Системный метод научных исследований

Корни системного подхода к изучению окружающего мира уходят в глубокую древность. В неявной форме они осознавались и широко применялись в античной науке, хотя сам термин «система» появился значительно позднее.

Настоящий прорыв в системных исследованиях возник после окончания второй мировой войны, когда возникло мощное системное движение, способствовавшее внедрению идей, принципов и методов системного исследования не только в естествознание, но и в социально-экономические и гуманитарные науки. Именно системный подход способствовал тому, что каждая наука стала рассматривать в качестве своего предмета изучение систем определенного типа, которые находятся во взаимодействии с другими системами. Согласно новому подходу, мир предстал в виде огромного многообразия систем самого разнообразного конкретного содержания и общности, объединенных в рамках единого целого, которое называют Вселенной [42, 61].

Для системного подхода характерно целостное рассмотрение, установление взаимодействия составных частей или элементов совокупности, несводимость свойств целого к свойствам частей (рис. 4.1).

Наиболее согласованным является следующее определение системы:

«Система – это множество элементов, находящихся в отношениях и связанных друг с другом, образующих определенную целостность».

Для лучшего понимания природы систем необходимо рассмотреть сначала их строение и структуру, а затем и классификацию.

Рис. 4.1. Общая характеристика сущности системного похода к проведению научных исследований

Строение системы характеризуется теми компонентами, из которых она образована. Такими компонентами являются: подсистемы, части или элементы системы – в зависимости от того, какие единицы принимаются за основу деления.

Подсистемы составляют части системы, которые обладают определенной автономностью, но в то же время подчинены системе и управляются ею. Обычно они выделяются в особым образом организованных системах, которые называются иерархическими.

Структурой системы называют совокупность тех специфических взаимосвязей и взаимодействий, благодаря которым возникают новые целостные свойства, присущие только системе и отсутствующие у отдельных ее компонентов. В западной литературе такие свойства называют эмерджентными, т.е. возникающими в результате взаимодействия и присущими только системам. В зависимости от конкретного характера взаимодействия между компонентами мы различаем следующие типы систем: электромагнитные, атомные, ядерные, химические, биологические и социальные. В рамках этих типов можно, в свою очередь, рассматривать отдельные виды систем.

В принципе, к каждому отдельному объекту можно подойти с системной точки зрения, поскольку он представляет собой определенное целостное образование, способное к самостоятельному существованию. Весь окружающий нас мир, его предметы, явления и процессы оказываются совокупностью самых разнообразных по конкретной природе и уровню организации систем. Каждая система в этом мире взаимодействует с другими системами.

Классификация систем и методов их исследования может производиться по самым разным основаниям (рис. 4.2). Прежде всего, все системы можно разделить на системы материальные и идеальные (или концептуальные). К материальным системам относится подавляющее большинство систем неорганического, органического и отчасти социального характера.

Все эти системы называются материальными или объективными по характеру, потому что их содержание и свойства не зависят от познающего субъекта. Однако субъект может все глубже, полнее и точнее познавать их свойства и закономерности с помощью создаваемых им систем. Именно поэтому такие системы называются идеальными, поскольку представляют собой относительно верное отображение материальных, объективно существующих в природе и обществе систем.

Рис. 4.2. Вариант классификации систем

Наиболее типичным примером идеальной системы является научная теория, в которой с помощью понятий, обобщений и законов выражаются объективные, реальные связи и отношения, существующие в конкретных природных и социальных системах. Системный характер научной теории ясно представлен в самом ее построении, когда отдельные ее понятия, суждения, законы не перечисляются как попало, а объединяются в рамках определенной системной структуры. Например, в классической механике такими основными суждениями являются три основных закона механики.

Все наше знание не только в области науки, но и в других сферах деятельности мы стремимся определенным образом систематизировать, классифицировать, чтобы стала ясной логическая взаимосвязь отдельных суждений, а также всей структуры знания в целом.

Наиболее простой классификацией является деление систем на статические и динамические, которое во многом является условным, так как все в мире находится в постоянном изменении и движении. Однако поскольку даже в механике мы различаем статику и динамику, то целесообразнее рассматривать специально также и статические системы.

Среди динамических систем обычно выделяют детерминистические и стохастические (вероятностные). Такая классификация основывается на характере предсказания движения или поведения систем. Предсказания, основанные на изучении поведения детерминистических систем, имеют вполне однозначный и достоверный характер. Именно такими являются динамические системы, исследуемые в классической механике и астрономии. В отличие от них стохастические системы имеют дело с массовыми или повторяющимися случайными событиями и явлениями. Поэтому предсказания в них имеют не достоверный, а лишь вероятностный характер.

Классификация систем дает возможность рассмотреть множество существующих в науке систем ретроспективно, т.е. задним числом, что достаточно важно. Однако для исследователя значительно больший интерес представляет изучение метода и перспектив системного подхода в конкретных условиях его применения.

Появление системного метода как особого способа исследования многие относят ко времени второй мировой войны и наступившему мирному периоду (рис. 4.3). Во время войны ученые столкнулись с проблемами комплексного характера, которые требовали учета взаимосвязи и взаимодействия многих факторов в рамках целого. К таким проблемам относились, в частности, планирование и проведение военных операций, вопросы снабжения и организации армии, принятие решений в сложных условиях и т.п. На этой основе возникла одна из первых системных дисциплин, названная исследованием операций [8]. Применение системных идей к анализу экономических и социальных процессов способствовало появлению теории игр и теории принятия решений.

Рис. 4.3. Системный метод как следствие необходимости решения сложных проблем

Однако наиболее значительным шагом в формировании идей системного метода стала кибернетика как общая теория управления в технических системах, живых организмах и обществе. В ней наиболее отчетливо виден новый подход к исследованию различных по конкретному содержанию систем управления.

В рамках кибернетики впервые было ясно показано, что процесс управления с самой общей точки зрения можно рассматривать как процесс накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление можно отобразить с помощью определенной последовательности алгоритмов или точных предписаний, посредством которых осуществляется достижение поставленной цели.

Появление быстродействующих компьютеров оказалось той необходимой технической базой, с помощью которой можно было обрабатывать разнообразные алгоритмически описанные процессы. Алгоритмизация и компьютеризация ряда производственно-технических, управленческих и других процессов стали, как известно, составными элементами современной научно-технической революции, связавшей воедино новые достижения науки с результатами развития техники.

Чтобы лучше понять сущность системного метода, необходимо с самого начала отметить, что понятия, теории и модели, на которые он опирается, применимы для исследования предметов и явлений самого различного содержания. В этих целях приходится абстрагироваться, отвлекаться от конкретного содержания отдельных, частных систем и выявлять то общее, существенное, что присуще всем системам определенного рода.

Наиболее общим приемом для реализации этой цели служит математическое моделирование [29, 61]. С помощью математической модели отображаются наиболее существенные количественные и структурные связи между элементами некоторых родственных систем. Затем эта модель рассчитывается на компьютере, а результаты вычислений сравниваются с данными наблюдений и экспериментов. Возникающие расхождения устраняется путем внесения дополнений и изменений в первоначальную модель.

Обращение к математическим моделям диктуется самим характером системных исследований, в процессе которых приходится иметь дело с наиболее общими свойствами и отношениями разнообразных конкретных, частных систем. В отличие от традиционного подхода, оперирующего двумя или несколькими переменными, системный метод предполагает анализ целого множества переменных. Связь между этими многочисленными переменными, выраженными на языке различных уравнений и их систем, представляет собой математическую модель. Эта модель вначале выдвигается в качестве некоторой гипотезы, которая в дальнейшем должна быть проверена с помощью опыта.

С помощью выбранной единицы измерения эти свойства можно представить в виде чисел и затем выразить отношения между свойствами как зависимость между отображающими их математическими уравнениями и функциями.

Построение математической модели имеет существенное преимущество перед простым описанием систем в качественных терминах, потому что оно дает возможность делать точные прогнозы о поведении систем, которые гораздо легче проверить, чем весьма неопределенные и общие качественные предсказания. Таким образом, при математическом моделировании систем наиболее ярко проявляется эффективность единства качественных и количественных методов исследования, характеризующая магистральный путь развития современного научного познания.

Системный метод прошел разные этапы развития, что отразилось на самой терминологии, которая, к сожалению, не отличается единством. С точки зрения практической значимости можно выделить основные сферы его применения (рис. 4.4):

- системотехнику, занимающуюся исследованием, проектированием и конструированием новейших технических систем, в которых учитывается не только работа механизмов, но и действия человека-оператора, управляющего ими;

- системный анализ, который занимается изучением комплексных и многоуровневых систем; хотя такие системы обычно состоят из элементов разнородной природы, но они определенным образом связаны и взаимодействуют друг с другом и поэтому требуют целостного, системного анализа (к ним относится, например, система организации современного предприятия, в которой в единое целое объединены производство, снабжение сырьем, сбыт товаров и инфраструктура).

Рис. 4.4. Эволюция развития системного метода

Если системотехника и системный анализ фактически являются приложениями некоторых системных идей в области организации производства, транспорта, технологии и других отраслей народного хозяйства, то теория систем исследует общие свойства систем, изучаемых в естественных, технических, социально-экономических и гуманитарных науках.

Фундаментальная роль системного метода заключается в том, что с его помощью достигается наиболее полное выражение единства научного знания. Единство, которое выявляется при системном подходе к науке, заключается, прежде всего, в установлении связей и отношений между самыми различными по сложности организации, уровню познания и целостности охвата концептуальными системами, с помощью которых отображается рост и развитие нашего знания о природе. Чем обширнее рассматриваемая система, чем она сложнее по уровню познания, иерархической организации, тем больший круг явлений она в состоянии объяснить. Таким образом, единство знания находится в прямой зависимости от его системности.