в дальнейшем развитии теории управления системами.

В 1960-1970 гг. системные идеи стали проникать в разные области научных знаний, что привело к созданию предметных системных теорий, т.е. теорий, которые исследовали предметные аспекты объекта на основе системных принципов: биологических, социальных, экономических систем и т.д. Постепенно обобщение и систематизация знаний о системах разной природы привели к формированию нового научно-методологического направления исследования явлений и процессов, которое в настоящее время называется теорией систем.

Так, в 1976 г. в Москве был создан Институт системных исследований АН СССР. Цель его создания состояла в развитии методологии системных исследований и системного анализа. Большой вклад в это дело внести многие советские ученые: В. Г. Афанасьев , И. В. Блауберг, Д. М. Гвишиани, Д. С. Конторов, Я. Я. Моисеев, В. Я. Садовский, А. И. Уемов, Э. Г. Юдин и многие другие.

Советский философ В. Я. Садовский отмечал: «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 в развитии системных исследований» .

Философ А. И. Уёмов в 1978 г. опубликовал монографию «Системный подход и общая теория систем», в которой предложил свой вариант параметрической теории систем. Методологической основой этой теории стали положения материалистической диалектики, в частности метод восхождения от абстрактного к конкретному. В данной теории автор определил ряд системных понятий, закономерностей систем и их параметрических свойств. В частности, понятие «система» он рассматривал в качестве обобщенной философской категории, отражающей «...всеобщие стороны, отношения и связи между реальными объектами в определенной исторической и логической последовательности » .

И. В. Блауберг и Э. 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» . Развитие метода целостного подхода при исследовании систем разной природы привело к разработке универсальных теоретических положений, которые были объединены в единую теоретико-методологическую базу исследования в качестве междисциплинарной науки, названной теорией систем.

Дальнейшее развитие теории систем пошло по трем основным научным направлениям: системономия, системология и системотехника.

Системономия (от греч. nomos - закон) - учение о системах как проявлении законов Природы. Это направление является философским обоснованием системного мировоззрения, объединяющего системный идеал, системный метод и системную парадигму.

Обратите внимание!

Главный тезис теории систем гласит: «Любой объект исследования 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 и объективного восприятия мира Человека и мира Природы в качестве взаимосвязанных объектов (явлений, процессов), касающихся систем разной природы.

В конце 1950-х - начале 1960-х гг. появилось новое методологическое направление исследования сложных и больших систем - системный анализ. В рамках системного анализа решаются сложные проблемы проектирования систем с заданными свойствами, осуществляется поиск альтернативных решений и выбор оптимального для конкретного случая.

В 1968 г. советский ученый В. Т. Куликов предложил термин «системология» (от греч. logos - слово, учение) для обозначения науки о системах. В рамках этой науки объединяются все варианты существующих теорий о системах, включая общую теорию систем, специализированные теории систем и системный анализ.

Системология как междисциплинарная наука на качественно новом уровне интегрирует теоретические знания о понятиях, законах и закономерностях существования, организации, функционирования и управления системами различной природы с целью создания целостной системной методологии исследования систем. В системологии обобщаются не только научные знания о системах, их возникновении, развитии и преобразовании, но и изучаются проблемы их саморазвития на основе теории синергетики.

Исследования в области кибернетики (II. Винер), развитие технических и компьютерных систем, которые инициировали формирование новой системы «человек - техника», потребовали развития прикладных системных теорий, таких как исследование операций, теория автоматов, теория алгоритмов и т.п. Так появилось новое направление в развитии системного подхода под названием «системотехника». Следует отметить, что понятие «система» в сочетании с понятием «техника» (от греч. techne - искусство применения, мастерство) рассматривалось в качестве комплекса общих и частных методик практического применения системных принципов и методов описания состояния и поведения систем математическим языком.

Впервые в России это термин был введен в 1960-е гг. советским ученым, профессором кафедры кибернетики МИФИ Г. Н. Поваровым. Тогда это считалось инженерной дисциплиной, изучающей проектирование, создание, испытание и эксплуатацию сложных систем технического и социально-технического назначения. За рубежом этот термин возник в период между двумя мировыми войнами XX в. как сочетание двух понятий инженерного искусства (от англ, system design - разработка, проектирование технических систем) и инжиниринга (англ, systems engineering - конструирование, создание систем, техника разработки систем, системный метод разработки), которые объединили разные направления науки и техники о системах.

Системотехника - научно-прикладное направление, изучающее общесистемные свойства системотехнических комплексов (СТК).

Системные идеи все больше проникали в частные теории систем разной природы, поэтому основные положения теории систем становятся фундаментальной основой современных системных исследований, системного мировоззрения.

Если системология в основном использует качественные представления о системах на основе философских понятий, то системотехника оперирует количественными представлениями и опирается на математический аппарат их моделирования. В первом случае - это теоретико-методологические основы исследования систем, во втором - научно-практические основы проектирования и создание систем с заданными параметрами.

Постоянное развитие теории систем позволило объединить предметно- содержательный (онтологический) и теоретико-познавательный (гносеологический) аспекты теорий о системах и сформировать общесистемные положения, которые рассматриваются в качестве трех основных общесистемных законов систем (эволюции, иерархии и взаимодействия). Закон эволюции объясняет целевую направленность создания природных и социальных систем, их организацию и самоорганизацию. Закон иерархии определяет тип структурных отношений в сложных многоуровневых системах, для которых характерны упорядоченность, организованность, взаимодействие между элементами целого. Иерархия отношений является основой построения системы управления. Закон взаимодействия объясняет наличие обменных процессов (веществом, энергией и информацией) между элементами в системе и системы с внешним окружением для обеспечения ее жизнедеятельности.

Предметом исследования в теории систем являются сложные объекты- системы. Объектом исследования в теории систем являются процессы создания, функционирования и развития систем.

В теории систем изучаются:

различные классы, виды и типы систем;
устройство системы (структура и ее виды);
состав системы (элементы, подсистемы);
состояние системы;
основные принципы и закономерности поведения систем;
процессы функционирования и развития систем;
окружающая среда, в рамках которой выделена и организована система, а также процессы, протекающие в ней;
факторы внешней среды, влияющие на функционирование системы.

Обратите внимание!

В теории систем все объекты рассматриваются в качестве систем и исследуются в виде обобщенных (абстрактных) моделей. Эти модели основаны на описании формальных связей между ее элементами и различными факторами внешней среды, влияющими на ее состояние и поведение. Результаты исследования объясняются лишь на основе взаимодействия элементов (компонентов) системы, т.е. па основе ее организации и функционирования, а не на основе содержания (биологического, социального, экономического и др.) элементов систем. Специфика содержания систем изучается предметными теориями систем (экономических, социальных, технических и т.п.).

В теории систем был сформирован понятийный аппарат, который включает такие общесистемные категории, как цель , система, элемент , связь, отношение, структура, функция, организация, управление, сложность, открытость и др.

Эти категории являются универсальными для всех научных исследований явлений и процессов реального мира. В теории систем определены такие категории, как субъект и объект исследования. Субъектом исследования является наблюдатель, который играет важную роль в определении цели исследования, принципов выделения объектов в качестве элементов из среды и их компоновки для объединения в целый объект-систему.

Система рассматривается как некое единое целое, состоящее из взаимосвязанных элементов, каждый из которых, обладая определенными свойствами, вносит свой вклад в уникальные характеристики целого. Включение наблюдателя в систему обязательных категорий теории систем позволило расширить ее основные положения и глубже понять сущность системных исследований (системного подхода). К основным положениям теории систем можно отнести следующие:

1) понятие «система» и понятие «среда» являются основой теории систем и имеют фундаментальное значение. Л. фон Берталанфи определял систему как «совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой» ;
2) взаимоотношения системы со средой имеют иерархический и динамический характер;
3) свойства целого (системы) определяются характером и типом связей между элементами.

Следовательно, основное положение теории систем состоит в том, что любой объект исследования в качестве системы необходимо рассматривать в тесной взаимосвязи с окружающей средой. С одной стороны, элементы системы влияют друг на друга через взаимные связи при обмене ресурсами; с другой стороны, состояние и поведение целостной системы создает изменения в ее окружении. Эти положения и составляют основу системных взглядов (системного мировоззрения) и принципа системных исследований объектов реального мира. Наличие взаимосвязей между всеми явлениями в природе и обществе определено современной философской концепцией познания Мира в качестве целостной системы и процесса мирового развития.

Методология теории систем сформировалась на основе фундаментальных законов философии, физики, биологии, социологии, кибернетики, синергетики и других системных теорий.

Основными методологическими принципами теории систем являются:

1) устойчиво-динамичные состояния системы при сохранении внешней формы и содержания в условиях взаимодействия с окружающей средой - принцип целостности ;
2) деления целого на элементарные частицы - принцип дискретности ;
3) формирования связей при обмене энергией, информацией и веществом между элементами системы и между целостной системой и окружающей ее средой - принцип гармонии ;
4) построения отношений между элементами целого образования (структура управления системой) - принцип иерархии ;
5) соотношения симметрии и диссимметрии (асимметрии) в природе как степень соответствия описания реальной системы формальными методами - принцип адекватности.

В теории систем широко используются методы моделирования систем, а также математический аппарат ряда теорий:

множеств (формально описывает свойства системы и ее элементов на основе математических аксиом);
ячеек (подсистем) с определенными граничными условиями, причем между этими ячейками происходит перенос свойств (например, цепная реакция);
сетей (изучает функциональную структуру связей и отношений между элементами в системе);
графов (изучает реляционные (матричные) структуры, представляемые в топологическом пространстве);
информации (изучает способы информационного описания системы- объекта на основе количественных характеристик);
кибернетики (изучает процесс управления, т.е. передачи информации между элементами системы и между системой и окружающей средой, с учетом принципа обратной связи);
автоматов (система рассматривается с точки зрения «черного ящика», т.е. описания входных и выходных параметров);
игр (исследует систему-объект с точки зрения «рационального» поведения при условии получения максимального выигрыша при минимальных потерях);
оптимальных решений (позволяет математически описать условия выбора наилучшего решения из альтернативных возможностей);
очередей (опирается на методы оптимизации обслуживания элементов в системе потоками данных при массовых запросах).

В современных системных исследованиях экономических и социальных систем больше внимание уделяется средствам описания сложных процессов динамичной устойчивости , которые исследуются в теориях синергетики, бифуркаций, особенностей, катастроф и др., которые опираются на описание нелинейных математических моделей систем.

Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математические основы / под ред.С. В. Емельянова; пер. с англ. Э. Л. Наппельбаума. М.: Мир, 1978.

Круг значений понятия “система” в греческом языке весьма обширен: сочетание, организм, устройство, организация, союз, строй, руководящий орган. Первенство в использовании этого понятия приписывается стоикам. 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.

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 .

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.

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.

Кибернетика Винера

Тектология Богданова

А.А. Богданов «Всеобщая организационная наука (тектология)», т.1 - 1911 г., т.3 - 925 г.

Тектология должна изучать общие закономерности организации для всех уровней. Все явления - 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.

Н. Винер «Кибернетика», 1948 г.

Наука об управлении и связи в животных и машинах.

"Кибернетика и общество‘. Н.Винер анализирует с позиций кибернетики процессы, происходящие в обществе.

Первый международный конгресс по кибернетике - Париж, 1966 г.

Кибернетика - это наука об оптимальном управлении сложными динамическими системами (А.И. Берг)

Кибернетика - это наука о системах, воспринимающих, хранящих, перерабатывающих и использующих информацию (А.Н. Колмогоров)

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.

Л. Берталанфи ввел понятие открытой системы и теории, приложимой к системам любой природы. Термин «общая теория систем» употреблял устно в 30-х годах, после войны – в публикациях.

Один из путей реализации своей 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 с открытой средой.

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.

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.

2. Определение понятия «система», предмет теории систем.

Система - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.

Все определения можно разделить на три группы.

Три группы определений:

комплекс процессов и явлений, а также связей между ними, существующий объективно, независимо от наблюдателя;

инструмент, способ исследования процессов и явлений;

компромисс между двумя первыми, искусственно создаваемый комплекс элементов для решения сложной задачи.

Первая группа

Задача наблюдателя - выделить систему из окружающей среды, выяснить механизм функционирования и, исходя из этого, воздействовать на нее в нужном направлении. Здесь система - объект исследования и управления.

Вторая группа

Наблюдатель, имея некоторую цель, синтезирует систему, как абстрактное отображение реальных объектов. Система - совокупность взаимосвязанных переменных, представляющих характеристики объектов данной системы (совпадает с понятием модели).

Третья группа

Наблюдатель не только выделяет систему из среды, но и синтезирует ее. Система - реальный объект и одновременно абстрактное отображение связей действительности (системотехника).

1. Введение в теорию систем.

2. Понятие и свойства системы.

3. Элементы классификации систем.

4. Понятие о системном подходе.

5. Системный анализ транспортных систем.

Общая теория систем (теория систем) - научная и методологическая концепция исследования объектов, представляющих собой системы. Она тесно связана с системным подходом и является конкретизацией его принципов и методов. Первый вариант общей теории систем был выдвинут Людвигом фон Берталанфи. Его основная идея состоит в признании изоморфизма законов, управляющих функционированием системных объектов.

Предметом исследований в рамках этой теории является изучение:

различных классов, видов и типов систем;

основных принципов и закономерностей поведения систем (например, принцип узкого места);

процессов функционирования и развития систем (например, равновесие, эволюция, адаптация, сверхмедленные процессы, переходные процессы).

В границах теории систем характеристики любого сложно организованного целого рассматриваются сквозь призму четырёх фундаментальных определяющих факторов:

устройство системы;

её состав (подсистемы, элементы);

текущее глобальное состояние системной обусловленности;

среда, в границах которой развёртываются все её организующие процессы.

В исключительных случаях, кроме того, помимо исследования названных факторов (строение, состав, состояние, среда), допустимы широкомасштабные исследования организации элементов нижних структурно-иерархических уровней, то есть инфраструктуры системы.

Общая теория систем и другие науки о системах

Сам фон Берталанфи считал, что следующие научные дисциплины имеют (отчасти) общие цели или методы с теорией систем:

Кибернетика, - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество.

Теория информации - раздел прикладной математики, аксиоматически определяющий понятие информации, её свойства и устанавливающий предельные соотношения для систем передачи данных.

Теория игр, анализирующая в рамках особого математического аппарата рациональную конкуренцию двух или более противодействующих сил с целью достижения максимального выигрыша и минимального проигрыша.

Теория принятия решений, анализирующая рациональные выборы внутри человеческих организаций.

Топология, включающая неметрические области, такие, как теория сетей и теория графов.

Факторный анализ, то есть процедуры выделения факторов в многопеременных явлениях в социологии и других научных областях.

Рисунок 1.1 - Структура системологии

Общая теория систем в узком смысле, пытающаяся вывести из общих определений понятия «система», ряд понятий, характерных для организованных целых, таких как взаимодействие, сумма, механизация, централизация, конкуренция, финальность и т. д., и применяющая их к конкретным явлениям.

Прикладные науки о системах

Принято выделять коррелят теории систем в различных прикладных науках, именующимися иногда науками о системах, или системной наукой (англ. Systems Science). В прикладных науках о системах выделяются следующие области:

Системотехника (англ. Systems Engineering), то есть научное планирование, проектирование, оценку и конструирование систем «человек - машина».

Исследование операций (англ. Operations research), то есть научное управление существующими системами людей, машин, материалов, денег и т. д.

Инженерная психология (англ. Human Engineering).

Теория полевого поведения Курта Левина.

СМД-методология, разрабатывавшаяся в Московском Методологическом Кружке Г. П. Щедровицким, его учениками и сотрудниками.

Теория интегральной индивидуальности Вольфа Мерлина, основанная на теории Берталанфи.

Отраслевые теории систем (специфические знания о различных видах системах) (примеры: теория механизмов и машин, теория надёжности

Систе́ма (от др.-греч. σύστημα - целое, составленное из частей; соединение) - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.

По Бертрану Расселлу: «Множество есть совокупность различных элементов, мыслимая как единое целое»

Система - совокупность элементов, находящихся во взаимосвязи

и взаимоотношениях между собой, и образующих определенное един-

ство, целостность.

Свойство системы определяется не только и не сколько элемен-

тов ее составляющих сколько характером взаимосвязи между ними.

Для систем характерна взаимосвязь с окружающей средой, по отноше-

нию к которой система проявляет свою целостность. Для обеспече-

ния целостности необходимо чтобы система имела четкие границы.

Для систем характерна иерархическая структура, т.е. каждый

элемент системы является в свою очередь системой, также как и лю-

бая система является элементом системы более высокого уровня.

Элемент – предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели.

Связь – ограничение степени свободы элементов. Характеризуются направлением (направленные, ненаправленные), силой (сильные, слабые), характером (подчинения, порождения, равноправные, управления).

Структура отражает определенные взаимосвязи, взаимное расположение составных частей системы, ее устройство (строение).

Понятия характеризующие функционирование и развитие системы:

Состояние – мгновенная фотография, «срез» системы, остановка ее в развитии.

Поведение – способ переходить из одного состояния в другое.(стр.30)

Равновесие – способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость – способность системы возвращаться в состояние равновесия после того как она была выведена внешними (внутренними при наличии в системе активных элементов) возмущающими воздействиями.

Развитие - процесс, направленный на изменение материальных и духовных объектов с целью их усовершенствования.

Под развитием обычно понимают:

увеличение сложности системы;

улучшение приспособленности к внешним условиям (например, развитие организма);

увеличение масштабов явления (например, развитие вредной привычки, стихийного бедствия);

количественный рост экономики и качественное улучшение её структуры;

социальный прогресс.