Принципы системного подхода
При исследовании систем могут быть сформулированы некоторые утверждения общего характера, называемые принципами системного подхода.
Каждое из этих утверждений применимо к абсолютному большинству систем и что-то утверждает о них, возможно, разное для разных систем.
Смысл использования принципов системного подхода состоит в полезности продумывание того, что данный принцип означает для данной системы.
Разделим эти утверждения на две группы. В первой группе принципов речь пойдет о том, что составляет суть системного мышления. Частично, это повторяет и конкретизирует определение системного подхода в начале пункта 1.4.1.
· Внимание к строению системы (структуре), к её делению на объекты.
· Внимание к связям в системе, к их виду, способу реализации связей и их интенсивности.
· Ранжирование элементов структуры и связей на более и менее важные. Внимание к главному, не забывая о второстепенном (и только сознательное отбрасывание второстепенного).
· Логичность и непротиворечивость проводимого рассмотрения (это принцип любого, претендующего на объективность исследования).
· Принятие во внимание различных мнений и суждений о системе.
· Постоянная привязка своих действий к целями системы. Всё надо соотносить с тем, помогает это, мешает, или вообще не влияет на достижение поставленных целей.
· Уход от схоластики, от абсолютной веры в используемые методы, приемы, формализацию. «Надо всегда немного бояться того, что ты не прав».
Схоластика (в основе – латинское слово «школа») – вера в то, что в данном вопросе по-другому быть не может. Со средних веков схоластика стала иметь в целом отрицательный смысл, в т.ч. означать хитроумность, чистую рассудочность, спекулятивность. Схоластом также стали называть теоретика, забывающего о важности практики.
Вторая группа принципов СП обращает внимание на отдельные стороны исследования систем:
Принцип приоритета функции над структурой.
Этот принцип утверждает, что структура должна подстраиваться под функцию, а не наоборот. Т.е. то, как устроена система, должно следовать из того, для чего она предназначена. При изменении функции, как правило, требуется изменение структуры. Стандартная ошибка – придавать системе новые функции, не продумывая изменения в ней.
Принцип модульного строения системы.
Этот принцип утверждает, что систему удобно рассматривать (и создавать) как набор относительно независимых частей – модулей (см. п.1.2.1).
Создание модулей, их ремонт и настройка поручается отдельным специалистам, а не тем, кто отвечает за работу системы целиком. Например, в самолете отдельные коллективы создают двигатель, шасси, оборудование салона и др. В дизайне выполнение элементов может поручаться отдельным специалистам (подобрать украшение интерьера, вставить выступления артистов в торжественное мероприятие и т.д.). Фигуру Пушкина на картине Айвазовского рисовал другой художник.
Принцип иерархичности.
Этот принцип утверждает, что в системе часто имеет место (или удобно вводить) неравноправность частей. Самая типичная неравноправность – делить объекты на те, которые вырабатывают команды (управления) и те, которые их исполняют. В социальных областях это руководители и починенные Иерархия встречается во всех живых системах, будь то стадо, организм, лес. Иерархия частей обычно вводится при создании искусственных систем – для удобства создания и работы с ними.
Иерархичность также имеет место у модулей и целей системы. Модуль более низкого уровня входит в более крупный модуль; цель последнего определяет цели составляющих его модулей. Используется термин «подцель».
Принцип изменения и развития.
В системе всегда происходят изменения, и их надо учитывать. Частным случаем изменения является развитие – расширение функций (возможностей) системы и/или улучшение её характеристик. В искусственных системах возможность развития, как правило, закладывается при их создании. Например, в технике предусматривается замена модулей на более совершенные и присоединение новых модулей.
К изменению и развитию широко применяется термин «эволюция». Она может иметь как прогрессивный, так и регрессивный смысл. Важный вид эволюции – старение.
Старение необходимо предусматривать заранее и принимать меры профилактики – от смазки трущихся деталей до занятий физической культурой и приёма витаминов человеком.
Принцип учёта случайностей и неопределенностей.
Этот принцип утверждает, что предусмотреть и предсказать всё, что будет происходить с системой, невозможно.
Существует два основных подхода к учёту неопределенностей.
Первый – использовать вероятностный подход, который позволяет по вероятностям одних величин (входов, постоянных и переменных характеристик и др.) определять вероятности других величин, в первую очередь, выходов.
Второй – это набор статистики. Проводятся эксперименты с системой, в которых фиксируются значения случайных параметров и значения соответствующих им выходов. Полученный массив данных исследуется на среднее значение выходов, их крайние значения, область наиболее часто получаемых значений, дисперсию и др.
Эксперименты могут быть реальными и виртуальными (проводится на компьютерах). Вместо искусственно организованных экспериментов можно проводить наблюдения.
О теории систем
Научная дисциплина, исследующая основные закономерности поведения систем (их функционирование, развитие, вхождение в более крупные системы) называется теорией систем.
Особенностью теории систем как науки является то, что она охватывает системы самой различной природы – искусственные и естественные, технические, экономические, социальные, включающие в себя деятельность человека и пр.
Такое свойство, когда что-то верно для принципиально разных объектов называется изоморфизмом, в данном случае изоморфизмом утверждений, связанных с понятием системы.
Кроме теории систем и близких к нему терминов «кибернетика», «системный анализ», подобным изоморфизмом обладают такие науки как математика, философия.
Крупнейшими учеными, чьи работы и привели к формированию теории систем, являются русский философ, экономист, естествоиспытатель Александр Богданов (нач. XX века) и работавший в США австрийский биолог-теоретик Людвиг фон Бертанланфи (сер. XX века).
Теория систем, в частности, исследует такие общие свойства систем как:
Равновесие (сохранение некоторых ключевых характеристик системы, например, энергии, энтропии, числа элементов (например, особей) и пр.). Пол равновесием также понимают схожесть расположения частей и воздействий, например, сил.
Адаптация – автоматическое или искусственно создаваемое приспособление системы к изменяющимся условиям, обстоятельствам, входам.
Неравновесные системы, в которых главным оказывается значительное изменение ключевых характеристик, в первую очередь, таких как энергия, энтропия. В частности, здесь важно изучение переходных процессов – ситуаций, когда система достаточно быстро переходит от одного равновесного состояния в другое.
Автоколебания – периодические изменения характеристик системы вокруг некоторого стабильного или тоже изменяющегося положения.
Диссипативные системы - системы, в которых основным является поглощение энергии и превращение её в другие формы.
К верхнему списку можно добавить специальное изучение сверхбыстрых и сверхмедленных процессов, а также системы, в которых процессы могут быть разделены на две или даже три группы: сверхбыстрые, обычные и сверхмедленные. Для такого изучения существуют специальные методы и приёмы.
Примером другого общего направления исследования систем может служить нахождение «узких мест», т.е. ситуаций, которые резко усложняют или ограничивают достижение определенных характеристик системы.
Понятия теории систем, общие подходы к их рассмотрению в XX веке появлялись в самых различных дисциплинах и в разных странах. Это привело к наличию целого ряда терминов, близких или сильно пересекающихся с теорией систем. Приведём наиболее известные из них.
Кибернетика (Cybernetics, термин возник в США после II мировой войны, основатель – математик Норберт Винер), «искусство управления» – наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то искусственные системы, живые организмы или общество,
Системный анализ (System Analysis), действия по установлению структурных, функциональных, информационных и иных связей в исследуемой системе. Широко опирается на системный подход (см.выше). Применяется к системам всех видов.
Исследование операций (Operations Research, OR. Термин возник в Британии во время II мировой войны), дисциплина, была нацелена на работу с числовыми характеристиками (параметрами, данными) с целью поиска наилучших или удовлетворяющих заданным условиям решений. Широко опирается на математические методы.
Системотехника (Systems Engineering, термин возник в США в 50-ые гг. XX века). Это проектирование, создание, испытание и эксплуатация сложных систем технического и технико-социального характера (включающего человека). Рассматривается как прикладное воплощение теории систем.
Теория управления (Control Theory) – исследует системы, целью которых является переработка информации в управляющие воздействия на ту же самую или на стороннюю систему. Широко развита математическая теория управления, в основе которой лежит нахождение неизвестных функций, приводящих к решению дифференциальных уравнений с заданными свойствами.