Фундаментальные положения теории систем

История формирование системного подхода в исследовании всех объектов реального мира ведет свое начало с древних времен. Древнегреческий философ Демокрит (460-360 до н. э.) положил начало материалистическому атомизму (деление целого на части-атомы), определив фундаментальные категории естествознания – целое, элементы и связь между ними. С этого момента стал формироваться системный взгляд на все предметы, окружающие человека в природе.

С возникновением науки и философии, которые призваны познать и объяснять все явления и процессы в природе и обществе, понятие «система» постоянно изменялось и наполнялось все новым содержанием. Все эволюционные процессы, происходящие в науке, не смогли в корне изменить сущность термина «система». В прямом переводе с греческого слово «система» означает «со-став», т.е. составленное, соединенное из частей.

В учебном пособие В.Н. Спицнаделя «Основы системного анализа» дается подробное описание этапов формирования и развития системного подхода к исследованию всего и вся как системы (глава 1). В данной работе мы остановимся лишь на фундаментальных положениях и понятиях теории систем, которые позволяют дать обобщенное представление об ее сущности.

Формирование теории систем происходило в процессе обобщения знаний предметных отраслей наук и синтеза общих закономерностей образования, функционирования и поведения систем в природе, обществе и технике. Большой научный вклад в развитие теории систем внесли такие ученые как: Н. Винер, Л. Берталанфи, И.В. Блауберг, А.А. Богданов, М. Месаревич, А.И. Уемов, Ю.А. Урманцев, В. Н. Садовский, Ю. И. Черняк, У. Эшби и многие другие.

Например, М. Месаревич, А.И. Уемов, Ю.А. Урманцев сформулировали общие закономерности структурно-функционального анализа и синтеза как ведущих методов системного исследования объекта-системы. В рамках общей теории систем (ОТС) «система» рассматривается как сочетание множества элементов со своими свойствами, множество отношений и множество связей между ними. Средством формального (математического) описания системы стала теория множеств.

Причем часто связь и отношения рассматривались как синонимы, но это не совсем корректно. Связь – это функциональная характеристика элемента, а отношение – это структурная характеристика.

А.А. Богданов разработал теорию всеобщей организационной науки – тектологию, в которой обосновал условия организованного и неорганизованного порядка в системе, за счет возможных вариантов реакции самой системы на воздействия факторов внешней среды. Любое воздействие из внешней среды на систему может вызывать три типа «реакции» как в самой системе, так и в ее элементах, связях и отношениях: активную организованность, дезорганизованность, гармонизацию.

Н. Винер, создал теорию кибернетики, в которой обосновал законы информационного взаимодействия элементов в процессе управления системой. Практической реализацией информационных идей управления стало развитие компьютерной техники и современных методов информационного моделирования систем.

Все эти факты позволили обогатить и дополнить теорию систем, рассматривая разные аспекты вопросов организации, существования, поведения, функционирования и упорядоченного соединения элементов в целое.

Теория систем изучает закономерности организации, структурирования, функционирования, поведения и существования любого объекта в качестве системы. Методологической основой построения теории систем стали такие универсальные научные принципы как:

1. целостность – это закон устойчиво-динамичного состояния системы при сохранении внешней формы и содержания в условиях взаимодействия с окружающей средой;

2. дискретность – это закон деления целого образования на элементарные частицы (элементы системы);

3. гармония – это закон формирования связей при обмене энергией, информацией и веществом между элементами системы и между целой системой и окружающей ее средой;

4. иерархия – это закон построения отношений между элементами целого образования (структура управления системой);

5. адекватность – это закон соотношения симметрии и диссиметрии в природе как степень соответствия описания реальной системы формальными методами.

Приведенная система принципов не является исчерпывающей, но она определяет научно-методологическую основу создания теории систем. Как следует из содержания приведенных выше принципов, фундаментальной основой построения теории являются законы природных образований, т.е. природных систем. Фундаментальными законами диалектики являются: закон движения, закон развития и закон обмена энергией, информацией и веществом. Главным научным результатом развития теории систем стало формулирование основных законов.

Первый закон теории систем - это закон функционального развития (эволюции) или закон целостности. Он сформулирован на основе принципа целостности и рассматривается, как способность системы претерпевать изменения внутри своей оболочки или окружающей среды, сохраняя самое себя.

Первый закон теории систем раскрывает сущность системы как единого, целого образования и может отвечать на вопрос «что» такое система. В рамках этого закона описываются ряд закономерностей структурной организации свойств, связей и отношений между элементами, ограниченных единой формой существования. Жизнедеятельность такой системы обеспечена внутренней организацией системы управления общими ресурсами. Устойчивое или неустойчивое состояние системы зависит от скорости обмена между элементами системы потоками энергии, информации и вещества. В процессе такого обмена часто элемент может потерять свои свойства или приобрести новые, с условием всех изменений в рамках единой формы существования.

С точки зрения линейного мировоззрения, закон целостности объясняет материально-физическую сущность эволюционного развития систем. В данном случае развитие системы обусловлено лишь степенью влияния внешних факторов управления этим развитием (кибернетический принцип). Система рассматривается в качестве «черного ящика», т.е. вход – выход, начальное и конечное состояния. Исследованием внутренних процессов реорганизации элементов в целостной организации пренебрегают, вследствие их достаточной сложности. Такие процессы, как правило, исследуются в рамках предметных аспектов.

С точки зрения нелинейного мировоззрения, закон целостности раскрывает энергоинформационную сущность внутреннего саморазвития системы, за счет смены состояний хаоса и порядка в самой системе (синергетический принцип). В этом случае исследование системы акцентирует внимание на процессах, происходящих в элементах самой системы, которые зависят от случайного сочетания внутренних и внешних факторов.

По мнению авторов оба принципа являются лишь дополнением один другого и использованные вместе позволяют наиболее полно получить новое качество знаний о внутреннем потенциале ресурсов для развития систем.

Второй закон теории систем – это закон функциональной иерархии систем. Он сформулирован на основе принципа иерархии элементов в системе и объясняет целеобразование (образования цели) функционирования данной системы в окружающей среде, ее функциональной назначение.

Второй закон теории систем отвечает на вопрос «как» нужно управлять этой системой для его полезного использования, не доводя до разрушения. В рамках этого закона объясняется закономерности возникновения внутренней «реакции» со стороны, как самих элементов системы, так и системы в целом на внешние воздействия. Такая реакция может вызывать положительный, отрицательный и нейтрализующий эффекты в структурном образовании.

В рамках кибернетического подхода второй закон теории систем объясняет закономерности построения уровней внешнего управления системой, т.е. с точки зрения окружающей среды. В рамках синергетического подхода - закономерности возникновения саморазвития, самоуправления системой за счет гармонизации обмена различными ресурсами между самой системой и его окружением.

Оба закона теории систем позволяют сформировать наиболее объективные и полные знания об общих закономерностях существования и развития систем разной природы на основе принципа гармонизации взаимодействия, взаимосвязей и взаимоотношений между частью и целым. Теория систем дает абстрактное представление о системах и методах их исследования и создания. Уровень такой абстракции может быть разный. Это и вербальное описание системы, графическое, функциональное, математическое.

В теории систем широко используются методы моделирования на основе линейного и нелинейного программирования, в основе которого лежат методы таких теорий как:

- теория множеств, описывающая формально свойства системы и ее элементов на основе математических аксиом;

- теория ячеек, изучающая систему в качестве подсистем (ячеек) с определенными граничными условиями, причем между этими ячейками происходит процесс переноса свойств (например, «цепная» реакция);

- теория сетей изучает функциональную структуру связей и отношений между элементами в системе;

- теории графов изучает реляционные (матричные) структуры, представляемые в топологическом пространстве;

- теория информации изучает способы информационного описания системы-объекта на основе количественных характеристик;

- теория кибернетики, изучающая системы управления в качестве процесса передачи информации между элементами системы и между системой и окружающей средой, с учетом принципа обратной связи;

- теория автоматов, в которой система рассматривается с точки зрения «черного ящика», т.е. входных и выходных параметров;

- теория игр исследует систему-объект с точки зрения «рационального» поведения при условии получения максимального выигрыша при минимальных потерях;

- теория оптимальных решений позволяет математически описать условия выбора наилучшего решения их альтернативных возможностей;

- теория очередей, использующая методы оптимизации обслуживания элементов в системе потоками данных при массовых запросах.

Более подробно о методах каждой из перечисленных теорий можно познакомится в учебной литературе [1,3].

В современных системных исследованиях экономических систем все больше внимание уделяется таким теориям как, теория бифуркации, теория особенностей, теория катастроф, которые используют нелинейные математические методы, описывающие динамичную устойчивость систем. Описание этих теорий будет дано далее в пособие.