Из истории теории систем и системного анализа

 

К XX в. сложилось две формы культуры – естественнонаучная и гуманитарная, различающиеся методами познания. Произошло разделение на людей, мыслящих предпочтительно формально или, напротив, - гуманитарно. Эти формы мышления связывали с различными полушариями головного мозга.

Гуманитарное познание формирует образ, целостность, а формальное мышление обеспечивает отображение элементов и законов их взаимодействия. Гуманитарное знание связано с определением смысла, назначения, целесообразности (телеология), цели. Вершиной гуманитарного знания традиционно считается философия. Формальное - традиционно базируется на математике.

В европейской культуре более предпочтительными и развитыми оказались формальные методы. В то же время в XIX–XX вв. возник ряд проблем, труднообъяснимых с помощью формальных методов. Для решения этих проблем механическая концепция, превратившаяся в физико-математическую, оказалась недостаточной. Развивающаяся диалектическая концепция объясняла объективность противоречий, и даже необходимость их для существования и развития сложного мира, но не имела формализованного аппарата, которому отдает предпочтение европейская наука.

Возникли попытки распространения на гуманитарную сферу познания физико-математических методов – физикализм. С помощью физикализма были объяснены некоторые проблемы. Однако к середине XX в. стал очевидным кризис концепции физикализма, что привело к возникновению интегральных концепций, объединяющих возможности гуманитарного и формального мышления.

Формальные методы не позволяют выявить содержание исследуемых процессов, понять их целостность, хотя и могут помочь активизировать интуицию и опыт специалистов, гуманитарное мышление для выявления содержания и отобразить законы взаимодействия компонентов, полученные эмпирически.

Анализ содержания, исследование процессов постановки задач позволили обратить внимание на особую роль человека: человек является носителем целостного восприятия, сохранения целостности при расчленении проблемы, распределении работ, носителем системы ценностей, критериев принятия решения (появился термин «лицо, принимающее решение» - ЛПР).

Развитие научного знания и его приложений к практической деятельности в XYIII - XIX вв. привело к возрастающей дифференциации научных и прикладных направлений. Возникло много специальных дисциплин. Специальные дисциплины для исследования конкретных прикладных проблем часто используют сходные формальные методы, но настолько преломляют их с учетом потребностей конкретных приложений, что специалисты, работающие в разных прикладных областях, перестают понимать друг друга.

Французский математик Жак Адамар 1, исследуя процесс изобретательства, обнаружил, что для повышения эффективности процесса творчества необходимы обе формы мышления и переключение с одной формы на другую.

После осознания необходимости интеграции гуманитарного и формального знания между философией и математикой появился спектр дисциплин, которые сочетают средства гуманитарного познания, помогающего отобразить содержание познаваемого объекта, и формальных методов, отражающих изученные законы строения и функционирования объектов и помогающих таким образом в развитии познания в обозримые сроки.

В XX в. стало резко увеличиваться число комплексных проектов и проблем, требующих участия специалистов различных областей знаний. Появилась потребность в специалистах «широкого профиля», обладающих знаниями не только в своей области, но и в смежных областях и умеющих эти знания обобщать, использовать аналогии, формировать комплексные модели. Понятие системы, ранее употреблявшееся в обыденном смысле, превратилось в специальную общенаучную категорию, начали появляться обобщающие научные направления, которые исторически иногда возникали параллельно на разной прикладной или теоретической основе и носили различные наименования.

Для выработки единых обобщающих терминов, единого языка общения представителей разных наук Н. Винер (Wiener N.) в 1934 г. собрал в Принстоне на семинар ученых многих специальностей (нейрофизиологов, инженеров-связистов, конструкторов вычислительной техники и т.д.). Для названия новой науки об общих принципах управления в живых организмах и машинах был принят термин кибернетика, кибернетический подход, который может рассматриваться как первая интегральная концепция естествознания, объединяющая гуманитарное и формальное знание. Однако в последующем в связи с неоднозначной трактовкой термина «кибернетика» и употреблением его во многих работах (особенно зарубежных), связанных с разработкой технических аналогов живых организмов, этот термин стал использоваться в более узком смысле - как одно из направлений теории систем, занимающееся процессами управления техническими объектами.

Для обобщения дисциплин, связанных с исследованием и проектированием сложных объектов различной природы, возникла теория систем и системный подход.

Основоположником теории систем считают биолога Л. фон Берталанфи (L. von Bertalanfy) [16, 17, 107], который в 30-е гг. XX в. ввел понятие открытой системы и сформулировал основные идеи и закономерности обобщающего направления, названного теорией систем.

Важный вклад в становление системных представлений внес в начале XIX в. (еще до Берталанфи) наш соотечественник А.А. Богданов (Александр Александрович Малиновский) [18]. Однако в силу исторических причин предложенная им всеобщая организационная наука - тектология (от греч. «тектон» - строитель) не нашла распространения и практического применения.

В нашей стране теория систем активно развивалась, были разработаны концептуальные основы, терминологический аппарат, исследованы закономерности функционирования и развития сложных систем, поставлены другие проблемы, связанные с философскими и общенаучными основами системных исследований. Философами был предложен ряд вариантов теории систем (В.Н. Садовский [73], А.И. Уёмов [83], Ю.А. Урманцев [84], В.С. Тюхтин [82]) и др..

Однако философская терминология не всегда легко преломляется к практической деятельности. Поэтому потребности практики привели к тому, что в 60-е гг. XX в. при постановке и исследовании сложных проблем проектирования и управления довольно широкое распространение получили термины:

· с истемотехника, предложенный при переводе книги Г. Гуда и Р. Макола «System Engineering» [31] в 1962 г. Ф.Е. Темниковым (основателем первой в стране кафедры, развивающей теорию систем, созданной в Московском энергетическом институте и названной кафедрой Системотехники) и широко используемый в последующем применительно к техническим системам;

· системология, предложенный в 1965 г. И.Б. Новиком, независимо - В.Т.Куликом [45],использовавшийся Б.С. Флейшманом [85]), В.В. Дружининым, Д.С. Конторовым [36] и др.

Эти термины являются прикладными направлениями теории систем.

Отечественными и зарубежными специалистами по математике, техническим наукам, экономике был предложен ряд вариантов теории систем.

 

Параллельно развивались направления, родственные теории систем: исследование операций (это направление, возникшее для исследования военных операций, применялось в различных сферах, в том числе и в экономике), имитационное моделирование, ситуационное моделирование, синергетика, информационный подход.

Для обобщения дисциплин, связанных с исследованием и проектированием сложных систем, используется термин системные исследования, а иногда сохраняется термин системный подход, который широко применялся в первые годы становления теории систем в двух смыслах - в смысле методологического направления философии, и в прикладном аспекте, как синоним понятия комплексный подход.

Таким образом, между философией и математикой развивается спектр научных направлений с различной степенью сочетания гуманитарного и формального знания.

Наиболее конструктивным из направлений системных исследований в настоящее время считается системный анализ, который впервые появился в работах корпорации RAND в связи с задачами военного управления в 1948 г. [49], получил распространение в отечественной литературе после перевода книги С. Оптнера [65], широко использовался в работах Центрального экономико-математического института (работы Ю.И. Черняка [91–93 ] и др.), в работах томской школы системных исследований [9, 65] и других школ, и в 80-е гг. XX в. был введен в учебные планы вузов нашей страны Ф.И. Перегудовым (заместителем Министра высшего и среднего специального образования СССР того периода).

Параллельно с направлениями, явно использовавшими термин «система», возникали междисциплинарные направления, которые развивались как самостоятельные, но фактически были ориентированы на системные исследования.

Наиболее известными из этих направлений, возникших в 70-е гг. XX в., являются ситуационное моделирование или ситуационное управление (Д.А.Поспелов [68], Ю.И. Клыков, Л.С. Загадская-Болотова [80, гл. 7]) и информационный подход к анализу систем (А.А. Денисов [1, 5, 6, 32-33]); в 80-90-е гг. – концептуальное метамоделирование (В.В. Нечаев) [59], системология феноменального (Б.Ф. Фомин [41]).

Междисциплинарные научные направления, возникшие между философией и узко специальными дисциплинами, можно расположить примерно так, как показано в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Направления	Время во3ник-новения	Наиболее известные ученые
Философия
Системный подход Тектология   Теория систем   Системология   Системный анализ     Системотехника   System Engineering	1924 г.   30-е гг. XX в.     50-е гг. XX в.     1965 г. 1948 г.     70-е гг. XXв.     1962 г.	А.А. Богданов (Малиновский)   Л. фон Берталанфи, К. Боулдинг, Дж. ван Гиг, М. Месарович; В.Г.Афанасьев, И.В.Блауберг, С.П. Никаноров, В.Н.Садовский, В.С.Тюхтин, А.И. Уёмов, Ю.А.Урманцев, Э.Г.Юдин и др.     В.Т.Кулик, И.Б.Новик, Б.С.Флейшман, Б.Ф. Фомин и др.     Корпорация RAND, Э. Квейд, В. Кинг, Д. Клиланд, С. Оптнер, С. Янг, Э. Янч; Е.П. Голубков, Н.Н. Моисеев, Ю.И. Черняк, Ф.И. Перегудов, В.Н. Сагатовский, Ф.П. Тарасенко, В.З.Ямпольский, С.А.Валуев, В.Н. Волкова, Ю.И. Дегтярев, А.А. Емельянов, В.Н. Козлов, Д.Н. Колесников, и др.   Г. Гуд, Р. Макол, Ф.Е. Темников, В.В. Дружинин, Д.С. Конторов, В.И. Николаев, А. Холл, Г.Честнат
Информационный подход	1973 г.	А.А.Денисов
Концептуальное метамоделирование и проектирование	90-е гг. XX в.	В.В.Нечаев, С.П. Никаноров
Ситуационный подход	70-е гг. XX в.	Д.А.Поспелов, Ю.И.Клыков, Л.С.Загадская (Болотова)
Синергетический подход	60-е гг. XX в.	И. Пригожин, И. Стенгерс, Г. Хакен, А.П. Руденко и др.
Имитационный подход	50-е гг. XX в.	Форрестер Дж., Федотов А.В. (имитационное динамическое моделирование), А.А.Емельянов
Кибернетический подход	1934 г.	Н. Винер, У.Р.Эшби; А.И. Берг, Л.П. Крайзмер, Н.Е. Кобринский, Л.Т. Кузин, Е.З. Майминас, Л.А. Растригин и др.
Исследование операций	60-е гг. XX в.	Р. Акофф, Е.С. Вентцель, Т. Саати, М. Сасиени, У. Черчмен, Ф.Эмери и др.
Специальные дисциплины

С 80-х гг. XX в. возникла синергетика – научное направление, занимающееся исследованием общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной физической природы (физических, химических, биологических, социальных).

Термин синергетика (от греч. synergetikos – совместный, согласованно действующий)

Термин ввел немецкий физик Г. Хакен при исследовании механизмов кооперативных процессов в лазере. Однако еще раньше, в 60-е гг. И. Пригожин [69и др.] пришел к идеям синергетики (хотя вначале этот термин не использовал) из анализа химических реакций. Теоретической основой его моделей является нелинейная термодинамика. Пригожин исследовал диссипативные процессы, в результате которых из неупорядоченных однородных состояний под воздействием флюктуаций могут возникать разрушения прежней и возникновении качественно новой организации за счет диссипации (рассеяния) энергии, использованной системой, и получения из среды новой энергии.

 

Синергетика развивается как самостоятельное научное направление. Однако в последнее время наблюдается все большее сближение теории систем и синергетики. В частности, синергетические исследования используются в теории систем при пояснении закономерности самоорганизации. В перспективе, по-видимому, на основе объединения теории систем и синергетики возможно становление теории развивающихся систем как интегральной концепции современной теории познания.

Наиболее конструктивным из направлений системных исследований в настоящее время считается системный анализ (СА).

Этот термин впервые появился в 1948 г. в работах корпорации RAND в связи с задачами военного управления, и в общем виде определялся как «…логический метод решения сложных проблем» [49, с. 21]. Получил распространение в отечественной литературе после перевода книги С. Оптнера «Системный анализ деловых и промышленных проблем» [65]. Широко использовался в работах Центрального экономико-математического института, в работах Ю.И.Черняка, в работах томской школы системных исследований. Введен в учебные планы вузов в конце 1980-х гг. Ф.И. Перегудовым (заместителем Министра высшего и среднего специального образования СССР того периода).

Термин «системный анализ» трактовался в публикациях неоднозначно. В одних работах СА определяется как «приложение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием» со стратегическим планированием и целевой стадией планирования. В других - СА употребляется как синоним термина «анализ систем» или «системное управление организацией». Трактовался СА и как развитие методологии исследования операций, и как «формализованный здравый смысл».

Во многих работах СА ориентирован на использование математических методов. Например, Н.Н. Моисеев связывает СА с принятием решений с помощью математических методов, но в то же время считает, что «системный анализ – это обширная синтетическая дисциплина, включающая в себя целый ряд разделов, носящих характер самостоятельных научных дисциплин».

В то же время уже в первых работах по СА подчеркивалось, что СА – это способ мышления, способ решения проблемы, упрощение сложного и что математический аппарат вовсе не является неотъемлемой частью системного анализа.

На основе обобщения различных точек зрения в [1, 2, 11, 12] дается следующее определение.

Системный анализ – это прикладное направление теории систем, которое:

1) применяется в тех случаях, когда задача (проблема) не может быть сразу представлена с помощью формальных, математических методов, т. е. имеет место большая начальная неопределенность проблемной ситуации;

2) уделяет внимание процессу постановки задачи и использует не только формальные методы, но и методы качественного анализа;

в [1, 2 10-12] эти группы методов названы методами формализованного представления систем - МФПС и методами активизации интуиции и опыта специалистов - МАИС;

3) опирается на основные понятия теории систем и философские концепции, лежащие в основе исследования общесистемных закономерностей;

4) помогает организовать процесс коллективного принятия решения, объединяя специалистов различных областей знаний; ФСА, мозговой штурм…

5) требует обязательной разработки методики системного анализа, определяющей последовательность этапов проведения анализа и методы их выполнения, объединяющая методы из групп МАИС и МФПС, а соответственно и специалистов различных областей знаний;

6) исследует процессы целеобразования и разработки средств работы с целями (в том числе занимается разработкой методик структуризации целей);

7) использует в качестве метода исследования расчленение большой неопределенности на более обозримые, лучше поддающиеся исследованию (что и соответствует понятию анализ), при сохранении целостного (системного) представления об объекте исследования и проблемной ситуации (благодаря понятиям цель и целеобразование).

 

Первые четыре особенности характерны для всех направлений системных исследований. В определение системного анализа, наряду с этими особенностями, включены еще три (5, 6, 7), уточняющие отличие СА от других системных направлений.

1. Независимо от того, применяется термин СА только к формированию целей и функций системы, к планированию развития организации, или к исследованию системы в целом, включая и цели, и структуру, работы этого направления отличаются от других направлений системных исследований тем, что в них предлагается методика проведения системного исследования, делается попытка предложить подходы к выполнению этапов методики в конкретных условиях.

2. И второе важное отличие СА от других направлений системных исследований - работа с целями (их исследование, формулирование, структуризация или декомпозиция). Некоторые авторы даже в определении системного анализа подчеркивают, что это методология исследования целенаправленных систем [91, 92]. При этом разработка методики и выбор методов и приемов выполнения ее этапов базируется на использовании понятий и закономерностей теории систем.

 

В 70-ее гг. XX в. возникла еще одна потребность в приложении системного анализа. По мере развития научно-технического прогресса усложняются выпускаемые изделия и технология производства промышленной продукции, расширяется ее номенклатура и ассортимент, увеличивается частота сменяемости выпускаемых изделий и технологий, возрастает наукоемкость продукции, растут потребности населения. Все это приводит к усложнению взаимоотношений человека с природой, к истощению ресурсов Земли, к экологическим проблемам. В результате усложняются процессы управления экономикой, возникает необходимость управления самим научно-техническим прогрессом. На эту проблему впервые в нашей стране в 60-е годы обратил внимание академик В.М.Глушков.

В развитых капиталистических странах важность управления научно-техническим прогрессом и трудности, стоящие на пути решения этой проблемы, были осознаны примерно в те же годы. (Так, австрийский ученый Йозеф Шумпетер много занимался изучением развития НТП…)

В США, в частности, с 50-х гг. XX в. велись интенсивные научные исследования по этой проблеме в специальных, так называемых «думающих», бесприбыльных корпорациях (типа известной корпорации RAND). Результатом этих исследований явилось создание первой методики системного анализа - ПАТТЕРН, основой которой является формирование и анализ «дерева целей», и других методов, широко используемых в США правительственными органами и крупными промышленными корпорациями для прогнозирования и управления в условиях ускоряющихся темпов НТП.

 

В нашей стране для решения проблемы управления экономикой Институтом Кибернетики Академии наук Украинской ССР под руководством В.М.Глушкова 1были проведены исследования, объясняющие сложность управления по мере развития цивилизации и возрастание роли информации в процессах управления.

 

Было обосновано, что сложность задач управления экономикой растет быстрее числа занятых в ней людей и что, если продолжить управлять страной прежними методами, на основе приоритета принципа контроля и переработки учетно-плановой информации, то в конце 70-х гг. в сфере управления только материальным производством нужно было бы занять чуть ли не все трудоспособное население страны.

Теоретические исследования о тенденциях роста численности управленческого персонала подтверждались и статистикой. Например, в США в начале нынешнего столетия на одного конторского работника приходилось 40 рабочих; в 1940 г. - 10; в 1958 г. - 6; а в 1965 - всего лишь 1 рабочий2. Отечественная статистика аналогично констатировала рост численности управленческого персонала до 40% от общей численности работников предприятия. Аналогичная ситуация наблюдалась и с ростом численности управленческого персонала регионов.

Для решения проблемы управления социально-экономическими объектами и научно-техническим прогрессом в целом первоначально В.М. Глушковым было предложено использовать автоматизацию управления (и в середине 60-х гг. XX.в. началась разработка автоматизированных систем управления - АСУ), но в дальнейшем стало ясно, что необходимы более радикальные изменения в управлении страной, учет закономерностей функционирования и развития сложных систем с активными элементами, разработка специальных методов их моделирования.

В 70-е гг. для повышения эффективности управления в нашей стране было решено пойти по пути совершенствования программно-целевого механизма управления.

 

Был подготовлен и принят ряд постановлений Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР и развивающих их документов3, в которых определялся порядок разработки прогнозов, основных направлений развития, комплексных программ, перспективных планов на всех уровнях государственной структуры - от страны в целом до регионов, объединений и предприятий. Для управления НТП при Академии Наук СССР, Совете Министров СССР и Госплане СССР были созданы специальные комиссии, которые готовили прогнозы и основные направления экономического и социального развития страны (эти реформы, назывались косыгинскими, поскольку инициатором их был Председатель Совета Министров СССР того периода А.Н.Косыгин.)

При реализации этих документов и в работе названных комиссий использовались методы системного анализа, и в частности -закономерности целеобразования и методики структуризации целей, что поставило системный анализ в особое положение среди других научных направлений и способствовало его развитию и введению в учебный процесс.

 

В настоящее время, в условиях внедрения в экономику рыночных принципов, предоставления большой самостоятельности предприятиям и регионам роль методов и моделей системного анализа как наиболее конструктивного направления системных исследований возрастает, соответственно возрастает необходимость развития этих методов и приближения их к практическим потребностям.

В табл. 1.1 примерно среднее положение среди других междисциплинарных направлений занимает системный анализ, так как он использует примерно в одинаковых пропорциях концептуально-методологические представления (что характерно для философии и теории систем) и формализованные методы и модели (что характерно для специальных дисциплин).

 

Теория систем и системология в большей мере используют философские понятия и качественные представления. Исследование операций, кибернетика, системотехника, напротив, имеют более развитый формальный аппарат, но менее развитые средства качественного анализа и постановки сложных задач с большой неопределенностью и активными элементами.

На технические специальности в большей мере ориентированы системотехника и кибернетика. Однако инженеры в перспективе становятся руководителями производства, предприятия, и важно, чтобы они получили необходимые сведения об организационном управления предприятием, о разработке автоматизированных систем управления объектами разного рода.

Для понимания процессов управления и принятия решений полезны общеметодологические представления и закономерности теории систем. Разработка методик анализа целей, методов и моделей совершенствования организационной структуры, управления функционированием социально-экономических объектов, методов организации сложных экспертиз при принятии решений в различных сферах деятельности – основное приложение системного анализа. Поэтому специалисты считают эти направления наиболее необходимыми при подготовке экономистов и инженеров по любым специальностям.

 

Понятие о системе

Можно считать, что понятие «система» возникло в древнем мире, когда Аристотель обратил внимание на то, что целое (т. е. система) несводимо к сумме частей, его образующих.

Потребность в использовании этого термина возникает в тех случаях, когда невозможно что-то продемонстрировать, изобразить, представить математическим выражением и нужно подчеркнуть, что это будет большим, сложным, не полностью сразу понятным (с неопределенностью), при этом целым, единым, большим.

 

Например - солнечная система, система управления станком, система организационного управления предприятием (городом, регионом и т. п.), экономическая система, система кровообращения и т. д.

В математике термин «система» используют для отображения совокупности математических выражений или правил - система уравнений, система исчисления, система мер и т. п. Казалось бы, в этих случаях можно было бы воспользоваться терминами «множество» или «совокупность». Однако понятие системы подчеркивает упорядоченность, целостность, наличие определенных закономерностей ее построения, функционирования и развития.