Становление и эволюция системных исследований

Содержание и эволюция общей теории систем и системного анализа

- развитие системных идей в естественных и социально-экономических науках;

- дифференциация и интеграция научных знаний;

- тектология;

- общая теория систем;

- кибернетика;

- теория самоорганизации;

- синергетика.

Системные представления в научном познании появились еще во времена Древней Греции, восходят к трудам Аристотеля. На протяжении последующих столетий это направление постепенно обогащалось новыми трудами. Вместе с тем, объективные предпосылки устойчивого формирования и развития системных исследований сложились в XIX, а также на рубеже XIX – XX веков. Именно к этому времени в науке появилось представление о несводимости целого к сумме его частей, о необходимости изучения систем.

Одной из первых наук, в которой объекты исследования стали рассматриваться как системы, была биология. В классической биологии единицами анализа были организмы и биологический вид. Высшим достижением классической биологии явилась эволюционная теория, объясняющая происхождение и развитие видов. Однако сама эволюционная теория, поставив вопрос о механизме эволюции, в частности, о механизмах наследственности и изменчивости, вплотную подвела к необходимости более глубокого понимания биологических процессов. При этом произошло расширение сферы исследований за пределы отдельного организма, что выразилось в развитии учений о биогеоценозах. Внимание исследователей постепенно перемещалось от отдельных процессов к их взаимодействию. Было обнаружено, что основные сложные проявления жизни, долго не находившие объяснения с прежних методологических позиций, связаны с внутренними взаимодействиями биологических систем. Это – саморегуляция и регенерация, генетический и физиологический гомеостазис и т. п. Стало ясно, что эволюцию нельзя понять вне развернутых представлений об организованности систем.

Главным предметом системных исследований в биологии становится многообразие связей в живой природе, их влияние на функционирование, развитие и взаимодействие биологических систем. Одним из важных направлений развития биологии стала экология, в рамках которой живая природа представляется как сложная многоуровневая система. Ярким примером системного представления о природе может служить учение о ноосфере академика В.И. Вернадского. Концепция В.И. Вернадского впервые в истории научных исследований реализует принцип целостности в столь значительных масштабах. Если в предшествующих естественнонаучных исследованиях объектом выступала некая система, достаточно четко выделенная из среды, то для В.И. Вернадского предметом исследования стала целостность биосферы.

Системные идеи получили распространение также в некоторых психологических концепциях, поставивших во главу угла целостность психологических структур.

В экономике системные исследования связывают, прежде всего, с экономико-математическим моделированием сложных объектов. Среди первых подобных работ необходимо выделить «экономическую таблицу» Ф. Кенэ, а также труды К. Маркса по созданию моделей (схем) общественного воспроизводства. В России первые достижения в области экономико-математического моделирования (ЭММ) были связаны с разработкой межотраслевого баланса производства и распределения продукции в народном хозяйстве 1923 – 1924 гг. Затем в научной литературе появилась целая серия работ, содержащих описание различных ЭММ развития народного хозяйства. Среди них превалировали математические интерпретации схем расширенного воспроизводства К. Маркса.

В конце 20-х годов появились работы советского экономиста Г.А. Фельдмана по моделированию динамики развития народного хозяйства. Тем самым, были заложены основы теории экономического роста – важнейшего направления системных экономических исследований.

Для анализа социальной реальности системные идеи использовались задолго до становления теории систем. "Отец социологии" О. Конт подчеркивал сходство общества с биологическим организмом. В трудах Г. Спенсера значительное место уделено поиску общих структурных закономерностей в неорганической, биологической и социальной эволюциях. В XX веке системные представления стали неотъемлемой частью социологии. Так, П.А. Сорокин понимал под социокультурной системой интегративное целое. В изданной в 1920 г. работе "Система социологии" П.А.Сорокин следующим образом описывает явление эмерджентности: "...общество, или коллективное единство, как совокупность взаимодействующих людей, отличная от простой суммы не взаимодействующих людей, существует. В качестве такой реальности sui generis оно имеет ряд свойств, явлений и процессов, которых нет и не может быть в сумме изолированных индивидов. Но вопреки реализму общество существует не вне и независимо от индивидов, а только как система взаимодействующих единиц, без которых и вне которых оно немыслимо и невозможно, как невозможно всякое явление без всех составляющих его элементов"[1].

В начале ХХ века в России А.А. Богданов (Малиновский) создает всеобщую организационную науку – «тектологию», которую можно назвать первым вариантом теории систем и «предвестником» теории организации. Принципы этой концепции были изложены им в работе «Тектология: (Всеобщая организационная наука)» [7]. Ведущее теоретическое значение этой работы связано с идеей о том, что все существующие объекты и процессы имеют определенную степень организованности. В отличие от конкретных естественных наук, изучающих специфические особенности организации конкретных явлений, тектология должна изучать общие закономерности организации для всех уровней организованности. Все явления рассматриваются как непрерывные процессы организации и дезорганизации. А.А. Богданов не дает строгого определения понятия организации, но отмечает, что уровень организации тем выше, чем сильнее свойства целого отличаются от простой суммы свойств его частей.

Наиболее важной особенностью тектологии является то, что основное внимание уделяется закономерностям развития организации, рассмотрению соотношений устойчивого и изменчивого, значению обратных связей, учету собственных целей организации (которые могут как содействовать це­лям высшего уровня организации, так и противоречить им), роли открытых систем. А.А. Богданов подчеркивал роль моделирования и математики как потенциальных методов решения задач новой организационной науки.

Роль «системного интегратора» наук, организации взаимосвязей и взаимодействия между различными научными направлениями во все времена выполняла философия - «наука наук», которая одновременно являлась и источником возникновения ряда научных направлений. В частности, И. Ньютон сделал открытия своих основных законов в рамках «натурфилософии», как называлась тогда физика, являющаяся частью философского знания.

В 30-е годы ХХ столетия в рамках философии возникло научное обобщающее направление, названное общей теорией систем. Основоположником этого направления стал австрийский ученый Людвиг фон Берталанфи. Впервые он сделал доклад о своей концепции на философском семинаре, пользуясь в качестве исходных понятий терминологией философии. В 1948 г. Л. Берталанфи опубликовал свои работы по общей теории систем, в которой им была предпринята попытка найти совокупность законов, объясняющих поведение и развитие систем различных классов, и, обобщая их, выводить общесистемные закономерности. Одним из наиболее важных достижений Л. Берталанфи является введение понятия открытой системы. Л. Берталанфи подчеркивает особое значение обмена системы веществом, энергией и информацией (негэнтропией) с окружающей средой. Л. Берталанфи и его последователи значительное внимание уделяли формальному представлению общей теории сис­тем. Однако ее наибольшую ценность представляет не столько математическая формализация, сколько разработка целей и задач системных исследова­ний, развитие методологии анализа систем, установление общесистемных закономерностей.

Системные исследования первоначально развивались на естественнонаучной основе. После второй мировой войны системные исследования также стали развиваться на базе использования в технике и получили широкое распространение в социально-экономических науках. Потребности практики почти одновременно с возникновением теории систем привели к появлению направления, называемого исследованием операций. Это направление возникло в связи с задачами военного характера, однако затем получило довольно широкое распространение в других прикладных областях благодаря развитому математическому аппарату, базирующемуся на методах оптимизации, математического программирования и статистики, а также развитию вычислительной техники. Создание исследования операций относят к 1942 г. и связывают с именем американского ученого Дж. Данцига. Однако еще в 1939 г. российский математик и экономист, лауреат Нобелевской премии Л.В. Канторович создал метод линейного программирования. Впервые задачу хозяйственного планирования он поставил и интерпретировал как математически строгую оптимизационную задачу. Тем самым был сделан первый шаг в развитии методов исследования операций.

В России при централизованном управлении экономикой методы исследования операций получили значительное распространение и применение в экономической практике. Идея оптимизации имела доминирующее значение в системе представлений о механизме функционирования социалистической экономики. В этом направлении были достигнуты значительные научные результаты, полученные многими выдающимися учеными, среди которых особо следует отметить Л.В. Канторовича, В.В. Новожилова, В.С. Немчинова.

Особое значение для системных исследований как в теоретическом, так и в прикладном аспектах имело возникновение кибернетики - науки, изучающей процессы управления в системах различной природы. Впервые термин «кибернетика» в смысле искусства управления кораблем встречается у древнегреческого философа-идеалиста Платона (428 – 348 г.г. до н. э.). В XIX веке известный французский физик и математик Андре Мари Ампер (1775 – 1836) создал обширный труд «Очерки по философии наук», в котором попытался систематизировать человеческие знания и использовал термин «кибернетика» (cybernetique) для определения науки об управлении провинциями.

В 1843 г. вышла книга польского профессора философии В. Трентовского «Отношение философии к кибернетике как искусству управления обществом», который рассматривал общество и любую его часть как противоречивое единство и с этих позиций изучал задачи управляющего. Кибернет (управляющий) должен уметь примирять различные взгляды и стремления, использовать их на общее благо, создавать и направлять деятельность различных институтов так, чтобы из противоречивых стремлений рождалось единое поступательное движение. Он призывал управляющих к серьезному изучению своего объекта и считал, что управление без серьезной теории подобно врачеванию без глубокого понимания медицинской науки. Под изучением объекта управления он понимал, прежде всего, изучение целей и устремлений людей.

К концу XIX в. возросла роль экономической теории, провозгласившей торжество свободной (от государственного вмешательства) рыночной экономики. В центре внимания оказалась фирма как основной участник рынка. Появился менеджмент как наука управления фирмой. В конце 30-х годов ХХ века, особенно после издания работ Джона Кейнса, наблюдается возврат к идее государственного регулирования экономики и общества.

В 1948 г. американский математик Норберт Винер (1894 – 1964) издал книгу «Кибернетика или управление и связь в животном и машине». Эта книга явилась результатом многолетних исследований (в области электротехники, синтеза электрических схем, изучения условных рефлексов и т.п.), так или иначе связанных с решением проблем управления в машинах и живых организмах. Эта наука за время своего сравнительно непродолжительного существования проникла во все сферы человеческой деятельности, почти во все отрасли знаний. Кибернетика произвела переворот во взглядах на ряд научных проблем, стала лидером отдельных отраслей науки и техники.

Большая заслуга Н. Винера и его сотрудников состоит в том, что они установили закономерный характер сходства процессов управления для систем живой и неживой природы и сформулировали общие фундаментальные принципы управления. В дальнейшем ученые показали, что некоторые общие черты управления в технических и живых системах присущи также и социально-экономическим системам.

Важнейшим принципом кибернетики является принцип обратной связи. Для достижения определенной цели управления некоторой системой необходима обратная связь. Н. Винер отмечал, что, выбирая термин "кибернетика", происходящий от греческого "кормчий", он признавал, что судовые рулевые машины были одними из первых хорошо разработанных устройств с обратной связью. Он считал, что существование отрицательных обратных связей у живых существ является главной особенностью, отличающей живую природу от неживой. Технические системы обладают обратной связью по воле конструктора. Следует отметить, что за 15 лет до Винера А.П. Анохин также утверждал, что наличие отрицательных обратных связей обеспечивает устойчивость организмов и создает у живых существ целеполагание - стремление к сохранению гомеостазиса (равновесия). Еще ранее А.А. Богданов писал, что для развития организации любой природы необходимы отрицательные и положительные обратные связи.

Возникновение кибернетики было подготовлено развитием целого ряда научных дисциплин, ростом общего уровня знаний. Ученые давно обнаружили сходство некоторых процессов управления в различных системах и порой пытались использовать эти аналогии в исследованиях и практических приложениях. Важные результаты были получены в теории машин, теории автоматического регулирования, теории связи, теории информации. В этой связи, следует отметить работы И.А. Вышнеградского, К.Э. Шеннона, А.Н. Колмогорова и других ученых. Кроме этого, все более широкое распространение стали получать различные технические системы управления с обратными связями. Еще в 1834 г. Ч. Беббедж разработал проект цифрового счетного устройства, названного им «аналитической машиной». Этот проект предвосхитил устройство появившихся более чем через сто лет цифровых вычислительных машин. В создании первых ЭВМ принимали участие Д. фон Нейман, А.М. Тьюринг.

Кибернетику Н. Винер определил как науку об управлении и связи в животном и машине. Кибернетика изучает общие закономерности строения сложных динамических систем и протекающих в них процессов управления. Кибернетический способ мышления характеризуется стремлением найти общие черты у самых разнообразных явлений, которые помогли бы открыть общие принципы действия этих явлений, указывающие на возможность использования определенных аналогий в методах и способах управления. Общим методом исследования в кибернетике выступают системный подход и системный анализ.

Изучение сложных динамических систем в кибернетике направлено на выявление общих закономерностей переработки информации, связей и управления ими. Конечной целью кибернетики является выявление и создание принципов, методов и средств для достижения наиболее эффективных результатов управления. Важной составной частью кибернетики выступают теория и методы математического моделирования систем различной природы. Так как все процессы управления являются по своей природе информационными процессами, то в качестве одной из базовых основ кибернетики послужила теория информации.

Несмотря на широкую общность идей, кибернетика является конкретной наукой. Конкретизация проявляется в том, что особенности, присущие системам той или иной природы, составляют основу, на которой строятся кибернетические методы их изучения. Именно на этой почве сформировались конкретные приложения кибернетики в технике (техническая кибернетика), в биологии (биокибернетика), в экономике (экономическая кибернетика).

С 60-х годов ХХ века развитие системных исследований в экономике связывают с появлением экономической кибернетики как самостоятельного направления. Этот термин появился в трудах В.С. Немчинова, польских ученых О. Ланге и Г. Греневского, английского ученого Ст. Бира. Они же наметили первоначальный круг проблем этой новой науки, уделив особое внимание связи системного подхода к экономическим явлениям с теорией регулирования, логическими и математическими моделями, теорией информации. В 1970 г. в Ленинграде под руководством профессора И.М. Сыроежина начала разрабатываться концепция, получившая название теория хозяйственных систем, особенностью которой был нормативный характер исследований хозяйственных систем. Основные понятия и постулаты теории хозяйственных систем приведены, например, в [40].

Очень важные результаты в системных исследованиях были получены бельгийской школой во главе с И. Пригожиным. Развивая термодинамику неравновесных физических систем, ученые выяснили, что обнаруженные закономерности относятся к системам любой природы. И. Пригожин предложил новую, оригинальную теорию системодинамики. Наибольший интерес в ней привлекли те моменты, которые раскрывают механизм самоорганизации систем. Согласно теории И. Пригожина, материя не является пассивной субстанцией; ей присуща спонтанная активность, вызванная неустойчивостью неравновесных состояний, в которые рано или поздно приходит любая система в результате взаимодействия с окружающей средой. Важно, что в такие переломные моменты (называемые "особыми точками" или "точками бифуркации") принципиально невозможно предсказать, станет ли система менее организованной или более организованной [29].

Согласно этой теории для любой развивающейся системы характерны постоянные изменения или отклонения от среднего значения параметров развития (флуктуации). Эти отклонения обусловлены воздействием многочисленных факторов внешней и внутренней среды. В конечном итоге, после множества изме­нений саморегулируемая система приходит в устойчивое состояние. В устойчивом состоянии система находится до тех пор, пока не появятся новые флуктуации. Они играют важную роль в эволюционном процессе каждой системы, так как периодически приводят ее к новому хаосу и, таким образом, способствуют ее развитию. С ростом числа флуктуаций система постепенно становится неустойчивой, то есть чувствительной к малым отклонениям. Таким образом, происходит подготовка для дальнейшего развития, система оказывается в критическом состоянии.

Когда значения соответствующих параметров превысят критические значения и мощность стабилизирующих факторов, наступает момент, когда сколь угодно малое изменение параметров приводит к скачкообразному переходу системы в качественно иное состояние. Так наступает точка бифуркации. В этот момент происходит выбор дальнейшего пути развития системы. Эволюционное развитие переходит на совершенно новые рельсы. В процессе эволюции система проходит через точку бифуркации, из которой она может перейти или к еще более хаоти­ческим состояниям, или к новым организованным состояниям.

До работ Пригожина в естествознании в основном изучались равновесные структуры, которые можно рассматривать как результат статистической компенсации активности микроскопических элементов (молекул, атомов). Если систему с равновесной структурой изолировать от внешней среды, то ввиду инертности данная равновесная структура может существовать бесконечно долго. Однако в биологических и социальных системах ситуация, как правило, другая: система не замкнута, открыта и, более того, - существует в результате своей «открытости», получая из внешней среды потоки вещества, энергии и информации. В открытых системах случайные флуктуации "пытаются" вывести систему из равновесного состояния. При этом незначительные флуктуации, как правило, подавляются, и система остается стабильной. Если же силы, действующие на систему, становятся достаточно большими и вынуждают ее достаточно далеко отклониться от положения равновесия, то состояние системы становится неустойчивым. Некоторые флуктуации могут не затухать, а усиливаться. В результате они могут привести к разрушению существующей структуры и переходу системы в новое состояние.Так реализуется явление самоорганизации.

Примером может служить развал социалистической системы, который был подготовлен многочисленными внешними и внутренними факторами. В 80-е годы ХХ века система перестала быть устойчивой во всех отношениях – экономическом, политическом, социальном. В точке бифуркации (эта «точка» может иметь достаточную продолжительность) произошел «слом» системы: ее подсистемы приобрели независимый характер и стали развиваться по новым рыночным траекториям развития. При этом каждая из бывших подсистем достаточно болезненно переживала процесс перехода в новое качество. Однако постепенно, хотя и с разной скоростью, новые системы вновь обрели устойчивость.

Для последних десятилетий характерно повышение интереса к теории самоорганизации и ее применению в управленческих концепциях в связи с ростом нестабильности и усилением вероятностных процессов во всем мировом хозяйстве. В современном деловом мире, который становится все более непредсказуемым и неконтролируемым, традиционные механизмы управления часто становятся непродуктивными. В условиях динамизма внешней среды возникают новые концепции, концентрирующие внимание на неопределенности и сложности среды, а также на самоорганизации системы в процессе ее адаптации к происходящим изменениям. Теория самоорганизации получила распространение во многом благодаря развитию общей теории систем и кибернетики. Ее положения изложены в работах Л. Берталанфи, С. Бира, Н. Винера, И. Пригожина, У.Р. Эшби. Идеи адаптации организаций к условиям меняющейся среды также представлены в работах Р.Л. Акоффа, И. Ансоффа, В. Кинга, Дж. Форрестера, С. Янга, М. Вуолдропа, П. Сэнджа и многих других ученых.

Начиная с 70-х годов ХХ века стала формироваться новая картина мира, ядром которой выступают ряд научных направлений: «синергетика»[2] немецкого ученого Г. Хакена; теория самоорганизации (диссипативных структур) И. Пригожина; теория катастроф французского математика Т. Рене; теория хаоса Дж. Глейка.

Синергетику определяют по-разному, в том числе как:

· науку о самоорганизации социальных, физических и биологических систем;

· науку о неустойчивых состояниях, предшествующих катастрофе, и их дальнейшей эволюции (теория катастроф);

· науку об универсальных законах эволюции в природе и обществе.

Синергетика -этомеждисциплинарное научное направление, исследующее процессы взаимодействия, кооперации, самоорганизации и эволюции сложных систем. По мнению создателя синергетики Г. Хакена, введение этого термина для обозначения современной теории сложных самоорганизующихся систем оправдано по двум причинам: а) исследуются совместные действия многих элементов развивающейся системы; б) для отыскания общих принципов и механизмов самоорганизации требуется объединение усилий представителей различных дисциплин. Поэтому он также определяет синергетику как учение о взаимодействиях, приводящих к появлению новых структур. В рамках этого учения исследуются нелинейные и неравновесные системы[3]. Основной предпосылкой развития выступает неустойчивость сложной системы, ее нахождение в критической области, где в условиях резкого роста неопределенности повышается возможность образования структур c новыми качествами.

Синергетика как научное направление находится на начальном этапе своего развития и существует сразу в нескольких вариантах, отличающихся степенью общности и концептуальными особенностями.

В табл. 1.1 приведено сопоставление общей теории систем, кибернетики и синергетики.

Таблица 1.1

Сравнение системных теорий

В чем заключается методологическая особенность синергетического подхода? Во-первых, синергетика направляет внимание исследователя не на существующие явления, а на вновь возникающие. Во-вторых, синергетика, в отличие от классических теорий, за ис­ходное принимает нестабильность, неравновесность, нелинейность. Именно в нестабильном, неравновесном состоянии синергетика обнаружила, что «малые воздействия могут привести к большим след­ствиям». Объектом изучения синергетики являются самоорганизующиеся системы.

Синергетика открывает новую область исследований - управле­ние хаосом и представляет хаос как созидательное начало.С точки зрения синер­гетикипреодолевать хаос следует, не побеждая его, а превращая его в поле, рождающее нововведения. Необходимо научиться управлять, «не управляя», а лишь малым резонан­сным воздействием подтолкнуть систему на один из собственных бла­гоприятных путей развития в нужное место и время, научиться обеспечивать самоуправляемое развитие.

Известно, что в реальных системах резонансное, хотя и слабое, воздействие приводит к большему эффекту, чем сильное, но не согласо­ванное с системой. Традиционный («линейный») взгляд на проблему управления сводил­ся к тому, что чем больше вложишь (энергии, средств, материаль­ных ресурсов и т. д.), тем больше отдача. Однако, как показывает опыт, подобный подход зачастую не эффективен. Например, выделение финансовых средств, не подкрепленное эффективными схемами их освоения, как правило, не приносит ожидаемых результатов. (Так, «забота» об отечественном «автопроме» в форме государственных субсидий не гарантирует соответствующего роста конкурентоспособности автомобилей).

Синергетика пред­лагает другой подход к проблеме управления: существует множество путей развития системы, но необходимо выйти на свой путь развития. Это сохраняет время, усилия и т. п. В резонансном воздействии важна не величина управляющего воздействия, а его правильная пространственная и временная организация. Надо воздействовать на среду в нужное место и время, согласовывать воздействия с особенностями построения собствен­ной структуры системы. Необходимо следовать естественному ходу событий, избегая насилия над системой, ее частями и элементами при принятии решения - это принцип синергетики. Надо не строить и перестраивать, а выводить, инициировать социально-экономические системы на собственные механизмы и пути развития. Отсюда следу­ет важный практический вывод: при выборе путей развития соци­ально-экономических систем необходимо учитывать тенденции дина­мики разнообразных интересов и устремлений личностей и групп [27].

Синергетика на ряде конкретных примеров показала, что для слож­ных систем существуют малые, но очень эффективные организующие и управляющие воздействия. Задача организатора заключа­ется в том, чтобы в нужный момент найти эти малые «параметры порядка», которые обеспечили бы положительную динамику эффективности организации.