1.2. Основные понятия системного анализа

В литературе приводится целый ряд близких по смыслу определений понятия системы и связанных с ним терминов. Прежде чем перейти к более подробному рассмотрению главных мотивов системного анализа, дадим основные определения.

Система есть множество связанных между собой элементов, которое рассматривается как целое.

Элемент - неразложимый далее (в данной системе, при данном способе рассмотрения и анализа) компонент сложных объектов, явлений, процессов.

Структура - относительно устойчивая фиксация связей между элементами системы.

Целостность системы - это ее относительная независимость от среды и других аналогичных систем.

Эмерджентность - несводимость (степень несводимости) свойств системы к свойствам элементов системы.

Отметим, что приведенные определения носят скорее характер содержательных пояснений, разъяснений. Все они взаимосвязаны, одно уточняет смысл другого, а в своей совокупности дают первое представление о концепции системного подхода.

Слово "система" широко используется в обыденной речи, являясь частью таких понятий, как система отопления, система розыгрыша первенства в спорте и т.д. Для того чтобы отделить научный смысл термина "система" от посторонних ассоциаций, в англоязычной литературе предлагались различные неологизмы, org, holon, integron, подчеркивающие соответственно органичность, целостность, интегральность, свойственные понятию системы. Однако эти неологизмы не прижились.

Как следует из приведенного выше определения, система представляет собой множество с некоторыми дополнительными характеристиками. Математическое понятие множества является первичным. "Под множеством мы понимаем любое объединение в одно целое М определенных, вполне различаемых объектов из нашего восприятия или мысли (которые называются элементами М)" [13, с. 15]. Когда мы говорим, что множество есть

12

набор или совокупность, то просто поясняем смысл понятия с помощью синонимов.

Понятие элемента так же первично, как и понятие множества, хотя один и тот же объект может быть множеством и в то же время рассматриваться как элемент другого множества. (Это же относится к понятию "система".)

Этимологически слово "система" есть греческий эквивалент латинского "композиция". Следовательно, понятие "система" предполагает одновременное наличие нескольких компонент, частей, подсистем. В отличие от множества система не является простым набором независимых элементов. Термин "система" предполагает взаимодействие составляющих элементов, причем система как целое обладает свойствами, отсутствующими у ее составных частей. Приведем хрестоматийный пример, поясняющий понятие "система". Рассмотрим процесс строительства арки из специально обтесанных камней. Обтесанные камни помещаем один возле другого. Как только вставлен замыкающий арку центральный камень, появляется структура и множество камней становится системой, приобретает благодаря возможности элементов взаимодействовать друг с другом статическую способность поддерживать себя и посторонние грузы. Возможность поддерживать груз не является свойством каждого камня или всей кучи камней, это свойство появляется после того, как камни начинают взаимодействовать в определенном порядке. Чем выше организованность системы, тем легче отличить ее от множества. Хорошим примером является множество кирпичей и сложенный из них дом. Архитектура - это еще одно понятие, поясняющее смысл системности.

Труднее провести различие между понятиями системы и множества для менее организованных, слабо структурированных объектов. В рассмотренном выше примере с аркой и кучей камней арка дает возможность поддерживать груз. Но и куча камней может выдержать этот груз (и даже больший), правда, на существенно меньшей высоте. Кучи камней, содержащие одни и те же элементы, могут быть разными. Так, если куча камней окажется на территории музея и около нее будет висеть табличка с фамилией скульптора-модерниста, то цена этой системы будет значительно больше стоимости ингредиентов. Представим себе, что наша куча камней разбросана на некоторой площади в пустыне. В этом случае мы имеем множество камней. А если те же камни находятся в японском саду? Вежливый человек скажет, что камни расположены живописно, но посвященный знает, что расположение камней имеет нетривиальную структуру: из любой точки сада нельзя одновременно

13

увидеть все камни. Таким образом, имеет место система с достаточно сложной, необычной структурой.

Учитывая трудности четкого разграничения понятий множества и системы, А.А. Малиновский предлагает не требовать, чтобы система по своим проявлениям обязательно отличалась от простой суммы составляющих ее элементов. При низком уровне организации система по своим свойствам может приближаться к сумме своих частей.

Приведем еще два определения системы, поясняющие суть этого понятия.

Системой является любой объект, имеющий какие-то свойства, находящиеся в некотором заранее заданном отношении [35].

Система - обособленная сознанием часть реальности, элементы которой обнаруживают свою общность в процессе взаимодействия [12].

В работе Дж. Клира [15] обсуждается следующее определение, предложенное Б. Гейнсом. Системой является все, что мы хотим рассматривать как систему. Понятию "система" отводится верхнее место в иерархии понятий. Отмечается, что слабость и в то же время главное достоинство этого понятия в том, что его никак нельзя дополнительно охарактеризовать. Данное определение подчеркивает очень важные свойства системы, но все-таки не разрешает проблему соотношения понятий множества и системы.

В работах Р. Акоффа система рассматривается как целое, определяемое одной или несколькими основными функциями, где под функцией понимается роль, назначение, "миссия" системы. По Акоффу, система состоит из двух или более существенных частей, т.е. частей, без которых она не может выполнять свои функции. Другими словами, система является целым, которое нельзя разделить на независимые части [1, 40].

Понятие функции системы или ее элементов кажется интуитивно ясным и прозрачным, однако критически мыслящие ученые заметили, что очевидное для простейших механических систем может оказаться неверным для больших сложноорганизованных систем. Ибо наряду с явными функциями могут существовать неявные, латентные функции. Более того, один и тот же элемент системы может выполнять как полезные для системы функции, так и дисфункции, негативно влияющие на ее функционирование.

Ключевую роль в системном анализе играет понятие "структура", которое связано с упорядоченностью отношений, связывающих элементы системы. Структуры делятся на простые и сложные в зависимости от числа и типа взаимосвязей между

14

элементами. Структуры часто носят иерархический характер, т.е. состоят из упорядоченных уровней. Проблема структуризации является одной из главных отличительных особенностей системных исследований. Подмножества элементов системы могут рассматриваться как подсистемы, состоящие в свою очередь из подсистем более низкого уровня. Однако следует иметь в виду, что разбиение системы на подсистемы зависит от целей исследования и, вообще говоря, неоднозначно.

Наличие структуры позволяет существенно сократить громадное число возможных комбинаций элементарных отношений, т.е. структура - это в некотором смысле потеря степеней свободы.

Проблема структуризации была одной из ведущих тем в популярном в первой половине XX века направлении психологии - гештальтпсихологии¹ (от нем. Gestalt - структура, форма, конфигурация). Один из основоположников этого направления психологии М. Вертгеймер писал в 1925 г.: "Существуют связи, при которых то, что происходит в целом, не выводится из элементов, существующих якобы в виде отдельных кусков, связанных потом вместе, а напротив, то, что проявляется в отдельной части этого целого, определяется внутренним структурным законом этого целого. Гештальттеория есть это, не больше и не меньше" [7, с. 6].

Из этого отрывка ясно, почему Л. фон Берталанфи неоднократно отмечал, что гештальтпсихология была реальным историческим предшественником общей теории систем.

Рассмотренные выше понятия характеризуют в основном статическое состояние систем. Перейдем к описанию динамики систем. Введем основные определения.

Под поведением (функционированием) системы будем понимать ее действие во времени. Изменение структуры системы во времени можно рассматривать как эволюцию системы.

Цель системы - предпочтительное для нее состояние.

Целенаправленное поведение - стремление достичь цели.

Обратная связь - воздействие результатов функционирования системы на характер этого функционирования.

Если обратная связь усиливает результаты функционирования, то она называется положительной, если ослабляет - отрицательной. Положительная обратная связь может приводить к

15

неустойчивым состояниям, тогда как отрицательная обратная связь обеспечивает устойчивость системы. С помощью отрицательных обратных связей органические системы поддерживают свою жизнедеятельность. Например, тяжелая физическая работа уменьшает количество кислорода в крови человека. Однако учащенное дыхание увеличивает приток кислорода к легким, что ведет к пополнению запаса кислорода в крови.

В качестве примера положительной обратной связи рассмотрим проблему инфляционных ожиданий. Рост инфляционных ожиданий вынуждает людей делать больше покупок, чем необходимо. Увеличение спроса приводит к росту цен и усиливает инфляцию, что в свою очередь способствует повышению инфляционных ожиданий.

Одним из первых, кто осознал роль обратной связи в познании поведения систем живой и неживой природы, был Норберт Винер, который считается отцом кибернетики. Начальные идеи кибернетики разработаны группой ученых, которую возглавлял Н. Винер. В 1943 г. появилась историческая статья "Поведение, целенаправленность и телеология", где впервые показано принципиальное единство ряда задач, в центре которых находятся проблемы связи и управления в природе и технике.

Телеологическое поведение (целенаправленное действие) требует отрицательной обратной связи, т.е. для достижения определенной цели "необходимы сигналы от нее, чтобы направить поведение" [8, с. 300].

В телеологии как идеалистическом философском учении считалось, что можно описать и истолковать законы Вселенной, используя концепцию "конечных причин" (целей), которые относятся к будущему. Телеологический взгляд на Вселенную, развитый еще античными философами, был отвергнут во времена Галилея и Ньютона, когда механистические концепции в физике позволили дать объяснения законам движения на основе предшествующих причин без использования метафизических "конечных причин". Однако господствующие долгое время механистические взгляды на Вселенную были неспособны объяснить многие явления, происходящие в живой природе.

Кибернетика заново ввела понятие целевого (телеологического) объяснения в научный оборот. Важность принципа обратной связи была осознана при разработке технических систем. Винер отмечал, что, выбирая термин "кибернетика", происходящий от греческого "кормчий", "мы тем самым признавали, что первой значительной работой по механизмам с обратной связью была статья

16

о регуляторах, опубликованная Кларком Максвеллом в 1868 году... Мы хотели также отметить, что судовые рулевые машины были действительно одними из первых хорошо разработанных устройств с обратной связью"¹ [8, с. 28]. Он считал, что существование отрицательных обратных связей у живых существ является главной особенностью, отличающей живую природу от неживой. Технические системы обладают обратной связью по воле конструктора. Следует отметить, что за 15 лет до Винера А.П. Анохин также утверждал, что наличие отрицательных обратных связей обеспечивает устойчивость организмов и создает у живых существ целеполагание - стремление к сохранению гомеостазиса. Еще ранее А.А. Богданов писал, что для развития организации любой природы необходимы отрицательные и положительные обратные связи.

В настоящее время под системой часто понимают "адаптивное целое", подчеркивая свойство системы сохранять свою идентичность в условиях изменчивости внешней среды.

Хотя прагматические возможности системного подхода пока еще достаточно скромны, его идеи и методы имеют безусловную педагогическую ценность для формирования и развития научного мышления, поэтапного подхода к исследованию сложных проблем. Рассматривая системный анализ как методологию не столько решения, сколько постановки проблем, выделим 11 этапов, следуя которым можно последовательно и системно анализировать конкретную проблему:

1. Формулировка основных целей и задач исследования.
2. Определение границ системы, отделение ее от внешней среды.
3. Составление списка элементов системы (подсистем, факторов, переменных и т.д.).
4. Выявление сути целостности системы.
5. Анализ взаимосвязей элементов системы.
6. Построение структуры системы.
7. Установление функций системы и ее подсистем.
8. Согласование целей системы и ее подсистем.
9. Уточнение границ системы и каждой подсистемы. 10. Анализ явлений эмерджентности.

17

11. Конструирование системной модели.

Изложенный 11-этапный цикл системного анализа, конечно, не является догмой. Некоторые этапы исследования можно опускать, возможен возврат к предыдущим этапам. Более того, содержание каждого этапа допускает различные трактовки, большинство понятий строго не определено. Тем не менее каждый исследователь должен помнить об основных вехах на пути от постановки задачи к построению модели. Особенно полезно следование дисциплинирующей последовательности этапов системного анализа для студентов, аспирантов и молодых ученых.

Системно анализируя действительность, опасно полагаться на простые аналогии или интуицию. И. Пригожий и И. Стенгерс отмечают, что "очень часто отклик системы на возмущение оказывается противоположным тому, что предсказывает наша интуиция. Наше состояние обманутых ожиданий в этой ситуации хорошо отражает термин "контринтуитивный"... Единственной специфической особенностью сложных систем является то, что наше знание о них ограничено и неопределенность со временем возрастает" [26, с. 266].

Принцип контринтуитивного поведения Дж. Форрестера гласит, что дать удовлетворительный прогноз поведения сложной системы, используя только собственный опыт и интуицию, как правило, невозможно. Сложная система реагирует на внешние воздействия совсем иначе, чем ожидает наша интуиция, основанная на общении с достаточно простыми системами [37].

18