Структура системной науки

Для того чтобы предсказывать, прогнозировать свойства систем, оптимизировать их, управлять ими необходимо владеть некоторым инструментарием (набором знаний и методов). Этот инструментарий создаётся комплексом системных наук, который можно назвать «системикс» (systemics, по аналогии с economics – комплексом наук по экономике). Мы чаще будем использовать термин «системная наука» - для обозначения всего комплекса системных наук. В него входят три «базовых» науки: теория систем (системология), системный анализ, системотехника (системный синтез). Смежные науки: кибернетика, исследование операций, синергетика, теория информации и информатика, искусственный интеллект.

Грамотное применение этого инструментария приносит плоды в фундаментальных науках (экономика, экология, социология и даже история), в прикладных науках и технологиях – особенно в информационных. В свою очередь, компьютеры и информационные технологии создают возможности для практического решения системных проблем практически во всех сферах человеческой деятельности. Поскольку системы и системные проблемы вездесущи, овладение инструментарием системных наук, развитие системного взгляда на мир, выработка системного подхода к решению проблем будут полезны любому человеку (особенно молодому), специалисту, конечно – руководителю.

Системная наука («системикс») – сравнительно молодая наука. Она начала складываться в XX-м веке и продолжает активно развиваться.

Конечно же, донаучный период системных знаний и практики очень велик. Каждая наука имеет свой донаучный период. Люди (в первую очередь – руководители и советники) всегда сталкивались с необходимостью решения проблем государственных, экономических, военных. Решение этих проблем сводилось к анализу сложной ситуации, формированию и изучению альтернативных вариантов решения проблемы, выбору лучшего, оптимального (по мнению решающего) варианта и выработке мер по реализации этого варианта. Вот, кстати, основные этапы системного анализа проблемы – они ещё от древних.

Но история системных наук короче многих других. Становление математики началось задолго до нашей эры (от египтян и вавилонян до Евклида), естественных наук – в XVII-м веке (Галилей, Ньютон). А становление системных наук – это XX-й век, хотя предпосылки были ещё у древних (как примеры - греки Аристотель и Плутарх, китайский историк Сыма Цянь). Создателей системной науки в современном виде (как формализованной системы знаний с методологией и математическим аппаратом) много. Это - А.А Богданов («Тектология»), Людвиг фон Берталанфи. Наши современники: М. Месарович, Я. Такахара, Дж. Форрестер, Д. Медоуз, Т.Л. Саати, Р. Аккофф, Дж. Клир, П.Б. Чекленд. Отечественные учёные: Н.Н. Моисеев, В.М. Глушков, Н.П. Бусленко, О.И. Ларичев. Ведущие международные организации: Международный институт прикладного системного анализа, Римский клуб. Правительства и большие корпорации имеют аналитические центры со штатом системных аналитиков, информационно-аналитическим обеспечением.

Колоссальным стимулом к развитию системной науки и смежных дисциплин стала научно-техническая революция: разработка в середине XX-го века ракетно-космических систем, атомной техники, электронных вычислительных машин. В свою очередь ЭВМ (компьютеры) стали основным инструментом математического моделирования сложных систем и процессов, то есть инструментом системного анализа и синтеза. Интернет создал новые революционные возможности для прикладного системного анализа.

Какие?

Право на существование и полезность системных наук объясняются тем удивительным фактом, что в системах из элементов различной природы наблюдаются похожие (изоморфные) структуры и процессы. Системы, как правило, являются развивающимися, причём они проходят похожие этапы развития. Сам факт устойчивого существования системы накладывает очень важные ограничения на формы и характер этого существования.

Ознакомившись кратко с системами, рассмотрим, какие науки их изучают, то есть систему системной науки и её «окружения».

От общего к частному это:

- системный подход;

- теория систем;

- системный анализ;

- системный синтез;

- системотехника.

Основные «соседи»:

- кибернетика и теория управления;

- теория самоорганизации (синергетика);

- информатика и теория информации;

- исследование операций;

- искусственный интеллект.

Системный подход – это скорее философская, гносеологическая (познавательная) и методологическая установка на поиск и применение общих принципов и исследования систем. Известно около двух десятков таких принципов. Вот главные.

1. Объекты надо рассматривать как системы.

2. Систему следует рассматривать:

а) отграниченной от внешней среды;

б) с учётом всех существенных связей с внешней средой.

3. Цели и оценки исследуемой системы следует устанавливать с позиций системы более высокого порядка (надсистемы).

4. Проблемы (сложные, комплексные задачи) надо рассматривать как системы, структурируя их.

Более подробно принципы системного подхода будут рассмотрены в следующей лекции.

Теория систем (другие названия: общая теория систем, теория сложных систем) – теоретическая дисциплина, посвященная общим вопросам исследования систем («а не только к проблеме принятия решений, как это имеет место в системном анализе» [Губанов и др.]). Теория систем изучает возможные структуры естественных и искусственных систем, типы процессов в системах, общие законы развития систем.

Системный анализ (СА) – прикладная дисциплина, посвященная методам исследования и проектирования сложных искусственных систем. Два основных аспекта системного анализа: анализ систем и анализ проблем. Основная задача системного анализа: исследование проблемы принятия решения в сложной системе [Губанов и др.], то есть решение сложной проблемы. Сложные проблемы имеют несколько рациональных решений (альтернатив), но, как правило, ни одно из них не является лучшим по всем критериям. Поэтому можно сказать, что центральной проблемой системного анализа является проблема многокритериального выбора. Рассмотрим в части № 2 курса.

Термин «прикладной системный анализ» (сам СА – прикладная наука) относится к системному анализу с использованием компьютеров и специального программного обеспечения (CASE-технологии, OLAP-технологии [Марка, Мак-Гоуэн]), технологии data mining («разработка данных» - обнаружение закономерностей, интеллектуальный анализ больших массивов данных [Дюк, Самойленко]). Рассмотрим в части № 3 курса.

Системотехника – применение теории систем и системного анализа к области техники [Губанов и др.]. Она изучает проблемы анализа и проектирования сложных автоматизированных технических систем – энергетических, транспортных, информационных, комплексных. Системный синтез (сравнительно новый термин) исследует проблемы проектирования сложных организационно-технических систем и процессов (производственных систем и процессов, бизнес-процессов), акцентируя внимание на новых, инновационных направлениях. Основная задача этих дисциплин – создание сложных человеко-машинных (эргативных) систем, в частности – создание программного обеспечения для таких систем.

С системной наукой тесно связаны и даже пересекаются такие комплексные науки: кибернетика, информатика, синергетика, исследование операций. Их рассмотрение поможет уточнить область собственно системных наук и системного анализа в частности.

Кибернетика – наука об управлении в сложных системах различной природы на основе обратных связей и преобразования информации. Видно, что граница между кибернетикой и системной наукой весьма условна. Иногда её рассматривают как часть теории систем [Губанов и др.]. Но проблема управления (сфера кибернетики) не совпадает полностью с проблемой решения (сфера системного анализа). Кибернетика изучает формализованные процедуры (описанные на языке математики), а системный анализ – совокупность процессов и процедур, включающих в себя плохо формализуемые процессы постановки целей (целеполагания), формирования альтернатив, принятия решений. Можно сказать, что главная разница между кибернетикой и системным анализом – это разница между управлением (которое может быть и автоматическим) и принятием решения, которое требует мыслительного и волевого усилия, осознания неполноты знаний и ответственности, на что способен человек или консолидированная группа людей. Напомним соответствующий термин – лицо, принимающее решение, ЛПР.

Теория систем и системный анализ позаимствовали у кибернетики много понятий и терминов, например: структуры и структурные схемы, связи, потоки, входы и выходы, управление.

Синергетика изучает процессы возникновения и развития (усложнения) систем различной природы, но не целенаправленных. Поскольку система возникла, то у неё появилось интегративное свойство, а с прогрессивным развитием системы это свойство усиливается, и могут возникать новые. Поэтому можно утверждать, что интегративное свойство – это синергетическое свойство, эмерджентность – следствие самоорганизации. Системный анализ изучает, как правило, целенаправленные системы. Цель системного анализа и системного синтеза – построить эффективную систему с заданным интегративным свойством. Можно сказать, что синергетика в исследованиях естественных систем играет примерно ту же роль, что системный анализ – в исследованиях искусственных систем. Использование достижений синергетики при создании искусственных, целенаправленных, эргативных систем – актуальная научная и прикладная проблема. Это – одна из главных задач системного синтеза.

Информатика очень тесно связана с кибернетикой и прикладным системным анализом. Она занимается проблемами измерения количества информации, проблемами хранения, передачи, преобразования информации с помощью технических средств (включая, конечно, компьютеры) и каналов связи различной природы. Информатика имеет теоретический (теория информации), системный (сети, структуры, процессы) и технический (компьютеры) аспекты.

Искусственный интеллект можно определить как область компьютерной науки, занимающуюся автоматизацией разумного поведения [Люгер]. В той своей части, которая занимается решением сложных, плохо формализуемых проблем, искусственный интеллект, несомненно, близок прикладному системному анализу. В частности, он постоянно поставляет новые методы и компьютерные технологии решения таких проблем.