Возможности системного анализа применительно к научному и техническому творчеству

Возможности системного анализа применительно к научному и техническому творчеству

Титов В.В.

В последние десятилетия диалектический закон о всеобщей связи явлений заставил серьезно заняться изучением закономерностей строения и развития больших систем. Системный анализ, зародившись в недрах общественных и биологических наук, перешел к "освоению" технических наук. Однако системы общественные и социальные, биологические и экологические, технические системы, информационные системы и системы научных знаний - это все же системы с совершенно различными характеристиками и даже с различной терминологией. Вследствие этого формулировки основных положений системного анализа применительно к конкретным классам систем иногда воспринимаются как слишком общие и даже иносказательные; с другой стороны, слишком специальная терминология конкретизирует, но одновременно и сильно сужает область применения выработанных формулировок. По-видимому, все же единственно разумным путем представляется "перевод" основных положений системного анализа с "общего" языка на язык конкретной области знаний, к которой относится исследуемый объект. Именно эта процедура и предлагается в настоящей работе.

Определение системы: "Система - это упорядоченное определенным образом множество элементов, взаимосвязанных между собой и образующих некоторое целостное единство" [1]. Общие понятия "система" и "элемент системы" можно конкретизировать для разных объектов исследования, как показано, например, в табл. 1.

Система характеризуется составом элементов, структурой и выполняет определенную функцию.

Таблица 1.

Система 

Элемент системы

Государственная система

Административный институт

Экологическая система

Сообщество растений, животных

Техническое устройство

(функционально значимый) элемент

Наука 

Знания о предмете исследования

Общественно значимая функция

Функция более низкого ранга (служебная функция)

Нервная система

Нервное волокно

Природная система

Природно-ландшафтный объект

Мировоззрение

Принцип 

Мораль

Этическое правило

Информационная система

Блок информации

Способ, технология

Операция, процедура









Структура системы - это закономерные устойчивые связи между элементами системы, отражающие пространственное и временное расположение элементов и характер их взаимодействия (или причинно-следственные отношения). При этом заметим, что связи в системе бывают полезные, бесполезные и вредные.

Функция системы - это внешнее проявление свойств системы, определенный способ взаимодействия с окружающей средой. У любой системы много функций; однако почти всегда среди этого множества можно выделить одну, самую существенную в данной системе отношений. Эта функция называется главной полезной функцией (ГПФ) системы.

Два основных свойства систем: 

- целостность системы означает, что комплекс элементов, рассматриваемый в качестве системы, обладает характерными свойствами и поведением, причем свойства системы несводимы к сумме свойств ее элементов; 

- делимость системы отражает тот факт, что любой объект можно представить состоящим из элементов. Это значит, что любой объект можно рассматривать как минимум в трех аспектах: как нечто целостное (систему), как часть более общей системы (надсистемы) и как совокупность более мелких частей (элементов, подсистем).

Первый шаг системного анализа - представление объекта в виде системы. Следующий шаг - системное исследование объекта в трех аспектах. В табл.2 отражены направления системного исследования и последовательность осуществления его этапов.

Таблица 2. 

1

Строение надсистемы и внешние связи исследуемой системы

Предметный анализ (структуризация) системы

2

Строение и внутренние связи системы



3

Анализ внешнего функционирования системы

Функциональный анализ системы

4

Анализ внутреннего функционирования системы



5

Генетический (ретроспективный) анализ системы

Исторический анализ системы

6

Прогноз развития системы















Первые два аспекта системного исследования объекта существенно облегчаются, если учитывать следующие закономерности построения и функционирования систем:

1. Система должна быть функционально полной, т.е. перечень ее элементов должен включать в себя все минимально необходимое и достаточное для выполнения ГПФ.

2. Система должна быть проводимой по всем имеющимся в ней потокам: вещественным, силовым, энергетическим и информационным. Полная цепь, по которой идет поток в системе, состоит из пяти элементов, каждый из которых обеспечивает свою функцию: 1) возникновение, 2) преобразование, 3) передачу, 4) получение полезного результата и 5) утилизацию (остатка или отходов). Некоторые из этих элементов могут либо повторяться, либо совмещаться с другими, либо отсутствовать.

3. Система должна обладать хотя бы минимальной степенью динамичности и управляемости, обеспечивающей ее функционирование в некотором диапазоне изменения внешних условий.

4. Количественные характеристики структурных элементов и связей системы должны превосходить некоторый параметрический порог. При этом порог может быть не единственным, а "превосходить" не всегда означает "быть больше". Сущность этого закона можно пояснить примером: совокупность молекул какого-либо вещества образует кристалл (систему) только тогда, когда расстояние между молекулами и их скорости не превышают вполне определенных величин.

Для исторического анализа системы необходимо знать основные направления развития систем.

1. Повышение идеальности системы. При этом под абсолютно идеальной системой понимают такую ситуацию, когда ГПФ системы выполняется без самой системы. Таким образом, по мере развития системы (при неизменной ГПФ) ее состав, количество связей и время реализации ГПФ уменьшаются.

2. Повышение динамичности и управляемости системы. Изменение внешних (по отношению к системе) условий вызывает количественное (а иногда и качественное) изменение ГПФ, что, в свою очередь, требует расширения диапазона жизнеспособности (работоспособности) системы. Это происходит, в частности, за счет: 1) перехода от статических к динамическим параметрам элементов системы, 2) увеличения числа внутренних обратных связей, 3) перехода от статической к динамической устойчивости.

3. Согласование пространственных, временных и причинно-следственных периодичностей (ритмов) как по внешним, так и по внутренним связям системы.

4. Усложнение иерархической структуры системы как в направлении надсистемы, так и в направлении дифференциации подсистем.

5. Повышение функциональной полноты (автономности) системы. По мере развития все большая часть ее функций переходит в ранг внутренних, число внешних связей уменьшается. Порядок этого перехода определен: первыми "автоматизируются" исполнительные функции, затем функции управления и, наконец, информационные функции.

Нетрудно заметить, что закономерности развития 1-5 иногда противоречат друг другу. Поэтому в строгом смысле их нельзя называть ни законами, ни закономерностями, а только тенденциями. Дополнительная сложность - в том, что любая система может одновременно входить в несколько надсистем различного типа (см. табл.1) и иметь несколько ГПФ, между собой не согласованных. И наконец, нельзя забывать о факторе случайности событий, способствующих развитию системы. Все это приводит к тому, что развитие системы идет скачками, стадиями, на каждой из которых реализуется не более одной-двух тенденций (из перечисленных пяти).

Последнее из общих сведений о системах - жизненный цикл. Любая система рождается, развивается и гибнет (частным случаем гибели системы является ее преобразование в другую систему с принципиально иной внутренней организацией). При этом следует заметить одну важную особенность: фазы жизненного цикла системы в разных надсистемах могут очень сильно различаться, поэтому констатация "клинической смерти" системы в какой-либо надсистеме отнюдь не всегда означает полное исчезновение этой системы из других надсистем.

Научно-техническое творчество по идее должно обеспечивать развитие соответствующей отрасли, а для этого надо знать направление "вектора развития" объекта, т.е. провести его системное исследование. И если для технических систем основные положения системного анализа уже сформулированы [2], то поле научной деятельности пока в этом смысле является целиной. Если каждую конкретную науку представить в виде системы и провести последовательный анализ такой системы, то нетрудно выявить наиболее вероятные направления эволюционного развития данной науки и сосредоточить усилия именно на этих направлениях.

Попробуем сформулировать основные определения и положения системного анализа для понятия "наука". Наука - это упорядоченное по смыслу множество знаний о предмете исследования, связанных между собой и образующих некоторое единство.

Структура науки - это закономерные устойчивые связи между сведениями о предмете науки, отражающие причинно-следственные отношения между этими сведениями.

Функция науки - это внешнее проявление выводов науки, определенный способ взаимодействия с другими областями человеческой деятельности.

ГПФ науки - увеличение степени осознанности человеческой деятельности.

Целостность науки означает, что комплекс частных сведений, рассматриваемый в качестве науки, позволяет сделать выводы и наметить направления новых исследований, которые было бы невозможно сформулировать на основании каждого из частных сведений в отдельности.

Делимость науки означает, что любую науку можно представить состоящей из ряда разделов, т.е. для каждой конкретной науки можно найти более общую науку, куда она входит в качестве раздела, и каждую конкретную науку можно разделить на несколько разделов или научных направлений (правда, не всегда они дорастают до статуса науки).

Закономерности строения и функционирования науки:

1. Наука должна быть функционально полной, т.е. комплект частных знаний должен включать все необходимое и достаточное для получения качественно новых выводов.

2. Все научные материалы должны быть организованы в логически последовательные цепи. Полная логическая цепь состоит из пяти операций: 1) получение частных сведений о предмете исследования, 2) преобразование этих сведений к нужному виду, 3) объединение сведений, полученных из разных источников, 4) формирование обобщений и выводов, 5) выявление неиспользованной или противоречивой информации и организация ее в форму исходных сведений для следующего этапа исследований.

3. Наука должна обладать хотя бы минимальной степенью общности, т.е. выводы ее должны оставаться справедливыми в некотором диапазоне изменения исходных данных или объекта исследования.

4. Комплекс знаний о предмете исследования получает статус науки лишь после превышения некоторого минимального информационного объема этого комплекса.

Тенденции развития науки:

1. По мере развития науки доказательства ее выводов упрощаются по форме, сокращаются в объеме и основываются на меньшем количестве исходного материала.

2. По мере проникновения в сущность предмета исследования выводы науки становятся более гибкими, одновременно идет и детализация этих выводов в зависимости от конкретной разновидности предмета исследования. Это происходит, в частности, за счет: 1) перехода от жестких к гибким, вероятностным формулировкам, 2) увеличения числа условий и параметров, учитывающих частные особенности конкретных объектов.

3. Периодичность этапов накопления данных и обобщения в данной науке согласуется во времени с аналогичной периодичностью в смежных науках. В различных разделах данной науки периодичности также согласованы.

4. Иерархическая структура науки по мере увеличения суммарного объема знаний постоянно усложняется.

5. По мере развития каждая конкретная наука все более обособляется, формируя свой собственный методический аппарат и все меньше пользуясь "услугами" других наук. Порядок повышения автономности определен: вначале появляются собственные методики получения исходных знаний, затем методики обработки и преобразования данных и, наконец, иногда дело доходит до логики формирования выводов. Жизненный цикл науки начинается , как правило, с монографии, в которой сводится воедино множество разрозненных сведений о предмете исследования, делаются первые основополагающие выводы и определяется место "новорожденной" науки и ее генетические связи с другими отраслями знаний. Развитие науки управляется тенденциями 1-5. Жизненный цикл завершается преобразованием иерархической структуры, т.е. либо разделением данной науки на несколько иных, более мелких самостоятельных направлений, либо объединением, слиянием с другой наукой на основе общности некоторых ключевых принципов.

Понятие "наука" достаточно общо, поэтому и полученные ранее формулировки положений системного анализа остаются довольно общими. Следующий шаг - системный анализ конкретного направления в науке или технике - предоставляется читателю для самостоятельной работы. Один-два таких опыта убедительно показывают, насколько четче и упорядоченнее становится понимание состояния дел в рассматриваемой области после "примерки" к ней положений системного анализа.

Список литературы

1. Садовский В.Н. Методологические проблемы исследования объектов, представляющих собой системы. - Социология в СССР. - М.: Наука, т.1, 1965, с.164.

2. Шеломок Ю.Н. Методические материалы к учебной программе "Научная организация творческой деятельности в технике и науке", часть 4. Основы комплексного метода. - Горький, 1983.