Из истории теории систем и системного анализа

К XX в. сложились 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 мышление 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 их решения механическая концепция, превратившаяся в физико-математическую, оказалась недостаточной. Напротив, 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, 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 XVIII—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 мышления между философией и математикой появился спектр дисциплин, которые сочетают средства гуманитарного познания, позволяющего 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 для их выполнения или решения участия специалистов различных областей знаний. Появилась потребность в специалистах «широкого профиля», обладающих знаниями не только в своей сфере деятельности, 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 (N. Wiener) 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». А существующее словосочетание «кибернетический подход» может рассматриваться как первая интегральная концепция естествознания, объединяющая гуманитарное и формальное знания. 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 вначале теорию систем активно развивали философы В. Г. Афанасьев, В. Н. Садовский, В. С. Тюхтин, А. И. Уёмов [15, 73, 82, 83] и др. Ими 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 В. Н. Садовским, А. И. Уёмовым, Ю. А. Урманцевьш, В. С. Тюхтиным и др. был предложен ряд вариантов теории систем. 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 следующие термины:

системотехника, предложенный на основе терминологии переведенной 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 «Системотехника») 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 другими.

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

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 1960;е гг. [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 других авторов), в работах томской школы системных исследований [9, 65] и других школ. В 80-е гг. XX в. дисциплина «системный анализ» была введена в учебные планы вузов нашей страны Ф. И. Перегудовым (заместителем министра высшего и среднего специального образования СССР того периода).

Таблица 1.1

Специальные дисциплины 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 системных исследований, возникших в 70-е гг. XX в., являются следующие:

• 1) ситуационное моделирование или ситуационное управление (см. работы Д. А. Поспелова [68], Ю. И. Клыкова, Л. С. Загадской-Болотовой [80, гл. 7]);
• 2) информационный подход к анализу систем (см. работы А. А. Денисова [1, 5, 6, 33−35]);
• 3) концептуальное метамоделирование, предложенное в 1980- 1990;е гг. в работе В. В. Нечаева [59];
• 4) системология феноменального, развиваемая в работах Б. Ф. Фомина [42 и др.]).

В 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) ввел немецкий физик Г. Хакен при исследовании механизмов кооперативных процессов в лазере. Однако еще раньше, в 1960;е гг., И. Пригожин [69 и 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 происходить разрушения прежней и возникать качественно новые 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 (см. параграф 1.5). 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).

Термин «системный анализ» трактовался в публикациях неоднозначно.

В работе Д. Клиланда и В. Кинга [44] СА определяется как «приложение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием» или со стратегическим планированием и целевой стадией планирования, а Ю. И. Черняк [92] даже подчеркивает, что это методология исследования целенаправленных систем. В работе Э. Квейда СА употребляется как синоним термина «анализ систем» [43], а в работе С. Янга — как «системное управление организацией» [105]. Трактовался СА и как развитие методологии исследования операций, и как «формализованный здравый смысл» (см., например, работу Э. Квейда [43]).

В работах А. А. Денисова, Ю. И. Дегтярева, Н. Н. Моисеева СА ориентирован на использование математических методов [5, 32, 57 и др.]. 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» [57, с. 7].

В то же время уже в первых работах по СА подчеркивалось, что системный анализ — это способ мышления, способ решения проблемы (см. работу С. Оптнера [65]), упрощение сложного (см. работу Ю. И. Черняка [93]) и что математический аппарат вовсе не является неотъемлемой частью системного анализа (см. работу Д. Клиланда и В. Кинга Г44, с. 124].

На основе обобщения различных точек зрения в книгах авторов данного учебника [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 работах авторов учебника эти группы методов названы методами формализованного представления систем и методами активизации интуиции и опыта специалистов);
• 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;
• 5) требует обязательной разработки методики системного анализа, определяющей последовательность этапов проведения анализа и методы их выполнения; методика объединяет методы из групп МАИС и МФПС и требует участия специалистов различных областей знаний;
• 6) исследует процессы целеобразования и занимается разработкой и применением средств работы с целями (в том числе — 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.

Независимо от того, применяется термин «системный анализ» только к формированию целей и функций системы, планированию развития организации или 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 ее этапов в конкретных условиях. И второе важное отличие СА от других направлений системных исследований — работа с целями (их исследование, формулирование, структуризация или декомпозиция). В частности, в одном из определений Ю. И. Черняка [93] подчеркивается, что это методология исследования целенаправленных систем. При этом разработка методики и выбор методов и приемов выполнения ее этапов базируется на использовании понятий и закономерностей теории систем.

В 70-е гг. XX в. возникла еще одна потребность в приложении системного анализа. По мере развития научно-технического прогресса усложняются выпускаемые изделия и технологии производства промышленной продукции, расширяются ее номенклатура и ассортимент, увеличиваются частота сменяемости выпускаемых изделий и технологий, возрастает наукоемкость продукции, растут потребности населения. Все это приводит к усложнению взаимоотношений человека с природой, истощению ресурсов Земли, экологическим проблемам. В результате усложняются процессы управления экономикой, возникает необходимость управления самим научно-техническим прогрессом. На эту проблему впервые в нашей стране в 1960;е гг. 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.

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 стало создание первой методики системного анализа — ПАТТЕРН (характеризуемой в гл. 5), в основе которой лежат формирование и анализ «дерева целей». Были разработаны и другие методики, широко используемые в США правительственными органами и крупными промышленными корпорациями для прогнозирования и управления в условиях ускоряющихся темпов НТП.

В Советском Союзе для решения проблемы управления экономикой Институтом кибернетики Академии наук Украинской ССР под руководством В. М. Глушкова^[2] вначале были 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 1970;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 XX в. на одного конторского работника приходилось 40 рабочих; в 1940 г. — 10; в 1958 г. — 6; а в 1965 — всего лишь 1 рабочий^[3]. 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. XX в. для повышения эффективности управления в СССР 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 документов^[4], 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 разрабатывали прогнозы и основные направления экономического и социального развития страны.

При реализации положений 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 повышается необходимость развития этих методов и приближения их к практическим потребностям.

В табл. 1.1 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 степени 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 основном ориентированы системотехника и кибернетика. Однако инженеры в перспективе становятся руководителями производства, предприятия, и поэтому важно, чтобы они получили необходимые сведения об организационном управлении предприятием, 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 авторы считают эти направления наиболее необходимыми при подготовке инженеров по любым специальностям.

• [1] Адамар, Ж. Исследование психологии процесса изобретения / Ж. Адамар. — М.: Советское радио, 1977.
• [2] Глушков, В. М. Введение в АСУ / В. М. Глушков. — Киев.: Техніка, 1972. — С. 310.
• [3] Жимерин, Д. Г. Автоматизированные и автоматические системы управления / Д. Г. Жимерин, В. А. Мясников. — М.: Энергия, 1979. — С. 591.
• [4] Совершенствование хозяйственного механизма: сб. документов. — М.: Правда, 1982. — С. 251.