Тема 1.1 Исследования и их роль в практической деятельности человека

В реальной практике эти признаки исследования находятся в определенном соотношении, характеризующем и степень профессионализма, и конкретные цели и задачи деятельности.

Исследование - это вид деятельности с более богатым содержанием чем, скажем, анализ, проектирование или диагностика. Исследование проблемы или ситуации включает в себя более широкий набор методов, чем анализ или проектирование. Это и наблюдение, и оценка, и проведение эксперимента, и классификация, и построение показателей, и многое другое. Безусловно, исследование включает, в себя анализ, но не сводится к нему. Исследование представляет собой более высокий уровень творческой деятельности человека.

^ Типология исследования

Исследования могут быть разными. Необходимо видеть и понимать это разнообразие, чтобы выбрать наиболее подходящие к определенной деятельности. Упорядочить всю совокупность самых различных типов исследований можно в матрице типологического анализа. Она представляет собой дихотомическое представление различных типов исследований, выделенных по различным критериям. Критерии отражают основные характеристики исследования и его практические потребности.

По цели можно выделить исследования практические и научно-практические (образовательные). Есть исследования, предназначенные просто для разработки эффективных решений и достижения желаемого результата, то есть исследования, ориентированные на перспективу, обновление знаний, повышение образовательного уровня.

Можно строить исследования, привлекая в той или иной степени к его проведению аппарат научного анализа, научной методологии. Исследования могут быть эмпирического характера, т.е. опираться преимущественно на накопленный опыт и ближайший, непосредственный результат.

Различаются исследования и по использованию ресурсов и времени их проведения. Бывают исследований незначительные по ресурсоемкости и, наоборот, ресурсоемкие. И по времени продолжительные и непродолжительные.

Важным критерием типологического выбора исследования является и критерий информационного обеспечения. Можно строить исследования только на внутренней информации, но более глубокими являются, конечно же, исследования с привлечением обширной внешней информации. Это позволяет делать более обоснованные выводы и разрабатывать более эффективные рекомендации.

Наконец, исследования различаются и по степени организованности и участию персонала в их проведении. Они могут быть либо индивидуальными или коллективными, спонтанными или организованными.

По времени проведения исследования делятся на непродолжительные (разовые) и продолжительные (непрерывные).

В практике управления встречаются все эти типы исследований.

^ Характеристики исследования

Любое исследование имеет комплекс характеристик, которые необходимо учитывать при его проведении и организации. Основными из этих характеристик являются следующие:

• 
  Методология исследования - совокупность целей, подходов, ориентиров, приоритетов, средств и методов исследования.
• 
  Организация исследования - порядок проведения, основанный на распределении функций и ответственности, закрепленных в регламентах, нормативах и инструкциях.
• 
  Ресурсы исследования - комплекс средств и возможностей (па-пример, информационных, экономических, людских и пр.), обеспечивающих успешное проведение исследования и достижение его результатов.
• 
  Объект и предмет исследования. Объектом является система управления, относящаяся к классу социально-экономических систем, предметом — конкретная проблема, разрешение которой требует проведения исследования.
• 
  Тип исследования - принадлежность его к определенному типу, отражающему своеобразие всех характеристик.
• 
  Потребность исследования - степень остроты проблемы, профессионализма в подходах к ее решению, стиль управления.
• 
  Результат исследования — рекомендации, модель, формула, методика, способствующие успешному разрешению проблемы, пониманию ее содержания, истоков и последствий.
• 
  Эффективность исследования — соразмерность использованных ресурсов па проведение исследования и результатов, полученных от него.

Это основные характеристики исследования. Они могут быть далее конкретизированы и дополнены в соответствии с правилами последовательной классификации и декомпозиции.

Тема 1.2 История развития теории систем и системного анализа

Понятие системы в настоящее время не ограничивается теоретической сферой, а становится центральным в определенных областях прикладной науки. Тенденция исследовать системы как нечто целое, а не как конгломерат частей соответствует тенденции современной науки не изолировать исследуемые явления в узко ограниченном контексте, а изучать, прежде всего, взаимодействия и исследовать все больше и больше различных аспектов природы.

В 30-х годах XX века Людвиг фон Берталанфи ввёл понятие «открытых систем», которые – в отличие от «закрытых систем», изучаемых классической физикой, подпитываются (!) потоком материи и энергии из окружающей среды. В 70-х годах XX века математические модели подобных системы были предложены И.Р. Пригожиным и другими исследователями. Кроме этого, Людвиг фон Берталанфи «… привлёк понятие «система», которое позволило вычленить два важных аспекта исследуемых объектов - их организованность и многообразие типов связи. На первое место он выдвинул свойство эквифинальности (по-английски: «equifinality» – Прим. И.Л. Викентьева), которое распространил на все открытые системы. Данное свойство выражает способность достигать конечного состояния системы независимо от нарушений в определённых пределах её начальных условий. Тем самым подчёркивается особое значение целостных характеристик в системном исследовании и неприменимости к анализу систем однозначной детерминации - причинно-следственных связей. За этим стоит осознание неспособности последних выступать в качестве средства реализации системного подхода. Постановка новой проблематики научных исследований с неизбежностью порождала изменение типа решаемых задач. В программе построения своей теории Берталанфи указал её основные задачи: - во-первых, выявление общих принципов и законов поведения систем независимо от природы составляющих их элементов и отношений между ними; - во-вторых, установление в результате системного подхода к биологическим, социальным объектам законов, аналогичных законам естествознания; - в-третьих, создание синтеза современного научного знания на основе выявления изоморфизма законов различных сфер деятельности». Капитонов, Э.А., Социология XX века, Ростов-на-Дону, «Феникс», 1996 г., с. 141-142. «До Берталанфи был популярным детерминистский финализм - точка зрения на биологическую эволюцию как имеющую определённое направление и определённый «пункт назначения» (Ламарк и др.). Благодаря Берталанфи и вслед за ним многие биологи стали понимать части организма как обладающие конечными целями по отношению к организму в целом. Жизнь в целом также определялась конечной (внутренней) целью. Этот подход был резким контрастом по отношению к механистическим объяснениям естественных феноменов, которые обращались только к действенным целесообразным (efficient) причинам».
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ — специально-научная и логико-методологическая концепция исследований объектов, представляющих собой системы. Общая теория систем тесно связана с системным подходом и является конкретизацией и логико-методологическим выражением его принципов и методов. Первый вариант общей теории систем был выдвинут Л. фон Берталанфи, однако у него было много предшественников (в частности, А. А. Богданов). Общая теория систем возникла у Берталанфи в русле защищаемого им “организмического” мировоззрения как обобщение разработанной им в 1930-х гг. “теории открытых систем”, в рамках которой живые организмы рассматривались как системы, постоянно обменивающиеся со средой веществом и энергией. По замыслу Берталанфи общая теория систем должна была отразить существенные изменения в понятийной картине мира, которые принес 20 в. Для современной науки характерно: 1) ее предмет — организация; 2) для анализа этого предмета необходимо найти средства решения проблем со многими переменными (классическая наука знала проблемы лишь с двумя, в лучшем случае — с несколькими переменными); 3) место механицизма занимает понимание мира как множества разнородных и несводимых одна к другой сфер реальности, связь между которыми проявляется в изоморфизме действующих в них законов; 4) концепцию физикалистского редукционизма, сводящего всякое знание к физическому, сменяет идея перспективизма — возможность построения единой науки на базе изоморфизма законов в различных областях. В рамках общей теории систем Берталанфи и его сотрудниками разработай специальный аппарат описания “поведения” открытых систем, опирающийся на формализм термодинамики необратимых процессов, в частности на аппарат описания т. н. эквифинальных систем (способных достигать заранее определенного конечного состояния независимо от изменения начальных условий). Поведение таких систем описывается т. н. телеологическими уравнениями, выражающими характеристику поведения системы в каждый момент времени как отклонение от конечного состояния, к которому система как бы “стремится”.
В 1950—70-х гг. предложен ряд других подходов к построению общей теории систем (М. Месарович, Л. Заде, Р. Акофф, Дж. Клир, А. И. Уемов, Ю. А. Урманцев, Р. Калман, Е. Ласло и др.). Основное внимание при этом было обращено на разработку логико-концептуального и математического аппарата системных исследований. В 1960-е гг. (под влиянием критики, а также в результате интенсивного развития близких к общей теории систем научных дисциплин) Берталанфи внес уточнения в свою концепцию, и в частности различил два смысла общей теории систем. В широком смысле она выступает как основополагающая наука, охватывающая всю совокупность проблем, связанных с исследованием и конструированием систем (в теоретическую часть этой науки включаются кибернетика, теория информации, теория игр и решений, топология, теория сетей и теория графов, а также факгоральный анализ). Общая теория систем в узком смысле из общего определения системы как комплекса взаимодействующих элементов стремится вывести понятия, относящиеся к организменным целым (взаимодействие, централизация,
финальность и т. д.), и применяет их к анализу конкретных явлений. Прикладная область общей теории систем включает, согласно Берталанфи, системотехнику, исследование операций и инженерную психологию.
Учитывая эволюцию, которую претерпело погомание общей теории систем в работах Берталанфи и др., можно констатировать, что с течением времени имело место все более увеличивающееся расширение задач этой концепции при фактически неизменном состоянии ее аппарата и средств. В результате создалась следующая ситуация: строго научной концепцией (с соответствующим аппаратом, средствами и т. д.) можно считать лишь общую теорию систем в узком смысле; что же касается общей теории систем в широком смысле, то она или совпадает с общей теорией систем в узком смысле (в частности, по аппарату), или представляет собой действительное расширение и обобщение общей теории систем в узком смысле и аналогичных дисциплин, но тогда встает вопрос о развернутом представлении ее средств, методов и аппарата. В последние годы множатся попытки конкретных приложений общей теории систем, напр., к биологии, системотехнике, теории организации и др.
Общая теория систем имеет важное значение для развития современной науки и техники: не подменяя специальные системные теории и концепции, имеющие дело с анализом определенных классов систем, она формулирует общие методологические принципы системного исследования.

«Тектология» -- самый главный труд жизни нашего замечательного соотечественника -- Александра Александровича Богданова (настоящая фамилия -- Малиновский) (1873-1928). А.А. Богданов известен как общественный деятель, участник первой русской революции, один из лидеров Российской социал-демократической рабочей партии, соратник В.И. Ленина (до 1908 г.), философ, экономист, писатель-фантаст, врач-психиатр и ученый-естествоиспытатель, основатель первого в мире Института переливания крови.

Тектология, или «Всеобщая организационная наука» была создана Богдановым на основе интеграции идей естественных и гуманитарных наук, ее роль заключалась не только в том, чтобы объединить общие закономерности возникновения, развития и умирания сложных образований (комплексов) в объемлющей их системе -- среде. Тектология, претендуя на то, что она выявляет самые общие и необходимые закономерности мира действительности, мыслилась автором как методологическая основа познания этого мира, позволявшая создать наиболее адекватную картину мира, важную для представителей самых разных наук и выполняющую гносеологическую функцию в развитии этих наук. И в этом своем методологическом назначении тектология, по замыслу Богданова, могла с успехом заменить философию (идеалистическую, материалистическую, диалектический материализм и другие направления философии).

Тектологические положения Богданова А.А. приобретают особую актуальность для современных условий нашей страны в период ломки старых форм производственных отношений и формирования новых механизмов организации экономики, новых целостных моделей систем управления на всех уровнях.

Анализу основных принципов и закономерностей всеобщей организационной науки и возможностей ее использования в методических подходах к формированию систем управления и посвящена эта работа.

Тектологические границы. Исходным пунктом тектологии А.А. Богданова является определение организационного комплекса на основе главного системообразующего принципа “целое больше сумм своих частей”. Этот принцип означает изучение организации любого объекта с точки зрения отношений, как его частей, так и отношений его как целого со средой, т.е. со всеми внешними системами.

Тектологические границы рассматриваются как контуры взаимодействия комплекса с внешней средой. Объекты, располагающиеся на тектологических границах комплекса функционируя и развиваясь по своим направлениям, могут нарушать его формы, разрушать его. Отсюда выявление границ и организация взаимодействий с объектами на границах является важнейшей задачей управляющей системы. Именно поэтому тектологические границы следует рассматривать, по нашему мнению, как контуры управляющей системы комплекса. И это находит подтверждение в практике развития современных комплексов и управления ими.

Положения Тектологии А.А.Богданова приобрели особую значимость в современных условиях - в условиях глобализации экономики, роста неопределенности экономических процессов и изменчивости потребительского спроса, неадекватного поведения партнеров, нечёткого государственного регулирования. В условиях рыночной экономики предприятие как объект управления должно рассматриваться как “предприятие в макросфере”. Это означает, что оно не только и не столько должно реагировать на внешние воздействия, сколько упреждать их, способствовать своими действиями формированию необходимых и полезных для предприятия внешних воздействий.

Развитие комплексов-корпораций, транснациональных компаний приводит к необходимости формирования на тектологических границах своих представительств, консультативных органов, сбытовых и снабженческих контор, организаций послепродажного обслуживания и др.

Рассматривая механизм взаимодействия объектов на тектологической границе. А.А.Богданов вводит понятия свойств активности и сопротивления “элементов всякой организации, всякого комплекса”. Любой элемент системы, по отношению к другим, так же как и система в целом по отношению к другим системам внешнего окружения обладает этими свойствами. При взаимодействии комплексов (систем) могут иметь место различные соотношения между активностями и сопротивлениями его элементов. Им рассматриваются три возможных варианта. Первый, когда “активности одного и другого соединяются, так что не делаются сопротивлениями одни для других”. В этом случае достигается предельный положительных результат. Однако в практике почти никогда не бывает абсолютно гармоничного соединения. Так же как не бывает и диаметрально противоположного варианта, когда “активности одного комплекса являются всецело сопротивлениями для активностей другого комплекса”.

Наиболее обычным случаем является тот, когда “активности частично складываются, частично являются взаимными сопротивлениями, т.е. организационно вычитаются”. В этом случае степень организованности комплекса определяется соотношением тех и других свойств.

Разложение комплекса (системы) на взаимодействующие элементы должно осуществляться в каждом случае с учетом конкретных целей и задач, решаемых им. При этом очень важно выявить все составляющие, воздействующие на решение проблем.

Это положение представляет большой интерес для разработки организационного и экономического механизмов для управления современными крупными промышленными комплексами. Практическую реализацию этот принцип получил в конце 60-х годов в методе организационного структурирования посредством выстраивания так называемого “дерева целей”.

Исследование систем управления – научное изучение профессиональными исследователями или менеджерами соответствующего предмета систем управления (как совокупности взаимосвязанных элементов и подсистем управления, взаимодействующих между собой и участвующих в процессе воздействия на объекты управления и внешнюю среду) с целью определения законов и закономерностей управления, совершенствования и развития познаваемых систем, получения и применения новых знаний в теории и практике.

Методология, позволяет определить цели. Она также находит свое воплощение в формулировании исходных гипотез, выборе подхода, принципов и методов исследования.

По содержанию различают методологии:

- агностицизма, предполагающего невозможность познания реальной действительности;

- дуализма, построенного на предположении наличия в явлении двух сущностей;

- материализма, в основе которого находится материалистическое понимание всех явлений;

- позитивизма, исходные положения которого сводятся, в основном, только к изучению объекта с точки зрения его полезности и оценке этой полезности;

- теологизма, в основе которого вера в Бога (т.е. в высшее существо), абсолютную идею и т.п.;

- экзистенциализма, основывающегося на априорном преувеличении фактических данных.

Использование любой методологии определяет применение того или иного подхода к исследованию, обусловливающего установление определенного вида зависимостей, связей и отношений в изучаемом объекте. Исходя из этого среди всех возможных подходов к исследованию объектов можно выделить:

- механистический, основанный на изучении в объекте только причинно-следственных связей;

- метафизический, в котором приоритет отдается связям движения в виде превращения одного из них в другое с последующим возвращением к исходному;

- биологический, в котором приоритет отдается функциональным связям биологического характера (т.е. таким, как в живых организмах);

- диалектический, основанный на законах диалектики (закона единства и борьбы противоположностей и др.

Для образований, называемых системами, т.е. состоящих из взаимодействующих частей, эти условия не выполняются. Прототипом описания систем являются системы дифференциальных уравнений, в общем случае нелинейных. Систему, или «организованную сложность», можно описать через «сильные взаимодействия» или взаимодействия, которые «нетривиальны», т.е. нелинейны. Методологическая задача теории систем, таким образом, состоит в решении проблем, которые носят более общий характер, чем аналитически-суммативные проблемы классической науки.

Существуют различные подходы к таким проблемам. Автор намеренно использует довольно расплывчатое выражение — «подходы», поскольку они логически неоднородны, характеризуются различными концептуальными моделями, математическими средствами, исходными позициями и т.д. Однако все они являются теориями систем. Если оставить в стороне подходы в прикладных системных наследованиях, таких как системотехника, исследование операций, линейное и нелинейное программирование и т.д., то наиболее важными являются следующие подходы:

• «Классическая» теория систем. Эта теория использует классическую математику и имеет цели: установить принципы, применимые к системам вообще или к их определенным подклассам (например, к закрытым и открытым системам); разработать средства для их исследования и описания и применить эти средства к конкретным случаям. Учитывая достаточную общность получаемых результатов, можно утверждать, что некоторые формальные системные свойства относятся к любой сущности, которая является системой (к открытым системам, иерархическим системам и т.д.), даже если ее особая природа, части, отношения и т.д., не известны или не исследованы. Примерами могут служить: обобщенные принципы кинетики, применимые, в частности, к популяциям молекул или биологических существ, т.е. к химическим и биологическим системам; уравнения диффузии, используемые в физической химии и для анализа распространения слухов; понятия устойчивого равновесия и модели статистической механики, применимые к транспортным потокам; аллометрический анализ биологических и социальных систем.
• Использование вычислительных машин и моделирование. Системы дифференциальных уравнений, применяемые для «моделирования» или спецификации систем, обычно требуют много времени для решения, даже если они линейны и содержат немного переменных; нелинейные системы уравнений разрешимы только в некоторых частных случаях. По этой причине с использованием вычислительных машин открылся новый подход к системным исследованиям. Дело не только в значительном облегчении необходимых вычислений, которые иначе потребовали бы недопустимых затрат времени и энергии, и замене математической изобретательности заранее установленными последовательностями операций. Важно еще и то, что при этом открывается доступ в такие области, где в настоящее время отсутствует соответствующая математическая теория и нет удовлетворительных способов решения. Так, с помощью вычислительных машин могут анализировать системы, по своей сложности далеко превосходящие возможности традиционной математики; с другой стороны, вместо лабораторного эксперимента можно воспользоваться моделированием на вычислительной машине и построенная таким образом модель затем может быть проверена в реальном эксперименте. Таким способом Б. Гесс, например, рассчитал 14-звенную цепь реакций гликолиза в клетке на модели, содержащей более 100 нелинейных дифференциальных уравнений. Подобный анализ стал обычным делом в экономических разработках, при исследовании рынка и т. д.
• Теория ячеек. Одним из аспектов системных исследований, который следует выделить, поскольку эта область разработана чрезвычайно подробно, является теория ячеек, изучающая системы, составленные из подъедениц с определенными граничными условиями, причем между этими подъединицами имеют место процессы переноса. Такие ячеечные системы могут иметь, например, «цепную» или «сосковую» структуру (цепь ячеек или центральную ячейку, сообщающуюся с рядом периферийных ячеек). Вполне понятно, что при наличии в системе трех и более ячеек математические трудности становятся чрезвычайно большими. В этом случае анализ возможен лишь благодаря использованию преобразований Лапласа и аппарата теорий сетей и графов.
• Теория множеств. Общие формальные свойства систем и формальные свойства закрытых и открытых систем могут быть аксиоматизированы в языке теории множеств. По математическому изяществу этот подход выгодно отличается от более грубых и специализированных формулировок «классической» теории систем. Связи ак­сиоматизированной теории систем с реальной проблематикой системных исследований пока выявлены весьма слабо.
• Теория графов. Многие системные проблемы относятся к структурным и топологическим свойствам систем, а не к их количественным отношениям. В этом случае используется несколько различных подходов. В теории графов, особенно в теории ориентированных графов (диграфов), изучаются реляционные структуры, представляемые в топологическом пространстве. Эта теория применяется для исследования реляционных аспектов биологии. В магматическом смысле она связана с матричной алгеброй, но своими моделями — с тем разделом теории ячеек, в котором рассматриваются системы, содержащие частично «проницаемые» подсистемы, а вследствие этого — с теорией открытых систем.
• Теория сетей. Эта теория, в свою очередь, связана с теориями множеств, графов, ячеек и т. д. Она применяется к анализу таких систем, как нервные сети.
• Кибернетика. В основе кибернетики, т.е. теории систем управления, лежит связь (передача информации) между системой и средой и внутри системы, а также управление (обратная связь) функциями системы относительно среды. Кибернетические модели допускают широкое применение, но их нельзя отождествлять с теорией систем вообще. В биологии и других фундаментальных науках кибернетические модели позволяют описывать формальную структуру механизмов регуляции, например, при помощи блок-схем и графов потоков. Использование кибернетических моделей позволяет установить структуру регуляции системы даже в том случае, когда реальные механизмы остаются неизвестными и система представляет собой «черный ящик», определяемый только его входом и выходом. Таким образом, одна и та же кибернетическая схема может применяться к гидравлическим, электрическим, физиологическим и другим системам. Тщательно разработанная техническая теория сервомеханизмов применяется естественным системам в ограниченном объеме.
• Теория информации. По К. Шеннону, математическое выражение для понятия информации изоморфно выражению для негэнтропии в термодинамике. Считается, что понятие информации можно использовать в качестве меры организации. Хотя теория информации имеет большое значение для техники связи, ее применение в науке весьма незначительно. Главной проблемой остается выяснение отношения между информацией и организацией, между теорией информации и термодинамикой.
• Теория автоматов. Это так называемая теория абстрактных автоматов, имеющих вход, выход, иногда способных действовать методом проб и ошибок и обучаться. Общей моделью теории автоматов является машина Тьюринга, которая представляет собой абстрактную машину, способную печатать (или стирать) на ленте конечной длины цифры 1 и 0. Можно показать, что любой сколь угодно сложный процесс может моделироваться машиной Тьюринга, если этот процесс можно выразить конечным числом операций. В свою очередь, то, что возможно логически (т.е. в алгоритмическом символизме), может также быть сконструировано — в принципе, но не всегда практически — автоматом (т, е. алгоритмической машиной).
• Теория игр. Несмотря на то, что теория игр несколько отличается от других рассмотренных системных подходов, все же ее можно поставить в ряд наук о системах. Н ней рассматривается поведение «рациональных» игроков, пытающихся достичь максимальных выигрышей и минимальных потерь за счет применения соответствующих стратегий в игре с соперником (или природой). Следовательно, теория игр рассматривает системы, включающие антагонистические силы.
• Теория решений. Эта математическая теория изучает условия выбора между альтернативными возможностями.
• Теория очередей. Рассматривает оптимизацию обслуживания при массовых запросах.

Тема 1.3 Значение системного анализа

В чем заключается основное значение системного анализа?

В качестве основного и наиболее ценного результата системного анализа признается не количественное определенное решение проблемы, а увеличение степени ее понимания и возможных путей решения у специалистов и экспертов, участвующих в исследовании проблемы, и, что особенно важно, у ответственных лиц, которым предоставляется набор хорошо проработанных и оцененных альтернатив.

Полезность новых методов анализа и управления и в первую очередь системного анализа состоит в следующем:

1. в большем понимании и проникновении в суть проблемы: практические усилия выявить взаимосвязи и количественные ценности помогут обнаружить скрытые точки зрения за теми или иными решениями;

2. в большей точности: более четкое формулирование целей, задач... снизит, хотя и не устранит, неизбежно неясные стороны многоплановых целей;

3. в большей сравнимости: анализ (политика) может быть осуществлен таким образом, что планы для одной страны или района могут быть с пользой увязаны и сравнены с планами и политикой в отношении других районов; при этом можно выявить общие элементы;

4. в большей полезности, эффективности: разработка новых методов должна привести к распределению денежных ресурсов... более упорядоченным образом и должна оказать помощь в проверке ценности интуитивных суждений.

Значение методов системного анализа проиллюстрируем на одном примере. Но сначала вспомним, что основными задачами системного анализа являются определение всего набора альтернатив решения проблемы и их сравнение с точки зрения затрат и эффективности при достижении определенной цели. Всякая сложная проблема включает множество различных факторов, которые не могут быть охвачены одной дисциплиной. Поэтому целесообразно создавать междисциплинарные группы специалистов, имеющих знания и квалификацию в различных областях. При этом более важным является и то, что проблема выглядит по-разному в глазах экономиста, биолога, инженера и пр. и различные подходы, свойственные им, могут лучше способствовать отысканию решений.

Возникает необходимость рассматривать проблему с различных точек зрения, чтобы выяснить, какой именно подход или какая комбинация «специальных подходов» является наилучшей. Поясним это на примере [Райветт П., Акофф Р. Исследование операций / Под ред. А. Лернера. М.: Мир, 1966]. К управляющему большим административным зданием все возрастающим потоком поступали жалобы от работавших в этом здании служащих. В жалобах указывалось, что приходится слишком долго ждать лифта. Управляющий обратился за помощью к фирме, специализирующейся на подъемных системах. Инженеры этой фирмы провели хронометраж, показавший, что жалобы вполне обоснованы. Было установлено, что среднее время ожидания лифта превышает принятые нормы. Эксперты сообщили управляющему, что имеются три возможных способа решения задачи: увеличение числа лифтов, замена существующих лифтов быстроходными и введение специального режима работы лифтов, т.е. перевод каждого лифта на обслуживание только определенных этажей. Управляющий попросил фирму оценить все эти альтернативы и представить ему сметы предполагаемых затрат для реализации каждого из вариантов.

Через некоторое время фирма выполнила эту просьбу. Оказалось, что для реализации первых двух вариантов требуются затраты, которые, с точки зрения управляющего, не оправдывались доходом, приносимым зданием, а третий вариант, как выяснилось, не обеспечивало достаточного сокращения времени ожидания. Управляющий не был удовлетворен ни одним из этих предложений. Он отложил дальнейшие переговоры с этой фирмой на некоторое время, чтобы обдумать все варианты и принять решение.

Когда руководитель сталкивается с проблемой, кажущейся ему неразрешимой, он часто считает нужным обсудить ее с некоторыми своими подчиненными. В группу сотрудников, к которым обратился наш управляющий, входил один молодой психолог, работавший в отделе найма персонала, обслуживающего и ремонтировавшего это большое здание. Когда управляющий изложил собравшимся сотрудникам суть проблемы, этот молодой человек очень удивился самой ее постановке. Он сказал, что не может понять, почему служащие, которые, как известно, каждый день бесполезно теряют много рабочего времени, недовольны тем, что им приходится ждать лифта какие-то минуты. Не успел он высказать свое сомнение, как у него мелькнула мысль, что он нашел объяснение. Хотя служащие нередко бесполезно растрачивают свои рабочие часы, они в это время заняты чем-то хотя и непроизводительным, но зато приятным. А вот ожидая лифт, они просто томятся от безделья. При этой догадке лицо молодого психолога засветилось, и он выпалил свое предложение. Управляющий принял его, и спустя несколько дней проблема была решена при самых минимальных затратах. Психолог предложил повесить на каждом этаже у лифта большие зеркала. Эти зеркала, естественно, дали занятие ожидающим лифт женщинам, но перестали скучать и мужчины, которые теперь были поглощены разглядыванием женщин, делая вид, что не обращают на них никакого внимания.

Не важно, насколько достоверна эта история, но мысль, которую она иллюстрирует, чрезвычайно важна, Психолог рассматривал точно ту же проблему, что и инженеры, но он подошел к ней с других позиций, определяемых полученным образованием и интересами. В данном случае подход психолога оказался наиболее эффективным. Очевидно, что проблема была решена за счет изменения поставленной цели, которая же свелась не к сокращению времени ожидания, а к созданию впечатления, что оно стало меньше.

Таким образом, мы нуждаемся в упрощении систем, операций, процедур принятия решений и пр. Но этой простоты не так-то легко достичь. Это труднейшая задача. Старое высказывание: «Я пишу вам длинное письмо, так как у меня нет времени сделать его коротким», может быть перефразировано: «Я делаю это сложным, так как не знаю, как это сделать простым».

Системный анализ решает эту задачу!

Разработка и широкое применение системного анализа — заслуга знаменитой фирмы «РЭНД корпорейшн», основанной в 1947 г. Специалисты этой мощной корпорации выполнили ряд основополагающих исследований и разработок по СА, ориентированных на решение слабо­структурированных (смешанных) проблем Министерства обороны США. В 1948 г. Министерством ВВС была организована группа оценки систем оружия, а два года спустя — отдел анализа стоимости вооружения. Начавшееся в 1952 г. создание сверхзвукового бомбардировщика В-58 было первой разработкой, поставленной как система. Все это требовало выпуска монографической и учебной литературы. Первая книга по СА, не переведенная у нас, вышла и 1956 г. Ее издала РЭНД (авторы А. Кан и С. Манн). Через год появилась «Системотехника» Г. Гуда и Р. Макола» (издана у нас в 1962 г.), где изложена общая методика проектирования сложных технических систем. Методология СА была детально разработана и представлена в вышедшей в I960 г. книге Ч. Хитча и Р. Маккина «Военная экономика в ядерный век» (издана у нас в 1964 г.). В ней также приводится приложение к методам количественного сравнения альтернатив для решения проблем вооружения. В 1962 г. выходит один из самых лучших учебников по системотехнике (А. Холл «Опыт методологии для системотехники», переведенная у нас в 1975 г.), носящий не справочный или прикладной характер, а представляющий теоретическую разработку проблем системотехники. В 1965 г. появилась весьма обстоятельная книга Э. Квейда «Анализ сложных систем для решения военных проблем» (переведена в 1969 г.). В ней представлены основы новой научной дисциплины — анализа систем,— направленной на обоснование методов оптимального выбора при решении сложных проблем в условиях высокой неопределенности. Эта книга является переработанным изложением курса лекций по анализу систем, прочитанных работниками корпорации РЭНД для руководящих специалистов Министерства обороны и промышленности США. В 1965 г. вышла книга С. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем» (переведена в 1969 г.). Написанная лаконично, но насыщенная большим количеством новых идей, она дает полное и ясное представление о СА с характеристикой проблем делового мира, сущности систем и методологии решения проблем. Книга явилась одной из первых изданных у нас работ, освещающих состояние этой области в США.

Очень скоро выяснилось, что проблемы гражданские, проблемы фирм, маркетинга, аудита и прочие не только допускают, но и требуют обязательного применения этой методологии. Системный подход довольно быстро превратился в важный метод познания, в отличие от специальных приемов, характерных для разработки техники XVI—XIX вв. Это составило второй этап исторического развития системного подхода в технике.

Если при стихийном использовании системного подхода было главной целью изучение конечных результатов, то для второго этапа характерно переключение внимания на начальные стадии, связанные с выбором и обоснованием целей, их полезности, условий осуществления, связей с предыдущими процессами. Это потребовало знаний о структуре и функциях ТС, что повысило роль теоретических знаний. Если теоретическая деятельность первого этапа была направлена на описание и классификацию изучаемых объектов, то главными моментами второго этапа стали выявление механизмов функционирования ТС, а также знание условий, нарушающих их нормальную деятельность. Механизм функционирования включает исследование функций системы, определение связей функции со множеством взаимодействующих элементов, рассмотрение структуры ТС не как отношение (взаимосвязь, взаимодействие), а как определенным образом упорядоченное расположение одних элементов ТС относительно других (отношения между отношениями). Знание структуры и функций ТС является важным, но не достаточным условием для эффективного решения современных проблем. Надо обязательно соотнести цели субъекта с целями системы и выяснить, как скажется их реализация на функционировании ТС.

Современное развитие системного подхода идет в трех направлениях:

1. системологии как теории ТС;

2. системотехники как практики;

3. системного анализа как методологии.

Обобщенный материал по истории развития СП в технике представлен в табл. 1.2.

Сначала системный анализ базировался главным образом на применении сложных математических приемов. Спустя некоторое время ученые пришли к выводу, что математика неэффективна при анализе широких проблем со множеством неопределенностей, которые характерны дли исследования и разработки техники как единого целого. Поэтому стала вырабатываться концепция такого системного анализа, в котором упор делается преимущественно на разработку новых диалектических принципов научного мышления, логического анализа ТС с учетом их взаимосвязей и противоречивых тенденций. При таком подходе на первый план выдвигаются уже не математические методы, а сама логика системного анализа, упорядочение процедуры принятия решений. И видимо, не случайно, что в последнее время под системным подходом зачастую понимается некоторая совокупность системных принципов.

Предложенные варианты обще системных концепций строятся на различных предпосылках и отличаются разнообразием используемых средств. Именно факт выдвижения этих концепций превратил системный подход в научную реальность. И этому не препятствует отсутствие единой общепринятой теории систем.

Раздел 2 Понятие системы. Виды систем и их свойства

Тема 2.1 Понятие системы. Ее компоненты. Свойства систем

Потребность в использовании по­нятия «система» возникает для объектов различной природы в тех случаях, когда невозможно что-то проде­монстрировать, изобразить, представить формулой и т.п. и нужно подчеркнуть, что это будет большим, сложным, не полностью сразу понятным, при этом целым, единым. Например - Солнечная система, система управления станком, система организационного управления предприятием (городом, регионом и т. п.), экономическая система, система кровообращения, система уравнений и система ис­числения в математике и т. д.

Существует несколько десятков определений этого понятия. Приведем некоторые из них.

Система - совокупность элементов, находящихся в опре­деленных отношениях друг с другом и со средой (Л. фон Берталанфи, [12]).

Система - совокупность условно первичных элементов, устойчивое многообразие взаимодействий и взаимосвязей между которыми предает ей целостный характер и определяет поведение [5].

Система - категория, обозначающая объект, организованный в качестве целостности, где энергия связей между элементами системы превышает энергию их связей с элементами других систем [11].

Рассматривая различные определе­ния системы, необходимо осознавать, что на разных этапах представления объекта в виде системы, в различных конкретных ситуациях можно пользоваться разными определениями. Причем по мере уточнения представлений о системе ее определение не только может, но и должно уточняться. Таким образом, при проведении системного анализа нужно, преж­де всего, сформулировать «рабо­чее» определение, которое может уточняться, расширяться, или су­жаться в зависимости от хода анализа. При этом необходимо, чтобы лица, формирую­щие это «рабочее» определение системы, в одинаковом смысле использовали характеризующие его понятия. К таким понятиям относят понятия элемента, связи, структуры, цели, подсистемы. Рассмотрим их.

Под элементом принято понимать простейшую, неде­лимую часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой ча­стью, может быть неоднозначным. Например, в качестве элементов системы «стол» можно назвать «ножки, ящики, крышку и т. д.», а можно - «атомы, молекулы», в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем. Аналогично в системе управления предприятием элементами можно считать подразделения аппарата управления, а можно - каждого сотрудника или каждую операцию, которую он выполняет. Поэтому примем следующее определение: элемент - это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения кон­кретной задачи.

Понятие связь входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение ее целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функцио­нирование (динамику) системы.

^ Связь определяют как ограничение степени свободы элементов.Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с дру­гом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обла­дали в свободном состоянии.

Связи можно охарактеризовать:

• 
  направлением (направленные и нена­правленные)
• 
  силой (сильные и слабые)

Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактери­зованы несколькими из названных признаков.

Важную роль в моделировании систем играет понятие обратной связи. Обратную связь можно проиллюстрировать схемой:

где X(t) - закон или алгоритм (программа) управления

Х_треб - требуемое значение регулируемого параметра

Х_i - фактическое значение регулируемого параметра

ΔХ - рассогласование между Х_треб и Х_i

Обратная связь может быть:

• 
  отрицательной - противодействующей тенденциям изменения выходного параметра, т.е. направленной на сохранение, стабилизацию требуемого значения параметра (например, стабилизацию выходного напряжения, или в системах организационного управления – количества выпускаемой продукции и т. п.);
• 
  положительной - сохраняющей тенденции происходящих в системе изменений того или иного выходного параметра (что используется при разработке генераторов разного рода, при моделировании развивающихся систем).

обратная связь является основой саморегулирования, развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования. При разработке моделей функционирования сложных самоорганизующихся систем в них, как правило, одновременно присутствуют и отрицательные, и положительные обратные связи.

Понятие цель и связанные с ним понятия целесообразности, целенаправленности лежат в основе развития системы.

Под целью будем понимать предвосхищаемый в сознании, заранее мыслимый результат деятельности человека, группы людей.

Система может быть представлена простым перечислением элементов или черным ящиком (моделью «вход – выход»). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем расчленения на элементы, подсистемы и вводят понятие структуры.

Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы, и в частности имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема. Расчленяя систему на подсистемы, следует иметь в виду, что так же, как и при расчленении на элементы, выделение подсистем зависит от цели и может меняться по мере ее уточнения и развития представлений исследова­теля об анализируемом объекте или проблемной ситуации.

Структура (от латинского structure – строение, расположение, порядок) есть определенная совокупность законов, определяющих связь элементов в системе, превращая ее в единое целое.

В сложных системах структура включает не все элементы и связи между ними (в предельном случае, когда пытаются применить понятие структуры к простым, полностью детерминированным объектам, понятия структуры и системы совпадают), а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Иными словами, структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей.

Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу.

К основным типам структур относят:

• 
  линейные (пример – структура станций метро на некольцевой линии);
• 
  линейно-функциональные (пример – структура управления вузом: «Ректор – Проректора – Деканы – Заведующие кафедрами и подразделениями – Преподаватели кафедр и сотрудники других подразделений»);
• 
  сетевые (пример – структура организации строительно-монтажных работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно);
• 
  матричные (пример – структура работников отдела НИИ, выполняющих работы по одной и той же теме).

Кроме указанных основных типов структур используются и другие, образующиеся с помощью их корректных комбинаций – соединений и вложений.

Обобщая все вышесказанное, сформулируем «рабочее» для настоящего курса лекций определение системы.

^ Система – это совокупность взаимосвязанных элементов, образующих единое целое.

Тема 2.2 Классификация систем

По различным признакам системы разделяют на классы. Цель любой классификации – ограничить выбор подходов к отображению системы, сопоставить выделенным классам приемы и методы системного анализа и дать рекомендации по выбору методов для соответствующего класса систем. При этом система, в принципе, может быть одновременно охарактеризована несколькими признаками, т.е. ей может быть найдено место одновременно в разных классификациях, каждая из которых может оказаться полезной при выборе методов моделирования.

Рассмотрим некоторые из наиболее важных классификаций систем.

^ Открытые и закрытые системы. Понятие открытой системы ввел Л. фон Берталанфи. Основные отличительные черты открытых систем - способность обмениваться со средой массой, энергией и информацией. В отличие от них закрытые или замкнутые системы предполагаются (разумеется, с точностью до принятой чувствительности модели) полностью лишенными этой способности, т.е. изолированными от среды.

^ Целенаправленные системы. При изучении экономических, организационных объектов важно выделять класс целенаправленных систем.

В этом классе, в свою очередь, можно выделить системы, в которых цели задаются извне (обычно это имеет место в закрытых системах), и системы, в которых цели формируются внутри системы (что характерно для открытых систем).

^ Классификации систем по сложности. Существует несколько подходов к разделению систем по сложности. Так, некоторые исследователи связывали сложность с числом элементов. Например, Г.Н. Поваров в зависимости от числа элементов, входящих в систему, выделяет четыре класса систем

• 
  малые системы (10-10³ элементов);
• 
  сложные (10⁴-10⁶ элементов);
• 
  ультрасложные (10⁷-10³⁰ элементов);
• 
  суперсистемы (10³⁰-10²⁰⁰ элементов).

Одна из наиболее полных и интересных классификаций по уровням сложности предложена К. Боулдингом [7]. Выделенные в ней уровни приведены в следующей таблице:

^ Классификация систем по степени организованности. В работе [10] предлагается разделение систем по степени организованности на хорошо организованные, плохо организованные и самоорганизующиеся.

Кратко охарактеризуем эти классы.

1. Представление объекта или процесса принятия решения в виде хорошо организованной системы возможно в тех случаях, когда исследователю удается определить все элементы системы и их взаимосвязи между собой и с целями системы в виде детерминированных (аналитических, графических) зависимостей. На представлении этим классом систем основано большинство моделей физических процессов и технических систем. Однако для сложных объектов формирование таких моделей существенно зависит от лица, принимающего решения. Например, работу сложного механизма приходится отображать в виде упрощенной схемы или системы уравнений, учитывающих не все, но наиболее существенные с точки зрения автора модели и назначения механизма (цели его создания), элементы и связи между ними. Атом может быть представлен в виде планетарной модели, состоящей из ядра и электронов, что упрощает реальную картину, но достаточно для понимания принципов взаимодействия элементов этой системы. Иными словами, для отображения сложного объекта в виде хорошо организованной системы необходимо выделять существенные и не учитывать компоненты, относительно несущественные для конкретной цели рассмотрения, а при необходимости более детального описания нужно уточнить цель, указав с какой степенью глубины нас интересует исследуемый объект, и построить новую (отображающую его) систему с учетом уточненной цели. Например, при описании атома можно учесть протоны, нейтроны, мезоны и другие микрочастицы, не рассматриваемые в планетарной модели системы. При исследовании сложного радиоэлектронного устройства после предварительного его отображения с помощью обобщенной блок-схемы разрабатывают принципиальную схему, проводят соответствующие расчеты для определения номиналов элементов, входящих в нее и реализующих необходимый режим ее функционирования, и т. д.

При представлении объекта в виде хорошо организованной системы задачи выбора целей и определения средств их достижения (элементов, связей) не разделяются. Проблемная ситуация может быть описана в виде выражений, связывающих цель со средствами (т.е. в виде критерия функционирования, критерия или показателя эффективности, целевой функции и т.п.), которые могут быть представлены уравнением, формулой, системой уравнений или сложных математических моделей, включающих и уравнения, и неравенства и т.п. При этом иногда говорят, что цель представляется в виде критерия функционирования или эффективности, в то время как в подобных выражениях объединены и цель, и средства.

Представление объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда может быть предложено детерминированное описание и экспериментально показана правомерность его применения, т.е. экспериментально доказана адекватность модели реальному объекту или процессу. Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач, которые приходится решать при разработке технических комплексов, совершенствовании управления предприятиями и организациями и т.д., практически безрезультатны: это не только требует недопустимо больших затрат времени на формирование модели, но часто нереализуемо, так как не удается поставить эксперимент, доказывающий адекватность модели. Поэтому в большинстве случаев при представлении сложных объектов и проблем на начальных этапах исследования их отображают классами, характеризуемыми далее.

2. При представлении объекта в виде плохо организованной системы не ставится задача определить все компоненты и их связи с целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые выявляются на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а путем изучения определенной с помощью некоторых правил достаточно представительной выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого, выборочного, исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические и т. п.), и распространяют эти закономерности на поведение системы в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение системы с какой-то вероятностью, которая оценивается с помощью специальных приемов, изучаемых математической статистикой.

Отображение объектов в виде плохо организованных систем находит широкое применение при определении пропускной способности систем разного рода, при определении численности штатов в обслуживающих, например, ремонтных цехах предприятия и в обслуживающих учреждениях (для решения подобных задач применяют методы теории массового обслуживания), при исследовании документальных потоков информации и т. д.

3. Отображение объектов в виде самоорганизующихся систем позволяет исследовать наименее изученные объекты и процессы с большой неопределенностью на начальном этапе постановки задачи.

Класс самоорганизующихся систем характеризуется рядом признаков, особенностей, приближающих их к реальным развивающимся объектам:

Рассмотренные особенности противоречивы. Они в большинстве случаев являются и положительными и отрицательными, желательными и нежелательными для создаваемой системы. Их не сразу можно понять и объяснить, выбрать и создать требуемую степень их проявления. Исследованием причин проявления подобных особенностей сложных объектов с активными элементами занимаются философы, психологи, специалисты по теории систем, которые для объяснения этих особенностей предлагают и исследуют закономерности систем. Основные изученные к настоящему времени закономерности функционирования и развития систем, объясняющие эти особенности, будут рассмотрены в следующей лекции.