Общая и частные теории систем

Общая теория систем (ОТС) была предложена Людвигом фон Берталанфи в 30-е годы XX века [1]. Идея наличия общих закономерностей при взаимодействиях большого, но не бесконечного числа физических, биологических и социальных объектов была впервые высказана Берталанфи в 1937 году на семинаре по философии в Чикагском университете. Однако первые его публикации на эту тему появились только после войны. Основной идеей Общей теории систем, предложенной Берталанфи, является признание изоморфизма[1] законов, управляющих функционированием системных объектов. Фон Берталанфи также ввел понятие и исследовал открытые системы ‑ системы, постоянно обменивающиеся веществом и энергией с внешней средой.

Движущим мотивом создания ОТС явилось желание решить проблемы получения, хранения, передачи и использования знаний об окружающем нас мире путем унификации элементов этих знаний. Важной особенностью ОТС является способность устанавливать классификацию систем и их взаимоотношения. Общим для всех классов систем является более или менее общепризнанное определение абстрактной системы как совокупности взаимосвязанных элементов, наделенных определенными свойствами.

Общую теорию систем Берталанфи относят к классу метатеорий, которые служат средствами исследования и описания других системных теорий. В ОТС содержатся разнообразные классификации систем, описывающие различные отношения между «частными» теориями и изучает основания теории систем. Так, например, в одной из классификаций используется признак нарастания сложности систем, и предлагаются десять классов систем — от статических пространственных совокупностей до систем, способных полностью контролировать и перестраивать природу.

Сам фон Берталанфи считал, что следующие «частные» теории имеют (отчасти) общие цели или методы с теорией систем:

1. Кибернетика, базирующаяся на принципе обратной связи.

2. Теория информации, вводящая понятие информации как некоторого измеряемого количества и развивающая принципы передачи информации.

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

4. Теория принятия решений, анализирующая рациональные выборы внутри человеческих организаций.

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

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

7. 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.

Многие из этих теорий носят явные следы породивших их областей знаний. Среди этих теорий есть как описательные, так и формальные; некоторым придана аксиоматическая форма; некоторые классы систем разработаны слабо и ограничены только общими идеями, а другие разработаны полностью. Описание и истолкование аксиоматических теорий осуществляется средствами логических исчислений, теории множеств, дифференциальных уравнений и некоторых других средств формализации.

Также выделяют ряд прикладных наук о системах, которые иногда называют наукой о системах, или системной наукой (англ. Systems Science). Это направление связано с автоматикой. В прикладной науке о системах выделяются следующие области:

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

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

3. Инженерная психология (англ. Human Engineering).

4. Теория полевого поведения (Курт Левин ).

5. На основе систем Берталанфи основана Теория интегральной индивидуальности (Вольф Мерлин).

В 50—70-е годы XX века был предложен ряд новых подходов к построению Общей теории систем такими учеными как, М. Месарович, Л. Заде, Р. Акофф, Дж. Клир, А. И. Уемов, Ю. А. Урманцев, Р. Калман, С. Бир, Э. Ласло, Г. П. Мельников и др. Общей чертой этих подходов была разработка логико-концептуального и математического аппарата системных исследований.

Человеческие социальные организации (организационные системы) имеют нормативный характер, т. е. сознательно создаются людьми из людей и технических средств для достижения определенных целей и по завершения их жизненного цикла ликвидируются. Процессы создания, совершенствования и развития организаций имеют существенно эмпирический характер, а теория организаций — объектная теория, ориентированная на соответствующую предметную область, получила своё существенное развитие и практическое применение лишь с конца 70-х годов XX столетия.

1.2. Основные понятия теории систем

Слово «система» впервые появилось в древней Греции 2000-2500 лет назад и первоначально означало сочетание, организм, устройство, организация, строй, союз. Оно также отражало определённые акты деятельности и их результаты (нечто, сопоставленное вместе и приведённое в порядок). Иначе говоря, термин «система» в античной философии характеризовал упорядоченность и целостность естественных объектов и первоначально был связан с формами социально-исторического бытия, а лишь позднее идея упорядочивания было перенесено на всю Вселенную. Для упорядоченности и целостности искусственных объектов (и, прежде всего, объектов познавательной деятельности человека) использовался другой термин – «синтагма». В это время был сформулирован первый системообразующий тезис ‑ «целое больше суммы его частей», который позднее привёл к определению особого «системного» свойства ‑ эмерджентности.

Термин система используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый или проектируемый объект реального или идеального мира как нечто большое, сложное и при этом целое, единое и устойчивое. Существует несколько определений этого понятия, которые развивались по мере совершенствования теории систем. Так автор общей теории систем Людвиг фон Берталанфи определял систему как "комплекс взаимодействующих компонентов" или как "совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг, с другом и со средой". Это словесное определение системы имеет и несколько формальных представлений, которые будут описаны ниже.

Уже на первых этапах системного анализа важно уметь отделять систему от окружающей её среды, с которой система может взаимодействовать. Это нужно, чтобы точнее определить исследуемую или проектируемую систему.

Частным случаем выделения системы из среды является ее определение через входы и выходы, с помощью которых система общается со средой (рис. 2). В кибернетике и теории систем такое упрощённое представление (модель) системы называют "черным ящиком". На этой модели базировалось начальное определение системы известного кибернетика У.Р.Эшби.

Модель «чёрного ящика» приходится использовать в тех случаях, когда исследователь сталкивается с системой, структура и функции которой ему неизвестны.

входывыходы

Рис. 2. Модель абстрактной системы с неизвестной структурой («чёрный ящик»)

Окружающая среда образует надсистему или вышестоящую систему, тогда как сама система образует подсистему – нижележащую, подчинённую систему.

Такому представлению о среде соответствует следующее определение: "... среда есть совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на подсистему, а также тех объектов, чьи свойства могут меняться в результате определённого поведения подсистемы".

Выделяет систему из среды наблюдатель, который отделяет (отграничивает) элементы, включаемые в систему, от других систем и от среды, в соответствии с целями исследования или или предварительного представления о проблемной ситуации.

При этом возможно три варианта положения наблюдателя, который:

- может отнести себя к среде и, представив систему как полностью изолированную от среды, строить замкнутые модели (в этом случае среда не будет играть роли при исследовании модели, хотя может влиять на ее формирование);

- включить себя в систему и моделировать ее с учетом своего влияния и влияния системы на своя представления о ней (ситуация, характерная для экономических систем);

- выделить себя и из системы, и из среды, и рассматривать систему как открытую, постоянно взаимодействующую со средой, учитывая этот факт при моделировании (такие модели необходимы для развивающихся систем).

В последнем случае практически невозможно учесть все объекты, не включенные в систему и отнесенные к среде. Их множество необходимо сузить с учетом цели исследования и точки зрения наблюдателя путем анализа взаимодействия системы со средой, включив этот "механизм" анализа в методику моделирования.

Уточнение или конкретизация определения системы в процессе исследования влечет соответствующее уточнение ее взаимодействия со средой и определения среды. В этой связи важно прогнозировать не только состояние системы, но и состояние среды. В последнем случае следует учитывать неоднородность среды.

Наряду с естественно-природной средой существуют искусственные среды – техническая (среда созданных человеком машин и механизмов), экономическая, информационная, социальная.

В процессе исследования граница между системой и средой может деформироваться. Уточняя модель системы, наблюдатель может выделять в среду некоторые составляющие, которые он первоначально включал в систему. И, наоборот, исследуя корреляцию между компонентами системы и среды, он может посчитать целесообразным составляющие среды, имеющие сильные связи с элементами системы, включить в систему.