Текст
                    М. 3. Згуровский
Н. Д. Панкратова
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ -
ПРОБЛЕМЫ, МЕТОДОЛОГИЯ. ПРИЛОЖЕНИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОГО СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
М.З. Згуровский, Н.Д. Панкратова
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ МЕТОДОЛОГИЯ ПРИЛОЖЕНИЯ
2-е издание, переработанное и дополненное
КИЕВ НАУКОВА ДУМКА 2011
УДК 517.9
В монографии излагаются основы системного анализа как прикладной научной методологии, предназначенной для исследования сложных, междисциплинарных проблем различной природы. С позиции системного анализа даются базовые определения, методологические и теоретические основы формализации и решения междисциплинарных задач, относящихся к различным предметным областям. Предлагаются методы формализации системных задач, приведения их к разрешимой форме в реальных условиях, характеризующихся наличием множества противоречивых целей, различных видов неопределенностей и рисков. Приводятся вычислительные алгоритмы и процедуры решения практических задач междисциплинарного характера для ряда приложений, относящихся к научно-технической и социально-экономической сферам человеческой деятельности.
Для научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся в области теории и приложений системного анализа, принятия решений, стратегического планирования, проектирования, производства и эксплуатации сложных взаимосвязанных систем различного назначения, функционирующих в условиях неопределенностей, множества конфликтующих целей и рисков.
Foundations of system analysis as an applied scientific methodology assigned for research of complex, interdisciplinary, problems of different nature are stated in the monograph. From position of the system analysis the basic definitions, methodological and theoretical bases of formalization and solution of interdisciplinary tasks concerning various subject domains are given. The methods of system tasks formalization, reduction them to solvable form in real conditions described by presence of set of the inconsistent purposes, different kinds of uncertainties and risks are offered. Computing algorithms and solution procedures of the practical interdisciplinary problems for the set of applications in the scientific-technical and socio-economic areas are presented.
The monograph will be useful for scientists, post-graduates and students specializing in the field of theory and application of the system analysis, decision making, strategic planning, designing, manufacture and exploitation of the complex interconnected systems of various assignments functioning in conditions of uncertainties and risks.
У монографп викладено основи системного анагпзу як прикладно! науково! методологи, призначено! для дослщження складних, м1ждисцишинарних проблем pi3Hoi приро-ди. 3 позицп системного анагпзу подано базов! визначення, методолопчш та теоретичш основи формагпзацп й вирАшення м1ждисцишинарних задач, що стосуються р!зних пред-метних галузей. Запропоновано методи формагпзацп системних задач, приведения !х до форми розв’язання в реальних умовах, що харакгеризуються наявшстю велико! китькосп суперечливих цыей, р!зних вшив невизначеностей i ризиюв. Наведено обчислювальш алгоритми i процедури розв’язання пракгичних задач м1ждисцишпнарного характеру для ряду застосувань, що належать до науково-техшчно! та сошально-економ1чно! сфер дн яльносп людини.
Для науковщв, астранпв i студенпв, що спещагизуються в галуз! теорп i викори-стання системного анал!зу, прийняття pimeHb, стратепчного планування, проектування’, виробництва й експлуатацп складних взаемозалежних систем р!зного призначення, що функшонують в умовах невизначеностей, множин конфл!кгуючих цыей i риз и Ki в.
Видання частково здшснене за державным контрактом на выпуск науково! друковано! продукцп
Научно-издательский отдел физико-математической и технической литературы
Редактор В. В. Вероцкая
© М.З. Згуровский, Н.Д. Панкратова, 2011
© НПП «Издательство “Наукова думка”
ISBN 978-966-00-1124-3	НАН Украины», дизайн, 2011
ВВЕДЕНИЕ
^**^5^^Лустд>г1> grtnwmwaiuMirii^wMi<ивтммв|и№№ааж*аи№»—и
Практическая необходимость издания переработанной и дополненной книги обусловлена возрастающей потребностью решения сложных междисциплинарных задач различной природы, возникающих в условиях мировой экономической глобализации, стремительного развития современной техники и технологий, нарастанием угроз свершения природных катастроф и катаклизмов.
Это определяет актуальность и практическую потребность своевременного предвидения, устойчивого развития, прогнозирования и объективного анализа складывающихся социально-экономических, научно-технических и экологических ситуаций и на этой основе выработки эффективных стратегий, направленных, с одной стороны, на их улучшение, а с другой — на адекватное реагирование и предотвращение возможных техногенных и природных аварий и катастроф.
Следовательно, важное значение приобретает создание и использование методологии, освоения теории и практики системного анализа для формирования и многокритериального оценивания эффективных альтернатив сложных решений и стратегий управления в различных сферах практической деятельности человека.
Необходимость создания и изучения методологии системного анализа обусловлена не только стремительным развитием мировой глобализации, высокими темпами совершенствования науки и техники, быстрого развития инновационных и других технологий различного назначения, но и условиями непрерывного нарастания экологических, техногенных и др. угроз. Данные условия и факторы определяют оперативную актуальность и практическую необходимость подготовки специалистов, владеющих аппаратом решения сложных системных задач своевременного предвидения, объективного прогнозирования и системного анализа как складывающихся социально-экономических, научно-технических и других проблем, задач и ситуаций, так и возможных техногенных, экологических, природных и других аварий и катастроф. Следует особо отметить, что эффективность и достоверность своевременного предвидения, объективного прогнозирования, устойчивого развития, системного анализа различных альтернатив возможных сложных решений и стратегий действий в практической деятельности во многом зависит от способности системного исследователя своевременно
3
Введение
освоить и рационально использовать возможности методологии системного анализа.
Данная монография состоит из введения и 12 глав.
В главе 1 обоснована объективная необходимость становления и развития системного анализа как методологии решения постоянно усложняющихся междисциплинарных задач в различных сферах практической деятельности человека. Рассматриваются свойства и особенности предметной области системного анализа. С прагматической точки зрения представлены этапы становления и развития системного анализа как прикладной научной методологии. Первый этап описывает краткую историю развития системного мышления и формирования теоретической основы концептуальной парадигмы системного анализа. На втором этапе рассматриваются особенности и результаты эмпирического развития системного анализа. Третий этап посвящен анализу становления и развития научных основ разработки и производства сложных систем различного назначения. Важной особенностью этого этапа является синхронное развитие теории системного анализа и практики системных исследований. Четвертый этап является действующим современным периодом развития системной методологии. Важнейшими особенностями этапа являются быстрые по темпам и существенные по объемам возрастания различных типов глобализаций мировых процессов. Определяющим принципом системных исследований данного периода становится глобальное видение исследуемых проблем с учетом возрастающих взаимосвязей и взаимозависимостей всех стран и народов мира.
Рассмотрены понятия и свойства системности, определяющей эффективность и результативность субъективного взаимодействия человека с объективным окружающим миром в процессе его практической деятельности. Определена роль и показано место системного аналитика в решении общей задачи системного анализа для реальных систем различного назначения. Обоснованы роль и место системного анализа в науке и практике и его взаимосвязь с другими фундаментальными дисциплинами. Установлены принципиальные отличия системного анализа как научной методологии от аксиоматических дисциплин.
В главе 2 излагаются основные понятия, аксиомы и определения системного анализа. Дана краткая характеристика основных объектов системного анализа: материальные и абстрактные, естественные и искусственные, активные и пассивные. Введены базовые формулировки для типовых объектов системного анализа: система, сложная система, большая система, суперсистема, глобальная система. Рассмотрены примеры различных систем. Представлена содержательная формулировка общей задачи системного анализа. Приведены фундаментальные принципы, которым необходимо следовать при формировании системной методологии и ее практической реализации. Введены концептуальные функциональные пространства для условий и свойств функционирования сложной системы, которые базируются на особенностях процедур раскрытия неопределенностей разной природы целенаправленного анализа сложных систем. Дано понятие сложности как фундаментального свойства задач системного анализа. Рассмотре
4
Введение
ны различные виды сложности. Предложены принципы и приемы разрешения задач трансвычислительной сложности в рамках общей проблемы системного анализа.
В главе 3 приведена общая характеристика свойств и особенностей различных классов формализуемых задач системного анализа. Даны понятия формализуемых и формализованных задач системного анализа. Сложные формализуемые системы представлены как объекты исследования системного анализа. Приведена характеристика уровней задач, решаемых при исследовании сложных формализуемых систем.
На первом уровне осуществляется изучение формализуемой системы как объекта системного анализа, на основе которого решаются задачи сбора, обработки и оценивания информации о системе, а также оперативного и технологического воздействия на процессы получения информации и процессы воздействия на систему.
На втором уровне решаются задачи качественного и количественного анализа и подготовки к принятию решений по целенаправленному изменению поведения формализуемой системы, а также управлению системой натурных испытаний.
На третьем уровне осуществляется приведение к единой платформе разнородной информации количественного и качественного характера, извлечение и представление данных с помощью соответствующих баз данных и знаний, создание экспертных систем и выработка рекомендаций для организационных подсистем формализуемых систем.
На четвертом уровне решается полный комплекс задач, обеспечивающих принятие решений ЛПР (лицо, принимающее решение) на основе данных, знаний и экспертных оценок, полученных на предыдущих уровнях.
В главе 4 сформулированы задачи раскрытия неопределенностей целей, ситуаций и конфликтов. Описаны методы раскрытия неопределенностей целей: линейной свертки, использования технических ограничений, приведения к системе нелинейных уравнений, приведения к чебышевской задаче приближения. Дано понятие рационального компромисса Парето. Приведены методы и приемы нахождения множества Парето. Рассмотрены задачи и методы раскрытия природной и ситуационной неопределенностей: раскрытия неопределенностей при известных характеристиках случайных факторов; раскрытия неопределенностей при неполной информации о случайных факторах. Рассматриваются задачи и методы раскрытия неопределенности в конфликтных ситуациях: задача раскрытия неопределенности активного взаимодействия партнеров и задача противодействия противников, задача многоцелевого взаимодействия партнеров в условиях ситуационной неопределенности, задача многоцелевого активного противодействия противников в условиях ситуационной неопределенности.
Глава 5 посвящена поиску рационального компромисса в задачах раскрытия концептуальной неопределенности. Дано понятие рационального компромисса в условиях концептуальной неопределенности. Предложен подход к восстановлению функциональных зависимостей в задачах раскрытия концептуальной неопределенности. Данная задача отличается принципиальной сложностью от типовой задачи восстановления функцио
5
Введение
нальной зависимости, что обусловлено не только разнородностью исходной информации, но и разнородностью свойств рассматриваемых групп факторов. С целью преодоления трансвычислительной сложности предлагается формировать приближающие функции в виде иерархической многоуровневой системы моделей. Приведен подход к системному согласованию противоречивых целей в задачах поиска рациональных компромиссов. Представлены методы и приемы формирования множества Парето в условиях концептуальной неопределенности. Решены практические задачи, основанные на методологии восстановления функциональных закономерностей и формирования множества Парето в условиях концептуальной неопределенности.
В главе 6 рассматриваются проблемы раскрытия системной неопределенности в задачах взаимодействия и противодействия коалиций. Излагаются основные понятия, приемы и принципы системного анализа активного взаимодействия партнеров, противодействия конкурирующих субъектов. Дается математическая постановка задач при активном взаимодействии партнеров и противодействии конкурентов в коалициях, задача раскрытия неопределенности системного взаимодействия и противодействия коалиций с учетом разных групп факторов риска. Приводятся процедуры формализации целей и стратегии взаимодействия партнеров, противодействия конкурирующих субъектов, взаимодействия и противодействия коалиций. Представлены примеры решения задач взаимодействия и противодействия коалиций с учетом факторов риска.
Глава 7 посвящена решению задач информационного обеспечения практических задач системного анализа. Показано, что для этого класса задач недостаточно только количественного описания информации, принятого в теории информации и смежных дисциплинах. Обосновывается, что в реальных условиях наличия неопределенностей и рисков имеется практическая необходимость описания и оценивания качественных характеристик информации при формализации практических задач системного анализа. Вводятся понятия, определения и формализации качественных показателей информированности ЛПР: полноты, достоверности и своевременности. Предлагается метод решения задач классификации и распознавания ситуаций по интегральному показателю и по частным показателям информированности. Изучаются задачи распознавания ситуации в условиях нечеткости информации и изменения показателей информированности. Приводится решение задачи распознавания и предотвращения критических и катастрофических ситуаций при изменении характеристик информированности ЛПР.
В главе 8 рассматриваются вопросы, связанные с построением структуры и функций сложных многоуровневых иерархических систем. Приводятся принципы и приемы структуризации формализованного описания свойств, структуры и функций такого класса систем. Дается математическая постановка задачи системного анализа сложной многоуровневой иерархической системы, предлагаются общая стратегия ее решения и структура обобщенного алгоритма структурно-функционального анализа. Приводится математическая постановка задачи выбора структуры и функциональных элемен
6
Введение
тов сложной многоуровневой иерархической системы, а также предлагается метод и анализируются приемы и процедуры ее решения.
Предлагается подход к решению задачи системной структурной оптимизации сложных конструктивных элементов современной техники, базирующийся на целенаправленном выборе функциональных элементов каждого иерархического уровня. Дается решение задачи системной параметрической оптимизации, позволяющей найти рациональный компромисс противоречивых требований к прочности, надежности, технологичности, технико-экономической эффективности конструкции. Приводятся практические примеры решения задач для указанного класса систем.
В главе 9 излагаются основные понятия, приемы и принципы системного анализа многофакторных рисков в условиях неопределенности. Предлагается общая постановка задачи системного анализа многофакторных рисков. На основании приема декомпозиции данная задача представляется в виде системно согласованной по целям, срокам и ожидаемым результатам последовательности задач. Рассматривается подход к формированию концептуальных основ методологии системного анализа и прогнозирования рисков для задач управления безопасностью сложных технических систем. Предлагается новый принцип своевременного обнаружения и устранения причин возможного перехода работоспособного состояния объекта в неработоспособное состояние на основе системного анализа многофакторных рисков нештатных ситуаций, достоверного оценивания ресурсов допустимого риска различных режимов функционирования сложного технического объекта и прогнозирования основных показателей живучести объекта в течение заданного периода его эксплуатации.
Предлагается аппарат системно согласованного решения задач обнаружения, распознавания, прогнозирования и минимизации рисков нештатных, критических, чрезвычайных ситуаций, аварий и катастроф. Возможности методов и приемов продемонстрированы на примерах решения задач классификации, распознавания, ранжирования ситуаций риска.
Глава 10 посвящена проблемам системного согласованного управления работоспособностью и безопасностью сложных иерархических систем в реальных условиях их функционирования, характеризующихся наличием неопределенностей и рисков. Предложены основные виды управления, включающие такие процессы, как преобразование свойств, структуры, развития, назначения определенных действующих перспективных или неперспективных видов практической деятельности, а также формирование и принятие решений по оцениванию, планированию и реализации новых перспективных направлений. Сформулирована общая задача управления сложной многоуровневой иерархической системой в условиях многофакторных рисков и предложена стратегия ее решения. Дано решение задачи управления безопасностью и функционированием сложной технической системы в процессе перехода штатного режима в нештатный на примере авиационного двигателя.
Предложена формализация и реализация системной стратегии гарантированной работоспособности и безопасности функционирования слож
7
Введение
ного технического объекта как единого комплекса ее методологии и инструментария технической диагностики в процессе эксплуатации объекта. С привлечением разработанного инструментария системно согласованного решения задач обнаружения, распознавания, диагностики, прогнозирования и минимизации рисков нештатных ситуаций реализованы практические задачи функционирования СТС в реальном режиме времени.
Приводится технико-экономический анализ функционирования сложной многоуровневой иерархической системы в условиях многофакторных рисков, в рамках которого рассматриваются различные аспекты анализа и оценивания технико-экономической эффективности сложных систем разной природы.
В главе 11 систематизированы и унифицированы наиболее эффективные практические приемы и методы решения задач технологического предвидения. Приведены примеры региональных и национальных программ технологического предвидения. Обоснованы место и роль экспертного оценивания в методологии предвидения, создания сценарного анализа как основы предвидения. Предложены методологические и математические принципы предвидения, методы и приемы разработки и реализации его стратегии, которые открывают новые возможности повышения эффективности инновационной деятельности. Для построения сценариев будущего разработан инструментарий в виде человеко-машинной информационной платформы сценарного анализа, которая представляет собой комплекс математических, программных, логических и организационных средств для определения последовательности применения отдельных методов, взаимосвязей между ними и в целом формирования самого процесса предвидения. Разработанный инструментарий позволяет повысить оперативность принятия и реализации стратегически важных решений в процессе управления инновационным развитием предприятий и отраслей промышленности. Рассмотрены практические примеры применения методологии технологического предвидения.
В главе 12 предложена система факторов (индексов и индикаторов) и разработана новая метрика для измерения процессов устойчивого развития (МИУР) с целью глобального моделирования указанных процессов в контексте качества и безопасности жизни населения. Для моделирования были использованы исходные данные, представленные авторитетными международными организациями. С использованием МИУР было проведено исследование влияния совокупности глобальных угроз и мировых конфликтов на устойчивое развитие. Сделана попытка предвидения следующего конфликта, названного «конфликтом XXI столетия», и выполнен анализ его природы и главных характеристик: продолжительности, основных фаз течения и интенсивности. Определена система глобальных угроз, которые порождают этот конфликт. С использованием метода кластерного анализа определено влияние этих угроз на различные страны мира. Высказаны предположения о возможных сценариях развития мирового сообщества в процессе указанного системного конфликта и после его завершения.
__ _ Глава 1	„
ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Выдающиеся достижения XX века — создание космической отрасли и освоение космоса; разработка и массовое внедрение вычислительной техники, информационных технологий и мировой сети Интернет, быстрое развитие и широкое применение авиации, исследование ядерных процессов, освоение и развитие атомной энергетики, стремительное развитие наукоемких технологий и технического оснащения в различных отраслях производства и обслуживания, включая медицину, фармакологию, генную инженерию, ряд других выдающихся достижений научно-технического прогресса вошли в историю цивилизации как триумфальный итог согласованной деятельности науки, образования и промышленности.
Во все эти достижения внесли свой весомый вклад различные науки многих областей знаний и разных исторических периодов. Это были науки, история которых начиналась в Древнем мире, и науки, формирование которых только началось в XX веке. К последним, наряду с другими новейшими направлениями, такими как кибернетика, исследование операций, общая теория систем, системотехника, теория принятия решений, теория оптимизации, относится и системный анализ.
1.1. Становление и развитие системного анализа
Для правильного понимания роли и объективной оценки значения системных исследований и системного анализа в различных сферах практической деятельности человека необходимо иметь четкий и обоснованный ответ на вопрос: «Являются ли идеи и принципы системности порождением преходящей моды в науке или процесс становления и развития системного анализа является объективной необходимостью?»
Во второй половине XX века дать ответ на выше поставленный вопрос пытался один из основоположников принципов системности Л. фон Бер-таланфи [11]: «Если мы хотим правильно представить и оценить современный системный подход, то саму идею системности имеет смысл рассматривать не как порождение преходящей моды, а как явление, развитие которого вплетено в историю человеческой мысли». Однако данная фраза оставляет без ответа два очень важных вопроса. Во-первых, какие обстоя-
9
Глава 1. Предметная область системного анализа
тельства наводят на размышления о «преходящей моде»? Во-вторых, что связывает «идею системности» и «историю человеческой мысли»?
Ответ на первый вопрос достаточно прост. Периодическим дискуссиям способствовала ситуация в науке, которая сложилась во второй половине XX века. С одной стороны, на переднем плане научных исследований оказались работы, объединенные общим названием «системный анализ» [132]. С другой стороны, в повседневной жизни проявилась интересная особенность: «Каждый, кто захотел бы проанализировать наиболее употребительные современные понятия и общепринятые выражения, обнаружил бы в начале списка слово «система». Понятие система распространилось во всех сферах науки и проникло в повседневное мышление, в разговорную речь и средства массовых коммуникаций» [10]. Результатом этого стало не только появление бесчисленного количества публикаций, Проведения конференций, симпозиумов, но и разное, порой неоднозначное, понимание и толкование таких основных понятий, как «система», «системность», «системный подход», «системный анализ», «системное мышление», что невольно наводит на мысль о преходящей моде [240].
Такая же ситуация сохраняется и в начале XXI века. Как и раньше, обнаруживаются существенные разночтения и разногласия в трактовке многих практически важных понятий и определений, что характерно даже для тех авторов, которые непосредственно участвуют в системных исследованиях или являются сторонниками системной методологии. Отсутствие общепринятого понимания многих ключевых положений и проблем системного анализа, в частности, сущности и специфики системных исследований, их направленности и места в современной науке, а также невысокие потенциальные возможности и неустранимые ограничения различных подходов и методов системного анализа, разнообразие их применения в соотношении с методологиями иных дисциплин свидетельствуют, что процесс формирования системного анализа как научной дисциплины еще не завершен, его направления окончательно не сформировались.
Предметная область системного анализа формируется как сложное многоуровневое множество разной природы и разных видов и классов систем с разнообразными свойствами и отношениями между ними. Она настолько широка, что не подлежит строгой и однозначной классификации и упорядочиванию.
Предмет целей изучения и аппарат исследования как совокупность знаний, описаний, объяснений и предсказаний свойств, возможностей, процессов и явлений, происходящих в современных системах различного назначения, еще четко не формализованы и однозначно не определены.
Методы системного исследования как способы или пути практического или теоретического познания явлений и закономерностей функционирования и развития сложных систем являются весьма разнообразными и не ограничиваются какими-то рамками.
В настоящее время можно говорить лишь о формировании системного анализа как научной методологии или совокупности методов и путей изуче
10
1.1. Становление и развитие системного анализа
ния структуры, логической организации, свойств и характеристик поведения и развития сложных систем. К сожалению, все еще отсутствует общепринятое понимание многих ключевых понятий проблематики и методологии системного анализа, особенности и свойства объектов системных исследований, условия формализации и решения системных задач.
Вместе с тем поражает факт чрезвычайно широкого и быстрого распространения системных исследований в самых разнообразных областях науки и практики. Это подтверждают высокие количественные и качественные показатели темпов развития системных исследований на протяжении более 50 лет [10, 12-14, 40, 43-45, 76, 104, 107, 119, 132, 134, 187, 191, 193, 194, 240, 247, 253, 260, 264, 276-278, 283-285]. Тенденция расширения указанной проблематики сохранилась и в XXI веке. Идеи и возможности системной методологии привлекли внимание специалистов из таких структурированных предметных областей, как медицина, экология, социология, финансовая сфера и другие области знаний. Существует множество примеров, когда системное мышление, системная методология и системный анализ успешно выдержали испытания при решении сложных и практически важных задач и обеспечили возможность получения выдающихся качественно новых результатов.
Ответ на вопрос, который связывает «идею системности» и «историю человеческой мысли», не столь очевиден, и потому необходимы определенные пояснения. Прежде всего, следует обратить внимание на то обстоятельство, что идею системности в цитируемой фразе рассматривают не как ординарное событие в жизни общества, а как явление, «вплетенное в историю человеческой мысли». Потому следует выявить причины и факторы, которые предопределяют столь высокую значимость идеи системности. Далее необходимо определить сущность и новизну системного мышления, его практическое значение как своеобразного вклада идей системности в развитие человеческой мысли. Оценка мировоззренческой роли системного мышления как антитезы классическому рационализму и механицизму и обусловленные им достижения в развитие человеческой мысли приведены в [195]. Однако для успешного решения реальных системных задач решающее значение имеет иная, прагматическая роль системного мышления. Потому так важно выполнять дальнейшие исследования процесса становления и развития системного анализа с прагматической точки зрения.
Анализ развития науки в целом свидетельствует, что результативность каждой научной дисциплины определяют такие группы факторов:
♦	актуальность, научная и практическая значимость проблематики;
♦	научный уровень и практические возможности теоретического и методологического инструментария исследования;
♦	способность исследователя освоить соответствующую теорию и методологию, умение рационально использовать и совершенствовать применяемые средства.
В процессе становления и развития науки перечисленные группы факторов непрерывно изменяются, уточняются, совершенствуются на основе
И
Глава 1. Предметная область системного анализа
взаимного стимулирования и рационального согласования потребностей практики и возможностей науки. Развитие осуществляется в форме своеобразного тандема: новые задачи практики стимулируют развитие науки, а новые достижения науки создают возможность для решения новых практических проблем, расширения сферы исследований, разработки изделий и технологий.
Следовательно, теоретическую значимость и практическую полезность научной дисциплины определяют как уровень возможностей каждой группы факторов, так и уровень взаимного согласования их возможностей. Опыт показывает, что реализация новых идей и технических решений зависит от возможности науки и способности исследователя формализовать и решать соответствующие задачи проектирования, а также от возможностей промышленных технологий реализовывать проект и создавать изделие с требуемыми показателями качества.
Необходимо отметить особую значимость процедуры формализации задач, в частности, во время реализации инновационных идей и технических решений, проектирования новых образцов техники, которые не имеют аналогов и прототипов. Такие задачи характеризуются концептуальной неопределенностью, которую понимают как единую систему неизвестности, включающую: неоднозначность и противоречивость требований к изделию; противоречивость целей и неоднозначность условий применения изделия; неопределенность и непредсказуемость возможных действий конкурентов; неограниченность и непрогнозируемость множества ситуаций риска на различных стадиях жизненного цикла изделия.
Раскрытие концептуальной неопределенности является системной задачей [139], поскольку раскрытие всех видов неопределенности должно выполняться на основе единых принципов, критериев и целей. Сложность задач и трудности их решения обусловлены неопределенностью множества альтернатив и критериев выбора [46]. Потому результаты полностью зависят от способностей и умения исследователя решить эту проблему. Отсюда следуют важнейшие особенности системного исследователя:
♦	способность к самооцениванию и самоадаптации — должен знать, как использовать то, что он знает; понимать, какие еще сведения необходимо получить; как и где узнать о том, чего он еще не знает;
♦	умение оценить и сформировать аппарат исследования — должен знать, как для достижения целей исследования можно использовать имеющийся инструментарий; понимать, что необходимо дополнительно делать то, чего с помощью имеющегося инструментария реализовать невозможно; быть способным определить, с использованием каких дополнительных инструментальных средств можно выполнить то, чего не может реализовать имеющийся инструментарий;
♦	способность к оцениванию и формализации задачи — должен знать, как использовать для формализации задачи то, что априори известно; уметь оценить, насколько для формализации задачи необходимо, возможно и целесообразно раскрытие имеющейся неопределенности; быть способ
12
1.1. Становление и развитие системного анализа
ным выявить, что обязательно следует сделать для раскрытия неопределенности во время формализации и решения задачи.
Чтобы удовлетворить эти требования, исследователю недостаточно только формально овладеть системной методологией и научиться рационально использовать ее на практике. Он должен коренным образом изменить не только свое отношение к деятельности, но и принципиально изменить стиль мышления, а именно, овладеть принципами и приемами системного мышления.
Далее принимаем во внимание, что в настоящее время, несмотря на неограниченный диапазон применения термина «системное мышление», отсутствует общепризнанное, развернутое определение данного понятия, хотя в литературе предложено множество частичных интерпретаций его существенных признаков [192, 222, 268, 281, 354]. В дальнейшем в это понятие будет вкладываться следующий смысл: системное мышление — это высшая форма человеческого познания, в которой процессы отображения объективной реальности базируются на целостном представлении изучаемого объекта с позиции достижения поставленных целей исследования на основе знаний, опыта, интуиции и предвидения. Принципиально важная деталь данного определения — зависимость границ объекта исследования от поставленных целей.
На этой основе один и тот же физический объект, например, самолет, может быть единственным объектом определенного системного исследования, а может быть лишь некоторой составной частью объекта, в качестве которого, например, выбран аэропорт. Более того, из физического объекта, например, из самолета, можно выделить определенный функциональный элемент, допустим, авиационный двигатель, который может быть единственным объектом системного исследования в процессе разработки, испытаний и эксплуатации.
Следует также заметить, что системное мышление становится важнейшим фактором в достижении успеха в различных сферах практической деятельности [252, 268].
Указанные обстоятельства определяют необходимость и целесообразность рассмотрения истории, тенденций и перспектив развития методологии системного анализа и системных исследований. Подобный обзор целесообразно осуществлять с учетом таких важных составляющих развития этой методологии:
♦	становление и развитие идей системности как основы системного мышления;
♦	развитие системного представления об объектах исследования;
♦	развитие средств и методов решения практических системных задач.
Следует отметить, что такое ограниченное количество рассмотренных научных направлений системных исследований и их общие формулировки обусловлено наличием нечетких границ системных исследований, размытостью определений основных понятий: системные исследования, системный подход, системный анализ, системное мышление.
13
Глава 1. Предметная область системного анализа
Перечисленные направления развития системного анализа являются взаимосвязанными и отражают разные стороны общего процесса системных исследований, хотя их появление не было одновременным, а их взаимосвязь и взаимозависимость проявились, собственно говоря, только во второй половине XX века, в процессе решения практических системных задач.
В становлении и развитии системного мышления важная роль принадлежит фундаментальным научным открытиям, историю которых принято отсчитывать [11, 195] с постулата Аристотеля: «Целое больше суммы своих частей», что в современном понимании отражает сущность супераддитивного закона сложных систем. Не углубляясь в многовековую историю, рассмотрим процесс становления и развития идей системности и системного мышления в ближайшем прошлом. В первую очередь, отметим фундаментальные научные открытия, которые сформировали предпосылки становления и развития системного мышления. В истории науки последних столетий, в соответствии с [128], можно выделить три основных уровня познания окружающего мира.
♦	Первый уровень. Создание основ современной физики и механики. К этому уровню относятся открытия И. Ньютона, Г. Галилея, М.В. Ломоносова, А. Пуанкаре, А. Эйнштейна. Обобщение идеи движения, возникшей в Древней Греции, и превращение ее в стройную математическую теорию ньютоновской механики стало началом нового этапа в развитии естественных наук, заложило фундамент методологии многофакторного анализа состояния и развития эволюционных физических процессов и явлений, на основе которой со временем была создана современная техносфера.
♦	Второй уровень. Создание основ дарвинизма, перенесение идеи движения, непрерывной изменчивости в область живой материи. Идея движения была положена в основу новых представлений о развитии природы. Важнейшей особенностью этой парадигмы является качественное изменение во времени свойств развивающихся объектов, что принципиально отличает процессы развития от всех других динамических процессов. Такие ключевые для понимания эволюции и ее основных процессов и свойств понятия, как наследственность, изменчивость, отбор, создали основу современного представления о природе развития живого, определили исходные позиции в методологии биохимических и физиологических исследований, заложили фундамент многофакторного анализа состояния и эволюционных процессов современной биосферы.
♦	Третий уровень. Выявление единства всех эволюционных процессов, происходящих на Земле (химических, биологических, физических, социальных и пр.), в развитии живой природы и человеческого общества. Первый принципиально важный шаг в данном направлении сделал В.И. Вернадский в 30-х годах XX века, в период, когда формировались основы его учения о ноосфере [21]. Ученый выявил системность взаимосвязей различных эволюционных процессов в масштабах нашей планеты, их зависимость от процессов, которые происходят во Вселенной.
14
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
Выводы учения В.И. Вернадского имеют четко выраженную практическую направленность. Так, одним из главных выводов является утверждение о том, что на определенном уровне развития цивилизации возможен такой уровень взаимодействия человечества с Природой, при котором его потребности в ресурсах превысят возможности Природы. Для разрешения такого противоречия необходимо, по мнению В.И. Вернадского, чтобы человечество осознало практическую необходимость принятия на себя ответственности за дальнейшую эволюцию планеты; в противном случае у человечества не будет будущего.
Таким образом, указанные фундаментальные достижения в познании Природы можно рассматривать как начальные ступени к пониманию практической необходимости системного восприятия мира и системного мышления. Первые два достижения подготовили фундамент для последующего — системного понимания явлений, происходящих на планете, как составной части процессов Вселенной.
Основные утверждения и выводы учения о ноосфере В.И. Вернадского впервые ставят вопросы о системности процессов Вселенной, определяют по существу потребность в системном осмыслении развития цивилизации и эволюции планеты Земля, рассматривают практические системные проблемы глобального масштаба. Поэтому с полным основанием можно считать учение В. И. Вернадского первоисточником прикладного системного мышления.
Приведенный на примере фундаментального научного открытия процесс становления и развития идей системности и системного мышления дает ответ на вопрос относительно связанности «идеи системности» и «истории человеческой мысли».
1.2.	Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
Далее кратко рассмотрим основные вехи истории становления и развития системного анализа в недалеком прошлом, а именно в пределах XX века. Прежде всего, следует заметить, что здесь не ставится цель провести подробный анализ работ, которые формировали современные основы системного анализа. Наша цель состоит в следующем:
♦	отобразить роль и значения тех научных результатов, которые обусловили появление и становление системного анализа, и тех факторов, которые определили содержание основных направлений и этапов его развития;
♦	показать состояние и тенденции развития системной проблематики и методологии в современных условиях.
Полагаем, что для достижения поставленной цели целесообразно выполнить анализ с учетом состояния и тенденции развития других важнейших направлений науки и техники, которые оказали существенное воздействие на развитие цивилизации в рассмотренный период. Учитывая, что в XX веке в мире произошло достаточно много кардинальных политических,
15
Глава 1. Предметная область системного анализа
экономических, структурных и других изменений, ограничимся рассмотрением тех процессов второй половины XX века и начала XXI века, которые оказали прямое или косвенное воздействие на состояние и тенденции развития системной проблематики и методологии.
Выделим четыре этапа формирования системного анализа как прикладной научной методологии [142].
Первый этап становления системного анализа относится к первой половине XX века и является периодом появления и формирования основных идей системного мышления, основные исторические источники которого приведены ниже. Принимая во внимание введенное определение системного мышления, полагаем целесообразным за основу важнейших, основополагающих работ использовать перечень, который предложен в работе [195], но дополнить его трудами В.И. Вернадского, важная роль и практическое значение которых для становления и развития системного анализа показаны раньше. Работы ученого, на наш взгляд, должны занимать видное место в списке не только по хронологии, но и по их практической значимости.
В итоге получим такой перечень фундаментальных учений (в скобках указаны соответственно годы выполнения работ по тематике и даты первых авторских публикаций): «Учение о биосфере и ее постепенный переход в ноосферу» [21] Владимира Ивановича Вернадского (1893—1918); «Общая организационная наука, или текстология» [15] Александра Александровича Богданова (1913—1929); «Общая теория систем» [9] Людвига фон Берта-ланфи (1934—1949); «Кибернетика или управление и связь в животном и машине» [355] Норберта Винера (1948); «Праксеология» [281] Тадеуша Ко-тарбинского (1930—1940).
Роль, место и значение трудов А. А. Богданова, Л. фон Берталанфи, Н. Винера, Т. Котарбинского в становлении и развитии идей системности и системного мышления достаточно детально проанализированы в работе [195]. Поэтому отметим лишь наиболее важные детали анализа и сделаем выводы. Начнем с монографии А.А. Богданова, которая отличается от других глубоко системным содержанием. Ее идеи и понятия основаны на постулате: «Неотъемлемое и наиболее существенное свойство всеобщей организационной науки — это ее системность». Автора монографии можно по праву считать основоположником системного мышления относительно формирования такого представления об объектах системного исследования, которое позднее было принято в качестве общей теории систем.
Праксеология Т. Котарбинского задумана и реализована как общая теория рациональной деятельности. И хотя системная ориентация работы не вызывает никаких сомнений, но доказательств и подтверждений ее воздействия на формирование системного мышления не обнаружено. Отсутствуют также явные доказательства взаимной исторической зависимости системных парадигм текстологии, кибернетики, общей теории систем и прак-сеологии. Однако эти факты не означают, что идеи А.А. Богданова и Т. Котарбинского забыты и не нашли практического применения в системном анализе. Монографии ученых были переизданы во второй половине
16
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
XX века, благодаря чему их основные идеи нашли применение на практике, в частности в сфере решении системных проблем организационного управления.
В становлении и развитии системного мышления общепризнанно важными и практически значимыми являются фундаментальные работы Людвига фон Берталанфи [9] и Норберта Винера [355]. Ученые, независимо один от другого, предложили новую идею, сущность которой состоит в переходе к исследованию общих свойств, характерных для различных типов объектов. Следует обратить внимание на различие позиций, с которых они определяют необходимость исследования общих свойств различных типов объектов.
Л. фон Берталанфи рассматривал вопрос с позиции общности принципов построения и структурных свойств различных типов систем, а Н. Винер отдавал предпочтение позиции общности принципов и особенностей управления разными типами сложных объектов, в частности у субъектов живого мира и объектов техники различного назначения. И эти подходы достаточно долго развивались независимо. Вместе с тем оба ученых имеют непосредственное отношение к системным исследованиям. Например, при разработке сложных технических систем одинаково важно создать рациональную многоуровневую иерархическую структуру изделия и обеспечить как системно согласованное управление на стадиях проектирования, производства, исследования изделия, так и рациональное управление созданной системой в процессе ее эксплуатации.
При этом задачу формирования структуры и вида изделия и задачу обоснования целей и функций управления требуется рассматривать в такой системной постановке, которая учитывала бы взаимосвязь, взаимозависимость и взаимодействие в замкнутой структуре целостного объекта исследования: человек <=> изделие <=> внешняя среда <=> человек. Необходимость формирования такой структуры обусловлена тем, что внешняя среда определяет условия эксплуатации изделия, а человек является разработчиком, производителем и (или) пользователем изделия. Отсюда следует практическая необходимость системного согласования решений соответствующих системных задач на стадии концептуального проектирования изделия. Системная согласованность по целям, ресурсам, срокам и ожидаемым результатам должна обеспечиваться на основе взаимного, рационального компромисса противоречивых целей разработки изделия. Такое целостное представление объекта системного исследования полностью соответствует идеи В.И. Вернадского о системности взаимодействия, взаимосвязей и взаимозависимости разнородных процессов на планете.
Выполненные независимо исследования В.И. Вернадского, Л. фон Берталанфи и Н. Винера дали начало единой идейной базе для формирования принципиально новой фундаментальной парадигмы в науке, концептуальная новизна которой заключается в переходе:
♦	от исследования конкретных свойств объектов определенного типа (физические, химические, биологические, экономические^ т. д.) к иссле
2-11-912
17
Глава 1. Предметная область системного анализа
дованию общих свойств, которые характерны для объектов различной природы;
♦	от исследования свойств и особенностей процессов определенного вида к исследованию структуры, свойств, и особенностей взаимосвязей, взаимозависимости и взаимодействия разнородных процессов;
♦	от исследования свойств отдельных объектов определенного типа к исследованию свойств и структуры взаимосвязей, взаимозависимости и взаимодействия разнотипных объектов.
Эти признаки новизны позднее в определенной степени были реализованы в форме основных принципов теории системного анализа, и потому приведенную парадигму можно называть теоретической парадигмой системной методологии.
Таким образом, первый этап становления системного анализа был периодом появления и формирования системного мышления, главные теоретические источники которого создавались независимо один от другого. Этот этап принадлежит к первой половине XX века и характеризуется независимым появлением, распространенными во времени публикациями философских и методологических идей, принципов, подходов, которые позднее стали основой нового научного направления, названного «системный анализ».
Важнейшим итогом первого периода следует считать создание идейной базы для формирования новой фундаментальной парадигмы в науке. Основные идеи этой парадигмы, которые отображают ее разные аспекты, независимо представлены в работах В.И. Вернадского, Л. фон Берталанфи и Н. Винера. Работы последних двоих были опубликованы в конце первой половины XX века, и этим событием был завершен процесс создания главных теоретических основ системного мышления. Таким образом, первый этап является этапом формирования теоретического базиса системного мышления.
Второй этап становления системного анализа формировался в период чрезвычайных условий, связанных с нарастающей военной угрозой 30-х годов и почти глобального театра боевых действий Второй мировой войны в 40-х годах XX века. Тогда во многих странах появилась необходимость в оперативном решении очень сложных междисциплинарных задач повышения обороноспособности. Этот этап характеризуется качественно новыми свойствами решаемых задач и принципиально важными условиями, в которых осуществлялось их решение. К их числу относятся концептуальная неопределенность, неструктурированность, WP-сложность и стратегическая важность реальных задач; высокая цена ошибочного или недостаточно обоснованного решения, которая соответствует катастрофическим последствиям стратегического уровня; наличие неустранимого, априори неизвестного порогового ограничения времени на цикл формирования и реализацию стратегических решений, нарушение которого может иметь катастрофические последствия.
Особо следует отметить значимость концептуальной неопределенности в проблемных ситуациях, которые касаются разработки и серийного про
18
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
изводства новой техники при наличии порогового ограничения времени на цикл формирования и реализации решений. Подобные ситуации были характерны для начального периода Великой Отечественной войны, и о них со знанием дела написал выдающийся советский авиаконструктор А.С. Яковлев [244]. В этих условиях понятие концептуальной неопределенности дополнялось следующим важнейшим фактором — неопределенность и непредсказуемость возможного активного противодействия противника. Исключительно важным фактором проблемной ситуации является пороговое ограничение времени на формирование и реализацию решений, что обусловлено стремлением каждой из противоборствующих сторон обеспечить превосходство в стратегически важном виде техники. Как известно, превосходство достигается за счет изготовления большего количества соответствующей техники, которая на определенный момент времени имеет наилучшее качество.
Перечисленные выше факторы создали следующие принципиально важные особенности и условия решения реальных задач:
♦	необходимость обеспечения системной согласованности относительно целей, сроков и ожидаемых результатов процедур формализации и решения междисциплинарных задач на всех стадиях жизненного цикла изделия при наличии множества взаимосвязей, взаимозависимостей и взаимодействий разнотипных факторов;
♦	обострение противоречия между необходимостью исследования большого количества факторов и требованием сокращения времени на формирование и реализацию решений на всех стадиях жизненного цикла изделия;
♦	резкое повышение степени и уровня риска, обусловленного принятием недостаточно обоснованных или ошибочных решений на различных стадиях жизненного цикла изделия.
В связи с этим возникла практическая потребность в формировании системного инструментария, который бы в условиях концептуальной неопределенности позволил обеспечить возможность решения реальных системных задач в допустимый срок и с практически приемлемой погрешностью. Такая возможность может быть реализована в том случае, когда инструментарий будет формироваться на основе системы взаимно согласованных по целям, срокам и ожидаемым результатам методологических средств:
♦	множества предположений, подходов, приемов и других средств формализации задач;
♦	множества показателей, критериев, приемов и других средств оценивания качества и эффективности решения задач;
♦	множества подходов, методов, методик, алгоритмов, программ и других средств решения задач.
Необходимость разработки такого инструментария следовала из сложившейся на тот период ситуации: подходы, приемы и методы решения различных задач при разработке новой техники и разработанные к тому времени приемы, модели, методы исследования операций не соответство
2*
19
Глава 1. Предметная область системного анализа
вали новым требованиям и условиям из-за свойственных им ограничений. Потребовались новые подходы, которые обеспечивали возможность: анализировать с позиции поставленных целей, как единый, целостный объект, всю совокупность требований, условий и возможностей разработки заданного изделия новой техники; на основе результатов анализа требований формировать концепцию, замысел, структуру и облик разрабатываемого изделия; на основе концепции выполнять формализацию и решение системно согласованной совокупности реальных системных задач разработки изделия в практически допустимые сроки с практически приемлемой погрешностью.
Условия рассматриваемого периода исключали возможность разработки необходимого инструментария на основе предварительного теоретического обоснования. Кроме этого, они диктовали свои, более жесткие, требования как к новой технике, так и к организации деятельности разработчиков, испытателей и производителей. На практике, как показано в [244], на главного конструктора военной техники определенного типа возлагалась вся ответственность не только за разработку, исследования, серийное производство нового образца техники, но и за устранение дефектов и недостатков, выявленных в процессе его применения, за организацию совместной деятельности коллективов разработчиков, испытателей, производителей, в частности кооперации предприятий производителей готовых изделий, материалов и комплектующих.
Деятельность коллективов системно согласовывалась по целям, задачам, срокам и ожидаемым результатам. Перед каждым коллективом возникала потребность оперативно сформировать собственную методологию решения реальных междисциплинарных задач с учетом их специфики. Формирование осуществлялось эмпирически на основе опыта, знаний, интуиции и предвидения сотрудников соответствующего коллектива с использованием коллективного системного мышления и метода индивидуальной генерации идей и технических решений, который позднее получил название «метод мозгового штурма». Главным результатом деятельности такой кооперации должно стать достижение превосходства в стратегически важном виде военной техники.
Очевидно, что рекордные темпы и уникальное качество изделий того периода могли быть получены только при системно согласованной, планомерной деятельности кооперации коллективов ученых, разработчиков, испытателей, производителей определенного вида техники, что требовало системно согласованного решения ряда реальных многоцелевых, междисциплинарных организационных и технических задач. Достижение такого успеха стало возможным благодаря общей работе специалистов разных областей, в том числе математиков, инженеров, ученых, которых намного позднее стали называть системными аналитиками.
Со временем в отраслях военно-промышленного комплекса накапливался опыт системно согласованного решения реальных междисциплинарных задач в режиме жесткого лимита времени. Такой опыт в авиапромыш
20
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
ленности был обобщен, и в 1940 г. было издано «Пособие для конструкторов» [244].
К сожалению, разработанные и апробированные на практике методологические средства решения сложнейших организационных и технических системных задач были известны только узкому кругу специалистов. Практический опыт системных аналитиков в решении системных задач концептуальной неопределенности в условиях жесткого лимита времени не стал достоянием широких масс специалистов и ученых различных отраслей науки и техники, ведь условия военного времени исключали возможность открытой публикации результатов оригинальных теоретических и научно-технических достижений. Вместе с тем, определенный опыт системных аналитиков, основные идеи и принципы апробированных эмпирических средств в дальнейшем были обобщены в единый метод, который получил название метода программно-целевого планирования. В СССР в годы Отечественной войны его использовали во время разработки целевых программ выпуска военной техники, а в дальнейшем — во время разработки государственных пятилетних планов, государственных и ведомственных целевых программ.
Подобные задачи решались и в других странах. Так, командование ВВС США вскоре после начала Второй мировой войны поставило перед Гарвардскими курсами деловой администрации задание в течение года найти вариант решения задачи относительно увеличения состава ВВС от 4 тыс. боевых самолетов и 300 тыс. человек личного состава до 80 тыс. самолетов и 2,5 млн человек личного состава при условии, что затраты не превысят 10 млрд долларов [134]. В послевоенный период это был один из первых примеров публикации в открытой прессе реальных данных относительно разработки и применения системного подхода для решения задачи, связанной с развитием вооруженных сил государства.
Принято считать [134], что при решении этой задачи впервые были применены определенные приемы, подходы и методики, которые стали основой системного анализа. Заслуга в его широком применении и его широкая популяризация в США принадлежит корпорации RAND (Research and Development), которая была создана в 1947 г. В тот же год начался процесс централизации руководства обороной страны — был создан Объединенный комитет начальников штабов. Начиная с 1948 г. в различных ведомствах США внедряются принципы и методы системного руководства, создается система планирования и финансирования вооружения [134]. В 1964 г. Министерством обороны США были напечатаны пособники и инструкции, определяющие порядок выполнения процедур системного анализа.
Таким образом, второй этап становления системного анализа формировался в чрезвычайных условиях с начала 30-х до конца 40-х годов XX века. Это был период появления практической необходимости оперативного решения реальных сложных системных задач государственного значения, создание разных технических систем военного назначения в условиях
21
Глава 1. Предметная область системного анализа
жесткого лимита времени. Разработка методологического аппарата выполнялась эмпирически и независимо в разных организациях различных стран. В результате было создано эмпирические предпосылки формирования парадигмы системного анализа как методологии решения реальных системных задач в практически допустимые сроки с практически принятой погрешностью в условиях концептуальной неопределенности. Поэтому этот период можно считать этапом эмпирического формирования системной методологии.
Третий этап становления и развития системного анализа формировался в послевоенных условиях, с середины 40-х до конца 70-х годов XX века. Этот период принципиально отличался от предыдущих качественно новыми задачами, общими социально-политическими изменениями, которые произошли в мире после окончания Второй мировой войны, уникальными научно-техническими достижениями. В течение первого десятилетия послевоенного периода для многих стран мира главной целью было оперативное решение сложнейших междисциплинарных задач, связанных с ликвидацией тяжелых последствий войны и коренной переориентацией экономики военного назначения на решения задач мирного времени. Системность и сложность этих задач обусловлены многими факторами: принципиальным отличием целей и задач; ожидаемыми результатами; ограниченностью финансовых и других видов ресурсов; дефицитом квалифицированных кадров и т. д.
К важнейшим социально-политическим изменениям в мире, в первую очередь, необходимо отнести создание международных организаций ООН (1945 г.) и ЮНЕСКО (1946 г.), что открыло принципиально новые возможности для международного сотрудничества стран в сфере образования, науки и культуры. Это было началом консолидации научных направлений отдельных стран в единую мировую науку. Важность и практическая значимость данного процесса были по достоинству оценены со временем, когда мировая наука доказала [127, 128], что угроза глобальной экологической катастрофы на Земле может стать реальностью даже в результате продолжения ядерных испытаний и тем более в результате ядерной войны. Доказательство было строго обосновано на основе системного анализа и моделирования на ЭВМ результатов испытаний ядерного оружия. И тогда было принято первое политическое решение — Московский договор о частичном запрещении ядерных испытаний (1963 г.).
Этот период был насыщен уникальными научно-техническими достижениями. Отметим только три таких достижения, которые в наибольшей степени способствовали развитию системного анализа. Так, год окончания мировой войны стал первым годом использования ядерной энергии. Начало мирного использования ядерной энергии и рождение атомной энергетики датируют 27 июня 1954 г. — днем, когда в СССР (г. Обнинск) было запущено первую в мире АЭС мощностью 5 МВт.
Указанное событие стимулировало интенсивное строительство АЭС в развитых странах и ряде развивающихся стран. К началу 1976 г. в мире эксплуатировалось свыше 100 АЭС, общая мощность которых составляла
22
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
около 80 тыс. МВт. В 1959 г. в СССР был создан ледокол «Ленин», который стал первым в мире гражданским судном с ядерной силовой установкой. Сегодня подобные силовые установки используют в надводных и подводных объектах различного назначения.
Важными признаками многих задач, которые решали ученые и специалисты в разных областях науки и техники при создании уникальных объектов и изделий различного назначения, основанными на использовании ядерной энергии, был высший уровень сложности и системности.
Следующим важнейшим достижением по уровню неизвестности, непрогнозируемое™, непредвиденности проблемных ситуаций следует считать освоение космоса. Начало развития космонавтики продемонстрировало неповторимые научно-технические достижения СССР как первооткрывателя космоса, которые навсегда вошли в историю цивилизации: запуск 4 октября 1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли и первый в мире полет в космос 12 апреля 1961 г. человека — Ю.А. Гагарина.
Все эти успехи оказались мощным катализатором развития космонавтики [5]. К концу 70-х годов в мире было запущено свыше 2500 космических летательных аппаратов, совершено более 60 пилотируемых полетов. Были созданы космические спутниковые системы: радиосвязи и ретрансляции, метеорологических наблюдений, дистанционного зондирования для исследования природных ресурсов; начато исследование автоматическими станциями объектов солнечной системы: Луны, Солнца, Марса, Венеры, Юпитера, Сатурна, Меркурия и других планет. 21 июля 1969 г. астронавты США Н. Армстронг и Э. Олдрин высадились на Луну.
Уникальным достижением человечества является создание в СССР и эксплуатация в 1971—1977 годы серии орбитальных пилотированных космических станций «Салют», которые обеспечивали экипажу возможность непрерывного проведения различных технических и биологических экспериментов в космических условиях продолжительностью более 140 суток, а также непрерывного исследования космоса, дистанционного зондирования Земли и наблюдения за Мировым океаном. Дальнейшим воплощением развития этого вида техники и расширением ее возможностей стало построение орбитального обитаемого космического комплекса «Мир», который непрерывно эксплуатировался более 15 лет. (В 2001 году в течение нескольких месяцев был выполнен управляемый с Земли планомерный сход его с орбиты с затоплением в заранее определенном безлюдном районе Тихого океана).
Третье уникальное достижение в сфере космических исследований принадлежит одновременно двум странам. Речь идет об общем экспериментальном полете в июле 1975 г. космических кораблей «Аполлон» (США) и «Союз» (СССР). Эти корабли принципиально различались между собой по многим параметрам, а также системам жизнеобеспечения. Тем не менее, члены обоих экипажей (А.А. Леонов и В.Н. Кубасов — СССР; Т. Стаффорд, Д. Слейтон, В. Бранд — США) за 8 суток полета полностью выполнили программу: дважды осуществили стыковку кораблей, неоднократно
23
Глава 1. Предметная область системного анализа
перешли с борта на борт, провели ряд совместных научных исследований и технических экспериментов.
Хронологически четвертым выдающимся достижением в указанной сфере является создание космических кораблей многоразового пользования серии «Спейс шатл» в США и «Буран» в СССР. Необходимо отметить, что при освоении космоса потребовалось решение задач, равных которым по многообразию, сложности, неопределенности, системности взаимосвязей факторов и условий в истории цивилизации еще не было, используя при этом фундаментальные и прикладные достижения и возможности практически всех наук, от астрономии до ядерной физики.
Чрезвычайно важным достижением человечества, которое способствовало развитию инструментария системного анализа и решению реальных системных задач в различных сферах жизнедеятельности человека, считается создание вычислительной техники. Это направление берет свое начало от ламповых электронно-вычислительных машин (ЭВМ), разработка которых в 40-х годах независимо проводилась в ряде стран. Первая в мире ЭВМ была создана в США (1948 г.), первая в Европе — в Великобритании (1951 г.), а первая ЭВМ в континентальной части Европы и СССР — в Украине (1952 г.). Все эти машины были ориентированы на широкую сферу применения, что открыло принципиально новые возможности для решения сложных задач в различных областях практической деятельности.
Одновременно появилась потребность в решении качественно новых задач в различных научных направлениях. В частности, в новых условиях потребовалось определить предмет исследования, выработать терминологию, описать проблематику, разработать методологию и, в конечном итоге, создать новые науки — теорию алгоритмов, теорию программирования, теорию вычислительных систем и другие. Потому технический и теоретический базисы вычислительной техники развивались параллельно.
Так, во многих странах одновременно с ЭВМ общего назначения разрабатывались специальные ЭВМ. В частности, в СССР были созданы ЭВМ для управления объектами и технологическими процессами, для научных расчетов и моделирования процессов, обработки измерительной информации, для решения задач, связанных с учетом, статистикой, планированием, моделированием в экономике, и другие. В США вели разработки суперЭВМ. Вместе с тем, необходимо отметить, что ЭВМ первого поколения не удовлетворяли многим практическим потребностям.
Принципиальные изменения в технический базис и аппаратную часть ЭВМ позволили внести результаты многих фундаментальных научно-технических исследований. Первостепенное значение имеет изобретение в 1948 г. транзистора — его использование не только позволило создать принципиально новую элементную базу для логических схем ЭВМ, но и открыло возможность реализации технологии микроминиатюризации ее функциональных элементов, которая неустанно развивается. В результате этого количество функциональных элементов на подложке стало удваиваться каждые полтора года на протяжении 30 лет, и практически с теми
24
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
же темпами возрастали вычислительные возможности ЭВМ. Изобретение в 1969 г. микропроцессора и разработка технологии его серийного производства дало новый скачок в развитии архитектуры и улучшении технических показателей ЭВМ.
Рациональное использование вычислительных возможностей ЭВМ, расширение сферы их практических применений на фоне постоянного развития технической базы обеспечивали непрерывное усовершенствование теоретического базиса вычислительной техники, высокие темпы развития математической среды ЭВМ, быстрое усовершенствование инструментария пользователя. В результате этого на определенном этапе развития вычислительной техники появилась возможность непосредственное общение пользователя с техническими средствами заменить работой с прикладными программными системами. Собственно говоря, появились условия для непосредственного общения человека с ЭВМ независимо от сферы ее применения.
В 1976 г. был изобретен персональный компьютер (ПК). Это навсегда изменило приемы и методы, которыми человечество пользовалось в работе при вычислении и представлении разных результатов, для оформления документов, подготовки рукописей, передачи и чтении сообщений. Создание в 1977 г. программного обеспечения для ПК, ориентированного на массового пользователя, открыло возможность для массового производства операционных систем и прикладного программного обеспечения, а также для широкого использования компьютеров с целью решения реальных задач во всех сферах практической деятельности. Начали создаваться компьютерные системы и сети.
Проведенный анализ показывает, что сложившаяся в тот период ситуация характеризовалась, с одной стороны, непрерывным ростом потребности в решении важных для практики системных проблем многопрофильного характера, а с другой стороны, появлением качественно новых возможностей для их решения, которые обеспечивала вычислительная техника. Эти факторы определяли необходимость рационального использования аппаратно-программных возможностей ЭВМ и настоятельно требовали разработки математического и методологического обеспечения адекватно возникшим потребностям практики и имеющимся возможностям вычислительной техники. Данные обстоятельства инициировали процессы формирования и теоретического обоснования методологии системного анализа и непосредственно связанных с ним научных направлений и дисциплин: общей теории систем, системотехники, компьютерной математики, прикладной математики, имитационного моделирования, теории вычислительных систем, проектирования вычислительных машин, теории программирования, теории автоматической обработки цифровой информации и т. д.
Наиболее весомый вклад в разработку теории и решения сложнейших, междисциплинарных системно-технических и организационных проблем, в создание сложных и больших систем различного назначения внесли научные школы, основателями которых являются Н.П. Бусленко, А.А. Вавилов,
25
Глава 1. Предметная область системного анализа
В.М. Глушков, Д.М. Гвишиани, А.А. Дородницын, А.П. Ершов, М.В. Келдыш, Г.В. Кисунько, С.П. Королев, В.А. Котельников, И.В. Курчатов, М.А. Лаврентьев, Г.И. Марчук, А.Л. Минц, Н.Н. Моисеев.
Трудами представителей этих школ создан теоретический базис, математический и методологический инструментарий формализации и автоматизации решения реальных системных проблем; практически реализована фундаментальная теоретическая парадигма системного анализа, концептуальные идеи которой заложены В.И. Вернадским, Л. фон Берталанфи, Н. Винером; выполнены и реализованы проекты сложных технических систем различного назначения. Среди многих работ, выполненных под руководством В.М. Глушкова [112], можно выделить разработку и реализацию малых ЭВМ серии МИР (МИР-1, МИР-2, МИР-3), языков высокого уровня МИР и АНАЛИТИК [164, 165]. Так, ЭВМ МИР (Машина Инженерных Расчетов) первая в мире начала выполнять аналитические преобразования, в том числе дифференцирование и интегрирование, с получением конечного результата в виде формул, а также вычислительные операции с действительными числами произвольной разрядности, целыми числами неограниченной разрядности, точные операции над дробными рациональными числами и аналогичные им операции. Кроме того, программировать на такой машине можно было непосредственно с клавиатуры, в то время когда ввод программ в ЭВМ других типов выполняли с перфолент или перфокарт.
В создание теории системного анализа и системной методологии весомый вклад внесли ученые разных стран, однако, в первую очередь, необходимо выделить научные труды К. Боулдинга [248], Дж. Клира [78], М. Ме-саровича [121], Т. Саати [189], Г. Саймона [343], А. Холла [229], У. Р. Эшби [239].
Научные и технические достижения этого периода уникальны по многим свойствам. Впервые человек смог жить и работать вне Земли и побывать на Луне, впервые начал использоваться принципиально новый источник энергии, впервые была реализована возможность автоматизации интеллектуальной деятельности человека. Были решены сложнейшие системные проблемы, созданы качественно новые отрасли промышленности и новая техносфера. Системная методология и компьютерный инструментарий развивались синхронно с ростом запросов практики и сложности задач, что обеспечило баланс потребностей и возможностей их реализации.
Были созданы и введены в эксплуатацию сложные технические системы различного назначения. Теоретически обоснована и практически реализована в специальном математическом и программном обеспечении фундаментальная парадигма системного анализа, идейная основа которой была сформирована в трудах В.И. Вернадского, Л. фон Берталанфи и Н. Винера. Этот период являлся уникальным этапом стремительного развития цивилизации, который базировался на качественно новых идеях, изобретениях и открытиях, на быстром освоении, широком применении результатов и возможностей качественно новых теоретических и прикладных наук
26
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
и научных направлений для разработки и производства уникальных и сложных систем, создания и развития новых промышленных отраслей.
Однако к концу указанного периода дали о себе знать глобальные проблемы, которые невозможно было решить с использованием имеющегося на то время арсенала математических и методологических средств системного анализа.
Такое положение дел было связано с рядом общих особенностей развития системного анализа. Во-первых, в процессе развития цивилизации постоянно появлялись сложные и практически важные проблемы, нерешенные на основе существующего арсенала теоретических и технических средств науки, в том числе средств системного анализа. И такое положение вполне объяснимо: если нет научного предвидения соответствующей проблемной ситуации, то невозможно заранее подготовить средства для ее разрешения. В таких случаях искать средства начинают только после появления проблемы. Во-вторых, нельзя не согласиться с утверждением [77], что развитие системного анализа ни как не было похоже на «триумфальный ход» в форме последовательного победного решения все новых и новых системных задач. Наряду со значительными успехами явно проявились и определенные трудности, связанные с реализацией системного подхода, прежде всего в слабо структурированных предметных областях: в сфере социального управления, экологии, экономики и т. п. [77]. К концу 70-х годов была накоплена «критическая масса» неудачных попыток применения системного подхода и системной методологии к тем или иным проблемам.
Это дало повод критикам системного анализа характеризовать его как сумму методов, имеющих узко ограниченную область применения, и говорить о несостоятельности его претензий на статус общенаучной методологии [77]. Однако трудности, с какими часто приходилось сталкиваться, отчасти были обусловлены тем, что математические и методологические средства системного анализа, успешно применяемые для решения задач, относящихся к объектам одного типа, пытались механически использовать для решения задач, относящихся к объектам качественно другого типа.
Другой причиной сложившейся ситуации была недоступность для широкого применения арсенала математических, методологических и вычислительных средств системного анализа, который разрабатывали и успешно использовали в оборонных отраслях, а также в космонавтике и ядерной энергетике. Вместе с тем появились важные практические проблемы, которые были неразрешимы на основе имевшегося на тот момент открытого арсенала математических и методологических средств системного анализа. И потому ситуация в системной методологии в конце 70-х годов была определена как методологический кризис [77].
Можно назвать несколько причин, которые привели к возникновению этой кризисной ситуации. Одной из главных стало быстрое увеличение темпов роста сложности и масштабов реальных системных проблем, обусловленное глобализацией мировых процессов. Взаимосвязи, взаимозави
27
Глава 1. Предметная область системного анализа
симости, взаимодействия экономических, социальных, экологических и других глобальных и региональных процессов становились определяющими факторами мирового развития. В результате появился новый эффект развития, который французский экономист М. Годе четко и полно охарактеризовал фразой: «Будущее перестало походить на прошлое» [269]. В этих условиях глобальные процессы мировой системы оказались под воздействием сложно структурированного, многоуровневого, иерархического множества почти непрогнозируемых, непрерывно изменяющихся взаимосвязей, взаимозависимостей и взаимодействий. Результатами такого состояния дел становились «последствия непредвиденные и неприятные» [270].
Таким образом, третий этап становления системного анализа формировался в послевоенных условиях с середины 40-х до конца 70-х годов XX века. Этот этап принципиально отличался от предыдущих периодов качественно новыми задачами, принципиальными социально-политическими изменениями в мире, уникальными теоретическими и практическими научно-техническими достижениями. Был создан теоретический базис математического и методологического инструментария формализации и автоматизации на базе ЭВМ процедур решения реальных очень сложных организационных и технических системных проблем в разных сферах практической деятельности. Возникли принципиально новые отрасли — космонавтика и атомная энергетика. Разработаны, созданы и введены в эксплуатацию сложные и большие уникальные технические системы разного назначения. Теоретически обоснована и практично реализована в специальном математическом и программном обеспечении фундаментальная парадигма системного анализа, идейную основу которой сформировано работами В.И. Вернадского, Л. фон Берталанфи и Н. Винера. Этот этап характеризуется синхронным развитием теории системного анализа и практики системных исследований.
Четвертый этап развития системного анализа продолжается с начала 80-х годов прошлого века до настоящего времени. Он принципиально отличается от предыдущих глобализацией мировых процессов и угроз. С одной стороны, глобализация экономических, социальных, информационных и других процессов открывает новые возможности для использования достижений научно-технического прогресса. В частности, глобализация информационных процессов и телекоммуникационных сетей создала условия для быстрого обмена информацией, появления системы дистанционного обучения, создания информационного рынка и электронной коммерции, обусловила распространение других новшеств [138, 202]. С другой стороны, неодинаковая возможность получить доступ к информации развитых и развивающихся стран постоянно приводит к несовершенной конкуренции и социальному неравенству [237]. Появился ряд проблем [265], обусловленных спецификой распространения информации по Интернету, среди которых — проблемы защиты информации, интеллектуальной собственности, транзакционных сведений и т. п., а также проблемы компьютерных вирусов, разнообразного намеренного несанкционированного воздействия на компьютеры.
28
1.2. Этапы развития системного анализа как прикладной научной методологии
В начале 70-х годов XX века особое значение приобретают процессы глобализации экономических, социальных, экологических, техногенных угроз. Человечество вступило в такой период своего развития, когда стало реальностью предвидение В.И. Вернадского о том, что хозяйственная деятельность человека способна поставить планету на грань глобальной экологической катастрофы [115]. Экономическое и социальное развитие общества пришло в явное противоречие с ограниченными возможностями природы. Проявлением такого противоречия, в первую очередь, является истощение природных ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря различных видов растений и животных, техногенное нарушение биогеохимического круговорота вещества, загрязнение всех составляющих природной среды, деградация экосистем.
Непрерывно обостряются связанные с глобальными изменениями в мире четыре категории угроз: непосредственные угрозы существованию человека (голод, болезни, радиация, терроризм и др.); угрозы большим регионам и территориям (опустынивание, подъем уровня океана, глобальное потепление, трансграничный перенос загрязнений, изъятие стока рек странами, расположенными в верхнем течении рек и др.); угрозы системам пресной воды, лесам и др.; угрозы экономическому развитию (дефицит природных ресурсов, нарастающее глобальное неравенство, неравномерность экономического положения и развития стран, нестабильность финансовой системы и рынков и др.).
Общую ситуацию взаимосвязи, взаимозависимости и взаимодействия реальных проблем в различных областях практической деятельности, сложившуюся в тот период в мире, образно описал А. Печчеи — экономист и общественный деятель, инициатор создания международной научной организации «Римский клуб» (1972). Его деятельность и роль в становлении глобальной проблематики подробно изложены в [25]. В своей книге [180] А. Печчеи доказывал: «Нет больше экономических, технических или социальных проблем, которые существовали бы раздельно, независимо друг от друга, которые можно было бы обсуждать в пределах одной специальной терминологии и решать не спеша, по отдельности, одну за другой. В нашем искусственно созданном мире буквально все достигло небывалых размеров и масштабов: скорость, энергия, сложность, а также наши проблемы. Они теперь одновременно и психологические, и социальные, и экономические, и технические, и вдобавок еще и политические; более того, тесно переплетаясь и взаимодействуя, они пускают корни и дают ростки в смежных и отдаленных областях».
Автор перечисляет процессы и факторы, которые являются причинами сложившейся ситуации. Среди них: неравенство и неоднородность общества; социальная несправедливость, голод, недоедание и бедность; неграмотность, безработица, ощущение нестабильности и упадок моральных ценностей; рост преступности и насилия; деградация окружающей среды и потенциальный или уже существующий недостаток природных ресурсов и т. п. Далее А. Печчеи приходит к выводу, что причиной сложившейся си
29
Глава 1. Предметная область системного анализа
туации является, в первую очередь, неосознанность человечеством взаимосвязей и взаимозависимости этих факторов, процессов и проблем, образующих сложный, запутанный клубок. И потому необходимо предпринимать решительные меры по оцениванию и разъяснению сути проблем, пока еще не стало слишком поздно.
«Римский клуб» принял парадигму органического роста и холистического развития в знаменитой работе «Границы роста». Заслуживают внимания такие ее положения [25]:
♦	развитие должно быть систематическим, многоаспектным и взаимозависимым, чтоб ни один элемент системы не мог расти за счет других;
♦	непротиворечивость мира должна быть гарантирована координацией целей;
♦	главный аспект должен быть сосредоточен на качестве развития, обеспечении роста благосостояния человеческой личности.
«Римский клуб» за четверть века своего существования сделал многое для понимания состояния и процессов развития глобальной проблематики, их возможных отрицательных последствий [25, 115, 117, 118, 179, 180, 296]. За этот период под воздействием результатов деятельности «Римского клуба» создавались другие международные организации, в том числе Международный институт прикладного системного анализа (Лаксенбург, Австрия), который выполнил, в частности, ряд важных программ по экологии и рискам, определенные результаты и сведения о которых отражены в [24].
Продолжая исследовать современное состояние мира, в котором за последние 15 лет произошли фундаментальные изменения, «Римский клуб» вынужден признать, что положение в глобальной проблематике не только не улучшилось, но и продолжает ухудшаться [25, 117, 118, 207].
Имеется много разных причин, в том числе политических, экономических, социальных, которые препятствуют разработке и реализации рациональных стратегий, совместных действий всего человечества для предотвращения надвигающейся глобальной катастрофы. Отметим одну из важнейших таких причин: современная методология системного анализа не соответствует глобальной, многоуровневой, иерархической, многодисциплинарной структуре разнородных, многофакторных, многофункциональных взаимосвязей, взаимозависимостей и взаимодействий объектов исследования. Она недостаточно использует потенциальные возможности глобальной, многоуровневой, иерархической системы информационных компьютерных систем и сетей, которые являются потенциальным инструментарием исследования глобальной проблематики.
Одним из путей устранения указанного недостатка можно считать последовательную разработку концепций, стратегий и программ исследования наиболее важных проблем современности. В первую очередь речь идет о проблемах предвидения качественных и количественных изменений в различных сферах практической деятельности [58, 61, 298, 358], управления рисками и безопасностью сложных технических систем, техногенно и экологически опасных процессов [206, 300, 316, 317], развития интеллекту
30
1.3. Роль глобализации мировых процессов в развитии системных исследований
альных информационных технологий и сетей поддержки научных исследований [135], взаимоотношения природы и общества на основе глобального экологического мониторинга, оценивания тенденций и управления развитием мировой экологической системы [115, 128].
Таким образом, определяющим принципом системных исследований четвертого этапа становится глобальное видение исследуемых проблем с учетом возрастающих взаимосвязей и взаимозависимостей всех стран мира. Главной целью исследований становится достижение такого системно согласованного, взаимозависимого развития всех компонентов цивилизации, при котором ни один элемент мировой системы не может расти за счет других. Для достижения этой цели необходимо сосредоточить усилия на преодоление методологического кризиса, проявившегося в конце 70-х годов прошлого столетия. Целесообразно сформировать структуру методологии системного анализа, обеспечив ее системное, функциональное согласование с иерархической структурой взаимосвязей, взаимозависимостей и взаимодействий объектов исследования и соответственно с иерархической структурой информационных компьютерных систем и сетей как инструментальной основы ее реализации. Таким образом, четвертый этап является этапом глобализации системной проблематики.
1.3. Роль глобализации мировых процессов в развитии системных исследований
Как следует из предыдущего параграфа, этап глобализации, который продолжается и в настоящее время, существенно повлиял на развитие методологии и области применения системного анализа. Одним из примеров системного подхода к анализу процессов развития цивилизации на этом этапе является глобальное моделирование — направление системных исследований, начало которому положила известная работа Дж. Форрестера «Мировая динамика» [224]. Характерным примером повышения интереса к указанной проблематике может служить исследование научно-технических инноваций. В 70-е годы прошлого века наряду с традиционными для этой области проблемами инновационной политики фирм и компаний, взаимопроникновения нововведений и т. п. начинают широко обсуждать влияние инноваций на долгосрочные тенденции экономического развития, их роль в формировании так называемых больших циклов.
Приход нового века и тысячелетия открывает перед мировой цивилизацией новые необъятные и захватывающие горизонты на пути ее развития. Появление новых технологий, дальнейшее познание и покорение космоса, другие достижения материальной культуры, которые сейчас могут лишь поражать человеческое воображение, завтра станут реальностью. Вместе с тем начало новой эпохи несет населению Земли новые вызовы и угрозы, такие как расширение межэтнических и межконфессиональных противостояний, нарастание природных, техногенных и гуманитарных катастроф, обострение энергетических и экологических проблем. Очевидно,
31
Глава 1. Предметная область системного анализа
что человечество, столкнувшись с проблемами глобального значения, с одной стороны, находится в состоянии растерянности и шока, а с другой — все больше отдает себе отчет в необходимости появления новой парадигмы организации земной цивилизации и ее дальнейшего развития.
Глобализация и интеграция — признаки современного мира. Наиболее выразительным признаком грядущей эпохи является стремительное нарастание процессов мировой глобализации. Отношение к этому явлению у представителей различных групп населения из разных стран и регионов планеты — неоднозначное, нередко полярно противоположное. Анализируя эти разногласия, приходится утверждать, что на данном этапе существует огромный интерес к явлению глобализации и в то же время еще нет глубокого понимания его сущности, полного осознания положительных и отрицательных его черт. Несмотря на то, что процессы глобализации активно изучают известнейшие исследовательские центры мира, такие как Колумбийский университет (США), Европейский институт технологических исследований будущего (IPTS — Institute of Prospective Technological Studies, Севилья, Испания) и другие, становится очевидным, что ответ на эти вопросы — впереди.
Вместе с тем для стран, ставших на путь рыночного развития и независимо от их воли или желания быстро втягивающихся в процессы глобализации, чрезвычайно важно понять новые явления. Это нужно для того, чтобы построить менее ошибочную и более эффективную стратегию поведения в процессе неотвратимого вхождения в систему нового мирового порядка. Поэтому прежде всего важно выяснить, что означают процессы интеграции и глобализации, что несут они нашему обществу и какие у них различия. Ведь эти явления хотя и тесно взаимосвязаны, но принципиально разные.
Интеграция — это объединение деятельности организованных содружеств людей в определенных сферах, зависящее от решения этих людей, т. е. от их воли и устремлений. Таким образом, интеграция — это прежде всего процесс политический. Люди могут активно включаться в процессы интеграции, быть их пассивными участниками или совсем отказаться от них. Все эти «оттенки» интеграционных процессов четко иллюстрируются странами Европейского Союза в ходе построения ими единого политического и экономического пространства. Наиболее характерными формами интеграции для современного мира являются политическая, военно-политическая и экономическая. В историческом аспекте различные формы интеграции наблюдались достаточно давно, особенно в политической или военно-политической сферах.
Глобализация — это качественно новое явление на нынешнем этапе развития человечества. Оно связано, с одной стороны, с колоссальным накоплением капитала отдельными компаниями и странами, сопровождающимся перерастанием этого капитала в транснациональный и его доминированием над экономиками многих стран и их политическими возможностями. С другой стороны, создание мировой материальной культуры некоторых новых технологий, продуктов потребления и услуг становится гло
32
1.3. Роль глобализации мировых процессов в развитии системных исследований
бально затребованным. Например, к ним можно отнести Интернет-техно-логии и услуги, космические технологии, мобильную связь, скоростной транспорт, некоторые медицинские препараты, продукты питания и многое другое. Глобализация — объективное явление, не зависящее от воли отдельных людей. Процессы глобализации нарастают и распространяются все с большей скоростью. Они всегда имеют экономическую основу.
В мировом масштабе глобализация означает больше, нежели потоки денег, технологий, товаров и услуг. Это — возрастающая взаимозависимость населения Земли, это процесс, объединяющий не только экономику, но и культуру, информационную сферу, технологии и управление. В таком понимании глобализация приводит к новому интересному явлению, которое можно определить как виртуальное сужение мировой цивилизации. Т. е. люди, находящиеся в различных уголках планеты, за счет компьютерных сетей, способов связи, скоростного транспорта не ощущают территориального размежевания, а потребляя те же продукты и товары, пользуясь одними и теми же технологиями и услугами, приобретают похожие привычки и элементы культуры.
Не давая оценки этому явлению в смысле хорошо это или плохо, можно констатировать, что глобализация открывает новые возможности для миллиардов людей во всем мире. Рост торговли, увеличение иностранных инвестиций, распространение новых технологий, сверхскоростного транспорта, Интернета и средств массовой информации способствуют экономическому и человеческому развитию.
Быстрой поступи глобализации содействует бурное развитие информационных и коммуникационных технологий и овладение миром идеи сетевого способа организации общественной деятельности. Этот способ стал безальтернативным для информационной среды, финансовой, торговой, телекоммуникационной, транспортной и других систем взаимодействия между людьми. Он является главным двигателем будущего развития — экономического, научного, культурного и социального.
Процессы интеграции и глобализации во многом связаны между собой. Например, слияние больших компаний часто приводит к созданию транснациональных финансовых, коммерческих и производственных сетей, что является ярким примером взаимного «наложения» этих процессов. Финансовая мощь таких сетей и, как следствие, их влияние на экономику и политику иногда превышают возможности отдельных стран и национальных правительств.
Исходя из того, что интеграция и глобализация быстро нарастают, а их свойства определяются законами, диктуемыми большим капиталом, эти явления приобретают особое значение, в первую очередь, для малых и ставших на путь интенсивного развития стран, в том числе и для Украины. В этих условиях людям необходимы новые знания и навыки, чтобы умело использовать новые идеи и технологии и эффективно работать с ними. Эти особенности общественного развития обусловливают быстрые изменения в различных сферах человеческой деятельности.
3-11-912
33
Глава 1. Предметная область системного анализа
В сфере экономики ведущие компании мира становятся транснациональными. Они изменяют правила конкурентной борьбы, что приводит к дальнейшему их укрупнению за счет «поглощения» более слабых компаний. Открываются новые рынки, формируются новые альянсы или новые экономические архитектуры или сети.
В науке и просвещении происходит глобализация исследовательской и учебной деятельности за счет формирования новых исследовательских сетей и систем дистанционного обучения, действующих в мире независимо от географических или политических границ. Современные телекоммуникационные сети позволяют отдельным ученым или научным коллективам становиться членами глобального исследовательского пространства в соответствующей сфере знаний, не покидая при этом свою страну, учреждение и дом. Таким способом они получают доступ к новым идеям, методам или приборам и присоединяются к глобальному творческому процессу. Эти содружества ученых получили название «виртуальных лабораторий». Они становятся все более организованными, а их деятельность — более эффективной и значимой. В последнее время приобрели большое значение проекты по дистанционному обучению и научные проекты, в которых одновременно участвуют тысячи исследователей из десятков стран мира (например, проект в сфере физики ядерных частиц — так называемый проект CERN).
Быстро изменяется культурная жизнь людей практически на всей планете. Современные способы телекоммуникаций и масс-медийные сети позволяют неудержимо распространять по всему миру разнообразные игры, музыку, литературу, кинопродукцию и многое другое. Такое влияние на культуру отдельных стран может иметь нежелательные последствия, когда их традиционные культурные ценности окажутся под угрозой.
Чтобы пользоваться результатами глобализации, необходимо быть членом мировой сети. Страна или регион, «поглощающиеся» глобализацией, должны иметь соответствующую инфраструктуру и современные способы коммуникации. Пользователи сети должны иметь соответствующее образование. Эти факторы, с одной стороны, для большинства населения планеты являются сдерживающими для скорейшего присоединения к достижениям мировой цивилизации, которыми обладает примерно одна шестая ее часть (так называемый золотой миллиард), но, с другой стороны, для наций и стран, уровень экономического и социального развития которых невысок, такое присоединение привлекательно и желательно.
Противоречия глобализации. Участие любых стран в мировых процессах производства, распределения ресурсов и материальных благ может обеспечиваться лишь конкурентной борьбой. В то же время наличие конкурентоспособных рынков может быть наилучшей гарантией эффективной деятельности людей, но не обязательно гарантией их равенства. Для стран с переходной экономикой, и Украины в частности, необходимым, но не достаточным условием для создания конкурентоспособных рынков является осуществление процессов либерализации и приватизации.
34
1.3. Роль глобализации мировых процессов в развитии системных исследований
Одна из главных особенностей глобализации состоит в том, что это явление сопровождается «неудержимым» расширением мировых рынков для определенных видов продукции, товаров или услуг. Например, самолеты корпорации «Боинг», программная продукция компании «Майкрософт», безалкогольные напитки «Пепси-Кола» или «Кока-Кола», мировая сеть ресторанов «МакДональде», средства и услуги мобильной связи, Ин-тернет-технологии и услуги заполнили мировые рынки, ставшие глобальными для этих видов продукции и услуг. При этом возникает острая проблема: как сохранить преимущества глобальных рынков с целью обеспечения достаточных пространств для развития человеческих, общественных и природных ресурсов, т. е. чтобы глобализация работала не только на доходы отдельных корпораций или людей.
Когда глобальный рынок, будучи несбалансированным, начинает «безраздельно» доминировать над социальной и даже политической сферами общества — это признак «другой стороны медали» явления глобализации, свидетельство недостаточного развития демократических институтов этого общества. В таком случае власть и богатство концентрируются у небольшой группы людей и корпораций, отделяя остальное общество от демократически установленных норм использования общественных прав и ресурсов. Такое состояние общества является неуравновешенным и рано или поздно заканчивается коллапсом для политических и финансовых кругов, стремящихся удержать этот порядок вещей.
С 80-х годов XX века во многих странах мира нарастают явления социального неравенства. Один из наибольших в мире «прыжков» неравенства прибылей людей зарегистрирован в Восточной Европе и странах СНГ после развала социалистического лагеря. Как следствие чрезмерного социального неравенства в мире возникают новые угрозы для безопасности людей, в частности:
♦	финансовая и экономическая нестабильность, периодически сопровождающаяся такими катаклизмами, как финансовый кризис в Южно-Восточной Азии и Евразии 1997—1998 годов;
♦	угроза массовой потери работы в результате слияния различных компаний в процессе глобализации;
♦	угроза политической, общественной и личной безопасности в связи с глобальной криминализацией бизнеса, политики, правоохранительных органов, нарастанием нелегальной торговли, в первую очередь наркотиками;
♦	угроза окружающей среде, связанная с неудержимым развитием мощной техники, интенсификацией промышленной, транспортной и военной деятельности людей.
Поэтому получить положительные результаты от глобализации можно лишь при условии осуществления динамического и эффективного управления всеми сферами общественной деятельности. Т. е. это управление должно устанавливать систему правил и методов, которые, с одной стороны, стимулируют развитие общественных институтов и личности, а с другой — вводят необходимые общественно признанные ограничения. В этом
з-
35
Глава 1. Предметная область системного анализа
отношении глобализация «подталкивает» к пересмотру принципов управления как на национальном, так и наднациональном уровнях. Ради сохранения преимущества конкурентоспособных рынков при наличии четких правил, политических и географических границ и направленности этих преобразований на удовлетворение потребностей человека управление на указанных уровнях должно становиться более эффективным и скоординированным. Идеологические основы должны в меньшей степени доминировать над принципами толерантности и прагматизма на больших экономических пространствах. Т. е. должен признаваться тот факт, что выгоды для одного из участников глобального рынка (страны или транснациональной компании) могут не обязательно устраивать других участников, и в чем-то надо уступать ради общего стратегического развития.
Для осуществления такой политики особое значение приобретают регулирующие функции авторитетных международных организаций, в первую очередь Всемирной торговой организации (ВТО), Международного валютного фонда (МВФ), Всемирного банка, ЕС, ООН и ее важнейших составляющих — ЮНЕСКО, ЮНИДО, Всемирной организации по защите интеллектуальной собственности (ВОИС) и других. При этом беспокоит то, что в последнее время начали усиливаться тенденции безраздельного доминирования политики международных организаций, поддерживающих глобальные рынки, таких как ВТО, МВФ, Всемирный банк, по отношению к деятельности организаций, проявляющих заботу об обеспечении общественных благ, в частности о сохранении мира, охране окружающей среды, защите прав человека, борьбе с бедностью, развитии здравоохранения, культуры, образования. Роль последних в урегулировании мирового порядка, к сожалению, начинает ослабевать, а получаемое ими финансирование — уменьшаться.
При условии неудержимой поступи наднационального капитала, диктующего свои условия социально-экономического развития большинству стран мира, и ослабления соответствующей регулирующей функции авторитетных международных организаций все чаще звучат голоса различных объединений и группировок граждан в защиту общественных интересов. Это отчетливо проявилось в Сиэтле (США) в ноябре 1999 г. во время проведения конференции ВТО. За последние годы акции протеста против глобализации стали регулярными во время проведения заседаний ВТО, МВФ и Всемирного банка. Важно отметить, что общественное движение «против глобализации» привело к появлению достаточно мощной идеологической платформы. Она отвергает неудержимую гонку транснациональных компаний за прибылью любой ценой вопреки другим общественным ценностям, когда принципы гуманности, духовности, социальной справедливости, сохранения природы, региональной и национальной идентичности стран мира отступают на второй план.
Поэтому, понимая объективный характер процессов глобализации, их решающее влияние на прогресс человечества, важно задать вопрос: как относиться к антиглобализму как общественному движению — осуждать и
36
1.3. Роль глобализации мировых процессов в развитии системных исследований
игнорировать его или попробовать увидеть в нем рациональное зерно? Отделяя проявления экстремизма, очевидно, что антиглобализм выступает как почти главный уравновешивающий фактор для неприемлемого, упрощенного доминирования интересов транснационального капитала над фундаментальными общественными ценностями человечества, что, наконец, может привести к новым глобальным катастрофам и катаклизмам. Именно благодаря конструктивной составляющей антиглобализма в современном мире формируется новое мировоззрение, в соответствии с которым экономическое развитие как таковое не должно доминировать над другими национальными и культурными ценностями мирового сообщества, демократическими основами и принципами толерантности, необходимостью сохранения природы и здоровья людей.
Конечно, механизм сдерживания негативных последствий глобализации со стороны общественного движения заключается в осуществлении эффективного общественного влияния на решение международных организаций, правительств стран и транснациональных компаний с целью обеспечения баланса между интересами больших бизнесовых кругов и гуманитарными и социально-экономическими интересами мирового сообщества. Т. е. наилучшим выходом из противоречивой ситуации, складывающейся для человечества, является поиск путей, направленных на использование преимуществ глобализации и минимизацию ее негативных последствий.
Особо следует выделить стремительный по темпам и глобальный по масштабам переход от индустриального общества к информационному. Этот процесс характеризуется, прежде всего, возрастанием роли информационных технологий и телекоммуникационных сетей как в мировой экономике в целом, так и в каждой отдельной стране. Уже сегодня информационный сектор экономики некоторых стран приносит им более 20 % валового национального дохода. Оценки ведущих экспертов мира свидетельствуют о высочайших темпах развития рынка информационных систем, технологий и услуг. Темпы роста составляют более 11 % в год, а объем рынка удваивается каждые 5 лет.
Развитие современных информационных услуг в мире стало возможным только благодаря тому, что в большинстве стран существуют общедоступные и недорогие службы передачи данных. Еще более впечатляющими являются темпы развития глобальной компьютерной сети Интернет — на протяжении последних 5 лет она ежемесячно возрастает приблизительно на 7—10 %. Сегодня Интернет имеет миллионы абонентов в более чем 150 странах мира. Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределенного доступа к ресурсам. Интернет, служивший когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярным в деловом мире. Практика развития мировой экономики показывает, что мировой рынок информатизации по
37
Глава 1. Предметная область системного анализа
своему объему может превзойти в ближайшее время такие высокодоходные отрасли, как газовую, нефтяную, энергетическую.
Большая роль информационно-телекоммуникационного сектора и в создании новых рабочих мест, и в повышении экспортных возможностей развитых государств. Наиболее показательным в этом контексте можно считать опыт США как страны, которая является мировым лидером в переходе к информационному обществу. США заняли лидирующие позиции по обеспечению функционирования Интернета, использованию его возможностей для получения информации в интересах экономической, общественной, научной и других сфер жизни страны. Практически все компьютеры в США подключены к национальным телекоммуникационным сетям, имеющим выход на международные информационные системы и мировую — Интернет. В стране подавляющее большинство пользователей этой мировой системы — мелкие компании и массы граждан разных профессий, возрастов, включая школьников. Считается, что к услугам Интернета прибегают 1/4 занятых в хозяйстве США лиц и до 1/10 населения с домашними персональными компьютерами. Из десяти крупнейших фирм-производителей программного обеспечения шесть являются американскими.
В Западной Европе в начале XXI века абонентами услуг Интернета было 56 млн человек по сравнению с 106 млн в Северной Америке и 37 млн в Азии. При этом свыше 52 % клиентов Интернета среди европейцев были жителями Франции, ФРГ и Великобритании. По многим показателям развития телекоммуникационных сетей, степени компьютеризации, количеству банков данных и справочных служб Западная Европа среди всех регионов мира наиболее близка к США. Так, из 5 млн базовых компьютеров в мире, обслуживающих Интернет, 30 % находится в Западной Европе и 26 % — в США, хотя в последних выше доля наиболее мощных компьютеров.
Весьма интересным является социально-экономический эффект, который возникает в результате бурного развития информационного сектора мировой экономики. Наблюдается, казалось бы, парадоксальное явление: информатизация вроде бы должна порождать безработицу, а не создавать новые рабочие места. Однако в действительности происходит автоматизация и компьютеризация рабочих мест с тяжелым физическим трудом, и в информационно-телекоммуникационном секторе промышленности создаются новые места.
Особенно ярко эта тенденция проявлялась в США до середины 90-х годов прошлого века: на то время сектор стал крупнейшим «работодателем» в промышленности, обеспечив только в 1996 г. создание 4,3 млн новых рабочих мест. Согласно последним результатам исследования Американской исследовательской ассоциации, индустрия информационных технологий принесла США 7,8 % национального дохода. Средняя заработная плата рабочих в этом секторе была на 78 % выше, чем в частном секторе в других отраслях. Указанный сектор доминировал в расходах на исследова
38
1.3. Роль глобализации мировых процессов в развитии системных исследований
ния и развитие с объемом 45 млрд долларов в год или 39 % всех расходов на науку. Экономическая депрессия в начале нового века несколько ослабила указанную тенденцию, но не привела к потере лидирующего положения этого сектора экономики не только в США, но и в других развитых
странах.
В результате перераспределения трудовых ресурсов между основными секторами экономики уже сегодня в некоторых странах мира в информационно-телекоммуникационной сфере сосредоточено более 50 % трудовых ресурсов, в частности в США — около 80 %. По оценкам экспертов, в первом десятилетии XXI века такая ситуация станет характерной для большинства развитых стран Европы, Азии и Америки.
Заметим, что независимо от вида общества трудовые ресурсы всегда концентрируются там, где решаются главные задачи, связанные с его развитием. Перед аграрным обществом ставилась задача освободить человечество от голодной смерти, и потому подавляющая часть трудовых ресурсов была сосредоточена в сельском хозяйстве. Индустриальное общество должно было решить другую задачу — обеспечить возможность передвижения человека в любую точку планеты, механизацию и автоматизацию физического труда в различных сферах деятельности, поэтому подавляющая часть трудовых ресурсов была сосредоточена в промышленности.
Информационное общество ставит принципиально новую, комплексную задачу, а именно: обеспечить автоматизацию умственного труда на основе рационального использования технических достижений индустриаль
ного общества, освободить человека ру, обработке и хранению информации, создать условия для доступа к глобальным информационным ресурсам человечества из любой точки планеты, обеспечить рациональное использование накопленных знаний для решения разнообразных проблем, возникающих перед обществом. Сложившаяся технологическая культура конца XX века, в первую очередь, появление принципиально новых возможностей обработки, передачи и хранения информации создали необходимые предпосылки и условия для практической реализации указанной задачи. Перечисленные тенденции схематично показаны на рис. 1.1.
Рассмотрим ряд других важных свойств и особенностей информа
от рутинной работы по передаче, сбо-
Рис. 1.1. Распределение трудовых ресурсов в обществе разного вида: а — аграрном, б — индустриальном, в — информационном. Распределение трудовых ресурсов: 1 — сельское хозяйство, 2 — промышленность, 3 — информационные ресурсы
Глава 1. Предметная область системного анализа
ционного общества, которые в значительной степени определили необходимость и целесообразность становления и развития идей системности:
♦	резкое повышение динамичности экономических, социальных, политических процессов как в мире в целом, так и в отдельных регионах в частности;
♦	непрерывное возрастание количества информации: в настоящее время объем ежегодно обрабатываемой в мире информации равен общему объему информации, накопленной человечеством до начала Первой мировой войны;
♦	в информационном обществе первичной является не стоимость труда, а стоимость знаний (основная тенденция развития современного общества — значительное повышение интеллектуализации процессов управления и производства);
♦	возрастание социально-экономического значения наукоемких технологий, непрерывное нарастание темпов их разработки и внедрения в различные отрасли экономики.
В современном понимании наукоемкая технология — это крупномасштабная системная технология, технически реализованная в виде сложной многоуровневой иерархической системы, которая с целью достижения практических целей объединяет структурно и связывает функционально разнородные физические, химические, механические и другие технологические процессы в единый производственный процесс. Каждая такая технология является, как правило, уникальной, т. е. не имеет аналогов и прототипов. Заметим, что термин «наукоемкая технология» объясняется значительным вкладом результатов научных исследований в ее разработку и реализацию. Наукоемкие технологии открыли возможность реализации принципиально новых идей и решений в различных сферах человеческой деятельности. Они позволяют скачкообразно преодолевать технические барьеры и создавать ранее не известные изделия различного назначения.
История развития цивилизации знает множество примеров скачкообразного изменения основных свойств и характеристик различных видов техники. Например, переход от авиации с поршневыми двигателями к реактивной авиации дал качественный скачок в скорости перемещения летательных аппаратов. В качестве наиболее впечатляющего примера появления принципиально новых видов техники можно привести широкий перечень образцов космической техники различного назначения. Ее появление положило начало широкому изучению и освоению человеком космического пространства, использованию свойств микрогравитации и микровакуума космоса для создания новых технологий, получению веществ и сплавов, которые практически невозможно реализовать в земных условиях. Весомый вклад в развитие космонавтики сделала и Украина, на предприятиях которой было создано 67 типов космических аппаратов, 12 космических и 4 ракетно-космических комплексов.
Научно-технический прогресс поставил принципиально новые задачи перед наукой и техникой, определил необходимость нового подхода к соз
40
1.3. Роль глобализации мировых процессов в развитии системных исследований
данию современных технических объектов и технологий, а также к изучению явлений и атрибутов современного мира. Среди этих задач особое место занимают задачи системного анализа. Практическая важность решения системных задач обусловлена тем, что в современном мире научные, технические, технологические, социальные, экономические, политические и другие сферы деятельности человека не могут существовать отдельно. Они всегда составляют целостную среду обитания и активной деятельности людей. Изменения в каждой из этих сфер неизменно сказываются на других сферах, проблемы одной сферы влияют на проблемы других. Такая зависимость определяется взаимосвязями различной природы — финансовой, материальной, энергетической — в форме трудовых ресурсов, состава, уровня и условий жизни, уровня и тенденций развития технологий и т. д.
Отсюда следует необходимость системного подхода к решению комплексных задач в различных сферах деятельности. На этот факт обратил внимание Л. фон Берталанфи, который заметил [9], что «... системный подход стал насущной необходимостью. Если дана некоторая цель, то для того, чтобы найти пути и средства ее реализации, требуется специалист (или группа специалистов) в области систем, который рассматривает альтернативные решения и выбирает те из них, которые обеспечивают оптимизацию, наибольшую эффективность и минимальные затраты в чрезвычайно сложных сетях взаимодействий». Отсутствие системного подхода при решении комплексных практических задач может привести к нежелательным, непрогнозируемым или катастрофическим последствиям. В качестве примера можно отметить известную историю бума и последующего резкого падения спроса на электрические пишущие машинки. Ряд фирм, которые производили такие машинки, оказались банкротами, поскольку не провели всестороннего системного анализа потенциальных конкурентов, не оценили своевременно возможности и преимущества персональных компьютеров при подготовке рукописей и оформлении печатных изданий.
Характерной чертой современного этапа научно-технического прогресса является также стремительно растущая сложность взаимосвязей и взаимодействия различных сфер деятельности человека и окружающей среды. Глобальные масштабы взаимного положительного и отрицательного влияния различных процессов и их высокий динамизм привели к изменению привычных стереотипов в понимании степени и уровня влияния цивилизации на окружающую среду. Предсказания глобальных экологических катастроф стали реальностью. Это подтверждает тот факт, что воздействия человечества на биосферу уже превышают реальные возможности планеты компенсировать их последствия. Поэтому главный вывод учения В.И. Вернадского о том, что на определенном уровне своего развития человечество должно принять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию нашей планеты, требует немедленного воплощения в жизнь. В противном случае у человечества не будет будущего. Решение этой глобальной, чрезвычайно ответственной проблемы невозможно без выполнения системного анализа сложившейся глобальной проблемной ситуации, без предвидения на основе
41
Глава 1. Предметная область системного анализа
системного мышления сценариев ее развития, без прогнозирования на основе системной методологии необходимых действий для исключения неблагоприятных результатов.
Таким образом, возникновение и развитие системного мышления, системной методологии и системного анализа обусловлено объективной необходимостью познания мира во всем его многообразии и целостности в интересах наиболее рационального использования материальных, энергетических и информационных ресурсов планеты на благо человечества.
1.4.	Системность человеческой практики
Возрастание интереса к системным исследованиям обусловлено глубокими качественными изменениями в научно-техническом и социально-экономическом развитии цивилизации, которые связаны с непрерывным усложнением технических средств и технологий производства, с появлением принципиально новых видов техники, с усилением взаимосвязи и взаимозависимости явлений и процессов различной природы: экономических, социальных, экологических, технологических, информационных. Важная роль в этих изменениях принадлежит научно-техническому прогрессу. По существу, системные исследования появились как ответ на постоянно нарастающую сложность инфраструктуры мира:
♦	усложнение техносферы и структуризация ее представления и формализации как многоцелевой, многоуровневой, многосвязной иерархической системы;
♦	непрерывное ускорение темпов смены поколений технологий в различных отраслях производства и поколений разнообразной техники различного назначения;
♦	непрерывное увеличение сложности, взаимозависимости и взаимосвязи практических задач управления экономическими, социальными, экологическими, технологическими, научно-техническими и другими процессами.
Данные факторы обусловили значительное повышение требований к качеству и эффективности управления в разных сферах человеческой деятельности, необходимость создания новых средств и методов формирования и обоснования решений. И потому на определенном этапе развития цивилизации появляется большая потребность в системном мышлении, системной методологии, системных исследованиях.
Рассмотрим некоторые факторы и причины, которые определили становление, а в настоящее время стимулируют развитие системности практической деятельности человека. Так, очевидно, что от эффективности производства зависят темпы развития экономики и рост социального благосостояния страны. Темпы повышения эффективности производства определяются, прежде всего, динамикой роста производительности труда. Отсюда следует практическая потребность в разработке и внедрении в практику как приемов и способов рациональной организации труда, так и но
42
1.4. Системность человеческой практики
вых технологий и технических средств повышения его производительности. На раннем этапе развития цивилизации преобладал ручной труд с использованием простейших орудий труда и тягловой силы животных, а единственным, доступным средством повышения производительности труда могла быть только его рациональная организация.
Бурное развитие технических средств, повышение производительности труда и обусловленное этим появление новых технологий относится к периоду первой научно-технической революции, начало которой положило изобретение паровой машины. Паровая машина стала не только качественно новым орудием производства, которое заменило тягловую силу животных, но и мощным катализатором создания и внедрения новых технических средств и промышленных технологий. Эти факторы стимулировали процесс достаточно быстрого перехода от кустарного к промышленному производству, вследствие чего стали возможными разработка и внедрение в практику новых способов и технологий повышения производительности труда.
Первым таким способом является механизация. Она позволила отказаться от многих видов тяжелого ручного труда в производстве и существенно повысить его производительность. Однако механизация имеет определенные недостатки и естественные ограничения, что объясняется многими обстоятельствами. К важнейшим из них можно отнести ограниченность сферы механизации, сохранение физической нагрузки на человека. Наличие достаточно сложных производств, которые использовали разнотипные средства механизации, нуждалось в совместной, согласованной деятельности обслуживающего персонала, что создало один из первых прецедентов системности функционирования механизмов и персонала. Поэтому механизацию можно рассматривать как первый уровень системности практической деятельности человека.
Более совершенным способом повышения производительности труда является создание автоматизированных и автоматических производственных технологий и систем, что характеризует второй уровень системности практической деятельности человека. Его главная цель состоит в том, чтобы при использовании автоматизированных производственных систем существенно ограничить участие человека в производственном процессе, возложить выполнение наиболее трудоемких, опасных, однообразных операций именно на такие системы, а функций управления и контроля за этими процессами — на человека.
Несмотря на высокий уровень развития современных систем автоматизации, их возможности оказываются также ограниченными. Автоматизировать можно только такие технологические процессы, которые детально изучены и поддаются алгоритмизации и программному управлению. В реальных производственных условиях часто приходится сталкиваться с непредвиденными нештатными ситуациями, которые могут привести к выпуску брака или, более того, к аварии или катастрофе. В этих условиях в системах управления необходимо использовать человека, его интеллект, интуицию и опыт, способность ориентироваться в незнакомых условиях и
43
Глава 1. Предметная область системного анализа
находить решения плохо формализуемых задач, предвидеть сценарии развития ситуации в процессе формирования и реализации решений. При этом человек выполняет именно те операции управления, которые не поддаются формализации (например, экспертная оценка, качественное сравнение многофакторных альтернатив, принятие и реализация управленческих решений и т. п.).
Часто такие проблемы возникают в процессе управления многофункциональными производственными системами, для которых характерна периодическая многократная перенастройка технологических линий и станков со встроенным программным управлением. Кроме того, в сложных производственных системах присутствуют технологические процессы, которые нельзя формализовать. Для них формализация некоторых практически важных технологических операций является крайне сложной или нецелесообразной. Наиболее часто такие проблемы возникают на этапах проектирования и модернизации пространственно отдаленных, крупных многоотраслевых технологических комплексов.
Третий уровень системности практической деятельности человека связан с внедрением в производство мощных вычислительных методов и средств. Компьютеризация обеспечивает более высокое повышение производительности труда по сравнению с автоматизацией, поскольку открывает возможность автоматизации не только физического труда, но и умственного. Последний вид автоматизации является качественно новым, он появился в результате второй научно-технической революции, которая способствовала производству и внедрению в практику вычислительной техники, в первую очередь, персональных компьютеров, а также высокоэффективного системного и прикладного программного обеспечения.
Качественно новым видом компьютеризации, который открывает возможность системной автоматизации физического и умственного труда на интеллектуальном уровне, является интеллектуализация. Именно с появлением способов и методов искусственного интеллекта связан четвертый уровень системности практической деятельности человека. Создаются робототехнические комплексы с широким спектром рабочих функций, которые применяются в различных сферах практической деятельности, в том числе для работы в условиях, опасных для жизни человека. Кроме того, такие комплексы способны выполнять вместо человека определенные интеллектуальные функции, нуждающиеся в принятии решений. А также открываются возможности создания интеллектуальных средств общения человека с компьютером, который будет различать голос, текст, схемы.
Таким образом, до начала XXI века цивилизация создала несколько типов средств технического усовершенствования труда человека, которые получили практическое применение в различных сферах его жизни и деятельности. Каждый тип является характерным для определенного вида работ и определенного этапа развития науки и техники, что соответствующим образом оказывало влияние на организацию и технологию производства, на структуру и функции управления им, и потому относится к соответ-
44
1.4. Системность человеческой практики
Рис. 1.2. Уровни системности в практической деятельности человека: эволюция средств труда с переходом от одного уровня системности к другому (а); взаимоотношение между умственным и физическим трудом на различных уровнях системности (б)
Системность человеческой практики
Рост интеллектуализации труда на разных уровнях системности
Уровни
интеллектуализации труда
Q — умственный труд Щ — физический труд
1 — физический труд 4 — компьютеризация
2 — механизация 5 — интеллектуализация
3 — автоматизация
б
ствующим уровням системности практической деятельности человека. Взаимосвязь перечисленных типов технического совершенствования труда показана на рис. 1.2.
Таким образом, системность является неотъемлемым свойством практической деятельности человека. Не вызывает сомнений, что производство с более высоким уровнем системности способно выпускать продукцию высокого качества и в большем объеме по сравнению с производством, имеющим более низкий уровень системности. Поэтому достигнутый уровень системности технологических процессов является не только важным показателем потенциальной производительности и эффективности конкретного производства, но и показателем потенциальной конкурентоспособности его продукции. Однако нельзя не отметить, что уровень реализации этих показателей непосредственно зависит от уровня системности, мобильности и оперативности системы управления производством. Таким образом, для практической реализации высоких показателей конкретного производства необходимо обеспечить системную согласованность возможностей производства и возможностей управления по целям, задачам, срокам, ресурсам и ожидаемым результатам.
45
Глава 1. Предметная область системного анализа
Это условие является необходимым, но недостаточным для достижения успеха при наличии жесткой рыночной конкуренции. Необходимо позаботиться не только о высоком качестве продукции, но и о ее месте на национальном и мировом рынках. Для достижения этой цели требуется выполнить два важнейших условия. Во-первых, обеспечить системную согласованность всех показателей и ограничений технологий и всех качественных показателей и контролируемых параметров продукции с требованиями и ограничениями международного права, международных стандартов и международных договоров. Иначе может оказаться, что на мировой рынок не будет допущено перспективную высококачественную продукцию, которая не имеет в мире прототипов или аналогов. Эта ситуация проиллюстрирована далее на примере сверхзвукового самолета ТУ-144. Во-вторых, необходимо априорно обеспечить системную согласованность всех качественных показателей и контролируемых ограничений продукции с конкретными запросами и потребностями потенциального потребителя.
Не вызывает сомнений тот факт, что состав уровней системности и их процентные соотношения в конкретной отрасли производства являются своеобразными базовыми показателями ее возможностей и недостатков, которые достаточно полно характеризуют технологический уровень и производственный потенциал этой отрасли, а также косвенно отображают степень системной согласованности ее производств по целям, задачам, срокам, ресурсам и ожидаемым результатам.
Системность инновационной деятельности. Рост системности практической деятельности обусловливают не только рассмотренные выше факторы, а и непрерывное увеличение объема и уровня взаимозависимости, динамизма и сложности взаимодействия множества взаимосвязанных и противоречивых факторов. Особо наглядно роль и значение системности, мобильности и взаимосвязи различных объективных и субъективных факторов проявляются в становлении и развитии инновационной деятельности как в мировой экономике, так и в экономике отдельных государств. Вполне очевидно, что состояние и инновационное развитие экономики каждой страны зависят от таких объективных факторов, как наличие финансовых, материальных, энергетических и других ресурсов.
Вместе с тем состояние экономики существенно зависит от уровня производительности труда, который, в свою очередь, определяется множеством разнородных факторов: уровнем развития технологий и технологического оборудования, мобильностью, уровнем жизни, образования и культуры населения, а также местными и региональными условиями, в частности возможностью нанимать рабочую силу, стоимостью жизни и общими жизненными условиями в различных регионах и т. д.
Кроме того, производительность в той или иной отрасли существенно зависит от уровня капиталовложений, который, в свою очередь, зависит от наличия кредита и уровня инвестиций, процентных ставок и налогового обложения. В то же время наличие и уровень инвестиций, а также уровень процентных ставок во многом зависят от состояния и стабильности эко
46
1.4. Системность человеческой практики
номики страны, от состояния, перспектив и тенденций развития инвестиций в отрасли в целом и на конкретном предприятии отрасли в частности, а также от многих других экономических и социальных факторов. К важнейшим социальным факторам следует отнести такой латентный показатель, как степень доверия различных слоев населения к социально-экономической политике руководства страны.
Однако большое значение имеет не только доверие различных слоев населения к руководству страны, но и доверие к нему государственных деятелей и деловых кругов других стран. Наличие высокой степени доверия к социально-экономической политике, которая проводится руководством страны, является важнейшим условием достижения и обеспечения жизнеспособности экономики. Следует особо отметить, что положительных результатов можно достичь путем проведения множества разнообразных мероприятий, которые должны быть, с одной стороны, системно согласованными по целям и задачам, ожидаемым результатам и срокам, а с другой стороны, постоянно доказывать неизменность и показывать результативность действующей политики.
Положительный пример такого подхода в экономической политике продемонстрировал президент США Ф.Рузвельт во время вывода страны из великой депрессии 1929—1932 годов. Вместе с тем противоположный подход, а именно отсутствие надлежащей оценки системной взаимосвязи различных процессов и факторов, отсутствие системного анализа, отказ от прогнозирования сценариев развития и старания предвидеть положительные и отрицательные последствия принимаемых решений при проведении социально-экономической политики, может быстро привести к значительному ухудшению экономического и социального положения в стране. Примеры такого нерационального подхода к ведению социально-экономической политики наглядно продемонстрировали все государства, которые образовались на территории бывшего СССР, в первые годы становления их государственности и независимости.
Факторы системности проявляются не только в экономике государства в целом, но и в отдельных отраслях, в частности во время разработки и реализации отдельных крупных технических проектов. В качестве отрицательного примера можно еще раз вспомнить историю первого в мире сверхзвукового пассажирского самолета ТУ-144, которая началась триумфом в конце 70-х годов прошлого века и закончилась очень печально в начале 80-х годов, потому что самолет не был допущен к серийному производству. Необходимо заметить, что важнейшие стадии жизненного цикла, предшествующие серийному производству и последующей эксплуатации лайнера, были выполнены на высочайшем уровне в полном соответствии с теорией и практикой разработки авиационной техники, что доказывают испытания и опытные полеты первых образцов самолета. Самолет имел такие летно-технические показатели, которые свидетельствовали о создании качественно нового класса пассажирских летательных аппаратов. Например, его скорость превышала скорость звука в 2,5 раза, т. е. М = 2,5. Этот показатель пассажирских лета
47
Глава 1. Предметная область системного анализа
тельных аппаратов не превзойден до настоящего времени. Например, скорость его конкурента, самолета «Конкорд», созданного на несколько лет позже, составляла М= 2,3. Одним словом, все было выполнено в полном соответствии как со всеми нужными в такой ситуации теориями, в том числе с теорией сложных систем, так и с опытом авиастроительной и авиационной практики. Более того, не были допущены в эксплуатацию даже опытные образцы. Естественно возникает ряд вопросов.
♦	Что привело к настолько неожиданному финалу процесса разработки и внедрения такого сложного, технически совершенного изделия?
♦	Почему явные преимущества и новые возможности самолета, который на то время не имел ни конкурентов, ни аналогов и прототипов, оказались недостаточными для принятия решения о его серийном производстве и практическом использовании?
♦	Какие ошибки разработчиков или недостатки самолета перечеркнули все его преимущества?
Анализ показывает, что у лиц, принимающих решения (ЛПР), было достаточно оснований сделать вывод не только экономически невыгодный, но и настолько неожиданный и унизительный для разработчиков. Не углубляясь в детали, отметим только факты, имеющие непосредственное отношение к рассмотренной проблеме. Прежде всего, для исключения неправильного толкования последующих выводов и утверждений, приведем некоторые важные сведения. Во-первых, самолет практически полностью соответствовал всем общим и летно-техническим требованиям государственных стандартов. Во-вторых, он не имел каких-либо недостатков, которые хотя бы в малой степени уменьшали его преимущества. В-третьих, нет оснований утверждать, что на определенном этапе проектирования разработчики неверно воспринимали исходные данные или заданные требования и потому допустили ошибки.
Сущность сложившейся в свое время ситуации сводится к следующему. Разработчики технического задания, видимо, рассматривали самолет как сложную техническую систему не с позиции обшей теории систем, а с использованием только авиационных и аэродинамических знаний, и потому при формировании требований не уделили должного внимания системному согласованию летно-технических требований к сверхзвуковому самолету с техническими возможностями системы его наземного обслуживания. Не уделили этим аспектам должного внимания и разработчики самолета. Поэтому принципиально новый самолет проектировали как отдельный технический объект, а не как определенный элемент новой сложной авиационно-технической системы, в состав которой входят службы управления полетами, наземного обслуживания и другие функциональные подразделения обслуживания. Следовательно, не был осуществлен на должном уровне системный анализ объекта, состоящего из летательного аппарата и среды его функционирования. Это обстоятельство не позволило своевременно выявить, обосновать, разработать и реализовать мероприятия по созданию принципиально новой системы обслуживания.
48
1.4. Системность человеческой практики
На этапе испытания ТУ-144 выяснилось, что существующие системы управления полетами и наземным обслуживанием не способны выполнять эксплуатацию этого самолета, потому что его сверхзвуковая скорость требовала принципиально новой технологии обеспечения полетов. Кроме того, не в полной мере были соблюдены международные стандарты, в том числе не выполнено требование к шумовым показателям в пределах аэродромов. Этот пример является, по нашему мнению, убедительным доказательством высокой значимости системности практической деятельности в инновационной сфере, особенно на этапе формирования объекта системного исследования.
Теперь перейдем к рассмотрению весьма яркого положительного примера, а именно истории появления персонального компьютера (ПК). Прежде всего, следует отметить, что история электронных вычислительных машин отсчитывает шестой десяток лет. А первый ПК «Apple-1» был выпущен в 1976 г. В нем была предусмотрена возможность, которую условно можно назвать «программирование пользователя». Он стал той продукцией, которая произвела революцию в мире вычислительной техники. Следующий ПК «Арр1е-2», выпущенный в 1977 г., был оснащен клавиатурой и цветным монитором. Именно этот компьютер по выполняемым функциям и составу комплектующих элементов впервые определил стандарт ПК, который действует до настоящего времени.
Изобретателем первого персонального компьютера был американский конструктор Стив Возняк, однако только его соотечественник Стив Джобс, который взялся за воплощение проекта в жизнь, превратил изобретение С. Возняка в реальную продукцию. С. Джобс продал свой автобус, уговорил С. Возняка продать калькулятор и на вырученные деньги организовал в доме родителей мини-фабрику. Реакция специалистов на выпуск ПК «Арр1е-1» и «Арр1е-2» была неоднозначной. Так, компания IBM, которая на то время считалась крупнейшим в мире производителем и бессменным лидером компьютерной промышленности, и семь других известных, но более мелких фирм, утверждали, что рынок пользователей ПК составят только сами изобретатели этого компьютера.
Такие специалисты, как Роберт Нойс — изобретатель интегральных микросхем и создатель компании Intel, Нолан Бушнель — основоположник индустрии видеоигр, президент фирмы «ATARI» Билл Хьюллет — один из создателей Hewlett Packard, также уверяли, что ни «Apple-1» или «Арр1е-2», ни любой другой ПК такого класса не будет пользоваться спросом. Но, несмотря на столь пессимистические прогнозы корифеев компьютерной промышленности, работа по выпуску и совершенствованию ПК «Apple» продолжалась. С. Джобс, обладая способностью технологического предвидения, не имел никаких сомнений относительно значения ПК в практической деятельности специалистов в различных сферах науки и техники, в чем убедил и своего партнера С. Возняка.
Чем закончилась эта история известно, тем не менее не помешает отметить два таких факта. Если большие, средние и малые ЭВМ на протяже
4-11-912
49
Глава 1. Предметная область системного анализа
нии всей истории их производства считались единицами, то ПК сразу стали считать тысячами, а к концу XX века счет шел уже на десятки и сотни миллионов. Рынок ПК за 5 лет достиг 30 млрд долларов, а бизнесу больших вычислительных машин для этого потребовалось 30 лет. Объясняется это тем, что ПК приблизился к потребностям человека, навсегда изменил приемы и методы, которыми человечество пользовалось в работе при оформлении документов, подготовке рукописей, передаче и чтении сообщений, разнообразных вычислений и оформлении их результатов.
Вклад персонального компьютера в развитие научно-технического прогресса на несколько порядков выше, чем вычислительной техники любого другого типа. ПК стимулировал развитие информационных технологий и систем, стал основным функциональным элементом наукоемких технологий и, по существу, главным катализатором стремительного перехода цивилизации к информационному обществу.
Вместе с тем не следует считать, что процесс перехода от индустриального общества к информационному стал возможным только благодаря изобретению ПК. Отдавая должное ПК и его создателям, нельзя не учитывать того, что этот процесс стимулировали и многие другие факторы и обстоятельства. Среди них важнейшими достижениями, безусловно, являются:
♦	создание дублируемого программного обеспечения для ПК, ориентированного на массового пользователя;
♦	изобретение микропроцессора и разработка технологии его серийного производства.
Первое достижение, которое принадлежит Биллу Гейтсу и Полу Аллену и их фирме Microsoft, открыло возможность массового производства операционных систем и прикладного программного обеспечения для ПК. Билл Гейтс стал самым молодым миллиардером в мире и вошел в историю XX века как самый богатый человек планеты. Другое достижение, которое принадлежит Роберту Нойсу и его компании Intel, дало возможность начать массовое производство процессоров, являющихся наиболее сложным функциональным элементом ПК. Эти инновации стали основой для создания индустрии персональных компьютеров. Так, первый в мире промышленный ПК «Арр1е-2» был запущен в производство в 1977 г., а уже в 1982 г. его годовой объем выпуска составлял 700 000 штук. До конца XX века более 80 % ПК в мире имели программное обеспечение Microsoft и процессор Intel.
Эта история является весьма поучительной и нуждается в ответе на ряд вполне естественных вопросов. Как могло случиться, что не только эксперты известных компьютерных компаний мира, но и ведущие специалисты этой отрасли, внесшие большой личный вклад в ее становление и развитие, являясь создателями и опытными руководителями собственных крупных фирм, не смогли в столь перспективном изобретении, как ПК, увидеть его будущее, понять его место и роль в практической деятельности человечества? Почему руководители IBM и Hewlett Packard продемонстри
50
1.4. Системность человеческой практики
ровали невероятную близорукость и отказались реализовать проект, который им предлагали их бывшие сотрудники? Что же помешало ведущим фирмам и специалистам компьютерной отрасли поверить в возможность промышленной реализации персонального компьютера, понять ее необходимость и целесообразность? Что же помогло молодому специалисту С. Джобсу в возрасте 19 лет, вопреки отрицательным прогнозам, самому взяться за воплощение проекта и достичь небывалых и непредвиденных успехов?
Ответ на последний вопрос одновременно и достаточно прост, и достаточно сложен. Может показаться, что человеку повезло. Но этот фактор не внес решающего вклада в конечный результат, хотя бы потому, что замысел С. Джобса и С. Возняка постоянно подвергался различным нападкам со стороны производителей ЭВМ. Главный фактор успеха состоит в том, что С. Джобс, обладая системным мышлением, представил как единую систему взаимосвязи потребностей человека при работе с ЭВМ и возможностей их реализации в ПК. Он смог предвидеть, с одной стороны, потребности потенциальных пользователей в удобном общении человека с ЭВМ, а с другой стороны, сумел найти реальные пути их реализации.
Практика доказала справедливость технологического предвидения С. Джобса. Основной причиной ошибок, допущенных указанными компаниями и специалистами, является отсутствие системности в оценивании факторов, от которых зависит объем рынка ПК. Учитывая высокий уровень неопределенности исходных условий и выдающиеся результаты, которые были получены, создание ПК можно справедливо считать одним из самых ярких примеров технологического предвидения и системности практической деятельности человека при реализации новых идей.
Как второй положительный пример высочайшего уровня организованности и системности инновационной практической деятельности человека следует отметить разработку, производство и эксплуатацию широкой номенклатуры космических аппаратов в бывшем СССР. Прежде всего, следует вспомнить, что два поколения орбитальных обитаемых космических комплексов «Союз» и «Мир» эксплуатировали на орбите более 20 лет. Ни одна другая страна мира не смогла создать за это время ни одного аналогичного комплекса. Так, США планировали запустить в 1995 г. в космос станцию «Фридом», аналогичную главному модулю комплекса «Союз», и начать ее орбитальную эксплуатацию с 1996 г., однако эти планы не были реализованы. С 1997 г. США стали участвовать в экспериментах на комплексе «Альфа».
И только на протяжении нескольких последних лет США удалось приблизиться к достижениям бывшего СССР в освоении космоса с помощью орбитальных космических станций.
Главными достижениями космической деятельности СССР, которые навсегда вошли в мировую историю, стали первый в мире запуск искусственного спутника Земли, первый в мире полет человека в космос, первый его выход в открытое космическое пространство. Подобный успех можно
4*
51
Глава 1. Предметная область системного анализа
было достигнуть только при условии применения целенаправленного системного анализа с учетом всей совокупности факторов и проблем, взаимосвязи и взаимодействия всех функциональных систем и устройств уникального наземно-космического комплекса, который включает космические аппараты, ракеты-носители, пространственно-распределенные объекты систем запуска, средства связи и управления, различные объекты и оборудования систем обеспечения и т. д. Этот уникальный комплекс был создан путем рационально обоснованного, программно-целевого планирования и системноцеленаправленной организации коллективной деятельности по разработке, производству, испытанию, технологической подготовке и вводе в эксплуатацию всех его функциональных элементов по единому стратегическому замыслу и системно согласованным программам, взаимосвязанными единой целью изучения и освоения космического пространства.
Необходимо обратить внимание на два принципиально важных условия разработки рассмотренного класса объектов. Во-первых, разработка практически каждого космического аппарата проводилась в условиях отсутствия многих необходимых данных — важных качественных характеристик и количественных показателей космической среды эксплуатации аппаратов, показателей и характеристик свойств материалов в условиях интенсивного воздействия различных факторов в открытом космосе, в том числе воздействия различных видов излучений, микрогравитации, микровакуума, а также неполноты другой количественной и качественной информации, которая впервые стала использоваться на практике.
Вторая особенность непосредственно следует из первой. Суть ее состоит в том, что на этапе разработки космического аппарата практически невозможно четко определить, какие вероятные условия внешней среды будут соответствовать штатному режиму эксплуатации, а какие условия приводят к нештатной критической или чрезвычайной ситуации. Поэтому появляется необходимость прогнозирования, анализа и оценки последствий штатных ситуаций, а также возможных результатов, которые при разработке других объектов даже не учитываются. Эти обстоятельства являются яркой иллюстрацией не только общих свойств факторов, которые определяют системность взаимосвязи и взаимодействия среды и объекта, но и детального системного анализа тонкой структуры взаимозависимости свойств этих факторов. Они также демонстрируют, насколько велика сложность условий разработки уникальных объектов, формирования исходной информации, системной взаимосвязи разнородных прикладных задач, связанных с разработкой, испытанием, технической диагностикой, эксплуатацией современных технических объектов.
Отсюда следует необходимость для разработчиков иметь в своем распоряжении системно согласованную технологию решения всей совокупности научно-технической проблемы и практических задач, которые возникают на различных этапах жизненного цикла современных технических объектов. Эта технология должна обеспечить возможность достижения многих целей и, в первую очередь, таких:
52
1.4. Системность человеческой практики
♦	рациональное использование имеющейся информации различного вида, включая точные и приближенные данные, разнообразную количественную и качественную информацию, в том числе нечеткую, неполную, неточную и противоречивую, которую часто формируют эмпирически — руководствуясь определенным опытом, интуитивно, на базе различных догадок, предположений, рассуждений;
♦	своевременное формирование достаточно обоснованных и достоверных решений в условиях, когда исходная информация недостаточно полная или четкая, когда она в какой-то мере неопределенная, неточная и противоречивая.
На первый взгляд этот вывод кажется парадоксальным. Действительно, почему после решения сложнейших задач, которые требуют разработки универсальных комплексов уникальных космических систем и целого ряда сложных технических объектов других классов, развития и широкого внедрения в различные отрасли производства наукоемких технологий, непрерывного стремительного повышения технических возможностей вычислительной техники, разработчикам, как и раньше, необходимо заботиться о совершенствовании единой интегрированной технологии системно согласованных решений задач, связанных с разработкой, производством, испытаниями, технологической подготовкой к введению в эксплуатацию и эксплуатацией изделий новой техники? Ответ на этот вопрос следует из общих закономерностей развития спроса и предложения. Об этом очень образно и точно сказал Д. Химмельблад: «Создается впечатление, что с расширением наших возможностей в решении сложных задач с той же скоростью расширяется и их круг. В результате всегда существует категория задач, решение которых требует еще больших усилий».
Сформулируем общие выводы о сущности и значении системности в практической деятельности человека. Из приведенных выше примеров, которые демонстрируют ее достижения и неудачи, очевидно, что системность, в первую очередь, из-за своей многогранности, играет важную роль при решении сложных практических задач. Системность определяют как объективные, так и субъективные факторы. Определяющими объективными факторами являются разнообразие взаимосвязей и сложность взаимодействия различных элементов структуры рассмотренного объекта, а также высокий динамизм, многообразие и сложность взаимодействия данного объекта с внешней средой. Важнейшими субъективными факторами системности являются многочисленные формы взаимодействия исследователя, системного аналитика и разработчика объекта исследования.
Указанные факторы касаются различных организационных, научно-технических и методологических проблем. Среди последних основными с позиции достижения поставленных целей исследования являются такие:
♦	определение граничных свойств и характеристик объекта исследования;
♦	формулировка общей задачи системного анализа для объекта исследования;
53
Глава 1. Предметная область системного анализа
♦	выбор или разработка необходимого инструментария для решения задачи.
При разработке и производстве изделий новой техники всегда учитывают некоторые условия, определяющие сложность решения соответствующих задач. К примеру, для производственника это будут условия, которые определяют объект труда, цель труда, инструментарий труда и, наконец, принцип организации труда.
Важность указанных условий прокомментируем на примере, который, на первый взгляд, кажется простым или даже элементарным.
Прежде всего, необходимо обратить внимание на то, что любые реальные объекты имеют практически неограниченное количество собственных свойств и неограниченное количество свойств различных видов взаимосвязей и взаимодействий с другими объектами и внешней средой. Любое из этих свойств или их определенную совокупность можно целенаправленно изучать, но практически ни один реальный объект невозможно изучить полностью. Более того, изучение многих свойств сложного объекта может оказаться ненужным или даже бессмысленным с позиции поставленной цели исследования.
Так, бессмысленно изучать химический состав, радиоактивность и другие химические и физические свойства материалов, из которых выполнены персональные компьютеры, если целью системного исследования является способность локальной сети определенного предприятия перерабатывать информацию о спросе и номенклатуре выпускаемой продукции. Очевидно, что для достижения поставленной цели необходимо знать иные свойства, особенности и взаимосвязи составляющих объекта. В данном случае определяющими являются сведения о структуре предприятия, принцип организации взаимодействия его структурных подразделений, а также другая информация, которая позволяет определить внешние и внутренние информационные потоки, объем и скорость обновления баз данных, необходимое математическое и программное обеспечение для решения прикладных задач обеспечения деятельности исследуемого предприятия.
Рассмотренный пример наглядно показывает, что в каждом конкретном исследовании для достижения поставленной цели исследования требуется из всего многообразия свойств, характеристик и показателей объекта выбрать ограниченное и сравнительно небольшое количество, но такое, которое достаточно полно описывает данный объект с учетом его внутренних и внешних взаимосвязей. Иными словами, при выборе границ исследуемого объекта необходимо руководствоваться принципами системного анализа, в первую очередь принципами целостности.
Данное утверждение справедливо как для выполнения анализа конкретного технического, организационного или иного объекта на различных этапах его жизненного цикла, так и для выполнения анализа различных процессов их развития, включая штатные, нештатные, критические и чрезвычайные ситуации. Отсюда следует, что объект исследования должен быть определен как некоторый элемент реального мира, который можно рас
54
1.4. Системность человеческой практики
сматривать в течение всего его жизненного цикла как единое целое с позиции достижения определенных целей в определенных условиях. Но различные исследователи могут трактовать цели и ожидаемые результаты при одинаковых условиях по-разному через субъективные факторы. Это могут быть индивидуальные психометрические характеристики работников, разный уровень их знаний, навыки и опыт, умение предвидеть будущее и выдвигать гипотезы, использовать интуицию при решении различных задач в условиях неопределенности, неполноты, неточности и противоречивости исходной информации, а также нечеткости формулировки условий, критериев, свойств и показателей задач определенного рода.
Таким образом, решению подобных задач присуща определенная доля субъективизма. И это вполне естественно, поскольку процедура формирования условий и критериев для них является принципиально неформали-зуемой, исследователь выполняет ее субъективно на основе собственного опыта и интуиции. Неформализуемость, нечеткость, неопределенность исходной информации и ряд других важнейших особенностей системности практической деятельности человека определяют целесообразность рационального совмещения во время проведения системного анализа как интуиции и опыта исследователя, так и объективных знаний, а также вычислительных возможностей компьютеров. В этом своеобразном симбиозе возможностей и объективных научных знаний компьютер играет роль усилителя интуиции и творческого начала человека, т. е. роль мощного инструмента при решении задач системного анализа.
Следовательно, системность практической деятельности человека диктуется самой сущностью окружающего целостного мира, т. е. она не является результатом трактовки и понимания объекта исследования соответствующим разработчиком или системным аналитиком. Другими словами, эта категория является объективной. И чем больше человек овладевает методом системности, тем более сложным и загадочным для него становится этот феномен. Данное положение создает значительные трудности в выявлении и интерпретации физического смысла системности. Трудности интерпретации физического или иного смысла системности обусловлены как сложностью и целостностью окружающего мира, так и сложностью и многогранностью взаимодействия с ним человека. Следовательно, интерпретация системности должна быть связана с интерпретацией сложности. Но как справедливо заметил Р. Розен: «Наши интерпретации понятия «сложности» почти столь же разнообразны, как и сама сложность». Поэтому обобщенные интерпретации системности не могут быть единственными.
Приведем одну из возможных интерпретаций. Системность является таким многогранным свойством практической деятельности человека, которое определяет эффективность и результативность субъективного взаимодействия с объективным окружающим миром в процессе решения конкретных практических задач. По своей природе системность является латентным, непосредственно неизмеряемым свойством, по существу аналогичным коэффициенту полезного действия определенного технического устройства.
55
Глава 1. Предметная область системного анализа
В широком смысле под системностью следует понимать структурную взаимосвязь и целенаправленное функциональное взаимодействие определенных элементов и частей как материи, так и материальных объектов. С этой точки зрения системность является глобальным свойством Вселенной, которое выражено как всеобщее свойство материи, в том числе и человеческого общества.
Следует заметить, что различные аспекты данного свойства с той или иной степенью полноты изучают различные естественные, технические и общественные науки. Вместе с тем ни одна из этих наук не дает достаточно целостного представления как об объектах, которые имеют указанное свойство, так и о методах решения системных задач, которые по разнообразию исследуемых факторов и условий являются междисциплинарными. Допущения и ограничения аксиоматических научных дисциплин не всегда выполняются на практике, и потому их методы во многих случаях неприменимы при решении практических задач. В частности, методы теории исследования операций оказались непригодны для нахождения решений задач системного выбора рациональных альтернатив во время решения сложных практических, системных проблем. И данное обстоятельство стимулировало поиск новых подходов и методов решения указанных задач, которые принципиально отличались бы от приемов и методов аксиоматических дисциплин.
1.5. Роль и место системного анализа в практической деятельности человека
Проведенный анализ развития основных этапов системности позволяет определить общую роль и место системного анализа в практической деятельности человека. Для этого рассмотрим более подробно общую структуру системного взаимодействия человека, объекта его изучения и окружающей среды. Покажем, что к такому взаимодействию сводится задача системного анализа многих типов реальных сложных систем различного назначения.
Приведем трактовку некоторых понятий. Под объектом изучения будем понимать материальный объект естественного или искусственного происхождения, используемый или производимый в процессе практической деятельности человека, или определенную ситуацию, которая возникает в результате воздействия природных процессов или складывается в результате практической деятельности. Среда — внешнее окружение человека и объекта исследования (природная среда, внешние объекты, взаимосвязанные или взаимодействующие с рассматриваемым объектом). Человек — разработчик, производитель, пользователь, продавец или покупатель объекта или специалист-исследователь соответствующей предметной области, к которой принадлежит исследуемый объект.
Выясним роль системного анализа на сопоставлении двух задач: традиционной физической задачи гравитационного взаимодействия трех тел и за-
56
1.5. Роль и место системного анализа в практической деятельности человека
дачи системного взаимодействия человек о объект о среда. Схематически системное взаимодействие можно представить в виде треугольника, вершинами которого является человек, объект и среда. Эту схему будем называть схемой 1 (рис. 1.3). Выбор физической задачи обусловлен тем, что ее структурная схема наиболее близко совпадает с принятой схемой 1.
Однако свойства взаимодействия
Рис. 1.3. Структурная схема: человек <=>
<=> объект <=> среда
объектов в этих задачах принципи-
ально различаются. Действительно, для задачи взаимодействия трех тел единственным и определяющим фактором являются взаимные гравитаци
онные влияния.
Поэтому системные свойства определяет только взаимодействие трех гравитационных масс. Данное взаимодействие имеет точное математическое описание. Единственная сложность исследования такого взаимодействия состоит в том, что динамические уравнения, описывающие подобную систему, не могут быть решены аналитически. От исследователя зависит только выбор метода численного решения системы уравнений и, как следствие, точность полученного решения.
Таким образом, решения, полученные различными исследователями, будут различаться только величиной погрешности и, возможно, затратами времени на вычислительный процесс. Сопоставление таких решений не представляет ни математической, ни методологической сложности.
Принципиально иным является взаимодействие человек <=> объект <=> <=> среда в процессе практической деятельности человека. В данном случае определяющей особенностью задачи является неполнота, неопределенность, неточность, нечеткость и противоречивость исходной информации. Действительно, при разработке, эксплуатации или исследовании объекта не удается в полной мере учитывать свойства и влияние среды. Но внешнее окружение объекта, как правило, не имеет четких границ, поскольку любой объект в практической деятельности человека имеет многообразные связи с внешним миром — энергетические, материальные, информационные, природные и т. д. Более того, не существует системы универсальных постоянных, которые позволяли бы четко и однозначно количественно характеризовать все возможные связи и взаимодействия.
К примеру, нельзя количественно однозначно определить унифицированные природные условия эксплуатации техники, в частности для транспортных наземных средств. Так, природные условия Крайнего Севера принципиально отличаются от природных условий пустынь и полупустынь, а те, в свою очередь, резко отличаются от природных условий джунглей. Кроме того, даже в пределах одной климатической зоны различные группы факторов по многим характеристикам являются противоположными, пре
57
Глава 1. Предметная область системного анализа
дъявляют противоположные требования к объекту (сооружения, технологии, транспортного средства и т. д.).
Еще одной особенностью системной задачи в структуре взаимодействия человек <=> объект <=> среда является неопределенность и неоднозначность целей. В задаче взаимодействия нельзя количественно однозначно охарактеризовать цели разработки или исследования определенного объекта. Дело в том, что любой объект должен удовлетворять одновременно множеству целей, которые, как правило, противоречивы или противоположны. К примеру, противоречивыми являются цели достижения высокой прочности конструкции и' малого веса, высокой надежности и низкой стоимости и т. д. К тому же цели разработки должны учитывать многие латентные факторы, которые могут иметь принципиальное значение в случае наличия альтернативных решений. Это могут быть эстетические, эргономические, этнические и другие аналогичные факторы, в частности определенные привычки и навыки потенциального пользователя и т. д.
Отсюда следует необходимость поиска рационального компромисса как между разными группами факторов взаимодействия человек <=> объект <=> <=> среда, так и внутри каждой группы. В частности, при определении границ объекта, разработке общей формулировки задачи исследования необходимо обеспечить рациональный компромисс между определяющими обобщенными противоположными критериями — максимизацией качества решения и минимизацией сложности процедуры решения.
Перечень подобных примеров можно продолжить. Но и рассмотренных достаточно для того, чтобы стал очевидным вывод: решение многих задач в процессе практической деятельности человека требует поиска рационального компромисса. А такая процедура является достаточно субъективной, поскольку критерии сравнения и предпочтения альтернативных вариантов выбираются лицом, принимающим решение (ЛПР). Отсюда следует вывод, что при одних и тех же исходных данных различные ЛПР могут получать решения, которые существенно различаются между собой практически по подавляющему большинству показателей. Существует немало убедительных примеров, практически подтверждающих данный тезис. В частности, убедительным доказательством является большое разнообразие однотипной продукции даже в условиях жестких ограничений национальных и международных стандартов.
Вполне естественно, что в условиях многообразия изделий одинакового назначения появляется необходимость оценить и сопоставить качества некоторых альтернативных вариантов однотипных изделий. Такая задача ставится многими категориями лиц. Она, прежде всего, имеет большое значение для потребителя. Но не менее большое значение обусловленное и достоверное решение этой задачи имеет для производителя соответствующей продукции, если он стремится обеспечить ее конкурентоспособность на рынке. Более того, для разработчика и производителя продукции важность и сложность решения этой задачи существенно выше, чем для потребителя. Действительно, производитель должен рассматривать все аспек-
58
1.5. Роль и место системного анализа в практической деятельности человека
Рис. 1.4. Взаимодействие системного аналитика и системы человек <=> объект <=> среда
ты качества продукции не только с позиции собственных взглядов и возможностей, но и с учетом действий конкурентов на рынке, а также динамики роста запросов покупателей.
Таким образом, в практической деятельности появляется потребность в анализе взаимодействия человек <=> объект <=> среда с более общей позиции, чем в схеме 1. Такой анализ, по существу, является исследованием качества и эффективности принятой методологии и стратегии действий человека в указанной системе.
Задачу такого рода должен решать системный аналитик. Поэтому приходим к структурной схеме 2 — взаимодействие системного аналитика и рассмотренной выше системы, т. е. к новой системе: системный аналитик <=> <=> человек <=> объект <=> среда (рис. 1.4).
В этой схеме исследование требуется проводить путем сопоставления, сравнительной оценки результата, полученного в рассмотренной системе, с аналогичными результатами конкурентов, а также с общими тенденциями и перспективами развития производства, рынка сбыта и запросов потребителей.
Возникает вопрос: почему эту задачу не может решить человек (разработчик, пользователь, исследователь или другое лицо) в рамках схемы 1, почему необходимо анализировать данные взаимодействия с иной позиции — позиции системного аналитика, который изучает взаимодействие в рамках схемы 2? Действительно, любой опытный разработчик или производитель выполняет анализ запросов потребителя, прогнозирует и оценивает действия конкурентов, оценивает рынок сбыта и спроса, разрабатывает соответствующую стратегию действий с учетом многих факторов, собственных целей и возможностей. Существует практическая необходимость в проведении системного анализа взаимодействия на основе схемы 2, который обусловливают многие факторы. Отметим наиболее существенные.
59
Глава 1. Предметная область системного анализа
Любой разработчик или производитель при решении задачи формирует собственную систему критериев, показателей и предположений. Подобная система критериев является субъективной, а следовательно, субъективной является и соответствующая оценка. Вследствие такого подхода разработчик или производитель, который специализируется на определенном классе продукции, часто переоценивает ее положительные свойства, возможности и перспективы, и недооценивает ее недостатки, а также возможности и перспективы конкурирующего класса продукции. Доказательством этого являются примеры банкротства, убыточности, которые практически ежегодно происходят в массовом количестве в странах с рыночной экономикой.
Второй фактор определяет необходимость участия в принятии решений подобных задач системного аналитика. Оценить качество принятой методологии и стратегии получения решения, его достоверность и обоснованность с использованием системы критериев, принятых для схемы 1, практически невозможно. Такой вывод следует непосредственно из математически обоснованного принципа дополнительности К. Геделя [60]. В соответствие с данным принципом для оценки качества и эффективности принятой стратегии и методов решения с использованием определенной системы критериев необходимо перейти к более мощной системе критериев, которая дополняет исходную систему новыми свойствами и открывает возможность для использования дополнительного аппарата оценки. Именно такая возможность появится в результате системного анализа задачи по схеме 2. Отсюда следует, что решение похожих задач с методологической точки зрения принципиально отличается от решений традиционных физических задач.
Проведенный анализ позволяет сделать следующий вывод. Системность практической деятельности человека определяет необходимость системного анализа на различных уровнях исследования взаимодействия элементов как внутри системы человек <=> объект <=> среда, так и на более высоком уровне: системный аналитик <=> человек <=> объект <=> среда.
Рассмотренный пример определяет роль и место системного аналитика в практической деятельности. Показана его роль как эксперта, который должен оценить возможную степень достижения поставленных целей на основе результатов деятельности сложной системы.
Очевидно, что только этой функцией значение системного аналитика и соответственно роль системного анализа как научной методологии не ограничивается. Такой вывод следует непосредственно из принципиальных особенностей и отличий практических системных задач от типовых задач аксиоматических дисциплин, например, рассмотренных в рамках теории исследования операции, теории оптимизации и т. д. Это отличие состоит в том, что практические системные задачи являются концептуально неопределенными [139], исходя из того, что им присущи принципиальные неопределенности, неоднозначности, риски, противоречивости множественных целей, наличие в исследуемых системах элементов различной природы и
60
1.5. Роль и место системного анализа в практической деятельности человека
информации различного характера (количественного и качественного), которая циркулирует между этими элементами.
Отсюда следует, что сложность таких задач намного выше, чем сложность задач аксиоматических дисциплин, поскольку в исходной постановке они являются неформализуемыми. Формализация является одной из сложнейших процедур при постановке и решении системных задач любого вида. Тем не менее, на практике формализации поддаются только отдельные составляющие более сложных задач. В частности, одной из важнейших составляющих является определение и формулировка целей в виде целевых функций. Задачу их формирования можно представить такой последовательностью взаимосвязанных задач:
♦	сведение исходной вербальной, числовой, эмпирической и других видов информации к некоторому стандартному виду, который дает возможность сформулировать цели исследования;
♦	выбор класса и структуры приближающих функций при формировании целей;
♦	выбор критериев, принципов, подходов и методов построения целевых функций;
♦	нахождение целевых функций в принятом классе функций, которые обеспечивают формализацию вербально сформулированных целей с допустимой на практике погрешностью.
От обоснованности и достоверности результатов выполнения этой начальной процедуры при решении практических системных задач может зависеть конечный результат разработки нового сложного технического изделия или результат анализа сложной проблемной ситуации. В тоже время от конечного результата может зависеть деятельность больших коллективов исполнителей, научных организаций и промышленных предприятий, что характерно для разработки сложных технических систем, например, космических аппаратов, электростанций и др. Аналогичные свойства присущи многим локальным задачам, которые возникают после декомпозиции общей задачи системного анализа. Очевидно, что решение этих задач требует системного мышления и системных исследований.
Отсюда следует, что для решения системных задач на различных стадиях жизненного цикла многоуровневых иерархических сложных систем или для исследования многоуровневых, многоцелевых, многофакторных проблемных ситуаций необходимо создать адекватную многоуровневую иерархическую организационную систему, на каждом уровне которой должны принимать решения группы системных аналитиков, способных решать сложные практические задачи или анализировать проблемные ситуации. Возможная структура такой организационной системы представлена в следующих параграфах.
61
Глава 1. Предметная область системного анализа
1.6.	Системный анализ как универсальная научная методология
История становления и развития системных исследований и системного анализа тесно связана с проблемами и тенденциями непрерывного повышения сложности систем различной природы, например, технических, биологических, социальных, экономических и др., с которыми человек сталкивается в различных сферах своей деятельности. Характерной особенностью таких систем является неформализуемость ряда процессов, происходящих в системе, неопределенность внешних условий, неполнота, неточность, нечеткость исходной информации, возможность появления в процессе функционирования нештатных, критических и чрезвычайных ситуаций.
Одним из главных проявлений тенденции повышения сложности было возникновение больших, чрезвычайно сложных систем современного общества. С одной стороны, это организационные, нефизические системы, например социальные или экономические, с другой — крупные физические системы, в том числе космические, экологические, энергетические, телекоммуникационные, транспортные. Сложность анализа и управления такими системами резко возросла, что определило необходимость разработки методов, позволяющих осуществлять эффективное планирование и проектирование в сложных ситуациях, где ни одна традиционная научная дисциплина не в состоянии учесть все факторы [180].
Современные традиционные научные дисциплины принято делить на две большие группы. Первая группа дисциплин изучает свойства объектов: определенный тип объектов и объективные законы, описывающие их развитие и жизнедеятельность. Базируется на системе аксиом, постулатов, предположений. К этой группе относятся дисциплины, каждая из которых занимается определенным типом объектов, например, физические, химические, биологические, политические, экономические, социальные, независимо от типа отношений между этими объектами.
Вторая группа дисциплин изучает отношение между объектами: принципы и законы отношений между объектами. В основе лежат законы, изучающие отношения между объектами: их организацию, структуру, взаимосвязи, зависимости, корреляции, ограничения и т. д. В эту группу входят такие научные дисциплины, как кибернетика, теория управления, теория принятия решений и т. д., при этом тип объектов может быть произвольным. Эти две группы дисциплин условно можно рассматривать как «ортогональные».
Системный анализ применяется в двух указанных группах, т. е. носит междисциплинарный характер. Это обусловлено несколькими факторами. Во-первых, системные принципы, приемы и методологию можно применять при исследовании проблем, характерных практически для всех традиционных дисциплин первой группы. Во-вторых, с его помощью удобно изучать свойства отношений между различными объектами в разных усло
62
1.6. Системный анализ как универсальная научная методология
виях и ситуациях, что характерно для второй группы дисциплин. В-тре-тьих, системный анализ позволяет рассматривать изучаемый объект с позиции целостности, учитывая одновременно как свойства элементов объекта, так и свойства взаимодействия элементов объекта между собой. Системный анализ является универсальной двумерной научной методологией, которая с единых позиций изучает как свойства объектов, так и отношения между ними
Благодаря перечисленным особенностям системный анализ можно воспринимать как универсальную двумерную научную методологию, которая с единых позиций изучает и свойства объектов, и отношения между ними. Становление и развитие теории и практики системного анализа подтверждает справедливость высказывания известного системного аналитика Дж. Клира [79]: «Главное в развитии науки во второй половине нашего века — это переход от одномерной науки, которая в основном опиралась на экспериментирование, к науке двумерной, в которую наука о системах, базирующаяся в основном на отношениях, постепенно входит в качестве второго измерения». Безусловно, опираясь на это определение, системный анализ можно отнести к двумерной научной методологии.
Понятие одномерной и двумерной научной методологий базируются на двух фундаментальных критериях:
♦	общность типов элементов;
♦	общность типов отношений.
Считается, что критерии образуют взаимно ортогональную систему координат.
Примером классификации по первому критерию служит традиционное деление науки и техники на дисциплины, специальности, отрасли. Каждая дисциплина (специальность, отрасль) занимается определенным типом элементов (физические, химические, биологические, политические, экономические и др.). При этом тип отношений не фиксируется, и отношения между элементами одного определенного типа могут быть различными.
Использование второго критерия приводит к совершенно иной классификации, согласно которой задается определенный тип отношений, а тип элементов не фиксируется. При этом термин «отношение» используется в самом широком смысле, который включает набор таких родственных понятий, как организация, структура, взаимосвязь, зависимость, корреляция, ограничение и т. п. Данная классификация определяется по результатам обработки информации о взаимоотношениях определенного вида для различных классов.
Примерами классификации по второму критерию могут служить различные способы группирования разделов знаний, принятые в кибернетике, исходя из общности формализованного описания отношений элементов, принципа классификации задач математического программирования и др.
Современные системные исследования выполняются с использованием обширного комплекса научных, технических, организационно-управленческих методов, а также специальных вычислительных подходов. Таким об-
63
Глава 1. Предметная область системного анализа
разом, представляя определенную область современной науки и техники, системные исследования как одна из форм научно-технической деятельности требуют, вне всякого сомнения, теоретическое обоснование. Вполне естественно, что столь сложный и многогранный феномен, каким являются системные исследования, нуждается в определении своего места в современной методологии наук.
Современное методологическое знание не представляет собой некое однородное гомогенное образование. Бурное развитие науки в XX веке, усложнение ее структуры и существенное возрастание в ней роли теоретического, абстрактного мышления, широкая математизация и формализация современной науки сопровождались процессом интенсивной дифференциации методологического инструментария исследований наряду с развитием общефилософских методологических принципов познания. Эта новая ситуация в методологии науки позволяет выделить четыре ее основных уровня [79]:
♦	Философская методология. Анализ общих принципов познания и категориального базиса науки. Этот уровень методологии представляет собой раздел философского знания, который разрабатывается присущими только для философии методами.
♦	Общенаучная методология. Разработка общенаучных концепций познания и формальных методологических теорий (логика науки, разрабатываемая на основе применения аппарата математической логики и т. п.). Общенаучный характер методологических концепций свидетельствует об их междисциплинарной природе, т. е. о применимости к различным областям науки на стыках традиционных дисциплин и о принципиальной возможности перенесения средств и методов таких концепций из одной области научных знаний в другие. Поскольку общенаучные методологические концепции не претендуют на решение мировоззренческих, общефилософских проблем, их разработку осуществляют в сфере нефилософского знания, а именно в рамках современной логики и методологии науки.
♦	Конкретно-научная методология. На этом уровне анализируют методы, принципы и процедуры исследования, применяемые в специальных научных дисциплинах. Основная задача этого уровня методологии заключается в выявлении и описании совокупности методологических приемов и принципов, специфических для той или иной дисциплины — физики, биологии, химии, психологии, социологии и т. д.
♦	Методология прикладных исследований. Описание способов получения релевантной информации, условий проведения экспериментов, учета погрешностей, методов обработки экспериментальных данных и т. д. Методологические знания на этом уровне состоят из требований, регламентаций и практических приемов использования тех или иных научных результатов.
Учет различных уровней методологии дает возможность охарактеризовать системный анализ как общенаучное междисциплинарное методологическое знание. В соответствии с этой классификацией системный анализ
64
1.6. Системный анализ как универсальная научная методология
можно отнести ко второму уровню общенаучной методологии. Таким образом, методология системного анализа имеет большую общность, чем методологические утверждения, которые формулируют и принимают в конкретных областях научных знаний, но при этом они не претендуют на философский уровень обобщений и не занимаются разработкой общих принципов познания.
Разграничение уровней методологии позволяет не только выделить различные типы методологического анализа, но и установить взаимосвязь между ними. В частности, оно предполагает, что философская методология имеет основополагающее значение для любых форм методологических знаний. Важным следствием такого представления является преимущественное влияние общих уровней методологии на частные. Например, общенаучные методологии и, в частности, системный анализ влияют на формирование методологического знания на уровне конкретно-научной методологии и на уровне методики и техники исследования.
Таким образом, системный анализ как общенаучная междисциплинарная методология имеет такие особенности:
♦	представляет собой согласованную совокупность методологических принципов, процедур и методов исследований, ориентированных на диалектическое познание общих свойств и особенностей междисциплинарных системных задач и способов их решения с целью получения конкретнонаучных и прикладных результатов в различных сферах человеческой деятельности;
♦	является следующим шагом в развитии современной науки, а именно переходным этапом от двумерной науки к многомерной, способной всесторонне исследовать не только собственно систему, но и исходные условия ее создания, а также условия ее функционирования и управления в штатных и нештатных ситуациях; поэтому возникает необходимость, во-первых, в многомерном системном анализе условий функционирования системы, и, во-вторых, в многомерном системном анализе системы как целостного объекта.
Укажем еще на одно принципиальное отличие системного анализа от традиционных одномерных дисциплин. Его суть состоит в несколько иных целях исследования. Так, в основе традиционных дисциплин лежит аксиоматическая теория, которая базируется на определенной системе аксиом, постулат, допущений. При этом главная цель исследования заключается, во-первых, в том, чтобы доказать, что для принятых допущений, аксиом и ограничений сформулированная задача разрешима, а во-вторых, в том, чтобы обосновать, что методы ее решения обладают определенными свойствами (сходимостью, точностью, корректностью, существованием решения и т. д.). А вопрос о том, существует ли практическая интерпретация сформулированной теории, реализованы ли на практике введенные теоретические ограничения и допущения, не является целью исследования этих дисциплин. Ответы на такие вопросы ищут «специалисты-прикладники», которые ставят перед собой цель найти практические интерпретации аксио
5-11-912
65
Глава 1. Предметная область системного анализа
матических теорий и создать методические средства для определенного использования этих теорий на практике.
Исходя из этих позиций, системный анализ можно интерпретировать как прикладную научную методологию, арсенал средств которой базируется не только и не столько на аксиомах, сколько на эвристических методах, приемах, алгоритмах. Системный анализ в отличие от аксиоматических дисциплин имеет прямо противоположную цель исследования: при условии, что есть практическая задача, для которой известны физические, технологические, экономические и другие ограничения, требуется найти систему приемов и методов, которые позволят получить ее решение с практически приемлемой точностью, за допустимое время и при приемлемых затратах всех видов ресурсов. При этом системный анализ позволяет изучать все многообразие свойств объекта с позиции достижения поставленной цели его исследования как единого целого.
В то же время аксиоматические дисциплины позволяют изучать отдельные, определенные свойства объекта с позиции анализа только этих свойств, без учета влияния на них других свойств. К примеру, при исследовании свойств и характеристик мощности объекта не учитывают такие важные показатели, как технологичность, технико-экономическая эффективность и др. И наоборот, при исследовании технико-экономической эффективности не учитываются прочность и другие конструктивные свойства.
Следующее отличие прикладного системного анализа от аксиоматических дисциплин заключается в различии их исходных информационных платформ. В аксиоматических дисциплинах всю информацию, которая необходима для формализованного описания объекта исследования, считают заданной. В частности, полагают известными:
♦	параметры, которые характеризуют исследуемые свойства объекта;
♦	зависимость указанных параметров от показателей внешних воздействий и управления;
♦	критерии, по которым можно оценивать степень достижения цели исследования; допущения и ограничения на параметры и критерии;
♦	другая дополнительная информация, которая определяет свойства и особенности рассматриваемого объекта.
При этом исходной информации достаточно для разработки содержательной формулировки и математической постановки задачи исследования объекта. Более того, часто как исходную информацию приводят полную математическую формулировку задачи с необходимыми зависимостями, критериями, ограничениями и допущениями.
Принципиально иной объем и характер исходной информации присущ прикладным задачам системного анализа. Прежде всего, исходную информацию об объекте исследования характеризуют неполнота, неточность, нечеткость и противоречивость. При этом, как правило, отсутствует наиболее важная информация, в том числе о критериях оценивания степени достижения целей исследования. Более того, во многих случаях, в частности, при проектировании сложных систем, ставятся противоречивые требова
66
1.6. Системный анализ как универсальная научная методология
ния к заданным техническим, эксплуатационным, технологическим показателям и характеристикам. Требуется найти рациональный компромисс, однако условия и критерии компромисса должны быть выбраны и обоснованы в процессе проведения системного исследования.
Этот перечень особенностей исходного информационного обеспечения прикладных системных задач можно существенно расширить. Все они приводят к тому, что в общем случае задачи системного анализа для реальных объектов являются принципиально неформализованными, поскольку содержат принципиально неформализованные процедуры. Например, выбор критериев, выбор условий рационального компромисса и т. д. Задачи системного анализа для реальных объектов решаются на основе рационального объединения возможностей человека-эксперта и возможностей использования современных объективных знаний и научного инструментария, прежде всего вычислительной техники, возможностей эвристических приемов и процедур и возможностей математических методов и алгоритмов.
Еще одно существенное принципиальное различие между аксиоматическими дисциплинами и прикладным системным анализом заключается в различии временного периода исследований. В аксиоматических дисциплинах исследования объекта проводятся в штатной ситуации. В задачах прикладного системного анализа исследование функционирования сложных систем проводится в штатных, нештатных, критических ситуациях, авариях и катастрофах, т. е. на всем жизненном цикле объекта исследования.
Таким образом, относительно традиционных научных дисциплин системный анализ можно рассматривать как следующий шаг в развитии методологии современной науки, а именно как переход от одномерной науки к многомерной, где всесторонне исследуют не только собственно систему, но и условия ее создания и функционирования, условия управления функционированием системы в штатных, нештатных, критических и чрезвычайных ситуациях с учетом факторов риска, а также неполноты, неточности и недостоверности информации.
Учитывая приведенные особенности системного анализа, представим его содержательную формулировку как научной методологии.
Системный анализ — это прикладная научная методология, опирающаяся на широкое многообразие системно организованных, структурно взаимосвязанных и функционально взаимодействующих эвристических процедур, методических приемов, математических методов, алгоритмических программных и вычислительных средств, которая обеспечивает формирование целостных, междисциплинарных знаний об исследуемом объекте как о совокупности взаимосвязанных процессов различной природы для последующего принятия решений относительно его дальнейшего развития и поведения с учетом множества конфликтующих критериев и целей, наличия факторов риска, неполноты и недостоверности информации.
67
Глава 1. Предметная область системного анализа
Заметим, что классическое определение научной дисциплины не может быть строго применено к системному анализу в связи с невозможностью хотя бы более-менее точно очертить арсенал методов и средств, которыми он оперирует, поскольку способы познания закономерностей развития сложных систем являются достаточно разнообразными и не ограничиваются какими-либо рамками, принципиальной междисциплинарностью и многомерностью его научного подхода к изучению сложных объектов.
Условия перехода цивилизации к информационному обществу, проникновение новых информационных технологий в различные сферы жизни и деятельности человека качественно изменяют не только цели, задачи и содержание образования, но и роль, место и значение отдельных дисциплин в общей системе образования. Потребность в формировании человека и исследователя, способного адаптироваться к быстро изменяющимся условиям и нормам современного общества и нацеленного на совершенствование этого общества, определяет необходимость пересмотра парадигмы образования и изменения многих аспектов процесса познания. В мировой практике четко прослеживается тенденция коренного изменения этого процесса — теперь больше внимания уделяется системному мышлению, что дает возможность выявлять глубинные явления, взаимные связи и влияние элементов окружающего мира. Поэтому формирование и развитие теоретических основ системного анализа как прикладной научной методологии должны быть системно согласованы с целями, задачами, ожидаемыми результатами и стратегией развития систем образования, а также общими тенденциями развития современного общества. Необходимость такого подхода следует из основных требований к опережающей системе образования за счет создания совместной научно-образовательной среды, в которой наука передает для обучения последние достижения, формируя передовое содержание образования, образовательная же компонента наполняет научную сферу талантливой молодежью; стирания грани между «исследованием» и «дипломной или курсовой работой» студентов, между «преподавателем» и «ученым», а также из требования освоения научной методологии и способов применения системного анализа на практике с целью выявления сущности и определения путей решения политических, экономических, социальных, научно-технических и других практически важных проблем.
Гл aji a 2_
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Системный анализ относится к категории таких научных феноменов, которые вызывают многочисленные дискуссии по множеству вопросов. Более того, до настоящего времени нет общепринятых ответов на некоторые из рассматриваемых им задач. Имеют место существенные разночтения и разногласия в трактовке многих основных, важных для практики понятий и определений, в частности, таких как «объект исследования», «система», «системность», «сложность», «системный подход», «системная задача» и др. Поэтому полагаем необходимым рассмотреть известные толкования этих понятий, предложить и обосновать свою версию их определений.
2.1. Объекты системного анализа
Решая реальные практические задачи системного анализа, человек наиболее часто оперирует такими важными понятиями, как «объекты» и «модели». В традиционных дисциплинах они имеют точные и однозначные определения, однако в системном анализе эти общепринятые понятия значительно дополняют и расширяют, исходя из их соответствия современной специфике проблем и имеющегося инструментария, особенностей и свойств объектов системных исследований, условий и особенностей формализации и решения системных задач.
Основные идеи известных подходов к описанию и формализации объектов системного анализа достаточно полно отражают цитаты, которые известный системный аналитик Дж. Клир принял как эпиграфы к разделам своей монографии [79]. Так, Дж. Гоген и Ф. Варела утверждают: «Мир по большей части не делится для нас на системы, подсистемы, среду и т. д. Мы сами его подразделяем, исходя из разных соображений, обычно сводящихся к одному общему: для удобства» [79]. Г. Бейтсон подтверждает удобство такого представления мира, но высказывает определенные сомнения: «Разбиение мира на части удобно и, возможно, необходимо, но точно неизвестно, как оно должно быть сделано» [79]. С. Ватанабе уточняет особенности проблемы представления мира и акцентирует внимание на неоднозначность процедуры разбиения: «Возвращаясь к общей проблеме целого и его частей, необходимо признать, что сложность, а следовательно, и
69
Глава 2. Основные понятия системного анализа
богатство идей, связанных с этой проблемой, обусловлены, по крайней мере, тем, что одна система может быть разбита на части многими способами» [79].
Все эти цитаты свидетельствуют о том, что выбор объекта системного исследования, определение его границ и границ окружающей среды являются достаточно сложной задачей. Постановка, формализация, методы решения задачи зависят от множества факторов. Они в значительной мере обусловливаются целями исследования, личными качествами ЛПР, а также условиями и ситуациями, которые складываются при проведении исследования.
Прежде всего, рассмотрим некоторые факторы и предпосылки, которые приводят к расхождениям в подходе разных системных аналитиков к выбору объектов исследования. Так, следуя подходу Дж. Клира [79], необходимо учитывать, что человек в повседневной жизни взаимодействует с различными объектами из окружающей среды, причем это взаимодействие обычно ограничивается несколькими представительными свойствами, которые характеризуют его качество и возможности. По мере заинтересованности в исследовании определенного объекта подобное взаимодействие может становиться все разнообразнее, но оно всегда ограничивается пределами восприятия человека, его способностью к оцениванию, выбору, наблюдению.
Иная ситуация характерна для специалистов, активно работающих в традиционных отраслях науки и техники, в других областях практической деятельности человека. Их интересуют достаточно определенные типы объектов исследования. Например, врачи работают с людьми различного возраста и разного состояния здоровья. Психологи изучают отдельных пациентов и малые социальные группы. Экологов интересуют объекты окружающей среды — озера, леса, реки и др.; они исследуют состояния этих объектов и воздействия на них техногенных факторов. Инженеры занимаются всевозможными реальными объектами, которые разрабатывает и использует человек (различными техническими изделиями, инженерными конструкциями, строительными сооружениями, в том числе атомными, тепловыми и гидроэлектростанциями, различными транспортными, производственными и другими средствами обеспечения жизни и деятельности человека и т. п.).
Материальные и абстрактные объекты. Приведенные выше примеры показывают, что выбор специалистом объекта исследования во многом определяет специфика его профессии. Вместе с тем, специалисты одной профессии могут работать с разными объектами или с одним и тем же объектом, но в разных условиях. Например, инженер-механик по авиационной технике следит за всеми стадиями жизненного цикла самолета, начиная с этапов концептуального, эскизного, технического и технологического проектирования на стадии разработки изделия, продолжая на стадиях исследовательского и серийного производства, испытаний, текущей эксплуатации и капитального ремонта и заканчивая стадией утилизации
70
2.1. Объекты системного анализа
изделия, которое исчерпало установленный ресурс. Однако цели и задачи конструктора на разных стадиях жизненного цикла самолета существенно различаются, и поэтому различаются объекты их деятельности. Так, на стадии проектирования целью деятельности является разработка проекта самолета с заданными техническими, экономическими и другими показателями, а основными объектами и результатами становятся проектные документы: техническое задание, стандарты, эскизный и технический проекты и другие. В качестве инструментария используют компьютеры, программные системы, множительную технику и другие технические средства.
На стадии эксплуатации целью деятельности конструктора является обеспечение безаварийности полетов, а основным объектом деятельности становится сам самолет. При этом деятельность экипажа и инженерно-технического персонала строго определяется соответствующими регламентирующими документами и обеспечивается определенными техническими средствами и приборами. Отсюда следует, что объект исследования человека зависит не только от его профессии, но и от условий, задач и результатов практической деятельности.
Следует обратить внимание на тот факт, что объектом исследования не всегда является предмет объективной реальности, и это не зависит от человека или его сознания. Действительно, на этапе концептуального проектирования нового технического изделия существует большое количество неопределенностей, в том числе неопределенность и противоречивость перспектив конкурентоспособности изделия, неопределенность рынков сбыта изделия, вызванная, в частности, активным противодействием конкурентов, а также ситуационной неопределенностью рисков в процессе разработки, производства, сбыта и эксплуатации изделия.
Результаты раскрытия неопределенности в значительной степени зависят от человека, в первую очередь от личных качеств ведущего конструктора изделия как ЛПР, т. е. его знаний, умения, опыта, интуиции, предвидения. От этих результатов, в свою очередь, зависят основные технические решения и показатели разрабатываемого изделия. Справедливость такой мысли подтверждают, в частности, качество и долголетие гражданских и военных самолетов, разработанных авиаконструкторами О. К. Антоновым, А.Н. Туполевым, А.С. Яковлевым.
Итак, этапа принятия решений соответствующим ЛПР, последующей разработки на этой основе конструкторской документации и ее реализации в виде исследовательского образца разрабатываемого изделия физически не существует — он появляется как объективная реальность в результате определенной деятельности человека. Пока ЛПР не примет решения относительно необходимости реализации нового изделия, физически не существует и конструкторской документации, которая необходима для его производства и эксплуатации. Отсюда следует, что на практике имеются объекты практической деятельности, которые не подпадают под приведенное выше понятие «объект» как философскую категорию, поэтому данное определение необходимо уточнить и расширить.
71
Глава 2. Основные понятия системного анализа
Вариант более широкого толкования понятия «объект» дает Дж. Клир [79]: «Объектом будем называть часть мира, которую в течение ощутимого отрезка времени выделяют как единое целое». Однако данное определение не отражает роли человека в исследовании, выборе, производстве или на других этапах жизненного цикла объекта. Полагаем целесообразным ввести некоторое дополнение и дать такое определение: объектом исследования будем называть часть мира, которую человек (эксперт) в течение конечного отрезка времени как единое целое выбирает, исследует, создает, использует или выполняет с ним другие действия, причем все это делается ради достижения поставленных целей.
Рассмотрим, на основе предложенного подхода Дж. Клиром [79], классификацию объектов, согласно которой они являются или материальными, или абстрактными.
Материальные объекты можно разделить на объекты естественные, которые существуют, не завися от человека, и искусственные, созданные человеком. Естественные объекты — это Вселенная; Солнечная система; флора и фауна конкретной местности, континента или планеты в целом; горные массивы, пещеры, ущелья, каньоны или другие геологические объекты; стада диких животных, клетки различных организмов и т. п. К искусственным объектам принадлежит техносфера планеты — города, аэропорты, больницы и другие, созданные человеком, инфраструктуры жизни и деятельности человека.
Абстрактные объекты создаются человеком. Однако они не являются материальными объектами. В данном контексте речь может идти об идеях, сказаниях, былинах, песнях, танцах и других произведениях творчества человека. Они могут передаваться устно, образно, от поколения к поколению, но могут и погибать вместе со своими авторами или исполнителями. Абстрактные объекты нередко воплощаются в форме материальных объектов — книг, магнитных и оптических носителей информации и т. п. При этом материальные средства являются лишь формой воплощения абстрактных объектов, сущностью которых считается содержание научной, художественной, правовой и другой информации.
Важнейшими признаками объекта являются его свойства. В большинстве случаев объекты обладают практически бесконечным числом свойств, любое из которых можно осмыслить и изучить и таким образом исследовать и оценить объект по определенному набору свойств. Однако ни один объект невозможно изучить полностью, невозможно исследовать все множество его свойств и особенностей, включая свойства механизмов старения и разрушения. Это утверждение непосредственно следует из первой теоремы Геделя. Следовательно, нет смысла ставить за цель исследования всех свойств и особенностей материального объекта. Выделять и изучать можно только те из них, которые относятся к заданной цели или исследуемой проблеме. Это означает, что необходимо отбирать ограниченное, как правило, достаточно малое число свойств, которые с достаточной для исследователя полнотой описывают объект с учетом за
72
2.1. Объекты системного анализа
данных целей. После этого необходимо определить ограниченное множество показателей каждого свойства, которое, в свою очередь, задает вектор абстрактных переменных.
Сложная система как объект исследования
Сложная система является целостной средой системного исследования, которую с позиции достижения поставленных целей выбирает, формирует или создает человек. Сложная система может быть материальным объектом или моделью материального или абстрактного объекта исследования. В первом случае, система — это реальный материальный объект, технологическая или организационная структура которого является иерархической, многоуровневой системой взаимосвязанных между собой однотипных или разнотипных функциональных элементов, которые могут быть сосредоточены в некотором пространстве или разнесены на значительные расстояния. Примером реальной сложной системы, которая имеет иерархическую многоуровневую организационную структуру, может служить система государственного управления любой страны мира. Аналогичные сложные системы широко распространены в производственной, экономической социальной и других сферах. Реальными сложными системами являются: многопрофильный промышленный комбинат, железнодорожная сеть, телекоммуникационная сеть и аналогичные им материальные объекты.
Модель таких объектов строят путем изучения, описания и формализации процессов, лежащих в их основе, с учетом поставленных целей и задач, установленных показателей и параметров, которые определяют свойства исследуемых объектов.
Необходимо подчеркнуть, что одним из наиболее универсальных способов изучения различных процессов и явлений считается моделирование. Многочисленные методы и приемы моделирования широко используются в научных исследованиях и инженерной практике. При этом различают физическое и математическое моделирование [17].
В физическом моделировании модель воспроизводит поведение исследуемого объекта с условием сохранения его физической природы. Между исследуемым изучаемым объектом и моделью должны быть сохранены некоторые соотношения подобия, вытекающие из закономерностей физической природы явлений и обеспечивающие возможность использования сведений, полученных с помощью моделирования, для оценки свойств и характеристик изучаемого объекта.
Физическое моделирование имеет ограниченную сферу применения. Безусловно, более широкими возможностями обладает математическое моделирование. Речь идет о способе исследования объектов на основе изучения явлений, которые имеют разное физическое содержание, но описываются одинаковыми математическими соотношениями. Между переменными математической модели и наиболее важными свойствами и характеристиками изучаемого объекта должны сохраняться соотношения подобия.
73
Глава 2. Основные понятая системного анализа
На практике используются различные типы математических моделей, базирующиеся на объединении возможностей современной математики и вычислительной техники, в частности, графические или имитационные модели. Так, графическая модель оперирует системой взаимосвязанных чертежей и изображений, которые дают возможность отображать реальные взаимозависимости, характерные для исследуемого объекта. Имитационная модель — это система взаимосвязанных компьютерных программ, предназначенных для имитации поведения объекта.
При решении реальных системных проблем одним из наиболее важных и сложных этапов исследования является выбор и построение моделей. В простейшем случае модель задается набором соответствующих свойств объекта и назначением для каждого из них определенной переменной. Под «переменной» принято понимать некоторый показатель как числовую характеристику или абстрактный образ свойства. При единичном наблюдении свойство имеет одно конкретное проявление, т. е. определенное количественное значение показателя или качественное проявление свойства. Качественное проявление может заключаться в изменении цвета, яркости, тональности звука или в появлении посторонних звуков, сбоев ритма процесса и т. п. Чтобы определить возможные изменения этих проявлений, нужно провести большое количество наблюдений за изменениями свойств.
Любое существенное свойство, которое можно реально использовать на практике для определения различий в случае наблюдения одного и того же свойства, называют базисом [79]. Типичным базисом, пригодным практически для изучения любого свойства, является время.
В некоторых случаях разные результаты наблюдения одного и того же признака во времени неразличимы, однако они различаются положением в пространстве, где проводятся наблюдения. Например, неодинаковые свойства, характеризующие качество акустики, можно наблюдать одновременно в разных местах концертного зала. Пространство как базис играет особо важную роль во многих дисциплинах, в том числе в космонавтике, астрономии, строительстве, оптике, изобразительном искусстве, анатомии и др.
Множественные результаты наблюдения одного и того же свойства могут отличаться друг от друга по индивидам некоторой группы, на которой определено данное свойство. Это может быть социальная группа, набор товаров определенного типа, множество слов в каком-то произведении или рассказе, совокупность стран и т. п.
Базисы трех основных типов — время, пространство, группа — можно комбинировать. Особенно распространены комбинации время-пространство и время-группа.
♦	Время-пространство. Примером данной комбинации может являться кинофильм, в частности, такой, который используется для исследования определенного явления (с целью изучения сложной дорожной ситуации на перегруженном перекрестке и др.).
♦	Время-группа. Свойство, характеризующее положение, например, в экономике, политике, в социальных процессах разных стран.
74
2.1. Объекты системного анализа
Однако пространство, время и группа могут использоваться не только как базисы, но и как свойства. Например, при ежесуточном наблюдении за восходом и закатом Солнца в разных точках земной поверхности свойством является время, а его базисом — пространство-время.
Таким образом, в соответствии с подходом Дж. Клира [79], система как объект исследования представляет собой, с одной стороны, множество свойств, с каждым из которых связано множество его проявлений, и с другой стороны — множество базисов, с каждым из которых связано множество ее элементов. В таком случае система исследуемого объекта формально может быть представлена в виде математической модели
O = {(ai,Ai)\ieNn},(bJ,BJ)\jeNm},
где Nn = 1,2,...,я; Nm = 1,2,...,т ; а, и Д - свойство и множество ее проявлений соответственно; Ь} и 5, — базис и множество элементов; О — система исследуемого объекта.
Следует заметить, что предложенное Дж. Клиром [79] определение системы как модели реального объекта и принятый подход к ее описанию с использованием множества свойств исследуемого объекта и множества базисов представляет практический интерес, поскольку открывает возможность решения достаточно широкого класса реальных системных задач. В то же время проблемы управления сложными организационными и техническими объектами не всегда вписываются в структуру такого представления модели. В частности, многоуровневая иерархическая система управления нуждается в рациональном распределении функций между уровнями иерархии, в последствии чего на каждом уровне появляется иерархическая структура целей и задач управления. Отсюда вытекает потребность построения такой иерархической системы моделей, на основе которой можно создать рациональную структуру управления и обеспечить достижение поставленных целей. Следовательно, модель должна отражать не только свойства объекта, но и его структуру.
Введем ряд определений системы, рассматривая ее, во-первых, как модель объекта системного исследования, а во-вторых, как реальный материальный объект определенного назначения. Систему в форме модели объекта системного исследования будем характеризовать таким рядом многоразовых вложений, характеристики каждого из которых определяют цели системного исследования [142].
♦	Система — упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимозависимых однотипных элементов.
♦	Сложная система — упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимозависимых разнотипных систем.
♦	Большая система — упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимозависимых сложных систем.
♦	Сверхбольшая система — упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимозависимых больших систем.
75
Глава 2. Основные понятая системного анализа
♦	Глобальная система — упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимозависимых сверхбольших систем.
♦	Глобальная суперсистема — упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимозависимых глобальных систем.
Систему как материальный объект определенного назначения также можно охарактеризовать рядом многократных вложений.
♦	Техническая система — материальный целостный объект, предназначенный для выполнения определенной функции в заданных условиях, технически реализованный на основе упорядоченного по номенклатуре, конечного множества функционально взаимозависимых, структурно взаимосвязанных функциональных элементов, которые технологически взаимодействуют.
♦	Сложная техническая система — материальный, целостный объект, предназначенный для выполнения конечного множества функций в заданных условиях, технически реализованный на основе упорядоченного по номенклатуре, конечного множества функционально взаимозависимых, структурно взаимосвязанных функциональных технических систем, которые технологически взаимодействуют.
♦	Большая техническая система — материальный пространственно ограниченный объект, предназначенный для выполнения определенного множества функций в заданных условиях, технически реализованный на основе упорядоченного по номенклатуре, конечного множества пространственно отдаленных или сосредоточенных, функционально взаимозависимых, структурно и организационно взаимозависимых сложных технических систем, которые технологически и ресурсно взаимодействуют.
♦	Сверхбольшая техническая система — материальный, пространственно ограниченный объект, предназначенный для выполнения определенного множества функций в заданных условиях, технически реализованный на основе упорядоченного по целям и (или) номенклатуре, ограниченный множеством пространственно отдаленных и (или) сосредоточенных в пределах региона, функционально и (или) ресурсно взаимозависимых больших и (или) сложных технических систем, которые технологически и организационно взаимодействуют.
♦	Глобальная техническая система — материальный объект, предназначенный для выполнения практически необходимых функций в определенной отрасли деятельности при непостоянных условиях, технически реализованный на основе конечного множества отдаленных в пределах глобального пространства, согласованных по целям, возможностям и другим показателям деятельности, функционально и (или) ресурсно взаимозависимых сверхбольших, больших и (или) сложных технических систем, которые технологически и организационно взаимодействуют.
♦	Глобальная техническая суперсистема — материальный объект, предназначенный для выполнения необходимых функций в деятельности человека при непостоянных условиях, технически реализованный на основе конечного множества функционально и (или) ресурсно взаимозависимых
76
2.1. Объекты системного анализа
глобальных технических систем, которые технологически и организационно взаимодействуют.
♦	Глобальная суперсистема — материальный объект, предназначенный для выполнения практически необходимых функций в деятельности человека при непостоянных условиях, технически реализованный на основе конечного множества функционально и ресурсно взаимозависимых глобальных технических, организационных, информационных и других суперсистем, которые технологически и организационно взаимодействуют.
Сложные иерархические системы
Бесконечное разнообразие сложных многоуровневых иерархических технических и организационных систем и бесконечное множество выполняемых ими функций предопределяют сложность формального представления задач системного анализа. Поэтому основные понятия необходимо формализовать, а допущения описать в терминах задач системного анализа. Прежде всего на основе ранее раскрытого понятия сложной системы введем определение сложной иерархической системы.
♦	Сложная иерархическая система — это целостный объект, образованный из функционально разнотипных систем, структурно взаимосвязанных иерархической подчиненностью и функционально объединенных для достижения заданных целей при определенных условиях.
Примерами сложных иерархических систем могут служить современные производственные объекты, космические системы связи, навигации, дистанционного зондирования, современные системы управления регионами, корпорациями, многопрофильными фирмами и т. д. Анализ таких систем не сводится только к установлению типов элементов или типов отношений. Существенное значение в данном случае имеет иерархичность структуры не только топологии этих систем, но и систем управления.
Такие системы, во-первых, отличаются от других как многообразием типов элементов (различные классы физических, химических, механических типов элементов), так и многообразием типов отношений (от технологической, продукционной взаимосвязи до информационного обмена и взаимодействия).
Во-вторых, для этих классов объектов многоуровневая иерархическая структура сложных и больших систем характеризуется такими свойствами:
♦	различие значимости и возможностей функциональных элементов (ФЭ) для разных иерархических уровней;
♦	свободное поведение ФЭ каждого уровня иерархии в определенных пределах, которые устанавливаются заранее или в процессе функционирования объекта;
♦	приоритет действий или право на вмешательство ФЭ верхнего уровня в «дела» ФЭ нижнего уровня в зависимости от функций, которые они выполняют.
Благодаря этим свойствам сложная иерархическая система обладает рядом принципиальных особенностей, которые определяют как общие
77
Глава 2. Основные понятия системного анализа
проблемы исследования, так и конкретные цели проведения анализа ее структуры и функций, или структурно-функционального анализа (СФА).
Рассмотрим эти особенности в объеме, который необходим для понимания основных целей и задач СФА сложных иерархических систем. Прежде всего, отметим, что возможна различная трактовка понятия иерархии, и поэтому возможны различные виды иерархий. Наиболее существенное различие иерархий определяет различие понятий уровня в иерархии. Необходимость введения нескольких понятий уровня определяется сложностью и многообразием целей, задач, функций, свойств и возможностей реальных многоуровневых иерархических систем, а также многообразием свойств, особенностей и последствий штатных, нештатных, критических и чрезвычайных ситуаций их функционирования. Так, в работе [120] введено три понятия уровня.
•	Эшелон — термин, который определяет уровень организационной иерархии. Иерархическая структура объекта, который соответствует понятию «эшелон», подразумевает, что реальный объект можно представить в виде многоуровневой организационной иерархической системы, которая обладает следующими свойствами:
♦	состоит из множества четко выделенных и распределенных по уровням подсистем;
♦	имеет полномочия, четко распределенные между уровнями и подсистемами одного уровня, исходя из формирования, выбора и принятия решений в определенной сфере ответственности;
♦	обеспечивает прямую и обратную связь по управлению между подсистемами разных уровней, а между подсистемами одного уровня — прямую и обратную связь по взаимодействию. Такие системы принято называть многоуровневыми и многоцелевыми.
•	Страта — термин, который характеризует уровень описания или абстрагирования. Иерархическая структура объекта, соответствующая понятию «страта», предполагает, что свойства реального сложного объекта описаны в форме некоторой совокупности, в которой отдельные описания приведены с различных позиций и упорядочены с учетом уровня их значимости. Такие иерархические системы принято называть стратифицированными.
•	Слой — термин, который определяет уровень сложности принятия решения. Иерархическая структура объекта, соответствующая понятию «слой», предполагает, что общую процедуру принятия решения реализуют в виде определенной последовательности частных процедур, каждая из которых обеспечивает возможность получение решения с определенной степенью обоснованности и достоверности при различающихся уровнях неполноты, неопределенности, нечеткости и противоречивости исходной информации. Такую иерархическую структуру принято называть многослойной, многоуровневой или иерархической системой принятия решений.
Важнейшая особенность рассмотренных объектов состоит в том, что большое количество процедур формирования и анализа иерархической
78
2.1. Объекты системного анализа
структуры являются принципиально неформализуемыми, а их реализация носит субъективный характер. Эта особенность относится, в первую очередь, к общей структуре иерархии. Такие процедуры, как выбор количества уровней (страт, эшелонов, слоев) в иерархии, выделение элементов на каждом уровне, выбор описания элементов каждого уровня, выбор аппарата описания взаимосвязей в иерархической структуре, полностью зависят от ЛПР. В практике проектирования таких реальных сложных объектов, как космические системы различного назначения, общую организационную иерархию объекта (деление объекта в целом на подсистемы 1-го уровня или выделение двух верхних эшелонов в соответствии с приведенной раньше терминологией объекта и подсистемы) определяет генеральный конструктор объекта. Деление подсистем 1-го уровня на подсистемы 2-го уровня выполняет главный конструктор соответствующей подсистемы 1-го уровня и т. д. Такой подход позволяет осуществить системную интеграцию организационных задач проектирования — планирование работ, формирование коллективов разработчиков, координацию работ различных коллективов и т. д.
Важными системными понятиями являются также понятия цели системы и характеристики системы относительно цели.
Цель — это количественная или качественная мера первичных или вторичных свойств системы, которую исследователь при определенных обстоятельствах считает наилучшей. Таким образом, сложную систему можно рассматривать с позиций разных целей. В этом смысле система удовлетворяет множеству целей. Эта особенность, которую еще называют характеристикой системы относительно цели, может быть измерена близостью действительных и желаемых проявлений тех свойств системы, которые предусмотрены целью. Обычно ее определяют в терминах соответствующей функции, которую называют характеристической [66].
Обозначим множество систем, различающихся свойствами, которые в этом случае определяют понятия цели (другие свойства совпадают), через X. В таком случае характеристическая функция (обозначим ее w) имеет вид w(x,x'):XxY -> [0,1], где w(x,x') — степень соответствия системы х’ е X.
Характеристическую функцию удобно определять через функцию расстояния 8 : X х X -> R . Например, функцию расстояния целесообразно определять с помощью соотношения
,	8т(х, у) - 8(х, х')	, 8(х,х’)
w(x,x ) = —	--——— = 1 — 
8m(x, у)	8т(х, у)
где 8т(х, у) = max 8(х, у).
х,уеХ
Заметим, что возможны и другие определения расстояний, следовательно, и иные формулы для расчета.
Предположим, что для некоторого множества систем определены тип цели и соответствующая характеристическая функция. С каждой системой
79
Глава 2. Основные понятия системного анализа
такого множества связано значение характеристической функции, которое показывает степень соответствия системы заданной цели. Это позволяет определить понятие целенаправленной системы, для которой характеристика относительно заданной цели больше некоторого заданного порогового значения.
Формально для двух заданных систем х и у одного и того же типа, заданной цели х* и соответствующей характеристической функции w система х является целенаправленной относительно системы у и цели х* с учетом характеристической функции w тогда и только тогда, когда
w(x,x*) > w(y,x*).
Далее разность
w(y,x| х*) = w(x,x*)-w(y,x*)
будем называть степенью целенаправленности х относительно у при заданной цели х*.
Таким образом, цель системы можно определить различными способами, и это дает возможность считать, что цель находится «в руках пользователя». Понятия цели и характеристики являются базовыми для определения понятия целенаправленных систем. Система с положительной степенью целенаправленности относительно другой системы должна обладать некоторыми свойствами, отличными от свойств последней, т. е. свойствами, связанными с целью и определяющими возможность улучшения характеристики этой системы. Будем называть их свойствами выбора цели. Такими свойствами, в частности, являются некоторые дополнительные переменные или состояния в порождающих системах, дополнительные элементы или соединения в структурированных системах, дополнительные элементы или процедуры в метасистемах и др.
Следовательно, для систем, которые обладают свойствами целенаправленности, необходимо отделять переменные выбора цели от других переменных из требований, чтобы переменные выбора цели способствовали ее достижению. Исследование способов порождения состояний переменных выбора цели чрезвычайно важно для понимания природы такого класса систем и, в частности, для развития методов их проектирования. Таким системам всегда присущи принципы (схема, форма) их создания в терминах порождаемых состояний переменных поиска цели. Исходя из изложенного, можно сформулировать понятие целенаправленных систем.
Целенаправленные системы — это системы, ориентированные разработчиком на выполнение строго определенных целей. Они имеют четко определенное целевое назначение для заданных условий, а также характеризуются набором ограничений по номенклатуре целей и заданным диапазоном допустимых изменений условий функционирования. Примерами таких систем являются простейшие автоматы и полуавтоматы с жесткой программой управления или простейшие механизмы. К ним можно отнести станки-автоматы по производству только определенных механических де
80
2.1. Объекты системного анализа
талей, бытовые и промышленные холодильники, автономные системы отопления зданий с полуавтоматическим поддержанием температуры в определенном диапазоне, автомобили различного целевого назначения.
Принципиально иным является класс целеустремленных систем.
Целеустремленные системы — это системы, которые имеют свойства воспринимать требования среды, внешней по отношению к системе, и формировать цели для достижения этих требований при условии существенно изменяющихся ситуаций, а также определять альтернативы всех действий внешней среды и осуществлять целесообразный выбор альтернативы собственных действий для достижения целей в складывающихся условиях.
Важнейшим свойством целеустремленных систем является способность динамично изменять цели и способы их достижения в случае изменения ситуации. Целеустремленные системы принципиально отличаются от целенаправленных систем высокой гибкостью, динамичностью и способностью реагировать на изменение внешней среды путем адаптации потребностей, целей и действий в складывающихся ситуациях. Системы данного класса могут изменять функции, свойства и даже структуру как функциональных элементов, так и системы в целом.
Характерной особенностью целеустремленных систем является то, что они имеют интеллект — естественный, искусственный или созданный в результате объединения обоих его видов. Большинство известных целеустремленных систем относится к классу организационно-технических или экспертных. Главными элементами являются операторы, а также различного рода технические средства поддержки решений, обладающие интеллектуальной составляющей. В качестве примеров таких систем можно привести гибкие компьютеризированные производства, способные в процессе функционирования изменять номенклатуру и объем продукции; диспетчерские службы крупных аэропортов, морских портов, способные одновременно обслуживать от нескольких десятков до нескольких сотен воздушных или морских судов в непостоянных погодных условиях, и т. д. Иллюстрацией способности целеустремленных систем к адаптации к условиям внешней среды являются действия персонала электростанций, крупных металлургических, горнодобывающих, химических и других производств в критических и аварийных режимах.
Структурированная система — объект исследования, представленный в виде определенной иерархической структуры функциональных элементов с учетом взаимосвязей, взаимозависимостей и взаимодействий между ними.
Структурированная исходная система — это набор исходных данных, данных систем или порождающих систем, имеющих общее параметрическое множество. Системы, образующие структурированную систему, обычно называют ее элементами. Некоторые переменные у них могут быть общими. Их обычно называют соединительными переменными. Они представляют собой взаимодействия между элементами структурированной системы.
Общие переменные используют как при исследовании, так и при проектировании сложных систем. При исследованиях реальных объектов в ка
6-11-912
81
Глава 2. Основные понятия системного анализа
честве элементов принимают их технологические и конструктивные составляющие, которые реализуют определенные технологические процессы или функции управления. Например, в случае исследования действующей АЭС в качестве элементов системы можно выделить атомный реактор, турбомашину, электрогенератор, каждый из которых является конструктивно и технологически целостным объектом и реализует соответственно такие технологические процессы: превращение атомной энергии в тепловую, тепловой в механическую и электрическую.
Следует особо подчеркнуть, что каждый из перечисленных элементов АЭС представляет собой сложную механическую систему. Поэтому в случае проектирования нового объекта, например, очередной АЭС, можно параллельно решать несколько системных задач. Среди них необходимо выделить такие: проектирование АЭС в целом, проектирование каждого из указанных раньше функциональных элементов, а также проектирование системы инфраструктуры, которая обеспечивает жилищные, торговые и другие здания, хранилища и другие подсобные помещения и т. д. В общем случае такие задачи содержат системные формулировки различных требований и условий, связанных с взаимоотношениями между разными частями и между частями и объектом в целом.
Проблемы вида «часть-целое» и «часть-часть», возникающие при исследовании и проектировании сложных систем, существенно отличаются друг от друга. Так, при проектировании главные трудности состоят в том, чтобы выбором структуры и элементов системы обеспечить достижение заданных целей на основе рационального компромисса противоречивых требований к объекту в целом; а при исследовании — как на основе рационального управления функционированием реального объекта определенной структуры, состоящего из конкретных элементов, обеспечить выполнение заданных требований в реальных условиях эксплуатации.
Первым этапом проектирования является определение так называемой порождающей системы. Это — замысел задания, которое должна выполнить система. В общем случае этим заданием является преобразование состояний соответствующих входных переменных в состояние выходных переменных. Таким образом, полученная порождающая система всегда является целенаправленной.
При сборе исходной информации об объекте анализа необходимо учитывать, что на практике большинство объектов являются открытыми системами.
Под открытыми будем понимать такие системы, для которых свойственен обмен различными ресурсами, в том числе энергией и информацией, с внешней средой. Поэтому всегда важно определить границы открытой системы или, проще говоря, установить, где заканчивается исследуемый объект и начинается окружающая среда. При этом определяющим фактором всегда является цель анализа. Например, если целью системного анализа является определение источника потерь электроэнергии в некоторой системе, то необходимо анализировать всю электроэнергетическую
82
2.1. Объекты системного анализа
сеть этой системы. Если же целью системного анализа является создание экономного электрогенератора, то все функциональные элементы за его пределами можно полагать внешней средой.
Однако данные примеры скорее исключение, чем правило. В подавляющем большинстве практических задач системного анализа определить физические границы объекта исследования по известной совокупности целей достаточно сложно. Противоречивые цели указывают на различные границы, а ориентация на супремум этих границ ведет не только к чрезмерному их расширению, но и, что существенно важнее, — к значительному усложнению рассмотренной задачи. Кроме того, во многих случаях, например, на ранних стадиях разработки уникального объекта, практически неизвестны количественные данные относительно степени влияния различных функциональных элементов на уровень достижения целей и физические границы объекта исследования. Более того, зачастую нельзя утверждать, что объект исследования определен полностью, так как каждый функциональный элемент описывает, как правило, определенную совокупность показателей, которые характеризуют определенное множество свойств. Но степень влияния различных свойств на разные цели системной задачи может существенно различаться. Поэтому естественно стремление аналитика исключить из рассмотрения свойства тех функциональных элементов, степень влияния которых достаточно мала. Однако в таких случаях возникает вопрос: что принять за критерий малости влияния? Ответ на него неоднозначен, причем он усложняется в случае, когда анализ необходимо выполнить для целеустремленных систем.
Для заданной структурированной системы существует другая, связанная с ней система, определяемая всеми переменными входящих в нее элементов. Эту систему рассматривают как некоторую полную систему, т. е. систему, представленную в виде некоторого объединения всех входящих переменных. С этой точки зрения элементы любой структурированной системы можно интерпретировать как подсистемы соответствующей полной системы, а полную систему — как суперсистему по отношению к этим элементам. Следовательно, структурированные системы становятся представлениями полных систем в виде различных подсистем.
Понятие полной системы или подсистемы, разумеется, не является однозначным. Например, какую-то систему в одном контексте можно рассматривать как элемент структурированной системы, а в другом — как полную систему, подсистемы которой образуют структурированную систему. Аналогичная неоднозначность характерна для исходных систем, систем данных или порождающих систем. Это дает возможность представить любую полную систему как многоразовое вложение структурированных систем. Например, структурированная сложная система может содержать элементы, которые, в свою очередь, являются структурированными сложными системами, элементы которых также представляют собой структурированные сложные системы, и так до элементов, состоящих из простых переменных.
6*
83
Глава 2. Основные понятия системного анализа
Необходимость представления полной сложной системы в виде совокупности ее подсистем может быть обусловлена многими причинами. Одной из главных является ее сложность, связанная с доступностью для обзора такой системы, другая касается наблюдений и измерений. Если параметры и характеристики сложной системы зависят от времени, то бывает технически невозможно или нецелесообразно одновременно наблюдать за всеми переменными, которые имеют отношение к цели исследования. В этом случае данные можно собирать только частично, для наибольшего возможного подмножества переменных. В других случаях исследователь вынужден использовать косвенные данные, которые собраны различными опосредствованными способами и покрывают только часть переменных, необходимых для работы.
2.2.	Свойства и принципы системной методологии
Опыт свидетельствует, что способ реализации новых идей и технических решений зависит от многих факторов и условий. Среди них в первую очередь следует выделить способность специалиста и возможность науки формализовать и решать системные задачи, например проектирования, т. е. с помощью промышленных технологий реализовывать проект и создавать изделие с требуемыми показателями качества.
Понятие системной задачи. Особое внимание следует обратить на значимость процедуры формализации задач при реализации инновационных идей и технических решений, а также для проектирования изделий новой техники, которые не имеют аналогов и прототипов. Такие задачи отличаются от других многими противоречиями и неопределенностями. Важнейшими среди них являются:
♦	неоднозначность и противоречивость требований к изделию;
♦	противоречивость целей и неоднозначность условий применения изделия;
♦	неопределенность и непредсказуемость возможных действий конкурентов;
♦	бесконечность и непрогнозируемость ситуаций риска на различных стадиях жизненного цикла изделия.
В этих условиях, пользуясь разнородной, неполной эмпирической, экспериментальной, казуальной и другой исходной информацией, разработчик должен формализовать и решать задачу проектирования изделия, в том числе сформулировать и обосновать цели его создания. Результаты решения этой задачи должны доказать практическую необходимость, технологическую возможность и экономическую целесообразность производства проектируемого изделия. В условиях рыночной экономики следует также оценивать степени и уровни риска на каждой стадии жизненного цикла изделия и с учетом всех факторов принимать такие решения, чтобы риск являлся допустимым.
Понятно, что в условиях неопределенности приходится выполнять процедуры формализации и решения многих других практически важных
84
2.2. Свойства и принципы системной методологии
системных задач. В частности, задачи анализа и управления решают в динамике нештатных режимов сложной техники, в процессе различных критических и чрезвычайных ситуаций. Практическую значимость процедуры формализации при решении реальных задач обосновал К. Норберг-Шульц фразой, которую Дж. Клир взял в качестве эпиграфа к разделу своей книги [79, с. 19]: «Только при полном понимании задач можно найти соответствующие способы их решения. Для получения результатов важнее поставить правильный вопрос, чем правильно ответить на ошибочный».
Очевидно, что для лучшего понимания системных задач требуется, прежде всего, согласовать между собой базовые понятия. Введем следующее определение.
Системная задача — это задача анализа определенной совокупности свойств объекта исследования с единой позиции целостного подхода для достижения заданных целей в складывающихся условиях.
Вполне очевидно, что системные задачи бесконечно разнообразны из-за различия количества и вида целей, сложности и уникальности объектов исследования, учитывая разнообразность структуры составляющих их элементов и связей между ними (проектированного изделия, сооружения, прогнозируемой ситуации, технологии и т. д.), объема и качества исходной информации, объема и уровня требований к качеству решения задачи и других факторов. Вместе с тем в этих задачах можно выделить ряд общих свойств, которые позволяют объединить системные задачи в особый класс. В нем, в свою очередь, можно выделить определенное количество типов задач, а их различие определить рядом факторов, в частности таких:
♦	структурой упорядоченности и взаимозависимости связей между множествами исходных данных задачи и множествами конечных результатов ее решения;
♦	согласованностью и упорядоченностью требований к этим множествам;
♦	уровнем вычислительной сложности задачи;
♦	степенью структурированности и уровнем потенциальной формализуемости задачи.
Первые два фактора характерны как для системных задач, так и для задач других классов, исследуемых в различных аксиоматических теориях (управления, игр, принятия решений и др.).
Согласно подходу Дж. Клира [79], необходимо обратить внимание на роль и место двух последних факторов в системных исследованиях. Они являются специфическими признаками системных задач и во многом определяют их основные свойства и особенности. В частности, достоверность формализации реальной системной задачи практически полностью зависит от последнего из приведенных выше факторов, а достоверность вычислений и результатов решения задачи определяется как достоверностью формализации задачи, так и объемом и точностью исходной информации, а также уровнем вычислительной сложности формализованной задачи.
85
Глава 2. Основные понятия системного анализа
Процедура решения формализованных задач выполняется в два этапа:
♦	на первом этапе человек выполняет формализацию задачи и подготовку соответствующих материалов к вычислениям;
♦	на втором этапе вычисления осуществляются на компьютере или в компьютерной сети.
Это обстоятельство определяет необходимость рационального использования как возможностей человека, так и возможностей современных вычислительных методов и средств.
С системными задачами приходится сталкиваться во время исследования и проектирования сложных систем. Задачей исследования систем является накопление знаний о состоянии их внутренних элементов и связей между ними, а также о характере взаимодействия этих систем с внешней средой с учетом конкретных целей исследования. Задачей проектирования сложных систем является их создание путем использования накопленных знаний, которые бы позволили достичь новых свойств этих систем и реализовать новые цели во время их взаимодействия с внешней средой.
Важной чертой проектирования систем является то, что параметрические инвариантные ограничения на некоторые конкретные переменные определяет пользователь. Совершенно другая ситуация складывается в случае исследования систем, для которых подобные ограничения неизвестны, и задача состоит в том, чтобы адекватно охарактеризовать их с учетом конкретной цели исследования.
Ограничения в проектировании систем определяют или явно на языке конкретной порождающей, обычно целенаправленной системы, или явно на языке системы данных. В первом случае задача проектирования сводится к определению наборов структурированных систем, которые удовлетворяют заданным требованиям. Во втором случае необходимо определить некие порождающие системы, которые адекватно описывают ограничения, содержащиеся в данных.
В задачах системного анализа обычно известны только некоторые требования к тем или иным свойствам и определенные факторы, которые необходимо учитывать для достижения этих свойств (максимальная скорость, грузоподъемность автомобиля, время разгона до определенной скорости, максимальный расход бензина, климатические условия и т. д.). Критерии, по которым надо оценивать качество функционирования системы, как правило, неизвестны и неформализованы. Так, конструктор при проектировании нового летательного аппарата, не зная его формы, хочет, чтобы он обладал наибольшей прочностью, надежностью, долговечностью, дальностью полета, как можно меньше потреблял топлива и был достаточно дешевым. Ясно, что одновременно все эти условия удовлетворить, в принципе, невозможно.
При решении задач системного анализа важнейшее значение имеет уровень и качество математического и информационного обеспечения. Объем полезной информации определяется с учетом необходимости принятия решения в процессе управления на каждом этапе жизненного цикла
86
2.2. Свойства и принципы системной методологии
системы. Проблемы для исследователя возникают как в случае недостатка информации, так и ее избытка. Поэтому задача информационного обеспечения в широком смысле имеет определяющее значение на ранних стадиях жизненного цикла системы, в частности, на стадии разработки, испытания и доработки опытного образца изделия. Стадии, как правило, делятся на этапы. Так, первая стадия разработки изделия новой техники состоит из таких этапов:
♦	научно-исследовательская работа (НИР) или, если речь идет об уникальных изделиях, которые не имеют прототипов и аналогов, научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа (НИОКР);
♦	разработка технического предложения;
♦	разработка технического задания;
♦	эскизное проектирование и разработка эскизного проекта;
♦	техническое проектирование и разработка технического проекта;
♦	макетирование и доведение изделия (этот этап может включать процедуры разработки и испытания макета, экспериментального образца изделия);
♦	испытание и доведение опытного образца.
Особенность задач системного анализа в случае разработки сложной технической системы заключается в том, что на ранних этапах, особенно на этапах НИОКР или НИР, или трех первых, имеется максимальная неопределенность информации о структуре и принципе реализации изделия. Но принятые на этих этапах решения являются наиболее ответственными, поскольку они определяют концепцию и технологию разработки, производства и эксплуатации сложной технической системы. На этих ранних этапах большая часть задач является неформализованной и поэтому наиболее сложной и ответственной. Говоря об ответственности, учитываем тот факт, что на устранение ошибок, допущенных на ранних этапах, придется израсходовать на несколько порядков больше средств, чем на устранение ошибок, допущенных на последних этапах.
Исследования американских специалистов показали, что для устранения ошибки в техническом решении стоимостью 1 доллар, которая была допущена на этапе НИОКР или НИР, на втором этапе придется израсходовать десятки долларов; на третьем — сотни, на четвертом — тысячи, на пятом — десятки тысяч, на шестом — сотни тысяч, а на последнем — миллионы долларов. Отсюда следует, что принятие решений на ранних этапах является наиболее важным и ответственным, а допущенные ошибки и просчеты — наиболее дорогими.
Свойства и особенности системных задач
Рассмотрим специфику задач системного анализа на примере разработки нового технического изделия. Для упрощения понимания системных задач введем ряд ограничений и допущений, которые не всегда выполня
87
Глава 2. Основные понятия системного анализа
ются на практике и которые в дальнейшем будут исключены. Будем полагать, что априори о задаче известно следующее:
♦	задача формализована на основе исходных данных в виде или технического предложения, сформулированного Разработчиком и представленного на конкурс, или технического задания, оформленного и утвержденного Заказчиком;
♦	целью решения задачи является создание материального объекта в виде сложной иерархической системы, что соответствует требованиям Заказчика.
В приведенных сведениях отражаются два основных принципа создания и эксплуатации сложной техники: разделение труда и разделение функций. Разделение труда состоит в том, что Заказчик разрабатывает Техническое задание, а Разработчик создает Проект изделия. В некоторых случаях функции Разработчика или Заказчика могут быть существенно шире по объему и продолжительнее по времени. В частности, Разработчик может выполнять все производственные функции на всех стадиях жизненного цикла изделия: разработку Проекта изделия; разработку, производство и эксплуатацию изделия; утилизацию изделия, которое отработало установленное время. В таком случае Заказчик может выполнять и все контрольные функции: проверять качество материалов, процесс производства и эксплуатации изделия на соответствующих стадиях его жизненного цикла. Разделение функций между компонентами изделия состоит в том, что оно является сложной иерархической системой, каждый уровень которой выполняет только заранее определенные функции. Такая реализация изделия позволяет при его эксплуатации упростить управление, повысить работоспособность и эффективность. (Отметим, что под терминами «Разработчик» и «Заказчик» подразумеваются организации, которые выполняют указанные выше функции).
Содержательная формулировка системной задачи
Предположим, что известно: исходные данные для разработки изделия новой техники, оформленные в виде Технического задания, которое определяет:
♦	назначение, условия эксплуатации и габариты изделия;
♦	требования к техническим, технологическим, конструктивным, эксплуатационным, экономическим и другим показателям качества изделия.
Требуется', разработать изделие, которое полностью будет соответствовать условиям и ограничениям Технического задания.
Анализ действий Разработчика
Рассмотрим кратко последовательность и особенности действий Разработчика изделия при выполнении Технического задания. Последовательность действий Разработчика определяется заданными требованиями и ограничениями, среди которых важнейшее значение имеет структура изде
88
2.2. Свойства и принципы системной методологии
лия, которая представлена в виде сложной иерархической системы. Такая структура характерна для многих видов современной техники и свидетельствует о сложности изделия. Поэтому основной, возможно, наиболее тяжелой является процедура формирования сложной иерархической структуры изделия. Сложность формирования такой структуры обусловлена тем, что для обеспечения равномерной нагрузки на функциональные элементы изделия необходимо как можно лучше распределить требования между иерархическими уровнями структуры и между функциональными элементами каждого уровня. Однако требования задают только к изделию в целом, поскольку Заказчика интересует только конечный результат реализации Технического задания, т. е. возможность создания такого изделия, которое полностью соответствовало бы необходимым показателям. Поэтому Разработчику априорно неизвестно ни количество функциональных элементов, ни их типы, ни количество иерархических уровней структуры. Следовательно, Разработчик должен выполнять требования Технического задания в условиях неполноты, неопределенности, нечеткости исходной информации. Эти условия принципиально отличают задачу системного анализа от типовых детерминированных задач, в которых исходная информация четко определена.
Основные процедуры решения задачи
Рассмотрим подробнее содержание основных процедур, которые необходимо выполнить для решения поставленной задачи. Ниже все эти процедуры для наглядности представлены как последовательность требований к изделию.
1.	Определить рациональное количество иерархических уровней сложной системы.
2.	Определить рациональное количество функциональных элементов для каждого иерархического уровня системы.
3.	Сформировать требования к каждому иерархическому уровню сложной системы на основе ограничений и требований Технического задания.
4.	Сформировать требования ко всем функциональным элементам каждого иерархического уровня, учитывая ограничения и требования к соответствующему уровню.
5.	Выбрать типы функциональных элементов каждого иерархического уровня с учетом ограничений и требований, которые выдвигаются к каждому функциональному элементу.
6.	Обеспечить для каждого иерархического уровня системную согласованность всех функциональных элементов относительно целей, задач, ожидаемых результатов.
7.	Выполнить экспертное оценивание возможности практической реализации заданных ограничений и требований к изделию на основе результатов, полученных при выполнении действий, перечисленных в пунктах 1—5.
8.	Выполнить экспертное оценивание практической необходимости, технологической возможности и технико-экономической эффективности
89
Глава 2. Основные понятия системного анализа
производства определенного изделия из обзора на ограничения и требования Технического задания, состояние и динамику рынка конкурирующих изделий, используя при этом полученные раньше результаты (см. пп. 1—7).
9.	Обработать результаты экспертного оценивания, сформировать обобщенные оценки преимуществ и недостатков разработанного изделия.
10.	Разработать и обосновать выводы относительно дальнейших действий с разработанным проектом изделия и относительно их целесообразности.
11.	Разработать и обосновать рекомендации для Заказчика относительно возможных вариантов дальнейших действий с разработанным изделием.
12.	Реализовать принятое Заказчиком решение о целях и функциях изделия.
Анализ особенностей системной задачи
Содержание основных процедур позволяет выявить ряд важных особенностей системной задачи. Главная из них состоит в том, что разные процедуры, необходимые для решения задачи, реализуют разные исполнители, цели которых существенно различаются. Отсюда следует, что их результаты решения должны отражать основные цели деятельности исполнителей. Важное значение имеют результаты деятельности Разработчика, которые определяют свойства и возможности будущего изделия. Для достижения основной цели, определенной выше процедурой 6, Разработчик должен выполнить процедуры 1—5. Их сложность состоит в том, что это делается в условиях неполноты и неопределенности исходной информации, поскольку в Техническом задании задаются требования только к изделию в целом. В таких условиях задачи характеризуются концептуальной неопределенностью, поэтому они не могут быть формализованы [143].
Выбор количества иерархических уровней, количества и типов каждого функционального элемента всех иерархических уровней зависит от умения, опыта, знаний, интуиции, предвидения Разработчика. Отсюда следует, что даже при разработке однотипного изделия разные Разработчики могут создать продукты, которые будут различаться по многим свойствам. Типичным примером подобной ситуации могут быть самолеты конструкторов О.К. Антонова, А.Н. Туполева, А.С. Яковлева.
Указанные свойства и особенности принципиально отличают процедуры решения системной задачи от процедур для типовых детерминированных задач, в которых априори известны количественные значения всех исходных данных. Поэтому методологические подходы и математические методы оценивания точности и достоверности решений типовых, детерминированных задач непосредственно нельзя применять к системным задачам, которые характеризуются неполнотой и неопределенностью исходной информации. К таким системным задачам целесообразно применять методы экспертного оценивания [64]. Экспертное оценивание достоинств и недостатков разработанного изделия в этой задаче выполняют с помощью про
90
2.2. Свойства и принципы системной методологии
цедур 7 и 8. Следует обратить внимание, что достоверность экспертного оценивания в условиях неполноты и неопределенности исходной информации зависит от многих факторов, подробно рассмотренных в главе 11. Поэтому вместе с выполнением экспертного оценивания достоинств и недостатков изделия требуется разработать рекомендации о возможных вариантах действий Заказчика, на основе которых он будет формировать и принимать решение о дальнейших мерах и действиях с разработанным изделием.
Проведенный анализ свидетельствует, что Разработчику нового технического изделия приходится для каждого функционального элемента каждого иерархического уровня формировать сложную иерархическую систему в условиях неполноты и недостоверности исходной информации. В этом случае целесообразно процедуры 1—6 представлять в виде функционально взаимозависимых и структурно взаимосвязанных системных задач, перечень которых приведен ниже.
1.	Задача системно согласованной декомпозиции заданного изделия в сложную иерархическую систему на основе рационального выбора количества иерархических уровней и количества функциональных элементов на каждом уровне.
2.	Задача системно согласованной декомпозиции заданных общих требований к изделию на рациональные требования к каждому иерархическому уровню разрабатываемой системы.
3.	Задача системно согласованной декомпозиции заданных общих требований к каждому иерархическому уровню разрабатываемой системы на рациональные требования к каждому функциональному элементу каждого иерархического уровня.
4.	Задача рационального агрегирования выбранных типов функциональных элементов для каждого иерархического уровня в единую системно согласованную структуру каждого иерархического уровня.
5.	Задача рационального агрегирования сформированных системно согласованных структур каждого иерархического уровня в единую сложную многоуровневую иерархическую систему, соответствующую заданным ограничениям и требованиям к изделию.
В практике разработки, испытания и доведения реальных сложных технических систем (СТС) требования, критерии, основные условия исследования и эксплуатации определяют в процессе выполнения соответствующих этапов на каждой стадии жизненного цикла системы. Жизненный цикл разных типов сложных систем может различаться вариантами стадий. В частности, жизненный цикл сложного уникального технического изделия включает такие стадии: проектирование, разработки опытного образца, серии его испытаний, опытной эксплуатации образца, серийного производства и эксплуатации изделия. Завершается жизненный цикл любого изделия, которое отработало установленный ресурс, обычно стадией утилизации.
Следует обратить внимание на некоторые исходные условия и ситуации. Например, в процессе разработки новых СТС различного назначения
91
Глава 2. Основные понятия системного анализа
Рис. 2.1. Формализованные и неформализованные составляющие ' задач системного анализа: X — формализованная часть (подчиняется формализации); 0 — неформализованная часть (не подчиняется формализации)
возникают ситуации, когда целый ряд факторов, условий и ограничений является не полностью заданным или полностью неопределенным. Поэтому задача поиска оптимального варианта построения структуры СТС не сводится непосредственно к решению типовой математической задачи оптимизации. Как правило, решение подобных задач невозможно без привлечения опыта, знаний, умения, интуиции и предвидения человека.
При этом не существует точного метода или алгоритма поиска рациональной структуры системы, ее деления на иерархические уровни. Задачи такого класса принято называть слабо структурированными. Предельным вариантом слабо структурированных задач являются неформализованные задачи.
Следовательно, большинство задач системного анализа можно трактовать как такие, которые включают неформализованные и формализованные составляющие. Кроме того, к особенностям таких задач относятся слабая структурированность, алгоритмическая неразрешимость, неполнота, неопределенность, неточность, нечеткость, противоречивость исходной информации. Неформализованные и формализованные части таких задач являются неразделимыми, и на каждом этапе анализа существуют неформализованные и формализованные части, которые так же неразделимы (рис. 2.1.)
Обычно возможность решения формализованной составляющей задачи определяется полнотой и качеством основных характеристик неформализованной части. Неформализованные составляющие задачи формируются на основе опыта, интуиции человека с условием использования принципов и методов экспертного оценивания (ЭО), а также методов компьютерной математики и имитационного моделирования. Эти методы можно также использовать для проверки достоверности и возможности реализации новых идей, гипотез, предположений и предвидения в различных сферах, например в инновационной деятельности.
Следовательно, для решения многих задач системного анализа используют принцип декомпозиции исходной задачи на последовательность более простых с последующим агрегированием результатов решения отдельных задач в итоговое решение исходной общей задачи системного анализа. Каждую частичную задачу системного анализа, в свою очередь, можно декомпозировать на последовательность более простых задач. Процесс декомпозиции длится до такого уровня, когда полученная частная задача имеет формализованную часть, разрешимую с помощью известных или специально разработанных точных или приближенных методов и алгоритмов. Аналогично осуществляется агрегирование полученных результатов.
92
2.2. Свойства и принципы системной методологии
Задачам системного анализа присущи многокритериальность, многофакторность и многопараметричность. Будем считать, что эти свойства описываются такими характеристиками:
♦	Критерий — показатель или функционал, позволяющий количественно или качественно оценивать то или иное свойство системы.
♦	Фактор — внешнее или внутреннее воздействие, влияющее на определенные свойства и поведение сложных систем.
♦	Параметр — количественный показатель, характеризующий определенное свойство системы или степень воздействия фактора на ее свойство.
Следует также отметить, что во многих реальных задачах системного анализа, как правило, известны только отдельные требования относительно тех или других свойств и некоторые факторы, которые необходимо учитывать для обеспечения этих свойств. В том числе, могут быть заданы максимальная скорость, максимальный и минимальный расход топлива, максимальная грузоподъемность, числовые значения других показателей транспортных средств; предельные значения показателей влажности, температуры, других природных и климатических условий, показатели разных внешних условий и факторов. Критерии, по которым необходимо оценивать качественные характеристики системы, очень часто являются неформализованными, и поэтому их формируют на основе знаний, умений, опыта, интуиции и предвидения ЛПР или группы экспертов.
Методы исследования систем
Согласно подходу Дж. Клира [79], сравнивая процедуры исследования систем и процедуру их проектирования на уровне систем данных и порождающих систем, необходимо различать два класса систем данных, с которыми приходится сталкиваться в таком случае. К первому классу относятся системы данных, в которых переменные не имеют смыслового значения вне параметрического множества, где они определены. Примерами таких систем являются:
♦	музыкальное сочинение, рассматриваемое как система данных, переменные которой, очевидно, не имеют смысла вне временного множества, соответствующего всему сочинению;
♦	любая система данных, определенная на всей группе определенного типа, например, все сочинения какого-либо композитора, все служащие определенного производства и др.
Системы данных такого типа содержат полную информацию об ограничениях на их переменные. Этим они методологически подобны системам данных, которые определяют при проектировании систем. Такие системы называются полными системами данных.
Второй класс систем составляют системы, в которых переменные не ограничены тем параметрическим множеством, для которого имеются данные. Можно утверждать, что практически все системы, параметром которых является время, относятся к этому классу.
93
Глава 2. Основные понятия системного анализа
Существуют два основных метода исследования систем. Первый метод основывается на том, что порождающие системы (или системы более высоких уровней), которые базируются на определенных требованиях, выводят из заданной системы данных. Этот метод обычно называют методом открытия (например, проект лунохода).
Согласно другому методу гипотетическую порождающую систему (или систему более высокого уровня) постулируют, а затем ее правильность проверяют сравнением порождаемых ею (при соответствующих начальных условиях) данных с эмпирическими данными. Если система не выдерживает проверки, которая осуществляется с использованием некоторого конкретного критерия правильности, то ее отбрасывают и постулируют новую систему. Этот подход обычно называют методом постулирования.
При использовании метода открытия любая порождающая система, полученная непосредственно из системы данных, является неким «экономным» представлением каких-то аспектов системы данных. Если порождающая система детерминированна, то это «экономное» описание всей системы данных является своеобразным «стенографическим» описанием.
Если система данных полная, то метод открытия сводится к нахождению ее моделей. Обнаруженные модели затем можно использовать для разных целей. Если система не полная, то необходимо помнить о двух обстоятельствах, связанных с полученными моделями, а именно о необходимости интерпретации данных в рамках заданного параметрического множества и их вывода за границы параметрического множества, т. е. о необходимости предвидения, восстановления и обобщения данных.
Следовательно, исследование систем осуществляют с использованием таких приемов:
♦	подъема по уровням иерархии методом обнаружения систем более высоких уровней, для которых системы более низких уровней обладают определенными свойствами, и, если система данных не полная, выполняют соответствующие индуктивные выводы (метод открытия);
♦	постулирования порождающих систем или систем более высокого уровня и отбрасывания тех из них, которые не выдерживают проверки на соответствие между эмпирическими и порождаемыми данными (метод постулирования);
♦	применение любой комбинации метода постулирования и метода открытия (например, подъем по иерархии до определенного уровня и постулирование систем на более высоком уровне).
Проектирование же систем всегда является процессом подъема по эпистемологической иерархии систем. Он начинается с определения или порождающей системы, или системы данных и набора требований относительно структуры систем.
Исследование и проектирование сложных систем осуществляют с использованием методологии системного анализа как целостного инструментария системного аналитика. Очевидно, что методология как системный инструментарий должна отмечаться функциональной полнотой, логиче
94
2.2. Свойства и принципы системной методологии
ской завершенностью и системно-согласованной взаимосвязью приемов, принципов и методов. А для этого она должна соответствовать определенным принципам, обладать определенными свойствами, использовать возможности системного подхода. Кроме того, системный подход необходимо приспособить для решения реальных системных задач. В этом контексте целесообразным является совместное применение дедуктивного и индуктивного методов: первого — для понимания того, на какой вероятный результат можно рассчитывать или какой результат уже достигнут в анализирующейся ситуации, а второго — для выполнения целесообразных действий таким образом, чтобы вероятность достижения желаемого результата была наибольшей.
Фундаментальные свойства и принципы системной методологии
Рассмотрим свойства и принципы системной методологии. Фундаментальными свойствами системной методологии являются результативность, эффективность и масштабность.
Результативность — это способность методологии как рабочего инструментария пользователя обеспечить возможность получить практически приемлемое решение прикладных системных задач, которые характеризуются неполнотой, неточностью, противоречивостью, неопределенностью исходной информации. Практически приемлемым решением называют результат, удовлетворяющий исследователя с позиции необходимой точности, достоверности и обоснованности.
Эффективность — способность методологии обеспечивать конечный результат в форме решения реальных системных задач за приемлемое время с допустимыми затратами вычислительных, финансовых или любых других ресурсов. Смысл этого свойства определяется необходимостью сопоставления эффекта от использования полученного результата и затрат на его достижение. Оно заключается в том, что экономический, социальный, экологический, оборонный или иной ожидаемый эффект от решения системной задачи должен быть сравнен с затратами. При этом необходимо обеспечить выполнение условий: пессимистического — полученный эффект должен компенсировать затраты, или оптимистического — полученный эффект значительно превосходит затраты.
Масштабность — свойство применимости методологии для решения широкого круга прикладных задач, существенно различающихся многими факторами, в частности природой объектов, областью применения, уровнем информированности исследователя, содержанием задач и др. Смысл и значимость этого свойства очевидны из представленного выше его определения.
Не будем останавливаться на других важных свойствах методологии, которые целесообразно рассматривать в процессе ее практического применения для определенных классов системных задач. Обратим лишь внима-
95
Глава 2. Основные понятия системного анализа
ние на те фундаментальные принципы, которые необходимо соблюдать при формировании системной методологии и ее практической реализации в виде совокупности конкретных подходов, методов, методик, алгоритмов, пакетов прикладных программ и пр.
Принцип системной согласованности. Методы, подходы, методики, алгоритмы, пакеты прикладных программ должны быть функционально и структурно взаимосвязанными и взаимозависимыми, т. е. составлять единую системную методологию.
Принцип процедурной полноты. Системная методология должна обеспечить выполнение всех процедур — от формализации формулирования системной задачи до верификации полученных результатов ее решения.
Принцип функциональной ортогональности. Каждая процедура в системной методологии должна быть реализована в виде совокупности функций, которые независимы от функций других процедур.
Принцип информационной взаимозависимости. Исходная информация и результаты выполнения каждой процедуры должны быть информационно взаимосогласованными с другими взаимозависимыми процедурами этой методологии.
Принцип целенаправленного соответствия. Процедуры и приемы методологии должны быть взаимосогласованными и направленными на достижение единой цели — обеспечение необходимой достоверности и обоснованности результатов решения задачи.
Принцип функциональной рациональности. Взаимное дублирование выполняемых функций в системной методологии недопустимо.
Принципы многоцелевой общности. Методы и приемы методологии должны обладать достаточным уровнем общности и обеспечивать решение разнотипных классов системных задач, различающихся назначением, целями, областью применения, природой объектов и некоторыми другими факторами.
Принцип многофакторной адаптивности. Процедуры и приемы методологии должны адаптироваться как к особенностям и свойствам системных задач, различающихся уровнем сложности, степенью полноты исходной информации и рядом других факторов, так и к требованиям ЛПР, в интересах которого решают системную задачу.
Принцип процедурной открытости. Методы и приемы, которые применяются, должны сохранять структурную взаимосвязь и функциональное взаимодействие и обеспечивать общую результативность методологии как при замене определенных процедур другими, так и при их структурном или функциональном агрегировании.
Принцип рациональной дополняемости. Методология должна обеспечивать возможность расширения сферы своей применимости путем использования дополнительных методов, приемов, принципов при условии их непротиворечивости между собой и с исходной методологией.
2.2. Свойства и принципы системной методологии
Эвристические гипотезы системной методологии
Воплощение указанных принципов может быть обеспечено только в результате рационального объединения возможностей человека-эксперта и современных вычислительных средств и методов. Поэтому в системной методологии важную роль играют эвристические подходы, основанные на использовании интуиции и опыта человека.
Значимость эвристических методов и приемов в системном анализе следует из ряда принципиально важных факторов.
Во-первых, задачам системного анализа свойственны такие особенности, как противоречивость и нечеткость целей, неопределенность, неполнота, неточность исходной информации.
Во-вторых, человек в состоянии, руководствуясь собственной интуицией, опытом и знаниями, дополнять отсутствующую информацию путем построения определенных эвристических гипотез, что необходимо для решения широкого класса системных задач.
Потребность в решении таких задач возникает, например, при исследовании критических и чрезвычайных ситуаций в технологических, экологических, социально-экономических процессах, в которых важнейшими факторами являются действия граничных и бифуркационных механизмов их развития. Так, действие порогового механизма состоит в том, что после перехода через определенное значение (порог) критических показателей свойства процесса принципиально изменяются. Сущность бифуркационного механизма заключается в возможности появления и реализации различных альтернатив развития ситуации при переходе через порог. Это обусловливает особую актуальность задач системного прогнозирования и предвидения критических и чрезвычайных технологических, экологических, социально-экономических ситуаций, критических режимов технических систем и технологических процессов.
Решение подобных системных задач невозможно без привлечения знаний и опыта экспертов. В этом случае используется способность человека воспринимать и различать альтернативы действий, устанавливать приоритеты, формировать предпочтения, предвидеть динамику развития событий. Поэтому в методологии системного анализа в случае решения сложных прикладных задач важное место занимают эвристические методы и приемы, принципы и методы экспертных процедур, а также методы и средства искусственного интеллекта. Кроме того, эвристические подходы являются составной частью общей системной методологии в задачах оценивания и прогнозирования поведения различных опасных в техногенном и экологическом отношении процессов, а также в задачах, связанных с анализом рисков.
Необходимо рассмотреть и другие факторы, которые играют важную роль в обеспечении достоверности и обоснованности решений задач системного анализа. Прежде всего, следует отметить: общая методология системного анализа является открытой в том смысле, что при ее применении имеется возможность обмена информацией с внешней средой по отноше
7-11-912
97
Глава 2. Основные понятия системного анализа
нию к пространству решений задачи. Следовательно, системная методология должна обеспечивать возможность использовать информацию, поступающую из внешней среды, для проверки правильности принятых решений на различных этапах системного анализа объекта или ситуации. В этом смысле можно считать, что методология имеет механизм обратной связи, который является важной составляющей методологии, поскольку открывает возможность сопоставлять расчетные и реальные результаты. Сравнение результатов позволяет, в частности, корректировать процессы управления, что имеет особенное значение в условиях управления сложными, опасными с техногенной и экологической точки зрения объектами при развитии нештатных, критических или аварийных ситуаций.
Однако следует учитывать, что механизм обратной связи принципиально обладает свойством инерционности. Поэтому для проверки правильности решений системных задач требуется определенное время. В условиях возникновения критических и чрезвычайных ситуаций Л ПР может не иметь времени на выполнение проверки правильности принятых решений. В таких случаях весьма полезным является метод многофакторного имитационного моделирования, который применяется для определения реакции системы на различные альтернативные варианты принятых решений.
Следует заметить, что в пределах системного анализа понятие «имитационное моделирование» имеет более широкое толкование, чем это традиционно принято. Главное принципиальное отличие заключается в том, что имитационное моделирование при решении системных задач необходимо выполнять с позиции принципа целостности. Его суть состоит в системном согласовании целей, задач, условий, свойств исследуемого объекта в процессе решения задачи. Причем принцип целостности необходимо реализовывать с позиции теории рисков, т. е. требуется учитывать степень и уровень риска принятого решения в реальных условиях, для которых характерны как неполнота, неопределенность, неточность исходной информации, так и противоречивость целей исследования. Поэтому традиционный метод имитационного моделирования при решении задач системного анализа должен быть дополнен принципами и методами ситуационного моделирования и теории рисков. Это даст возможность сформировать целостный рациональный инструментарий, который можно применить в интерактивном режиме при условиях рационального использования потенциальных возможностей вычислительной техники, программного обеспечения, а также знаний, умения, опыта, интуиции и возможностей предвидения человека.
Следовательно, к важнейшим свойствам, которыми должна обладать общая методология системного анализа, следует отнести:
♦	целостность методологии с позиции возможности достижения заданных целей исследования;
♦	системность учета факторов, которые влияют на реальные исходные условия функционирования объекта: неполнота, неопределенность, неточность исходной информации, противоречивость и неоднозначность целей;
98
2.2. Свойства и принципы системной методологии
♦	возможность объяснения, обоснования и реализации рационального компромисса при решении системной задачи с позиции получения наилучших результатов, достижения целей и снижения рисков;
♦	возможность предварительного прогнозирования эффективности различных альтернативных решений и последующей верификации принятого решения в реальной ситуации.
К приведенным свойствам необходимо дополнительно сформулировать несколько эвристических гипотез, достоверность которых интуитивно очевидна и следует из опыта практических исследований.
Гипотеза 1. Объект системного анализа характеризуется своим общим назначением, который зависит от позиции ЛПР, его понимания целей и задач исследования объекта.
Гипотеза 2. Объект системного анализа изучают только в процессе его взаимодействия с окружающей средой.
Гипотеза 3. Цели и задачи системного анализа по отношению к объекту определяют с позиции субъективного понимания ЛПР рационального компромисса между этими противоречивыми целями (или требованиями), степенью и уровнем допустимого риска.
Гипотеза 4. Полагают, что штатным режимом для объекта является режим устойчивого функционирования.
Гипотеза 5. Непредвиденный выход из режима устойчивого функционирования требует применения специальных методов системного анализа.
Необходимость введения этих гипотез диктуется рядом факторов, среди которых в первую очередь следует выделить возможность различного субъективного подхода к выбору различных методов и процедур системного анализа для одних и тех же объектов разными экспертами.
Так, инженерам в области радиоэлектроники и электротехники удобно анализировать сложные системы на языке теории цепей. Специалисты в области управления процессами и системами выделяют цепи прямых обратных связей для формализации и синтеза управления. Специалисты по теории исследования операций анализируют свойства социальных, экологических, экономических и других сложных систем путем приведения к оптимизационным задачам или многоцелевой последовательности. Этот перечень можно продолжить.
Основными объектами современной практической деятельности являются сложные системы, включающие взаимосвязанные подсистемы различной природы (социальной, экономической, экологической, технологической), действующие на множестве противоречивых целей, для которых в условиях недостатка и неопределенности информации и наличия многофакторных рисков должны приниматься решения, обеспечивающие их рациональное поведение и целенаправленное развитие. Примерами таких систем могут быть социальные, социо-экологические и технологические системы, мегаполисы, регионы, крупные предприятия и другие сложные образования, по отношению к которым человек должен принимать эффективные, целеориентированные решения. Платформой для решения этих
7*
99
Глава 2. Основные понятия системного анализа
сложных проблем является новое направление исследований, получившее название системная математика. Платформа системной математики — это комплекс взаимосвязанных разделов математики (классических и новообразованных), которые выступают как интеллектуальные агенты и обеспечивают возможность решать современные междисциплинарные проблемы различной природы с помощью сочетания на единой основе различных методов, развивающихся независимо и базирующихся на следующих положениях:
•	формализация связей между непрерывной и дискретной математикой;
•	трансформация методов оптимизации в нечеткую математику;
•	описание процессов, развивающихся в различных временных масштабах (разнотемповой дискретизации);
•	сочетание методов количественного и качественного анализа в единых вычислительных процессах;
•	анализ систем с распределенными и сосредоточенными параметрами на единой основе.
На основе платформы «системная математика» возможно решение широкого круга междисциплинарных прикладных исследований, первоочередными из которых являются следующие:
•	системное согласование и обработка междисциплинарных данных различной природы для научных исследований по различным отраслям знаний;
•	системное согласование моделей, методов, приемов различной природы для научных исследований по различным отраслям знаний;
•	жизнеобеспечение сложных систем на основе технологического предвидения и сценарного анализа;
•	глобальное моделирование процессов устойчивого развития в контексте качества и безопасности жизни людей;
•	системное проектирование.
Главной целью формализации задачи системного исследования конкретного объекта часто является лишь приведение к той или иной формальной математической постановке. При этом ряд важнейших факторов и характеристик объекта (например, факторы риска выхода объекта из режима устойчивого функционирования) может оставаться вне поля зрения исследователя. Этот недостаток является достаточно важным при выполнении системного анализа организационных и организационно-технических систем, эффективность и устойчивость функционирования которых в значительной степени зависит от вкусов, суждений и ошибок человека.
Кроме того, для некоторых сложных систем характерны принципиально непреодолимые факторы риска. В частности, в условиях рыночной экономики для субъектов предпринимательской деятельности непреодолимыми являются риски, обусловленные конкурентной борьбой. Такого типа риски особо опасны при использовании современных транспортных средств, на химических производствах и атомных электростанциях, в различных кри
100
2.2. Свойства и принципы системной методологии
тических и чрезвычайных ситуациях. Учет рисков при проведении системных исследований также зачастую носит субъективный характер.
Определим субъективный подход исследователя к решению реальных системных задач в виде его методологической парадигмы. Методологическая парадигма — это системно согласованное множество идей, подходов, методов, предположений и ограничений, выбранных исследователем для решения конкретной системной задачи.
Если задачу решают с использованием определенной методологической парадигмы, то найденное решение не должно содержать особенностей, несовместимых с этой парадигмой. Целесообразно рассмотреть парадигму, являющуюся подмножеством другой парадигмы, как частный случай последней.
Определим также термин содержательная парадигма, под которой будем понимать множество идей, подходов, методов и предположений, которое гарантирует возможность решения всех конкретных задач данного типа.
В последние годы наблюдают тенденцию к обобщению парадигм, стимулированную новыми достижениями в развитии системной математики и вычислительной техники. Любое обобщение парадигмы расширяет класс решаемых задач и во многих случаях позволяет получить лучшее решение.
Изучение связей между возможными методологическими парадигмами и классами системных задач является предметом метаметодологии систем — новой отрасли исследований, в которой пока еще мало что сделано.
Важным аспектом метаметодологии систем является разработка таких парадигм, которые бы для различных классов задач и современного состояния системной математики и вычислительной техники обеспечивали бы наилучший компромисс между качеством и сложностью решения системных задач. Основные трудности выполняемого при таких условиях исследования связаны с тем, что для заданной задачи при использовании одной и той же методологической парадигмы может быть разработано множество альтернативных процедур решения.
В то же время любая математическая теория, имеющая схему решения системных задач, по существу является методологической парадигмой. Она связана с определенным типом задач и локальной системой, с использованием которой можно разрабатывать методы решения конкретных задач такого типа. Одна из задач методологии систем — это компиляция (составление) математических подходов и определение их места при решении всех возможных задач определенного класса. Другой задачей является построение новых содержательных парадигм для решения каждого типа задач. Поскольку выявление новой парадигмы служит толчком для создания нового математического подхода или совокупности методов, всесторонние исследования метаметодологии систем послужат мощным стимулом для получения фундаментальных и прикладных математических результатов в области системной математики, теории сложных систем и других разделов системных знаний.
101
Глава 2. Основные понятия системного анализа
2.3.	Классификация задач и процедур системного анализа
Перейдем к анализу целей, свойств, особенностей и возможностей аппарата системных исследований. Следует обратить внимание на то, что процессы мировой глобализации послужили причиной необходимости разработки новых концепций, подходов, приемов решения современных сложных задач, что обусловило потребность принципиально по-новому пересмотреть их постановки и решения. При формализации и решении реальных системных задач целесообразно использовать конструктивный и удобный способ представления исходной информации об объекте в виде концептуальных пространств условий и свойств объекта. В современных условиях эти пространства должны обеспечить новое видение взаимодействия элементов в структуре системный аналитик <=> человек <=> объект <=> <=> среда. Такой способ должен обеспечить наглядность согласования основных факторов — свойств объекта исследования, исходной информации и условий функционирования объекта с учетом неопределенностей разной природы и многофакторных рисков. Согласование должно быть системным и учитывать цели, задачи, ожидаемые результаты функционирования объекта, сложность ситуаций, в которых он функционирует, а также уровень дефицита информации о сложности, связанные с целями и условиями его функционирования (рис. 2.2).
Факторами ограничения в этом случае являются затрачиваемые ресурсы на проведение вычислительных процессов и эмпирических процедур системных исследований.
Концептуальные функциональные пространства условий и свойств сложных систем
Условия функционирования объекта целесообразно представить в виде концептуального функционального пространства условий с использованием системы координат а,, р,, у,, где:
♦	ось а, — определяет уровень сложности целей функционирования объекта (с увеличением а, сложность целей возрастает);
♦	ось Р| — определяет уровень сложности ситуаций, в которых функционирует объект (с увеличением р, возрастает сложность ситуации);
♦	ось у! — определяет энтропию информации как уровень дефицита информации о сложности целей и условий функционирования объекта, который характеризуют точки функционального пространства над поверхностью Оа, р,.
Концептуальное функциональное пространство условий функционирования системы (рис. 2.3) формируется в результате выполнения вычислительных процедур трех видов анализа.
102
2.3. Классификация задач и процедур системного анализа
Рис. 2.2. Структурная схема формализации задач системного анализа
♦	Целевой анализ — позволяет определить множество точек на оси а,, которые количественно характеризуют все многообразие свойств и особенности целей.
♦	Ситуационный анализ — проводится с целью определить множество точек на оси 0,, которые количественно характеризуют свойства и особенности всего многообразия штатных и прогнозируемых нештатных ситуаций.
♦	Информационный анализ — позволяет определить множество точек на оси У], которые количественно характеризуют уровень дефицита информации о ситуации и цели функционирования объекта исследований.
На основе этих множеств точек строят функциональное пространство условий объекта.
Очевидно, что с увеличением сложности условий функционирования возрастает сложность создания и функционирования соответствующей сложной системы. Действительно, чем сложнее цели и ситуации и чем больше дефицит информации, тем сложнее создать соответствующую этим условиям систему и тем сложнее управлять ею в этих условиях. В зависимости от уровня сложности условий можно ввести некий классификационный ряд, в котором с увеличением номера элемента ряда определенным образом возрастает сложность условий функционирования системы.
Аналогично можно представить многомерное концептуальное функциональное пространство свойств сложной системы (рис. 2.4). Это пространство формируется в результате выполнения вычислительных процедур трех видов анализа.
103
Глава 2. Основные понятия системного анализа
Ось Р| определяет уровень сложности ситуаций, в которых функционирует объект
Рис. 2.3. Концептуальное функциональное пространство условий сложной системы
♦	Структурно-функциональный анализ — позволяет определить множество точек на оси а2, которые количественно характеризуют допустимые значения показателей структуры и функции объекта, необходимые для достижения поставленных целей в ситуациях, определяемых функциональным пространством условий.
♦	Организационно-процедурный анализ — выполняется с целью определения множества точек на оси р2, которые количественно характеризуют свойства, структуру и функции системы управления для заданных условий.
♦	Технико-экономический анализ — определяет множество точек на оси у2, которые характеризуют полученный эффект и затраты на его достижение в заданных условиях, а также технико-экономическую эффективность объекта.
Взаимосвязь концептуальных функциональных пространств
Описанные выше два концептуальных функциональных пространства (КФП) являются взаимосвязанными. Им присущи два варианта взаимосвязи.
Первый вариант', исходным является функциональное пространство условий, на основе информации которого формируется функциональное пространство свойств и характеристик объекта.
104
2.3. Классификация задач и процедур системного анализа
Второй вариант', исходным является функциональное пространство свойств и характеристик объекта, для которого находится функциональное пространство условий.
Первый вариант применяют при проектировании сложных систем априорно известного назначения. При этом по заданному функциональному пространству условий определяют структуру, свойства и характеристики разрабатываемой системы с учетом неопределенности и противоречивости целей. Например, для авиаконструктора противоречивость целей проявляется в естественном стремлении иметь наиболее экономичный и надежный грузоподъемный самолет с максимальной дальностью полета. Но очевидно, что достичь одновременно всех трех целей невозможно. Отсюда возникает задача: найти их рациональное сочетание. Однако конструктор заранее не знает, какие варианты сочетания являются наиболее целесообразными, экономически и технологически приемлемыми. В связи с этим одна из основных задач системного анализа состоит в раскрытии неопределенности целей.
Потребность в применении второго варианта возникает при испытании систем, условия функционирования которых изменяются в достаточно широких диапазонах. Так, вновь созданный самолет проходит испытания в различных условиях — это позволяет выявить наиболее целесообразные ре-
Рнс. 2.4. Концептуальное функциональное пространство свойств сложной системы
105
Глава 2. Основные понятия системного анализа
жимы и сферы его применения. При этом необходимо установить, на какой высоте и на какой скорости грузоподъемность самолета будет максимальной или какими должны быть грузоподъемность, скорость и высота полета для обеспечения его максимальной дальности полета.
Необходимость выполнения подобного анализа обусловлена тем обстоятельством, что при разработке проекта невозможно учесть всю совокупность факторов, присутствующих в реальных условиях эксплуатации. В частности, практически невозможно выявить уровни воздействия любых дестабилизирующих факторов (конструктивных, технологических и эксплуатационных просчетов, непрогнозируемых ошибок, износа и старения деталей самолета, управления его компонентами в процессе эксплуатации и др.).
В связи с влиянием указанных факторов возникает еще одна задача: в процессе испытаний опытного образца усовершенствовать систему так, чтобы обеспечить наилучшее выполнение поставленных целей, выявить возможные нештатные и критические ситуации, ввести определенные технические исправления и ограничения, которые позволили бы в процессе эксплуатации системы значительно снизить вероятность появления этих нежелательных ситуаций. Таким образом, может происходить корректировка проекта, целей и свойств разрабатываемой системы. Такая корректировка является, собственно говоря, уточнением раскрытия неопределенности целей. Следовательно, задача раскрытия неопределенностей целей является актуальной в обоих вариантах взаимосвязи.
Классификация процедур системного анализа
Предложенные выше концептуальные пространства базируются на свойствах и особенностях процедур системного анализа сложных систем, назначения и основные функции которых рассматриваются далее.
♦	Целевой анализ — применяется с целью выявления частных целей поведения сложной системы для достижения поставленной перед ней главной цели.
♦	Ситуационный анализ — используется для выявления ситуаций и их характеристик, которые определяют основные условия функционирования сложной системы.
♦	Информационный анализ — применяется для определения объема, полноты и других показателей информации о сложной системе и среде (без наличия такой информации невозможно определить степень достижения системой заданной цели в складывающейся ситуации).
♦	Структурно-функциональный анализ — позволяет определить необходимый уровень потенциальных возможностей функциональных элементов сложной системы и степень взаимосвязей и взаимозависимостей ее функциональных элементов для достижения заданных целей функционирования системы в априорно складывающейся ситуации.
♦	Организационно-процедурный анализ — применяется в случае необходимости проявить оптимальные способы организации процессов управле
106
2.3. Классификация задач и процедур системного анализа
ния и рационального выбора процедур, которые обеспечивают достижения заданных целей в определенной ситуации.
♦	Технико-экономический анализ — позволяет определить ресурсы, необходимые для достижения поставленной перед сложной системой цели с учетом заданных показателей качества.
Рассмотрим взаимосвязи введенных процедур целенаправленного анализа для первого варианта взаимосвязи концептуальных пространств. В этом случае процедуры целесообразно выполнять в такой последовательности: целевой анализ (определение целей функциональных элементов на основе заданных целей системы) => ситуационный анализ (выбор рациональных условий функционирования) => информационный анализ (формирование основных сведений о системе, которые обеспечили бы достижение заданных целей) => структурно-функциональный анализ (определение структуры и функций элементов системы, необходимых для достижения заданных целей) => организационно-процедурный анализ (организация и реализация процедур управления в условиях изменения внешней среды) => => технико-экономический анализ (определение ресурсов, необходимых для достижения заданных целей и обеспечение определенных показателей качества).
Взаимосвязь этих процедур определяется целями и особенностями функционирования исследуемой сложной системы и особенностями решаемой задачи (задачи проектирования системы, оптимизации и эксплуатации, прогнозирования потенциальных возможностей созданной системы в новых нештатных ситуациях, задачи технического диагностирования работоспособности системы и др.). В зависимости от особенностей и постановки задачи могут изменяться взаимосвязь и последовательность применения этих процедур.
Рассмотрим более подробно свойства процедур системного анализа, полагая заданной последовательность основных процессов.
Процедура целевого анализа
1.	Последовательная многоуровневая декомпозиция определенного множества целей на цели элементов каждого из заданных иерархических уровней.
2.	Формирование количественных показателей, определяющих степень и уровень достижения общей цели системы и локальных целей элементов.
3.	Установление функциональной взаимосвязи целевых показателей элементов различных иерархических уровней с показателями общей цели объекта (системы).
4.	Установление допустимых интервалов, в которых изменяются целевые показатели элементов иерархических уровней, с учетом допустимых интервалов изменения показателей целевой функции объекта (системы).
При разработке сложных технических систем процедура целевого анализа заключается в определении корректности ТЗ таким образом, чтобы различные показатели достаточно полно определяли цели разрабатываемой
107
Глава 2. Основные понятия системного анализа
системы, допустимые интервалы их изменений. Значения и допустимые интервалы изменений должны быть взаимно согласованными и технически реализованными. На этом этапе осуществляют декомпозицию требований создаваемой системы согласно требованиям к основным функциональным элементам (ФЭ), из которых состоит проектируемая сложная система.
Например, при проектировании теплоэлектростанции требования к системе в целом распространяются на требования к мощности, количеству электрогенераторов и другим, основным и вспомогательным подсистемам.
Процедура ситуационного анализа
1.	Формирование множества управляемых штатных ситуаций сложной системы и прогнозирование наиболее вероятных нештатных и критических ситуаций в процессе ее функционирования.
Под понятием «ситуация» в этом случае имеют в виду определенное состояние рассмотренной системы и среды ее функционирования, которое характеризуется априорно установленными интервалами значений показателей системы и функциональных характеристик среды.
Штатные ситуации — это ситуации, в которых показатели системы и функциональные характеристики среды соответствуют априорно заданным интервалам (например, работа автомашин в определенных климатических условиях (в условиях Крайнего Севера)).
Нештатные ситуации — это ситуации, в которых отдельные показатели системы или функциональные характеристики среды выходят за границы допустимых интервалов, но не приводят к нарушению функционирования или к разрушению объекта.
Критические ситуации — это ситуации, в которых ряд показателей системы или функциональных характеристик среды выходит за границы допустимых интервалов и может привести к такому нарушению процессов функционирования объекта, которое вызовет частичное или полное его разрушение, создаст опасные условия для обслуживающего персонала или приведет к экологически опасным последствиям.
2.	Определение количественных характеристик штатных ситуаций и интервалов их изменений.
3.	Прогнозирование возможного множества нештатных ситуаций и выделение наиболее вероятных из них.
4.	Выявление особенностей и определение характеристик наиболее вероятных нештатных ситуаций.
5.	Определение множества критических ситуаций, условий их появления и их характеристик.
6.	Выявление условий возможного перехода штатной ситуации в нештатную или критическую.
7.	Выявление условий возможного перехода из нештатной ситуации в штатную.
8.	Определение условий предотвращения критических ситуаций.
108
2.3. Классификация задач и процедур системного анализа
Процедура информационного анализа
1.	Определение полноты, достоверности и своевременности получения информации, необходимой для управления системой с целью достижения заданных целей в штатных и нештатных ситуациях.
2.	Определение характеристик информационных систем, которые бы соответствовали заданному уровню информационного обеспечения (полнота, достоверность, своевременность информации), необходимому для управления в штатных и нештатных ситуациях.
3.	Выбор и анализ процедур получения, хранения, обработки информации для обеспечения управляемости системы в штатных и нештатных ситуациях.
4.	Выбор и анализ процедур формирования, обоснования и принятия решения при управлении системой в штатных ситуациях и в процессе перехода из нештатной ситуации в штатную.
5.	Определение показателей информационного обеспечения процедур прогнозирования нештатных и критических ситуаций и их последствий.
Процедура структурно-функционального анализа
1.	Определение полного состава функций, обеспечивающих достижение заданных целей в определенных условиях функционирования (например, перечень всех функций управления, необходимых для получения электроэнергии).
2.	Определение рациональной иерархической структуры системы, обеспечивающей достижение заданной цели при заданных ограничениях на ресурсы.
3.	Определение функционально полного состава элементов для каждого иерархического уровня.
4.	Определение рациональных характеристик функциональных элементов для каждого иерархического уровня.
5.	Определение условий достижения заданных характеристик функциональных элементов для каждого иерархического уровня.
Процедура организационно-процедурного анализа
1.	Определение функционально полного состава процедур управления в штатных и нештатных ситуациях.
2.	Рациональное распределение процедур управления между человеком (ЛПР) и комплексом технических средств.
3.	Определение рациональной организационной структуры системы управления объектом в штатных и нештатных ситуациях.
4.	Определение рациональной структуры технической системы управления объектом в штатных и нештатных ситуациях.
5.	Определение функционально полного состава элементов технической системы управления.
109
Глава 2. Основные понятия системного анализа
6.	Определение характеристик функциональных элементов технических систем управления в штатных и нештатных ситуациях.
7.	Обоснование степени и уровня интеллектуализации технических средств поддержки решений в штатных и нештатных ситуациях.
8.	Определение рациональной структуры управления в критических ситуациях.
9.	Определение интеллектуального уровня технических средств поддержки решений в системе управления в критических ситуациях.
Процедура технико-экономического анализа
1.	Определение затрат всех видов ресурсов на технические средства, реализующие основные функции объекта.
2.	Определение затрат всех видов ресурсов на реализацию процедур управления объектом.
3.	Определение затрат всех видов ресурсов на предотвращение нештатных и критических ситуаций.
4.	Определение социально-экономической и технико-экономической эффективности функционирования системы.
Пример применения процедур системного анализа
В качестве примера применения указанных процедур рассмотрим технологию решения практической системной задачи разработки, производства и запуска космического аппарата (КА), в которой выбор и реализация оптимальной траектории космического аппарата является одной из частных задач. Выбор данной системной задачи был осуществлен по таким соображениям.
Во-первых, задача имеет непосредственное отношение к одной из наиболее перспективных наукоемких технологий — космонавтике. Во-вторых, задача запуска космического аппарата относится к классу задач управления сложными динамическими системами.
Сегодня космические технологии развиваются по таким основным направлениям.
Транспортирование:
♦ Транспортная задача Земля—Космос. Основное назначение — вывод искусствен ^ , спутников связи, метеоспутников, навигационных спутников, спутников дистанционного зондирования Земли, спутников-разведчиков и др. Запуск спутников различного назначения осуществляется в России, США, Китае, Индии, Украине и некоторых других странах. Украина, в частности, принимает участие в создании и использовании международной платформы «Морской старт», которая поставляет ракеты-носители для вывода на орбиту спутников стран, не имеющих собственных систем вывода.
ПО
2.3. Классификация задач и процедур системного анализа
♦	Транспортная задача Земля—Земля. Это перспективное направление обеспечения доставки больших грузов на межконтинентальное расстояние (вместо применения медленного морского транспорта). Перспектива использования в качестве пассажирского транспорта (космические аппараты типа «Шатл», «Буран»).
Наблюдения за Землей:
♦	Дистанционное зондирование Земли с целью разведки полезных ископаемых (нефти, газа, золота, алмазов и т. п.), оценки состояния природных ресурсов (лесов, водных сред), прогнозирования стихийных бедствий (засух, пожаров, наводнений и т. п.).
♦	Обнаружение морских судов и людей, попавших в затруднительное положение (после корабельных аварий, схождения горных лавин и т. п.), учитывая, что ежегодно в мире терпят кораблекрушения более 100 морских судов.
♦	Космические съемки для картографии и других применений (фото, лазерные съемки, радиолокационные съемки).
♦	Использование в стратегических целях, в частности для обнаружения факта запуска ракет (инфракрасные системы космического наблюдения), а также для решения задач, связанных с навигацией и управлением в боевых условиях.
♦	Использование космических аппаратов для создания новых технологий.
♦	Космические технологии являются уникальными, поскольку их реализуют в условиях микрогравитации и микровакуума, одновременное обеспечение которых на Земле, в принципе, невозможно. Эти технологии позволяют получить принципиально новые органические и неорганические вещества, а также сплавы, в том числе керметы (керамико-металлические материалы). Уже созданы новые виды лекарств, материалов для микроэлектроники.
Приведенный краткий обзор практических возможностей космонавтики позволяет сделать вывод: многообразие этого типа задач неизбежно ведет к существенному различию целей, связанных с использованием космических аппаратов разного назначения и необходимостью решения подобных задач на системной основе.
Уникальность проблем разработки и запуска на орбиту космических аппаратов определенного назначения позволяет наглядно раскрыть суть различных процедур системного анализа. Рассмотрим основные из них на примере.
Процедура целевого анализа
Рассмотрим процедуру целевого анализа на примере только одного элемента, входящего в комплекс объектов (КБ, заводы, космодром, космический аппарат, ракета-носитель, центр управления полетами, система телеметрического контроля, система связи, система слежения и т. д.). В ка
111
Глава 2. Основные понятия системного анализа
честве такого элемента возьмем ракету-носитель. При ее разработке необходимо достичь нескольких противоречивых целей, обеспечив:
♦	максимальный объем топлива при условии, что его общий вес будет минимальным;
♦	максимальную мощность при условии минимальных расходов топлива;
♦	высокую прочность конструкции, максимальную надежность и минимальную стоимость.
Этот список целей можно продолжить. Однако уже из приведенного перечня видно, что одновременно достичь столь противоположных целей в принципе невозможно. Следовательно, необходимо обеспечить определенный компромисс. Но какое сочетание перечисленных свойств является наиболее выгодным, конструктор заранее не знает. Такая особенность многокритериальных задач оптимизации связана с неопределенностью целей. Для преодоления этой неопределенности применяют процедуру целевого анализа. Методы решения рассмотренной задачи во многом являются эвристическими и основанными на использовании опыта разработчиков. Накопление и систематизация такого опыта является важнейшей практической задачей, решение которой в настоящее время относится к области искусственного интеллекта, в первую очередь, к сфере методологии экспертных систем (ЭС).
Неопределенность целей в случае сложной иерархической системы свидетельствует о необходимости поиска рационального компромисса в раскрытии обшей цели (общих требований) для элементов различных уровней. Применительно к многоступенчатой ракете-носителю похожее рациональное распределение сводится к распределению основных технических требований между ступенями ракеты (в частности — рационального распределения мощности между ступенями ракеты). Аналогично формулируют и другие процедуры системного анализа.
Процедура ситуационного анализа
Главными целями использования этой процедуры являются:
♦	определение основных характеристик штатных ситуаций при запуске и выходе на орбиту ракеты-носителя;
♦	прогнозирование наиболее вероятных нештатных ситуаций на различных этапах запуска и определение их количественных характеристик;
♦	прогнозирование критических ситуаций и определение их основных характеристик.
Процедура информационного анализа
Главной целью этой процедуры является определение количественных и качественных характеристик информационного обеспечения системы управления в штатных и нештатных ситуациях на этапе запуска ракеты-носителя и ее выхода на орбиту. Следует указать на различия между проведением информационного анализа и определением количественных характеристик ин
112
13. Классификация задач и процедур системного анализа
формации (с применением показателей Кульбаха, Колмогорова и др.). Во-первых, здесь информационные показатели определяются с позиции решения задач управления, а не с позиции передачи наибольшего объема информации. Для задач управления должен быть полностью определен объем информации. Недостаток информации, так же как и ее избыток, может привести к снижению качества управления. К тому же необходимо время, чтобы из избыточной информации выделить практически необходимую. Во-вторых, в рассмотренной задаче определяют не только количественные, но и качественные показатели. К основным количественным показателям информационного обеспечения относятся достоверность и своевременность предоставления информации лицу, принимающему решения.
Таким образом, состояние информационного обеспечения определяют три показателя: полнота, достоверность и своевременность предоставления информации.
Остальные задачи создания информационного обеспечения соответствуют традиционным, которые решают при разработке АСУ и информационно-вычислительных систем. Выполнение процедур целевого, ситуационного и информационного анализа позволяет получить базу для создания ракеты-носителя и системы управления этим объектом. Эти задачи решаются с использованием результатов, полученных в итоге выполнения трех процедур.
♦	Структурно-функциональный анализ позволяет сформулировать общий замысел формирования структуры системы и выбор основных функциональных элементов.
♦	В результате проведения организационно-процедурного анализа формируется общая структура системы управления и основные ее функции.
♦	Технико-экономический анализ позволяет сопоставить получаемый от системы эффект с затратами, необходимыми для его достижения.
Отметим, что принципиальное отличие рассмотренных процедур анализа от традиционных методов функционально-стоимостного анализа состоит в том, что сопоставляются эффект и затраты не только в штатных, но и в нештатных ситуациях. Последнее обстоятельство является особенно важным, в частности, для космонавтики, поскольку в этой сфере появление нештатных ситуаций весьма вероятно, учитывая очень сложные условия функционирования. Речь идет о высокой скорости движения, сверхвысоком вакууме, очень малой гравитации, незаурядной вероятности встречи в космосе с естественными и искусственными телами (например, в конце 2009 г. в околоземном космическом пространстве находилось более 40 тыс. посторонних предметов — деталей отработанных космических аппаратов и других предметов деятельности человека).
Не менее важно сопоставить затраты и ожидаемый ущерб от появления нештатных ситуаций на сложных наземных системах, когда нештатные ситуации могут привести к значительным техногенным и экологическим последствиям. К таким системам относятся в первую очередь АЭС, химкомбинаты, склады боеприпасов, гидроэлектростанции.
8-11-912
ИЗ
Глава 2. Основные понятия системного анализа
2.4.	Понятия сложности системной задачи, спектры сложности, трансвычислительная сложность
Характерной особенностью окружающего мира являются увеличивающиеся сложность и взаимозависимость его отдельных частей, на что еще во второй половине прошлого века неоднократно обращали внимание А. Печчеи [180], Т. Саати [189], Дж. Клир [78] и другие ученые, многие общественные деятели и политики. Установлено, что проблемы — социальные, политические и экономические — не существуют изолированно. Они не могут быть выделены из некой целостной среды, решены и объяснены по отдельности, а затем вновь интегрированы для объяснения этой целостной среды. Среда, в которой возникают такие проблемы, сама по себе не обладает постоянными свойствами целостности. Она динамична, так как всегда изменяется, подвергаясь как внешним, так и внутренним воздействиям. Среда изменяется вместе со своими проблемами и методами их решения в физическом и концептуальном пространствах. Среда также изменяется во времени, поскольку на нее заметно влияют различные события и изменения условий.
Понятия сложности с позиции системной методологии. Введем определение сложности по отношению к системной методологии. Такая потребность обусловлена рядом причин. Как отмечает Дж. Клир [79, с. 345], сложность многогранна и из нее выплывает ряд определений. Эту мысль подтверждает и Р. Эшби [239]: «Термин «сложность» в применении к системам имеет много значений». С позиции же системного анализа понятие сложности целесообразно рассмотреть, исходя из оценки затрат при решении и исследовании системных задач и ситуаций. Будем использовать концепцию сложности, принятую в общей теории систем. В соответствии с ней, сложность — это общее свойство некоторого множества различных объектов, структурно взаимосвязанных и функционально взаимодействующих.
В случае задач системного анализа это определение целесообразно дополнить и представить в таком виде. Сложность — это общее свойство единого множества различных объектов, которые структурно взаимосвязаны, функционально взаимозависимы и взаимодействуют между собой, в складывающихся параметрах и характеристиках окружающей среды при наличии неконтролируемых внешних воздействий, факторов риска и других условий, характерных для системных задач.
В соответствии с подходом Дж. Клира [79], будем различать понятия сложности и трудности. Многие задачи являются трудными, но имеют единственное или конечное множество решений. Например, задача «развязать узел веревки» может быть трудной, но она имеет одно решение. Сложная проблема обычно имеет множество возможных решений, которые соответствуют различным целям. Например, проектирование или модификацию сложной технической системы осуществляют, исходя из технических, экономических, организационных и некоторых других целей, и в каждом случае существуют свои решения.
114
2.4. Понятия сложности системной задачи, спектры сложности, трансвычислительная сложность
Сложность — это характеристика, связанная с проявлением взаимодействия, взаимозависимости процессов во взаимосвязанных системах, которую оценивают степенью влияния одного или нескольких элементов системы на поведение других.
Например, можно провести последовательность таких взаимозависи-мостей: экономика зависит от энергетики и других отраслей промышленности, наличие или отсутствие энергоресурсов — от политики, политика — от мощности государства, мощность государства — от военного потенциала и экономической стабильности. Отметим, что эти взаимозависимости симметричны: политика зависит от экономики, а экономика — от политики.
Интерпретация и понимание сложности зависит от многих факторов, зачастую субъективных, которые системный аналитик применяет при соединении рассмотренных частей в единое целое.
Эта субъективность представляет дилемму более высокого порядка, которая рассеивает любое латентное подозрение, что существует объективная интерпретация реальности, которая не подвластна нашему разуму и познанию. Люди, которые решают, какие действия выполнять по отношению к сложным проблемам, и те лица, на которых воздействуют эти решения, обычно имеют различные интересы и противоречивые цели. В рамках этих двух групп людей или между ними не всегда существует консенсус относительно желаемых целей и стратегий, разработанных для их достижения.
Другие трудности, которые возникают при определении понятия сложности, связаны с тем, что решения многих задач или их набора как целого не могут быть получены расчленением на частные проблемы с последующим их решением и синтезом общего решения исходной проблемы.
В системных задачах возникает необходимость рассматривать понятие «сложность» в различных аспектах, зависящих от свойств систем и особенностей самих задач. Собственно говоря, понятие сложности «является столь же фундаментальным понятием науки о системах, как понятие энергии в естественных науках» [79].
Понятие сложности является многогранным: сложность — иметь много разных взаимосвязанных частей, структур или элементов, а следовательно, быть трудно понимаемым, или сложность — включать множество частей, аспектов, деталей, понятий, требующих для понимания или овладения серьезного исследования или рассмотрения, или сложность — иметь сложное свойство или состояние. Любое из этих определений применимо ко всем типам систем — материальным и абстрактным, естественным и искусственным, к произведениям науки и искусства, а также к задачам, методам, теориям, законам, играм, языкам, машинам, организмам и другим системам. Независимо от того, что именно рассматривают как сложное или простое, в общем случае степень сложности связана с количеством различаемых частей и мерой их взаимодействия и взаимосвязанности. Кроме того, понятие сложности имеет субъективную обусловленность, поскольку оно зависит от способности понимать или использовать рассмот
8'
115
Глава 2. Основные понятия системного анализа
ренную систему. Таким образом, то, что является сложным для одного, может оказаться простым для другого.
Понятие сложности отражает взаимодействие исследователя с объектом исследования, результатом которого является изучение исходной системы с той или иной степенью глубины или детализации. В этом смысле сложность не является неотъемлемым свойством исследуемой системы, а, скорее, определяется способом, с помощью которого исследователь взаимодействует с ней с позиции поставленных целей.
На уровне исходных систем в определенных условиях системную сложность выражают [79] только через мощности рассмотренных множеств — множеств переменных, параметров, состояний и параметрических множеств, поскольку между ними не существует взаимосвязей. На более высоких эпистемологических уровнях понятие системной сложности становится более содержательным. Оно является разным для разных типов. Одна и та же исходная система на различных эпистемологических уровнях может быть описана самыми разными способами.
В некоторых случаях определенная степень сложности является необходимым условием для получения определенных системных свойств, которые обычно называются выявляющими свойствами (самовоспроизведение, обучение, развитие).
В других, более распространенных случаях при решении системных задач или строят простую систему, или делают попытку упростить уже существующую.
Сложные проблемы никогда не существуют изолированно и редко характеризуются односторонними причинными отношениями. Сложность связывает проблемы вместе и формирует картину взаимоотношения и множественной причинности. Точную природу причинности трудно описать до конца — очень часто взаимосвязь проблем обнаруживают только после принятия решений, которые порождают вторичные проблемы.
Как характерные примеры сложности можно привести проблемы, связанные с предотвращением распространения оружия массового поражения, а также с противостоянием международному терроризму. Эти сложные проблемы порождают множество других, не менее сложных. Так, проблема сокращения вооружения приводит к кардинальному сдвигу в структуре военных расходов и влияет на любую экономическую систему, неотъемлемой частью которой она является. Снижение военных расходов ограничивает исследовательскую деятельность, которая часто имеет целью получение результатов, применяемых как для военных целей, так и для мирных [77, с.14].
Этот вывод был логически обоснован такими рассуждениями. Сокращение вооружения требует решения противоречия: сокращение расходов на вооружение и обеспечение требуемого уровня национальной безопасности. Кроме того, необходимо учитывать, что оборонные расходы в значительной мере влияют на инфраструктуру промышленности, транспорта, энергетики — основу любой экономической системы.
116
2.4. Понятия сложности системной задачи, спектры сложности, трансвычислигельная сложность
Заметим, что в приведенной проблеме важную роль играют сложность и взаимозависимость различных компонентов социально-экономической системы. Обращение к таким проблемам требует применения подхода, который бы позволил использовать информацию различного вида, включая точные данные, количественную информацию и «размытые» данные, полученные интуитивно, из опыта, с учетом ценностей суждений и образных догадок. Очевидно, что кроме информации, необходимой для получения решений рассмотренных задач, нужно использовать определенные приемы, принципы, подходы, которые позволяют находить решения с требуемой точностью, обоснованностью и достоверностью. Вместе с тем, формальные методы не всегда можно приспособить для решения практических задач. Например, в исследовании операций и в науке об управлении разработано много моделей и методов, которые часто механистически применяют для решения проблемы сложности. В результате исходные данные генерируются для использования в модели прежде, чем реально возникает сама проблема. Однако ни одна проблема не встречается точно в таком виде, в котором люди пытаются ее предвидеть и осознать. Разнообразные ее особенности встречаются при изучении конфликтов. Можно пытаться предотвратить конфликты, но когда они происходят, нужна другая процедура для их нейтрализации, исследования и предотвращения.
Спектры сложности системных задач
История науки и техники свидетельствует о том, что до начала XX века большей частью рассматривались относительно простые системы. Перечень основных событий, которые состоялись в науке в период с XVII по XX века, преимущественно состоит из вариаций одной и той же темы: выявление скрытой простоты в ситуации, представляющейся сложной. Подобные ситуации характеризуются тем, что выделяют несколько важнейших факторов, а все другие считают несущественными. Это позволяет исследователю вводить значительные экспериментально оправданные упрощения и таким образом рассматривать исследуемые характеристики «изолировано» от всех остальных.
Множество ситуаций, когда из большого числа факторов удается выделить несколько существенных, характерны, в первую очередь, для физики, что объясняет значительные успехи этой науки в обогащении других разделов знаний. Начало такому подходу дал Ньютон, показав, что в физике возможны существенные упрощения. Открытие им закона всемирного тяготения является следствием очень значительных упрощений. Тем не менее, этот закон позволяет очень точно выполнять корректные вычисления, например, рассчитывать орбиты движения планет.
Наука почти до начала XX века развивалась под влиянием открытий Ньютона. Его мощные упрощения применяли в самых разных областях науки, что при исследовании некоторых физических явлений, в том числе электричества, магнетизма, гидромеханики, давало хорошие результаты,
117
Глава 2. Основные понятия системного анализа
однако в других науках, особенно в биологии и медицине, это не срабатывало. Задачи, которыми занималась наука и которые она научилась решать, относились к исследованию детерминированных систем с двумя или тремя переменными. Их формулировали аналитически, обычно в виде систем дифференциальных уравнений. Подобные задачи с малым количеством переменных и высокой степенью детерминизма, решения которых ищут в аналитической форме, принято называть задачами организованной простоты.
В конце XIX века некоторые физики занялись исследованием систем движения молекул газа в замкнутом объеме. Такие системы обычно имеют примерно 1023 молекул. Молекулы двигаются с огромной скоростью, а их траектории из-за постоянных столкновений имеют хаотичный характер. Очевидно, что к таким сложным системам невозможно применить закон Ньютона с его значительными упрощениями изучаемых процессов. Поэтому совершенно безнадежно пытаться решить задачу анализа движений молекул газа в замкнутой среде (т. е. задачу исключительно сложной и неорганизованной системы) с помощью средств и методов, используемых для решения задач организованной простоты. В данном случае нужен совершенно иной подход. Мощные статистические методы решения задач для систем с большим числом переменных, проявляющихся случайным образом, были предложены различными учеными, в частности Л. Больцманом и Дж. Гиббсом. Подобные задачи получили название задачи неорганизованной сложности.
Статистические методы не описывают отдельные переменные (например, поведение отдельной молекулы). Они позволяют определять общие характеристики исследуемых процессов. Разработанные в начале XXI века статистические методы успешно применялись для решения многих задач неорганизованной сложности, возникающих как в науке, так и во многих ее приложениях. Хорошо известны примеры применения этих методов в статистической механике, термодинамике, статистической физике, статистической генетике. В технике эти методы играют важную роль при создании больших телефонных сетей и компьютерных систем с разделением времени, решении задач, касающихся обеспечения технической надежности. В деловой сфере эти методы широко используют при решении задач, связанных с маркетингом, страхованием и т. п.
В отличие от аналитических методов, которые используются для решения класса задач организованной простоты и оказываются непригодными уже при условии применения относительно небольшого количества переменных (например, пяти), э