Системные исследования

Системные исследования представляют собой совокупность научных теорий, концепций и методов, в которых объект исследования рассматривается как система.

Объектом системных исследований являются системы, представляющие множество взаимосвязанных элементов, выступающих как единое целое со всеми присущими ему внутренними и внешними связями и свойствами.

Основные методологические особенности системных исследований:

1. Для системных исследований характерен особый тип изучаемой действительности – она является, как правило, многоплоскостной. (решается ряд различных задач, отнесенных нередко к удаленных друг от друга научным дисциплинам).

2. Возможность и необходимость использования методов и средств различных наук в одном системном исследовании выдвигает проблему предметной отнесенности, т.е. выявление того, насколько адекватна та или иная группа средств данному предмету исследования.

3. Высокая степень абстрактности системных исследований создает для каждого из таких исследований большие возможности построения эмпирического материала. С одной стороны широта эмпирической области позволяет быстро получать теоретические выводы, с другой – она является препятствием, когда надо осуществить переход от абстрактных теоретических систем к получению заданных предметом результатов.

В системных исследования выделяют три аспекта:

· разработка теоретических основ системного подхода;

· построение адекватного системному подходу исследовательского аппарата (формальная сфера);

· приложение системных идей и методов (прикладная сфера).

Существуют «мягкая системная методология» и «жесткая системная методология».

Общая схема «мягкой системной методологии» включает семь основных стадий процесса:

1. Осознание наличия проблемной ситуации и аккумуляция возможно более полной информации, характеризующей эту ситуацию.

2. Фиксация проблемной ситуации в виде некоторого описания.

3. Выработка «основных определений» соответствующей системы, отражающей зафиксированную проблемную ситуацию.

4. Создание и тестирование концептуальных моделей, направленных на определение способов полного или частичного разрешения рассматриваемой проблемы.

5. Сравнение и сопоставление результатов моделирования с описанием проблемной ситуации.

6. Определение на основе проведенного на предыдущем этапе сопоставления комплекса осуществимых и желательных изменений в исходной ситуации.

7. Действия субъекта по практическому осуществлению этих изменений.

Согласно П.Чекленду наиболее важные в методологическом плане стадии – третья и четвертая. Адекватное «основное определение» системы должно включать, как минимум, шесть элементов, обозначаемых символом CATWOE (Рис.1.1).

Рис.1.1. Элементы «основного определения»

Центральным элементом является процесс трансформации (Т), посредством которого заданные исходные условия преобразуются в заданный результат. Следующий элемент – владелец системы (О). Внутри самой системы выделяют действующие лица (А), осуществляющие основные виды деятельности данной системы. Внутри и вне системы находятся внутренние и внешние потребители (С) системы, на которых осуществляемая системой и в системе деятельность оказывает влияние. Пятый элемент – ограничения со стороны окружающей среды – Е. Шестой элемент – это концептуальные рамки, позиции, предпосылки, которые делают осмысленными вырабатываемые «основные определения».

В основе «жесткой системной методологии» лежит определение альтернативных способов достижения заданной цели и выбор альтернативы, удовлетворяющей заданным критериям. Для этого создается модель, позволяющая генерировать и сравнивать различные альтернативы.

Основанная особенность и отличие «мягкого системного подхода» состоит в том, что он включает фазу сравнения, сопоставления моделей с описанием исходной проблемной ситуации.

Специфика системного исследования определяется выдвижением новых принципов подхода к объекту изучения. В самом общем виде этот подход выражается в стремлении построить целостную картину объекта и характеризуется следующими положениями:

· при исследовании объекта как системы описание элементов не носит самодовлеющего характера, поскольку элемент описывается с учетом его места в целом;

· один и тот же материал выступает в системном исследовании как обладающий одновременно разными характеристиками, параметрами, функциями и даже различными принципами строения. Одним из проявлений этого является иерархичность строения системы;

· исследование системы неотделимо от исследования условий ее функционирования;

· специфической для системного подхода является проблема порождения свойств целого из свойств элементов, и наоборот, порождения свойств элементов из характеристик целого;

· источник преобразования системы или ее функций лежит обычно в самой системе, поскольку это связано с целесообразным характером функционирования систем. Существенная черта целого ряда системных объектов состоит в том, что они являются не просто системами, а самоорганизующимися системами. С этим связана и другая особенность, присущая многим системным исследованиям: наличие у системы некоторого множества индивидуальных характеристик.

Контрольные вопросы

1. Раскройте понятие системного исследования.

2. Что является объектом системных исследований?

3. Раскройте методологические особенности системных исследований.

4. Назовите различие «мягкой» системной методологии и «жесткой» системной методологии.

5. Перечислите стадии процесса «мягкой» системной методологии.

6. Опишите элементы «основного определения» системы согласно П. Чекленду.

7. Раскройте специфику системного исследования.

Тема№2
Системный подход

Системный подход представляет собой совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции объектов и процессов в целом, представив их в качестве систем со сложными межэлементными взаимосвязями, взаимовлиянием самой системы на ее структурные элементы.

Системный подхода заключается в рассмотрении элементов системы как взаимосвязанных и взаимодействующих для достижения глобальной цели функционирования системы. Особенностью системного подхода является оптимизация функционирования не отдельных элементов, а всей системы в целом.

Основные преимущества системного подхода:

· Высвечивается то общее в различных объектах и процессах, что затеняется различными деталями и трудно обнаруживается, пока не отброшены частности.

· Методы принятия решений переносятся из одних функциональных областей в другие;

· Не допускается переоценка возможностей отдельных методов при принятии решений, например, только математического моделирования в ущерб экспертным оценкам. Другими словами, исключается «снятие» всех проблем с использованием одного инструмента;

· Осуществляется синтез знаний из различных наук;

· В проекты вводится информационное описание системы(виды, объемы, назначение и пути прохождении информации) и разрабатывается процесс сбора и обработки данных и информации;

· Возникает объективная основа для выбора необходимых направлений дальнейшего развития исследований в области, к которой относится проектируемая система.

Принципы системного подхода:

Единства – совместное рассмотрение системы как единого целого и как совокупность частей;

Развития – учет изменяемости системы, ее способности к развитию, накапливанию информации с учетом динамики среды;

Глобальной цели – ответственность за выбор глобальной цели, оптимум подсистем не является оптимумом всей системы;

Функциональности – совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структурой;

Сочетания децентрализации и централизации;

Иерархии – учет соподчинения и ранжирования частей;

Неопределенности – учет вероятностного наступления событий;

Организованности - степень выполнения решений и выводов.

Этапы системного подхода:

1. Выделение объекта исследования из общей совокупности процессов, очертание контура и границ системы, ее элементов, связей со средой; установление цели исследования, выяснение структуры и функций системы; выделение главных свойств элементов и системы в целом, установление их соответствий;

2. Определение основных критериев эффективного функционирования системы, а также основных ограничений и условий функционирования;

3. Определение вариантов структур и элементов, учет основных факторов, влияющих на систему;

4. Составление модели системы;

5. Оптимизация функционирования системы по достижению цели;

6. Определение оптимальной схемы управления системой;

7. Установление надежной обратной связи по результатам функционирования, определение работоспособности и надежности функционирования систем.

Методология системного подхода опирается на доминирующую роль целого по отношению к составным частям элементов. В системном подходе мысль движется от целого к составным частям, от системы к элементам, от сложного к простому явлению, и целое определяет характер и специфику элементов и частей, входящих в состав данного целого.

Современное развитие системного подхода идет в трех направлениях:

· системология как теория систем;

· системотехника как практика;

· системный анализ как методология.

Системология понимается как наука:

· о методах системного исследования окружающего нас мира (объектов, процессов, явлений);

· о системах различной природы и различного назначения, изучаемых с позиции целостного (интегрированного) восприятия происходящих процессов;

· о выявлении присущих системам общих и частных закономерностей и использовании их для анализа и познания существующих систем и для создания более совершенных систем, обеспечивающих более эффективное достижение поставленных целей.

Системотехника - научное планирование, проектирование, оценка и конструирование систем человек – машина.

Системотехника вызвана к жизни появлением больших технических систем, которые могут иметь огромное количество разнообразных составляющих, часто разбросанных по обширной территории и объединенных в одно целое средствами автоматизированного управления, что требует высокой скорости переработки информации.

Цель создания системотехники - "сократить разрывы во времени между научными открытиями и их приложением и между возникновением человеческих потребностей и производством новых систем, призванных удовлетворить эти потребности".

Методологией системотехники является методология системного подхода - методология планирования, разработки и создания систем как единого целого.

Создателем системы является системотехник - специалист широкого профиля, способный объединить специалистов разных специальностей, связать множество решений частных задач в единое, подчинив общей цели.

Системный анализ является родственным к системотехнике направлением, но обычно понимается более широко, охватывая нетехнические вопросы проектирования, организации и управления.

Объектами его исследования являются большие и сложные системы, которые являются одновременно открытыми (взаимодействующими с внешней средой) и в состав которых входит человеческий фактор.

Основу методологии системного анализа так же составляет системный подход, для которого определяющим является представление о целостности исследуемых, проектируемых и синтезируемых объектов. Методологически системный анализ направлен на исследование причин сложности систем и их устранения.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой системный подход?

2. Как в системном подходе рассматриваются элементы системы?

3. Перечислите преимущества системного подхода.

4. Раскройте основные принципы системного подхода.

5. Перечислите и опишите этапы системного подхода.

6. Что рассматривает наука «системология»?

7. Назовите цель создания системотехники.

8. Какие задачи решает специалист системотехник?

9. Что является объектом системного анализа?

Тема№3
Теория систем. Система.
Классификация систем

3.1 Теория систем
как междисциплинарная наука

По мере развития системных исследований становилось все более очевидным, что речь идет не об утверждении какой-то единственной концепции, претендующей на общенаучное значение, а о новом направлении исследовательской деятельности, о выработке новой системы принципов научного мышления, о формировании нового подхода к объектам исследования.

Общая теория систем в ее нынешнем состоянии рассматриватся, как совокупность различных моделей и способов описания систем разного рода. Среди них выделяются, прежде всего, качественные системные концепции. Их общая сторона состоит в выделении и фиксации самой "системной действительности" в ее первоначальном расчленении. Строить на этой основе концепции можно различными путями:

· выявлением изоморфизмов (сходных по форме) законов в разных научных областях и построении на этой основе обобщенных научных моделей;

· разбиением изучаемой научной действительности на ряд связанных друг с другом (по горизонтали или вертикали) системных сфер, которые иногда называют структурными уровнями.

Более перспективными на нынешнем уровне развития представляются попытки построения теоретических моделей отдельных типов системных объектов. Весомый вклад в решении этой задачи внесли: Л. фон Берталанфи - модель открытой системы; У. Росс Эшби - методы и принципиальные возможности исследования, основанные на подходе к объекту как черному ящику; Р. Акофф - модели организации; И. Клир - способы кибернетического исследования систем; модели многоуровневых многоцелевых систем - М. Месарович.

Каждая такая проблема требует для своего решения соответствующих методов - не только содержательных, но и формальных. К содержательным концепциям ОТС примыкают формальные варианты этой теории. В этом проявляется наибольшее многообразие подходов и позиций: М. Месарович (США) стремится построить математическое основание ОТС; М. Тод и Э. Шуфорд - теоретико-вероятностный анализ структуры систем; У. Росс Эшби - теоретико-множественную концепцию гомеостазиса (совокупность сложных приспособлений, направленных на поддержание равновесия).

В результате определился ряд перспективных направлений, которые решают основные задачи теории систем.

Кибернетика, базирующаяся на принципе обратной связи и вскрывающая механизмы целенаправленного и самоконтролируемого поведения;

Теория информации, вводящая понятие информации как некоторого количества и развивающая принципы передачи информации;

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

Теория решений, анализирующая аналогично теории игр рациональные выборы внутри человеческих организаций, на основе рассмотрения данной ситуации и ее возможных исходов;

Топология, или реляционная математика, включающая не метрические области, такие, как теория сетей и теория графов;

Факторный анализ, т.е. процедуры изоляции посредством использования математического анализа факторов в много переменных явлениях в различных областях знания;

Общая теория систем в узком смысле, пытающаяся вывести из общего определения понятия "система" - комплекса взаимодействующих компонентов - ряд понятий, характерных для организованных объектов: взаимодействие, сумма, централизация, конкуренция и другие.

Поскольку теория систем в широком смысле является по своему характеру фундаментальной междисциплинарной наукой, она имеет прикладную сферу, включающую ряд областей:

· системотехнику (Systems Engineering), т.е. научное планирование, проектирование, оценку и конструирование систем человек - машина;

· исследование операций(Operations research), т.е. научное управление существующими системами людей, машин материалов, финансов и т.д.;

· инженерную психологию(Human Engineering), т.е. анализ приспособления систем, и, прежде всего, машинных систем, для достижения максимума эффективности при минимуме денежных и иных затрат.

Перечисленные теории имеют определенные общие черты:

1. Они сходны в том, что необходимо как-то решать проблемы, характерные для многих наук.

2. Эти теории вводят новые понятия и модели, например, обобщенное понятие системы, понятие информации (сравнимой по значению с понятием энергии в физике).

3. Эти теории, как указывалось выше, имеют дело преимущественно со многими переменным.

4. Вводимые этими теориями модели являются междисциплинарными по своему характеру и далеко выходят за пределы сложившихся областей научного знания.

5. Вводятся такие понятия, как целостность, организация, направленность движения или функционирования, за которыми в механистической науке закрепилось представление как о ненаучных или метафизических.

Одной из наиболее веских причин разработки общей теории систем является проблема связи между различными научными дисциплинами. Хотя и существует аналогия между основными методами исследований, каждый из которых является научным методом, результаты исследований в одной области не так часто пересекают границы данной научной дисциплины. Понятия и гипотезы, разработанные в одной научной области, редко применяются в других областях, где они могли бы, возможно, привести к значительным достижениям.

Одним из возможных подходов к созданию общей теории систем может служить отбор явлений, касающихся одновременно различных дисциплин, и построение отражающих эти явления общих моделей. Другой подход заключается в построении главной иерархии уровней сложности для основных типов систем в различных реальных областях. Это связано с определением уровня абстрагирования при представлении каждого уровня иерархии.

Подход, основанный на иерархии уровней, приводит к понятию "системы систем", применяемому в большинстве предпринимательских и других организаций. Уровни подхода следующие:

1. Уровень статической структуры. Он мог бы называться уровнем "основ". Описание этой структуры служит началом систематизированных теоретических знаний почти в любой области науки, так как невозможно создать точную функциональную или динамическую теорию, не имея достоверного описания статических взаимоотношений.

2. Уровень иерархии систем. Это уровень простой динамической системы с предопределенными, обязательными изменениями. Он может быть назван уровнем "часового механизма". Большая часть теоретических положений в физике, химии, и даже в экономике, относится к этой категории.