Общая теория систем

В отличие от системного метода, возникшего с появлением науки, общая теория систем (ОТС) является продуктом современной эпохи. При этом ОТС следует дифференцировать с системологией. Последнюю можно считать разделом методологии — науки о методах, тогда как ОТС является научным результатом (достижением) системного анализа, т. е. научной теорией, воплотившей результаты предыдущих системных исследований.

Концепция общесистемного подхода была сформулирована австрийским биологом Людвигом фон Берталанфи в 20-х гг. XX в., хотя у него были и предшественники, в том числе — отечественный естествоиспытатель, экономист, философ, ученый-управленец Александр Александрович Богданов (1873— 1928).

В 1927 г. Берталанфи опубликовал книгу «Организмическая концепция», в которой обосновал необходимость исследования не только отдельных органов и частных систем биологического организма (например, нервной системы, мышечной, костной и т. д.), но и целостного организма. Однако это еще не было ОТС. Концепция ОТС, относящаяся к системам любой природы: биологическим, инженерным, общественным и др., главным образом сложным, была утверждена Берталанфи, тогда еще доцентом Венского университета, в своих научных лек циях, прочитанных в Чикагском университете (США) в 1938 г. Текст лекций, вначале принятых прохладно, был позднее напечатан в США в 1945 и 1949 г.

Руководящая идея Берталанфи состояла в том, что сложные системы различной природы, имеющие совершенно разный состав и устройство (например, биологические организмы, отрасли промышленности, города, аэропорты и т. п.), функционируют по общим законам. И, следовательно, знания, полученные при исследовании одних систем, можно переносить на изучение других систем совершенно иной природы. Таким образом, Берталанфи в своих исследованиях воспользовался методом аналогии.

Такое достижение имело важные для естественных и гуманитарных наук последствия. В первую очередь Берталанфи смог помочь биологии, занимающейся системами самого сложного характера. Он проложил путь к использованию в изучении живого методов и результатов физики, химии, математики (особенно математического моделирования), а в будущем — геологии и космологии. Такие достижения вышли далеко за рамки биологии и сформировали общенаучный системный подход.

Системный подход утвердился сначала в биологии, затем перешел в ее прикладную часть — медицину (сначала в психиатрию, потом вовсе другие разделы), в конце концов обосновался в военном деле, космонавтике, языкознании, управлении производством, культурологии, истории и, разумеется, во всех отраслях естествознания. Таким образом, к середине 50-х г. XXв. системный подход в науке стал всеобщим, а в СССР продуктивная разработка научных и хозяйственных применений этого подхода началась с 60-х годов XX в. В настоящее время системные исследования успешно развиваются во всем мире, хотя эйфория от якобы неограниченных возможностей ОТС уже прошла.

Для знакомства с главными положениями ОТС необходимо ввести основные понятия, относящиеся к ней. Кроме приведенного понятия СИСТЕМА, в ОТС используются следующие понятия (определения):

1)ЭЛЕМЕНТ — составная часть системы, которая в условиях рассмотрения считается неделимой. Элементы могут быть одинаковыми или различными.

Примеры: атомы в молекуле; студенты в группе; планеты, кометы, метеоры в Солнечной системе; аксиомы, постулаты, теоремы, уравнения, леммы в математике; и др.

2)ПОДСИСТЕМА — составная часть системы, которая в условиях рассмотрения считается делимой на элементы, по отношению к которым она выступает как система.

Примеры: сердечно-сосудистая система в организме; центр управления полетами на космодроме; отрасль добывающей промышленности; студенческая группа и др.

Подсистем в системе может быть много, они могут быть как «вложенными» одна в другую, так и существовать по отдельности. Но в обоих таких случаях взаимоотношения между элементами, подсистемами и системой всегда носят характер соподчиненности, т. е. «низшее» (элементы) подчиняются «более высокому» (подсистема), которое в свою очередь подчиняется «высшему» (система). При этом вводится понятие уровень организации. Последовательность уровней соподчиненности в системе называется «иерархией» греч. «священная власть»). Последний термин проник в ОТС в XX в. из церковно-христианской терминологии, существовавшей еще в V в. н. э.

3)СРЕДА (внешняя, окружающая) — окружение системы (обычно вещественное), в котором она пребывает и с которым в той или иной степени взаимодействует.

Поскольку среда окружает систему, ее название часто употребляется в сочетании со словами «окружающая», «внешняя» .

Примеры: межклеточная жидкость, окружающая биологические клетки; вакуум по отношению к элементарным частицам; растворитель по отношению к растворенному веществу; производственный цех по отношению к работающим; и др.

Часто употребляется и сводный термин внутренняя среда. Его относят к среде, размещающейся внутри системы (подсистемы). Например, кровь — одна из внутренних сред организма, но она же — внешняя среда для элементов крови: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и др. Таким образом, принципиального различия между внешней и внутренней средами нет, все зависит от условий рассмотрения. Уже упоминавшийся А. А. Богданов в труде «Всеобщая организационная наука» (1927) справедливо отмечал:

" Болезнетворные бактерии размножаются внутри организма, но функционально они — внешняя для него среда" .

Более того, нет также принципиального различия между системой и средой: все опять же зависит от точки отсчета. Среда может рассматриваться как система, тогда бывшая система станет средой. Например, вулканическая лава в сопле вулкана может рассматриваться как система, тогда сопло будет средой. Если же лаву считать средой, тогда сопло станет системой.

Взаимоотношения системы, подсистемы, внешней и внутренней сред и элементов схематически представлены на рис. 1, где для упрощения элементы показаны только в рамках одной подсистемы из шести;

• 4) СОСТАВ — совокупность элементов системы. Он может быть: а) качественным, когда указывается только качественная определенность элементов; например: вратарь, защитники, полузащитники, нападающие в футбольной команде; ионы натрия и хлора в кристалле поваренной соли; б) количественным, когда задается не только качественная определенность элементов, но и их количественное соотношение; например: в физиологическом растворе 0,9%-ной растворенной поваренной соли, 99,1% — воды; в золоте 958-й пробы — 95,8% золота, 2,0% серебра и2,2% меди;
• 5) СТРУКТУРА — взаиморасположение элементов в системе, т. е. фактически внутреннее строение системы в отличие от формы — внешнего строения. Примеры: структуры атома, молекулы, клетки организма, строение Солнечной системы, прибора и др.

Для установления структуры объектов используется структурный анализ. Он может быть разрушающим (изготовление срезов биологических тканей для микроскопии, изготовление шлифов геологических образцов и др.) или неразрушающим (рентгеноскопия грудной клетки, «просвечивание» ультразвуком железнодорожных рельсов для выявления скрытых трещин и т. д.). Выявленную структуру можно регистрировать (например, на фотопленке) или описывать схематически (рис. 2).

Структура совместно с составом системы определяет ее основные свойства (физические, химические, биологические). При одном и том же составе разных систем их структуры могут отличаться, и это влечет изменение свойств. Например, одни и те же атомы углерода С, включенные в молекулярную структуру графита или алмаза, дают совершенно разные свойства этих веществ (цвет, прочность и т. д.);

6) СОСТОЯНИЕ — интегральная характеристика проявления в данный момент времени свойств системы, зависящая от всех особенностей ее структуры и состава. Примеры: состояние солнечной активности в конкретный день; состояние газа в определенном объеме в данный момент времени; предстартовое психологическое состояние спортсмена; болезненное состояние человека в период эпидемии; и др. Для описания состояния существует совокупность характеристик состояния и параметров состояния. Характеристики состояния отражают как бы его характер в данный момент. К таким характеристикам относят:

равновесность и неравновесность состояния;

устойчивость и неустойчивость равновесия;

статичность и динамичность равновесия;

исходное, промежуточное, конечное и текущее состояние и др.

К параметрам состояния относят определенные величины, числовые значения которых в данный момент достаточны для однозначного определения интегрального состояния системы. Например, для 1 моля идеального газа его состояние однозначна задается с помощью уравнения Клапейрона:

Для данного уравнения параметрами состояния системы являются р, V и Т. Из них только две (любые) являются независимыми, третий параметр однозначно устанавливается из приведенного уравнения. Минимальное число параметров, достаточное для описания состояния системы, называется числом степеней свободы системы. У 1 моля идеального газа (как, впрочем, и у постоянной массы газа определенного химического состава) — две степени свободы;

7) ПРОЦЕСС — изменение состояния системы во времени, иногда называемое системным процессом. Примеры: процесс выздоровления больного, химическая реакция (процесс с превращением веществ); физический процесс (без превращения веществ: испарение, плавление и т. д.); внутризвездные процессы; политические процессы; и т. д.

Процесс — одна из форм движения материи, поэтому более подробно эта характеристика системы будет дана в лекции № 9.