Прангишвили И.В. Системный подход и общесистемные закономерности
ВВЕДЕНИЕ 11
Глава 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА 22
1.2. Системология 28
1.3. Системный подход и системное мышление 31
1.4. Различные способы выделения систем 35
1.4.2. Три способа выделения систем 36
1.5. Базовые понятия системного подхода 38
1.6. Основные признаки системы 47
1.7. Интегративные свойства систем и некоторые типы систем 50
1.8. Системный изоморфизм и гомоморфизм 55
1.9. Политическая система и художественная картина как наглядные примеры систем 58
1.10. Системные кризисы, катастрофы и устойчивость развивающихся систем 65
1.11. Организованность и упорядоченность системы 69
1.12. Системный комплекс и межсистемный подход. Взаимные превращения системных комплексов и систем 73
1.13. Концептуальные основы системного подхода и содержание современной инженерной практики 81
1.14. Элементарные процессы - структурные преобразования, соединения и разделения систем 84
1.14.2. Адаптивные преобразования систем и системный прогресс 88
1.15. Синергетический и гомеостатический системные подходы 89
1.16. Открытые и закрытые системы и их развитие 94
1.17. Структурные закономерности и свойства системы 103
1.18. Элементы управления системами 107
1.19. Некоторые факторы, определяющие возникновение и функционирование системы 110
1.20. Вопросы безопасности и устойчивости систем 113
1.21. Отношение объекта и среды и вопросы управления 115
1.22. Поиск неклассических способов управления системами с помощью локальных однородных взаимодействий соседних ячеек или клеток 119
1.23. Разделение систем по некоторым характеристикам 121
1.24. Системный и информационный подходы к познанию сложных слабоструктурированных объектов, процессов и явлений 123
1.25. Некоторые пути развития систем с учетом системных кризисов 126
1.26. Проблемы противоречий структуры и функций развивающихся систем 128
1.27. Самоорганизующиеся системы и синергетика 130
1.28. Взаимодействие открытых систем с окружающей средой или между собой и соотношение энтропийных и негэнтропийных процессов 134
1.29. Взаимосвязь энтропии, информации, энергии в системах и условия самоорганизации систем 150
1.30. Энтропийные взаимодействующие потоки в самоадаптирующихся системах 164
1.31. Энтропия и семантическая структура научной информации 168
1.32. Человеческая сущность индивидуума, интересы членов группы и самой группы в системном ракурсе. Экономические и социальные соображения в процессе принятия решений 170
1.33. Некоторые подходы к построению теории систем 176
Глава 2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ 179
2.2. Системный подход и механизм управления предприятиями будущего 185
2.3. Управление и менеджмент 190
2.4. Управление процессом системного реинжиниринга предприятий, корпораций, фирм, организаций 197
2.5. Системный подход к технологии управления обществом .. 201
2.5.2. Явные и неявные формы обратной связи в политической системе управления обществом и эффективность политической системы власти 206
2.6. Упрощенный системный анализ развития государства и вопросы управления 212
2.7. Системный анализ развития человеческого и общественного потенциала в период глобализации экономики на пороге XXI века 220
2.8. Некоторые системные аспекты создания нового типа истинно человеческого общества, отличного от капитализма и интегрирующего достоинства капиталистической и социалистической систем 230
2.10. Управление конфликтными ситуациями 238
2.11. Системное структурирование группы биологических объектов для образования новой системы 240
2.12. Системные аспекты проблемы человеческих стрессов и страхов 247
2.13. Системный подход к реформированию основных элементов экономики и производства с целью увеличения оборотных средств, платежеспособного спроса и смягчения налогового бремени 248
2.13.2. Предложенная ИПУ РАН новая схема системного управления кредитованием предприятий, производящих товары народного потребления, и повышением платежеспособного спроса 254
2.13.2.2. Монетаризм и теория Кейнса 256
2.13.2.3. Управленческие аспекты механизма увеличения оборотных средств для предприятий, производящих товары питания и другие товары массового народного потребления 257
2.13.2.4. Обеспечение лизинга оборудования 263
2.13.2.5. Проблемы, затрудняющие эмиссионное кредитование предприятий, и пути их решения 264
2.13.2.6. Изготовление и использование заменителей денег 265
2.13.2.7. Программа реализации предлагаемого комплекса мероприятий и прогнозирование платежеспособного спроса на товары народного потребления 267
2.13.3. Предложения по снижению налогообложения юридических и физических лиц и повышению налогооблагаемой базы 272
2.14. Структурные кризисы и устойчивость систем 276
2.14.2. Новые информационные технологии и системно- ситуационный подход к управлению 283
2.14.3. Некоторые издержки компьютеризации управления 285
2.15. Системный подход к управлению развитием страны 289
2.15.2. Краевой и нормальный вид распределения элементов системы 292
2.15.3. Особенности кризиса реформ в России 294
2.15.4. Идеология реформ и основные условия выхода экономики из системного кризиса 297
2.15.5. Концепция предсказуемого и устойчивого развития страны 299
2.15.6. Основные аспекты стратегии государственного управления экономикой 300
2.15.7. Экологическая, технологическая и военная сферы управления 305
2.15.8. Виртуальная реальность и когнитивные технологии принятия решений - один из возможных механизмов реализации 308
2.16. Примеры использования переноса системных знаний и методологий из области живых организмов в область общественных систем при глубокой аналогии и значительном изоморфизме этих систем 310
2.17. Голографические принципиально неделимые системы и особенности поведения таких неклассических систем ... 314
Глава 3. ГОМЕОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ И ГОМЕОСТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМАМИ 323
3.2. Базовые понятия гомеостатики. Задачи прикладной гомеостатики и атрибуты 331
3.3. Способы и условия объединения и расщепления устойчивой гомеостатической системы 335
3.4. Дискретность изменения состояния гомеостатических систем и наличие явно и неявно выраженных обратных связей 345
3.5. Выделение энергии при \
3.6. Сложные многомерные и многоуровневые гомеостаты высокого порядка и методы их сборки 351
3.7. Гомеостатические системы управления 358
3.8. Гомеостатические модели для систем рыночных отношений, учитывающие \
3.8.2. Гомеостатическая модель \
3.8.3. Гомеостатические модели \
3.8.4. Модель \
3.9. Гомеостатические механизмы управления рыночной системой 371
3.10. Простые гомеостатические модели управления фирмой  373
3.11. Простейшая имитационная модель пульсирующего гомеостата с управляемым разрывом связей и параметрического пульсирующего гомеостата 375
3.12. Некоторые аспекты взаимодействия гомеостата человеческой популяции, искусственных гомеостатов и природного гомеостата 379
3.13. Гомеостатические малые коллективы как системы и некоторые проблемы устойчивости и конкуренции в таких системах 382
3.14. Уровень демократизации различного общества можно определить через общественный гомеостаз этого общества 389
3.15. Гомеостатические модели для описания лавинообразных процессов, происходящих в технических, экономических и общественных системах 392
3.16. Возможность использования основных идей и понятий гомеостатической системы в политике управления обществом 395
3.17. Гомеостатические механизмы управления и управляемые внутренние противоречия 398
3.18. Роль интеллекта и среды обитания человеческой популяции в развитии цивилизации 401
3.19. Гармонично-целостное развитие российского общества при двухполюсной гомеостатической социально- экономической системе хозяйствования 403
Глава 4. ОБЪЕКТИВНЫЕ ОБЩИЕ СИСТЕМНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КАК СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ И ПЕРЕНОСА ЗНАНИЙ 406
4.2. Закономерность возрастания и убывания энтропии или негэнтропиив системе 408
4.3. Закономерность зависимости потенциала системы от характера взаимодействия ее структурных элементов или степени организованности системы 430
4.4. Фоновый принцип или фоновая общесистемная закономерность 432
4.4.2. Другие простые примеры использования фонового принципа 445
4.5. Закономерность четырехэтапного эволюционного развития систем на каждом витке эволюционной спирали 448
4.6. Причинно-следственная закономерность систем или принцип причинности систем 462
4.8. Пульсационный характер функционирования систем, приводящий к циклическому объединению и распаду систем 469
4.9. Закономерность \
4.10. Закономерность внутрисистемной и межсистемной конвергенции 483
4.11. Закономерность системы, заключающаяся в стремлении сохранить равновесие за счет противодействия внешнему возмущению 488
4.12. Закономерность \
4.13. Закономерность расхождения темпов жизненных функций элементов системы 492
4.14. Закономерность перевода системы из одного качественного состояния в другое минимальным воздействием в критической точке фазового перехода ... 494
4.15. 20%-я закономерность 495
4.16. Закономерность прохождения всех этапов эволюционного развития, или закономерность эволюции 496
4.17. Закономерность \
4.18. Закон системности 498
4.19. Закон системных преобразований 499
4.20. Закон системной симметрии 499
4.21. Закон системной асимметрии 500
4.22. Закон системной противоречивости 501
4.23. Закон системной непротиворечивости 501
4.24. Закономерность перехода с макроуровня на микроуровень в технических системах 503
4.25. Закономерность неравномерного развития составных частей системы 503
4.26. Закономерность увеличения степени идеальности технических систем 504
4.27. Закономерность полноты частей системы в технике и закон минимума в биологии 504
4.28. Закон жизненной кривой системы 505
4.29. Системные закономерности и теория управления и идентификации 507
4.30. Заключение по главе 4 509
ЛИТЕРАТУРА 512
Сведения об авторе 521
Сведения об ИПУ РАН 523
Текст
                    Серия «Системы и проблемы управления»
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Институт проблем управления
имени В А. Трапезникова
И.В. ПРАНГИШВИЛИ
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
И ОБЩЕСИСТЕМНЫЕ
ЗАКОНОМЕРНОСТИ
СИНТЕГ
Москва — 2000


УДК 001.8+007.5 ББК3281 П68 Издатель и научный редактор серии." к.т.н. В.Л. Гуревич (Тел./факс: (095) 371-1316 E-mail: sinteg(g)inail.ru ) Рецензенты: В.Н. Бурков - доктор технических наук, профессор, действительный член РАЕН, заведующий лабораторией ИПУ РАН В.В. Кульба - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ИПУ РАН Прангишвили И.В. Системный подход и общесистемные закономерности. Серия "Системы и проблемы управления". - М: СИНТЕГ, 2000, 528 с. В книге изложены принципы и методы системного подхода к объектам и явлениям различной природы и универсальные системные закономерности, которым подчиняется функционирование большинства природных и общественных систем. Сделана попытка с системных позиций получить ответы на некоторые жизненно важные вопросы, порождаемые природой, обществом, техникой, понять, что управляет природными и общественными процессами. Показано, что определяющую роль в природных и обшественных процессах играют объективные общесистемные закономерности и с их помощью удастся объяснить такие явления, как возникновение конфликтов в человеческом обществе, стихийных бедствий, войн, экологических катастроф, развал государств, успехи и неудачи отдельных регионов, городов, семей как сложных систем, поведение которых подчиняется системным закономерностям. В книге излагаются когнитивный, гомеостатический и синергетический подходы к решению сложных слабоструктурированных и слабоформализуемых задач различной природы и обсуждаются вопросы переноса знаний из одной области в другую. Книга предназначена для руководителей и специалистов, студентов и аспирантов, а также для широкого круга читателей. ISBN 5-89638-042-9 © Прангишвили И.В., автор, 2000 © Гуревич ВЛ., серия, 2000 © ООО «НПО СИНТЕГ», оформление, 2000
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ стр. ВВЕДЕНИЕ 11 Глава 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА 22 1.1. Введение 22 1.2. Системология 28 1.3. Системный подход и системное мышление 31 1.4. Различные способы выделения систем 35 1.4.1. Понятие системы как средства структурирования сложных объектов 35 1.4.2. Три способа выделения систем 36 1.5. Базовые понятия системного подхода 38 1.6. Основные признаки системы 47 1.7. Интегративные свойства систем и некоторые типы систем 50 1.8. Системный изоморфизм и гомоморфизм 55 1.9. Политическая система и художественная картина как наглядные примеры систем 58 1.10. Системные кризисы, катастрофы и устойчивость развивающихся систем 65 1.11. Организованность и упорядоченность системы 69 1.12. Системный комплекс и межсистемный подход. Взаимные превращения системных комплексов и систем 73 1.13. Концептуальные основы системного подхода и содержание современной инженерной практики 81 1.14. Элементарные процессы - структурные преобразования, соединения и разделения систем 84 1.14.1. Спусковой механизм и конвергенция для преобразования систем 87 1.14.2. Адаптивные преобразования систем и системный прогресс 88 1.15. Синергетический и гомеостатический системные
4 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности стр. подходы 89 1.16. Открытые и закрытые системы и их развитие 94 1.17. Структурные закономерности и свойства системы 103 1.18. Элементы управления системами 107 1.19. Некоторые факторы, определяющие возникновение и функционирование системы ПО 1.20. Вопросы безопасности и устойчивости систем 113 1.21. Отношение объекта и среды и вопросы управления 115 1.21.1. Системный подход к управлению экономическим развитием страны 116 1.22. Поиск неклассических способов управления системами с помощью локальных однородных взаимодействий соседних ячеек или клеток 119 1.23. Разделение систем по некоторым характеристикам 121 1.24. Системный и информационный подходы к познанию сложных слабоструктурированных объектов, процессов » явлений 123 1.25. Некоторые пути развития систем с учетом системных кризисов 126 1.26. Проблемы противоречий структуры и функций развивающихся систем 128 1.27. Самоорганизующиеся системы и синергетика 130 1.28. Взаимодействие открытых систем с окружающей средой или между собой и соотношение энтропийных и негэнтропийных процессов 134 1.29. Взаимосвязь энтропии, информации, энергии в системах и условия самоорганизации систем 150 1.30. Энтропийные взаимодействующие потоки в самоадаптирующихся системах 164 1.31. Энтропия и семантическая структура научной информации 168 1.32. Человеческая сущность индивидуума, интересы членов группы и самой группы в системном ракурсе. Экономические и социальные соображения в процессе принятия решений 170 1.33. Некоторые подходы к построению теории систем 176
Оглавление 5 стр. Глава 2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ 179 2.1. Системные и когнитивные подходы к решению слабоструктурированных и плохо формализованных задач 179 2.2. Системный подход и механизм управления предприятиями будущего 185 2.3. Управление и менеджмент 190 2.4. Управление процессом системного реинжиниринга предприятий, корпораций, фирм, организаций 197 2.5. Системный подход к технологии управления обществом .. 201 2.5.1. Технологии консолидации власти для управления обществом 201 2.5.2. Явные и неявные формы обратной связи в политической системе управления обществом и эффективность политической системы власти 206 2.6. Упрощенный системный анализ развития государства и вопросы управления 212 2.7. Системный анализ развития человеческого и общественного потенциала в период глобализации экономики на пороге XXI века 220 2.8. Некоторые системные аспекты создания нового типа истинно человеческого общества, отличного от капитализма и интегрирующего достоинства капиталистической и социалистической систем 230 2.9. Толпа как объект управления (системного манипулирования) 233 2.10. Управление конфликтными ситуациями 238 2.11. Системное структурирование группы биологических объектов для образования новой системы 240 2.12. Системные аспекты проблемы человеческих стрессов и страхов 247 2.13. Системный подход к реформированию основных элементов экономики и производства с целью увеличения оборотных средств, платежеспособного спроса и смягчения налогового бремени 248 2.13.1. Механизм развязки неплатежей, связывания оборотных средств предприятий и механизм
б И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности стр. налогообложения '......!: 252 2.13.2. Предложенная ИПУ РАН новая схема системного управления кредитованием предприятий, производящих товары народного потребления, и повышением платежеспособного спроса 254 2.13.2.1. Кризис российской экономики и "Великая депрессия" в США 254 2.13.2.2. Монетаризм и теория Кейнса 256 2.13.2.3. Управленческие аспекты механизма увеличения оборотных средств для предприятий, производящих товары питания и другие товары массового народного потребления 257 2.13.2.4. Обеспечение лизинга оборудования 263 2.13.2.5. Проблемы, затрудняющие эмиссионное кредитование предприятий, и пути их решения 264 2.13.2.6. Изготовление и использование заменителей денег 265 2.13.2.7. Программа реализации предлагаемого комплекса мероприятий и прогнозирование платежеспособного спроса на товары народного потребления 267 2.13.3. Предложения по снижению налогообложения юридических и физических лиц и повышению налогооблагаемой базы 272 2.14. Структурные кризисы и устойчивость систем 276 2.14.1. Основные требования к управлению системами... 282 2.14.2. Новые информационные технологии и системно- ситуационный подход к управлению 283 2.14.3. Некоторые издержки компьютеризации управления 285 2.15. Системный подход к управлению развитием страны 289 2.15.1. Степень управляемости систем 290 2.15.2. Краевой и нормальный вид распределения элементов системы 292 2.15.3. Особенности кризиса реформ в России 294 2.15.4. Идеология реформ и основные условия выхода
7 стр. экономики из системного кризиса 297 2.15.5. Концепция предсказуемого и устойчивого развития страны 299 2.15.6. Основные аспекты стратегии государственного управления экономикой 300 2.15.7. Экологическая, технологическая и военная сферы управления 305 2.15.8. Виртуальная реальность и когнитивные технологии принятия решений - один из возможных механизмов реализации 308 2.16. Примеры использования переноса системных знаний и методологий из области живых организмов в область общественных систем при глубокой аналогии и значительном изоморфизме этих систем 310 2.17. Голографические принципиально неделимые системы и особенности поведения таких неклассических систем ... 314 2.18. Концепция мира (систем), обусловленная магнитным взаимодействием кварков, неклассические паутинные системы и особенности поведения таких неклассических систем , 319 Глава 3. ГОМЕОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ И ГОМЕОСТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМАМИ 323 3.1. Введение 323 3.2. Базовые понятия гомеостатики. Задачи прикладной гомеостатики и атрибуты 331 3.3. Способы и условия объединения и расщепления устойчивой гомеостатической системы 335 3.4. Дискретность изменения состояния гомеостатических систем и наличие явно и неявно выраженных обратных связей 345 3.5. Выделение энергии при "расщеплении" компенсационного гомеостата 347 3.6. Сложные многомерные и многоуровневые гомеостаты высокого порядка и методы их сборки 351 3.7. Гомеостатические системы управления 358
8 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности 3.8. Гомеостатические модели для систем рыночных отношений, учитывающие "чистый", "грязный" и государственно-управляемые рынки 3.8.1. Гомеостатическая модель рынка товаров и услуг 3.8.2. Гомеостатическая модель "чистого" рынка товаров 3.8.3. Гомеостатические модели "грязного" рынка товаров 3.8.4. Модель "грязного" рынка с учетом государственного управления 36i 3.9. Гомеостатические механизмы управления рыночной системой 37: 3.10. Простые гомеостатические модели управления фирмой .. ЗТ. 3.11. Простейшая имитационная модель пульсирующего гомеостата с управляемым разрывом связей и параметрического пульсирующего гомеостата 37' 3.12. Некоторые аспекты взаимодействия гомеостата человеческой популяции, искусственных гомеостатов и природного гомеостата 37' 3.13. Гомеостатические малые коллективы как системы и некоторые проблемы устойчивости и конкуренции в таких системах 38/ 3.14. Уровень демократизации различного общества можно определить через общественный гомеостаз этого общества 385 3.15. Гомеостатические модели для описания лавинообразных процессов, происходящих в технических, экономических и общественных системах 392 3.16. Возможность использования основных идей и понятий гомеостатической системы в политике управления обществом 39f 3.17. Гомеостатические механизмы управления и управляемые внутренние противоречия 39S 3.18. Роль интеллекта и среды обитания человеческой популяции в развитии цивилизации 401 3.19. Гармонично-целостное развитие российского общества при двухполюсной гомеостатической социально- экономической системе хозяйствования 403
Оглавление 9 стр. Глава 4. ОБЪЕКТИВНЫЕ ОБЩИЕ СИСТЕМНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КАК СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ И ПЕРЕНОСА ЗНАНИЙ 406 4.1. Введение 406 4.2. Закономерность возрастания и убывания энтропии или негэнтропиив системе 408 4.2.1. Закономерность гармонического равновесия, описываемая правилом "золотой пропорции" 427 4.3. Закономерность зависимости потенциала системы от характера взаимодействия ее структурных элементов или степени организованности системы 430 4.4. Фоновый принцип или фоновая общесистемная закономерность 432 4.4.1. Обнаружение в технике подвижного "недвижимого для локаторов" объекта на основе фонового принципа 433 4.4.2. Другие простые примеры использования фонового принципа 445 4.5. Закономерность четырехэтапного эволюционного развития систем на каждом витке эволюционной спирали 448 4.6. Причинно-следственная закономерность систем или принцип причинности систем 462 4.7. Закономерность объединения ("склеивания") противоположностей (антагонистов) и их распада ("расщепления") 464 4.8. Пульсационный характер функционирования систем, приводящий к циклическому объединению и распаду систем 469 4.8.1. Влияние пульсационной закономерности на формирование промышленности, общественной формации и развитие цивилизации 471 4.9. Закономерность "лестничного" характера развития систем 480 4.10. Закономерность внутрисистемной и межсистемной конвергенции 483 4.11. Закономерность системы, заключающаяся в стремлении сохранить равновесие за счет противодействия внешнему возмущению 488 4.12. Закономерность "наиболее слабых мест" 491
10 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности стр. 4.13. Закономерность расхождения темпов жизненных функций элементов системы 492 4.14. Закономерность перевода системы из одного качественного состояния в другое минимальным воздействием в критической точке фазового перехода ... 494 4.15. 20%-я закономерность 495 4.16. Закономерность прохождения всех этапов эволюционного развития, или закономерность эволюции 496 4.17. Закономерность "пирамиды" 497 4.18. Закон системности 498 4.18.1. Принадлежность каждого объекта системы хотя бы одной системе объектов одного и того же рода 498 4.19. Закон системных преобразований 499 4.20. Закон системной симметрии 499 4.21. Закон системной асимметрии 500 4.22. Закон системной противоречивости 501 4.23. Закон системной непротиворечивости 501 4.24. Закономерность перехода с макроуровня на микроуровень в технических системах 503 4.25. Закономерность неравномерного развития составных частей системы 503 4.26. Закономерность увеличения степени идеальности технических систем 504 4.27. Закономерность полноты частей системы в технике и закон минимума в биологии 504 4.28. Закон жизненной кривой системы 505 4.29. Системные закономерности и теория управления и идентификации 507 4.30. Заключение по главе 4 509 ЛИТЕРАТУРА 512 Сведения об авторе 521 Сведения об ИПУ РАН 523 Книги издательства СИНТЕГ (по рубрикам) 524
Введение И Посвящаю светлой памяти моих дорогих родителей - Надежды Ивановны Лежава-Прангишвили и Варлама Павловича Прангишвили ВВЕДЕНИЕ В предлагаемой монографии предпринята попытка с системных позиций получить хоть какие-нибудь убедительные ответы на некоторые жизненно важные вопросы, порождаемые природой, обществом, техникой. Люди ищут ответы на такие фундаментальные вопросы, как причины возникновения в человеческом обществе конфликтов и войн, стихийных бедствий и экологических катастроф, периодического взлета и падения государственной мощи страны, появления и исчезновения государств, различных общественных формаций и др. Многие интересуются вопросами: сколько времени еще осталось социализму и капитализму как существующим общественным формациям? Какая формация и какой продолжительности последует за социализмом и капитализмом? Что будет дальше за ней? Имеются ли некоторые закономерности в соотношениях продолжительности различных общественных формаций? Аналогично этому с системных позиций интересно понять, как долго может существовать демократия как форма правления и обязательно ли появление за демократией других форм правления, таких как диктатура и анархия. Являются ли эти формы правления обязательными спутниками эволюционного развития общества? Также представляется интересным, можно ли обнаружить циклические закономерности периодического взлета и падения Российской Государственности в более чем тысячелетней истории России и можно ли использовать эти закономерности при прогнозировании развития России в XXI веке и в третьем тысячелетии. Важно с системных позиций попытаться понять основные причины развала (расчленения) единых государств (например СССР, Великобритании, Югославии, Чехословакии) на отдельные независимые государства и причины дальнейшего, вторичного, сепаратистского размежевания внутри уже выделенных государств (как, например, Грузия, Азербайджан, Молдавия). Также важно определить возможность и условия вторичного
12 ИВ. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности объединения этих государств. Многих интересует, возможен ли вообще переход биосферы в качественно новое состояние и возникновение ноосферы В.И. Вернадского, обуславливающей мир без оружия и войн, без экологических проблем, без зла, мир всеобщего блага. Или же учение о ноосфере всего лишь утопия? Чтобы ответить на поставленные вопросы, надо попытаемся понять, что же все-таки управляет природными и общественными процессами: 1) трагическая или счастливая случайность; 2) всевышний, или высший разум (Бог) или 3) объективные общесистемные закономерности в природе и обществе, например такие, как сохранение динамического равновесия между порядком (упорядоченностью, организованностью) и беспорядком (дезорганизацией) в природе и обществе, так называемое энтропийное равновесие (или баланс) и другие объективные закономерности, которые повсеместно присутствуют в мире. Фактор случайности, в том числе трагический, играет важную роль как в возникновении, так и в определении направления протекания природных и общественных процессов. Однако случайность не является определяющим, доминирующим фактором. Случайность не «управляет миром», хотя и вносит в него свою определенную лепту. Во многих реальных примерах случайность больше кажется случайностью, чем на самом деле есть, так как вписывается если не в закономерность, то в существующий естественный круговорот. Случайность и закономерность где-то в определенной степени взаимосвязаны. Так, например, широко известно, что война уносит в основном мужчин, и в то же время женщины рожают больше мальчиков, нежели девочек, ибо из мальчиков вырастут мужчины и покроют их недостаток, что обеспечит необходимый баланс между мужчинами и женщинами в обществе. В книге сделана попытка показать, что определяющую (доминирующую) роль в происходящих природных и общественных процессах играют объективные общесистемные закономерности1 и с их помощью (см. главу 4), в значительной мере, удается объяснить такие явления, как возникновение конфликтов в человеческом обществе, войн, стихийных бедствий, экологических катастроф, развал государств, периодические взлеты и падения государственной мощи отдельных стран, успехи и неудачи отдельных регионов, городов, семей и даже отдельных людей, рассмат- ' Оишчие закона от закономерности состоит в том, что закономерность справедлива для многих объектов, к которым она относится, но не обязательна для всех.
Введение 13 ривая их как сложные системы, поведение которых подчиняется этим системным закономерностям. А объяснить явление - это значит научиться смягчать или даже исключать указанные трагические ситуации [1,2]. В предлагаемой монографии мы попытались дать- научно обоснованные ответы на выше поставленные и другие жизненно важные вопросы при помощи системного подхода, гомеостатических моделей и объективных общесистемных закономерностей, существующих в живой и неживой природе, обществе и технике, и попытались дать рекомендации по смягчению отрицательных воздействий и восстановлению природного равновесия. На пороге XXI века наука из-за недостаточности традиционных подходов формирует новую методологию научных исследований. Важное место в этой методологии займут, скорее всего, три фундаментальных и взаимно дополняюших друг друга подхода к научному познанию: системный, синергетический, информационный. Системный подход к научному познанию природы, общества и человека дал мощный импульс для развития в науке направления, известного под названием «теория систем». Главное научно-методическое значение системного подхода заключается в том, что он позволяет современным исследователям выявить и осознать принцип системности, проявляющийся практически во всех явлениях и процессах в природе и обществе и отдельно взятом человеке. Системный подход базируется на целостном видении исследуемых объектов, явлений или процессов и представляется наиболее универсальным и адекватным методом анализа и исследования любых сложных технических, экономических, социальных, экологических, политических и других систем. Так, системный подход в управлении помогает раскрыть сущность и содержание механизмов управления и осуществить поиск новых концепций управления. Системный подход показывает, что главные свойства и результаты деятельности любой системы любой природы, хотя и зависят существенным образом от состава и свойств составляющих ее элементов, но принципиально не могут быть познаны на уровне изучения только характеристик этих элементов. Система представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, которые объединены единством цели и функциональной целостностью, и при этом свойство самой системы не сводится к сумме свойств элементов. Объединение элементов в систему осуществляется в результате формирования согласованного взаимодействия
14 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности (сложения усилий) в нечто новое, обладающее интегративным качеством, которым эти элементы до объединения не обладали. Основным условием наличия системы является целостность системы: система выступает как нечто целое относительно окружающей среды. Возмущающим воздействиям внешней среды противостоят внутренние связи между элементами системы, и чем эти связи сильнее и устойчивее, тем более устойчива система к внешним возмущениям [2-5]. Как показано в первой главе книги «Общие положения системного подхода», методология системного подхода опирается на доминирующую роль целого по отношению к составным частям элементов. В отличие от традиционного подхода, в котором мысль движется от элемента к системе, от простого к сложному, от части к целому, в системном подходе, наоборот, мысль движется от целого к составным частям, от системы к элементам, от сложного к простому, и целое определяет характер и специфику элементов и частей, входящих в состав данного целого. Во многих случаях целостность системы подразумевает, что изменение любого элемента системы оказывает воздействие на другие ее элементы и ведет к изменению всей системы, поэтому часто невозможно разложить целостную систему на отдельные компоненты таким образом, чтобы не потерять ее интегративных свойств. Оказывается, то, что мы иногда называем системами, на самом деле, не отвечает требованиям систем в строго научном понимании, так как многие из них плохо организованы и не обладают интегративными качествами (свойствами): свойство или потенциал таких систем не больше, чем сумма свойств или потенциалов составных элементов. Многие существующие технические, организационные и социальные системы, в правильном понимании понятия системы являются псевдосистемами, так как не удовлетворяют основным системным требованиям, например, «плохо организованный» институт, отдел, лаборатория,, кафедра, не обладающие интегративным качеством. Системный подход, дающий системное представление о человеке как о многоплановой сущности, в которой одинаково важными являются и физическая, и духовная компоненты, наблюдается в восточной медицине. Восточная медицина и философия рассматривают человека как часть природы, которая отражает в себе многие процессы и свойства не только материального, но и духовного мира. В то же время западная медицина основана на расчленении человека (целого) на отдельные функциональные подсистемы (отдельные части), которые затем изучаются самостоя-
Введение 15 тельными дисциплинами, слабо связанными между собой. Поэтому и возникают узкие специалисты-медики, не обладающие системным мышлением и не пользующиеся системным подходом к болезням, к их лечению. У них отсутствует системное представление о человеке как о многоплановой сущности, как о целостном объекте. Синергетический подход представляет собой новый метод научного познания, переосмысливающий роль случайных факторов, открывающий новые возможности для анализа воздействия этих факторов, пересматривающий роль организации и хаоса в природе и обществе. Случайные факторы в природе и обществе ранее должным образом не учитывались. Это происходило потому, что со времен Ньютона в науке господствовал принцип детерминизма, предполагающий, что каждое следствие имеет свои вполне определенные причины. Развитие теории вероятности и теории случайных процессов, принцип единства и борьбы противоположностей, случайности и необходимости в диалектике свидетельствуют об усилении к проблеме случайности. Однако и сегодня случайности отводится роль досадной «помехи», «шума». И сегодня многие ученые считают, что в силу принципа детерминизма неопределенность при анализе и решении сложных задач является лишь следствием недостатка информации. На самом деле, наряду с одним как бы существует и другой мир, который основан на закономерностях случайности и неопределенности, и в этом мире порядок и хаос взаимосвязаны и порождают друг друга. Таким образом, природа и общество устроены не только по принципу детерминизма, наряду с детерминизмом неотъемлемыми свойствами природы и общества являются неопределенность и случайность. Синергетический подход позволил науке высветить новые грани феномена самоорганизации и внутреннего развития системы. Он позволил по-новому взглянуть на роль хаоса в природе и обществе. С позиции синергетики хаос - это не только стадия полной дезорганизации и разрушения какой-либо структуры, процесса или явления, но также и необходимое условие для зарождения нового процесса, это потенциальный источник нового развития более сложной и более высокоорганизованной системы. Синергетический подход к познанию природы и общества придал новое понимание свойств времени. Теперь, когда внимание исследователя сосредотачивается, в основном, на процессах самоорганизации и внутреннего развития систем, вместо обычного детерминистского времени появляется релятивистское время. Последовательности этапов и от-
16 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности дельных фаз саморазвития или динамики развертывания процесса саморазвития хорошо характеризуются релятивистским, а не дискретным временем [3]. Информационный подход в научном познании можно рассматривать как развитие системного подхода, органически дополняющее его, создавая при этом новые возможности для исследования разнообразных явлений в природе и обществе, а также для изучения и понимания природы человека. Сегодня считают, что информация - это мера порядка, который противостоит хаосу, что это мера сложности системы, характеристика внутреннего разнообразия системы, это мера вероятностного выбора одной из возможных траекторий развития того или иного процесса. Информационный подход открывает исследователю новую, информационную картину мироздания, качественно отличающуюся от классической вещественно-энергетической картины, которая сегодня не достаточна для современного представления об устройстве мироздания. Информационные процессы лежат в основе практически всех явлений в природе и обществе. Поэтому информационный подход поможет понять многие явления и процессы в природе и обществе, в том числе принципы работы человеческого сознания и подсознания, процессы возникновения и развития живой природы, а также решить проблемы выживания цивилизации [3]. Информационный подход позволяет увидеть многие процессы и явления в совершенно новом свете и выявить ранее не замеченные качества, которые оказываются очень важными для понимания сущности рассматриваемых явлений и их дальнейшего развития. В результате своей технологической деятельности современное общество практически бесконтрольно наращивает мощности энергопотребления, а это все больше и больше разрушает информационные механизмы, которые управляют процессами регенерации природной среды, что может привести к нарушению общего гомеостаза нашей планеты. Ведь только при гармоничном, согласованном развитии природы, человека и общества можно обеспечить их сбалансированное, устойчивое развитие. Сопоставляя информационные мощности природы и общества, приходим к выводу, что решить глобальные экологические проблемы только технократическими методами невозможно [2, 3]. Повышение информационной насыщенности общества (информатизация общества) содействует повышению устойчивости и безопасности информационной системы - складывается информационное общество в составе глобальной мировой системы.
Введение 17 Синергетический и информационный подходы можно рассматривать как дальнейшее развитие системного подхода, которое дает ученому новые возможности для исследования сложных объектов, процессов и явлений в природе и обществе [2, 3, 4, 6,7]. Системный подход к решению различного рода задач, изложенный во второй главе, использует когнитивные подходы к слабоструктурированным и плохо формализованным задачам. Системный подход к механизмам управления и менеджмента позволяет определить важнейшие особенности предприятий будущего, у которых централизованное управление будет заменено, в основном, на децентрализованное управление и самоорганизацию, а традиционные вертикальные связи и вертикальное управление - на горизонтальные связи и горизонтальное управление. Системный подход к производству продукции предприятиями подразумевает системную разработку и управление всем жизненным циклом создания продукции - от формирования потребности и подготовки технического задания на изготовление некоторого продукта до конца его эксплуатации и утилизации (CALS-технология). Системный подход к управлению нелинейными системами способствовал появлению новой концепции управления нелинейными системами - «резонансного» управления, когда в управлении важным становится не столько величина управляющего воздействия на систему, сколько правильная пространственная организация, или топология, системы. Такой подход к управлению носит более универсальный характер и повышает эффективность управления, особенно сложными системами. В последние годы в мире сформировался новый, системный подход к перестройке управления инженерной деятельностью в области производства и реализации продукции и услуг, получивший название реинжиниринг бизнес-процессов. Реинжиниринг требует радикального и целостного переосмысления всех деловых, управленческих процессов, благодаря чему достигается кардинальное улучшение всех показателей деятельности компаний, фирм, организаций. Излагаемый в третьей главе гомеостатический подход к системам различной природы по сути своей представляет системный подход к гармонии и дисгармонии сложных систем. Гомеостатика изучает такие механизмы управления системами, которые обеспечивают поддержание в Допустимых пределах жизненно важных для систем параметров. Утверждается, что большинство сложных систем, включая природные, общественные и искусственные системы, являются гомеостатическими и оэтому подчиняются гомеостатический принципам и закономерностям.
18 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Показано, что по гомеостатическому принципу можно организовать производство, рынок товаров и услуг, производственные фирмы, компании, малые человеческие коллективы и т.п. Фундаментальные исследования в области гомеостаза и гомеостатики, проведенные отечественными учеными (В.Н. Новосельцев, Ю.М. Горский, В.И. Астафьев, П.Д. Горизонтов и др.), показали, что механизмы гомеостаза и гомеостатического управления лежат в основе мироздания и охватывают не только живые организмы и экономические, экологические, социальные системы, но и неживые, и даже искусственные (созданные человеком) системы. Гомеостати- ка открывает значительные возможности для развития экономических, политических, социологических, технических и других наук, поскольку изучает влияние внутренних противоречий на процессы функционирования и развития систем, анализирует механизмы управления конкуренцией и показывает условия перехода конкуренции в конфликт, выявляет подходы к оптимальному распределению функции управления между центром и периферией или между другими антагонистами гомеостати- ческой системы. Основой гомеостатики является тот факт, что мир двойствен и устойчивая гомеостатическая система должна состоять из балансирующих, или компенсационных, противовесов (противоположностей или антагонистов), объединенных между собой определенным образом. Если эта двойственность в виде балансирующих противовесов нарушается, то теряется устойчивость системы. Гомеостатйка изучает принципы организации устойчивых систем из двух или более антагонистов (противоположностей), методы и условия их объединения в устойчивые системы, а также условия развала или разрушения устойчивой системы и последствия такого разрушения. Поэтому весьма существенна роль гомео- статических механизмов в организации технических, социальных, экономических, производственных систем, а также возможность переноса и распространения результатов исследований с одной гомеостатической системы в другую при изоморфизме структуры этих систем. Все больше внимания в исследованиях по системам уделяется свойственным им законам и закономерностям. Закономерностью называют часто наблюдаемое, типичное свойство (связь или зависимость), присущее многим объектам, процессам и явлениям, устанавливаемое опытом. Универсальная, или общесистемная, закономерность - это закономерность, присущая многим системам различной природы (например биологическим, общественным, техническим и т.д.). Такие общесистемные закономерности выявляются при использовании единой точки зрения на
Введение 19 азличные системы, единого методологического подхода к их изучению, например информационного, синергетического, гомеостатического. В четвертой главе излагается ряд универсальных, общесистемных объективных закономерностей. Выявление таких закономерностей позволяет в значительной степени облегчить перенос знаний об основных процессах, происходящих в сложных системах, из одной области в другую, независимо от их природы. Знание гомеостатических общесистемных закономерностей, обеспечивающих поддержание жизненно важных параметров в допустимых пределах, позволяет переносить знания о процессах управления в живых организмах на процессы управления экономикой, рынком, производством, государством, регионами и т.п. При наличии у разных типов систем общих системных закономерностей с помощью аналогии и изоморфизма удается переносить системные модели (модели систем) и методологию решения задач с поведения живых организмов на общественные процессы, например на такое явление как преступность. Универсальные закономерности в синергетике сложных нелинейных неравновесных открытых систем позволяют при определенных условиях переносить знания о механизмах бифуркации, деградации, самоорганизации и т.п. с природных систем на социальные, политические, экономические, биосферные, технические системы. Учет системных закономерностей позволяет определять возможности систем и выявлять, что можно и что нельзя делать со сложными системами, аналогично тому, как известный универсальный закон сохранения и превращения энергии исключает возможность создания вечного двигателя и делает бессмысленными всякие попытки в области создания «перпетум-мобиле». Универсальные закономерности помогают определять заранее, в каком направлении и в каких пределах может происходить развитие систем и в каких пределах и направлениях исключается их совершенствование. Универсальные системные закономерности определяют ограничения по управлению сложными открытыми системами различной природы аналогично тому, как известные универсальные законы термодинамики предопределяют рост энтропии, деградации и хаоса для закрытых систем, а рост негэнтропии предопределяет процесс организации и самоорганизации открытых систем. Системный подход и общесис- емные закономерности позволяют попытаться проанализировать и поить основные процессы, происходящие в кризисной ситуации в сложных темах, что помогает использовать научный подход к решению кон-
20 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности кретных управленческих задач в сложных системах различных классов и различной природы. Условия самоорганизации или дезорганизации открытых систем различной природы могут определяться на основе общесистемной закономерности возрастания и убывания энтропии. Для стабилизации открытых систем необходимо научиться рационально управлять энтропийными процессами в системах, в том числе точкой энтропийного равновесия, или критическим уровнем организации систем, амплитудой и частотой энтропийных колебаний, отводом излишней энтропии из системы во вне и т.п. [1,2, 8,9]. Из энтропийной закономерности вытекает важное следствие - зависимость потенциала системы от степени ее организованности или характера взаимодействия структурных элементов системы. Исходя из этой закономерности, можно определить зависимость потенциала системы от потенциала структурных элементов для хорошо, плохо и нейтрально организованной системы, что позволяет выработать рекомендации по рациональной организации и управлению системой. В условиях отрицательного воздействия внешней среды всякая живая система стремится сохранить свою устойчивость, чтобы не разрушиться и не погибнуть. Этой устойчивости система достигает в соответствии с общесистемной закономерностью ступенчатого характера эволюционного развития систем, которая заключается в том, что чем на более высокую ступень переходит система, тем она становится более устойчивой к внешним возмущениям. Когда система исчерпывает резерв своего развития, тогда на ее базе на следующей, более высокой, ступени образуется новая, более сложная система, которая будет более устойчивой к внешним возмущениям. Затем на последующей ступени из совокупности прежних формируется следующая, новая система, еще более сложная, но и более устойчивая. Причем каждая последующая ступень быстрее, чем предыдущая, создает условия для создания системы следующей верхней ступени. Развитие государств, регионов межнациональных отношений и др. во многих случаях определяется колебательной и циклической закономерностью функционирования системы. Эта универсальная закономерность позволяет в какой-то степени предсказать развитие многих сложных систем, в том числе и развитие России в XXI веке и в третьем тысячелетии. Наконец, еще раз отметим, что системный подход к проблемам повышения эффективности различных предприятий и организаций требует комплексного и взаимоувязанного анализа как вопросов управления, ав-
Введение 21 томатгоации и компьютеризации технологических и производственных ппоцессов, так и вопросов более эффективного кредитования и налогообложения для создания необходимых оборотных средств и стимулирования производств и их развития. Без комплексного, системного решения указанных взаимосвязанных вопросов невозможно достичь существенных результатов. В предлагаемой работе в краткой форме рассмотрены наши предложения по новым механизмам кредитования предприятий, организаций и их налогообложения, а также предложения по механизму повышения платежеспособного спроса. Надо отметить, что при рассмотрении в книге системного подхода с разных точек зрения приходится ряд понятий и положений определять в разных местах, что создает впечатление повторов, но в большинстве случаев является уточнением ранее введенных понятий и лишь облегчает чтение книги. Данная книга предназначена для руководителей и специалистов, студентов и аспирантов ВУЗов, а также для широкого круга читателей, интересующихся вопросами системных решений и системного управления. Автор благодарит д.т.н., проф. Э.А. Трахтенгерца, д.т.н., проф. В.Н. Буркова, д.т.н., проф. В.В. Кульбу, д.т.н. В.В. Цыганова, д.т.н. В.Н. Новосельцева, д.т.н. Б.В. Павлова, к.т.н. Н.А. Абрамову, к.т.н., проф. А.Н. Шубина, к.т.н. В.И. Бодякина за ценные замечания по содержанию книги, а СВ. Кузину - за большую работу по подготовке рукописи книги.
22 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Глава 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА 1.1. Введение Системный подход представляет собой совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции объектов, явлений или процессов в целом, представив их в качестве систем со всеми сложными межэлементными взаимосвязями, взаимовлиянием элементов на систему и на окружающую среду, а также влиянием самой системы на ее структурные элементы. Системный подход при исследовании любого сложного объекта, явления или процесса базируется на их целостном видении. Главной особенностью системного подхода является наличие доминирующей роли целого над частным, сложного над простым. Поэтому в отличие от традиционного подхода, когда мысль движется от простого к сложному, от части к целому, от элемента к системе, в системном подходе, наоборот, мысль движется от целого к составным частям, от системы к элементам, от сложного к простому. Для сложных технических, социально-экономических, экологических, организационных объектов именно целостное, синтетическое описание исследуемых объектов позволяет воедино связывать их различные стороны, рассматриваемые ранее нередко раздельно. Системный подход делает акцент на анализе целостных, интегра- тивных свойств объекта, выявлении его структуры и функций. Однако существенное значение также имеют протекающие в системах процессы управления, требующие исследования систем в плане циркулирующей в них информации, поведения и выбора цели. Свойства системы как целого определяются не только свойствами его отдельных элементов, но и свойствами структуры системы. Для многих типов систем под структурой системы понимают: пространственное расположение всех ее элементов, совокупность устойчивых межэле-
/ Общие положения системного подхода 23 ентных связей и отношений элементов, внутреннее устройство, а также акон взаимодействия и взаимосвязи. Иногда понятие структуры отождествляют с понятием организации системы. В простейшем случае структура системы представляется как совокупность всех элементов, связей между этими элементами и отношений между ними. Под системой обычно понимают совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных единством цели (или назначения) и функциональной целостностью. При этом свойство самой системы не сводится к сумме свойств составных элементов. Любая система образуется в результате взаимодействия составляющих ее элементов, причем это взаимодействие придает системе новые свойства, отсутствовавшие у отдельно взятых элементов. Поэтому количество свойств (N) у системы больше, чем сумма свойств у отдельно взятых элементов (ц) и у системы появляется AN особые новые системные свойства N - £ nj = AN > 0. Как правило, объединение элементов в систему осуществляется в результате формирования согласованного взаимодействия (сложения усилий) в нечто новое, обладающее интегративным качеством, которым эти элементы до объединения не обладали. Так, на примере политической системы (раздел 1.9) показано, что совокупность взаимосвязанных элементов ее структуры должна порождать интегративное качество, каковым является политическая власть. Если совокупность взаимосвязанных элементов не порождает политическую власть как интегративное качество, то о наличии политической системы речи не может идти. Функциональная целостность системы характеризует завершенность ее внутреннего строения. Именно система выступает как нечто целое относительно окружающей среды: при возмущающем воздействии внешней среды проявляются внутренние связи между ее элементами и чем эти связи сильнее, тем устойчивее система к внешним возмущениям. Другими словами, совокупность взаимосвязанных структурных элементов образует систему только в том случае, когда отношения между элементами порождают новое особое качество целостности, называемое системным, или интегративным качеством. В литературе нет строгого однозначного и корректного определения системы, а встречается много различных, но близких друг к дру- У. определений системы и ее структуры (см. раздел 1.5). Так, например, в J под системой понимается совокупность элементов, соединенных от- сниями, порождающими интегративное, или системное, качество, ичающее данную совокупность от среды и приобщающее к этому ка- тву каждый из ее компонентов. Иногда в литературе понятием систе- ользуются неправильно, применяют его даже тогда, когда отсутст-
24 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности вует интегративное качество, когда свойство системы не превышает обычную сумму свойств составных частей и когда объединение частей (элементов) в систему не порождает ничего нового по сравнению с тем, чем они обладали до объединения. В [11] система достаточно удачно определяется как объект, представляющий собой некоторое множество элементов, находящихся в рациональных' отношениях и связях между собой, и образующий целостность, единство, границы которого задаются пределами управления (более подробно см. раздел 1.12). В работах И.В. Блауберга, В.Н. Садовского, Э.Г. Юдина [12-16] на основе результата анализа различных концепций общей теории систем и разных вариантов системного подхода, отличающихся по содержанию и составу используемых понятий и принципов, были обобщены различные определения понятия «система» и выделены наиболее существенные признаки и свойства системы. Это позволило им сформулировать свой вариант системного подхода, который и получил наибольшее распространение и признание в отечественных системных исследованиях. По их определению системой является «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство». Под внутренней структурой, или просто структурой, системы (часто) понимается устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей между ними, определяющая функциональную компоновку системы и ее взаимодействие с внешней средой. Структура системы является наиболее консервативной характеристикой системы: она может сохраняться неизменной весьма длительное время, а состояние системы при этом может существенно изменяться. Если структура и функции системы практически не изменяются в течение определенного периода ее существования, то система называется стационарной (стабильной). Иногда для простоты понятие структуры системы отождествляют с понятием организации системы. Тогда под структурой системы понимают пространственное расположение элементов, систему отношений элементов, совокупность устойчивых межэлементных связей системы, внутреннее устройство, закон взаимодействия (более подробно см. раздел 1.4.). Различные виды систем различаются именно своей структурой. Структура определяет свойства системы любой природы. В частно- ' Рациональные отношения это целесообразные, устойчивые, упорядоченные и предсказуемые отношения
] общие положения системного подхода 25 если какой-либо элемент системы начнет развиваться самостоятель- То это может вывести указанный элемент в автономную подсистему (систему) с изменением всей иерархической структуры. Взаимодействие в природе связано с переносом вещества, энергии, информации (знаний) как внутри системы, так и между системой и средой. Оно осуществляется в соответствии с принципами открытости и закрытости, иногда с процессом самоорганизации (синергетическим и кибернетическим). Исследование объекта как системы в методологическом плане неотделимо от анализа условий его существования и от анализа его окружающей среды. Для лучшего усвоения еще раз отметим, что главным признаком системного подхода является наличие доминирующей роли сложного, а не простого, целого, а не составных элементов. Поэтому, как уже отмечалось выше, в отличие от традиционного подхода к исследованиям, при котором мысль движется от простого к сложному, от частей к целому, от элементов - к системе (см. рис. 1.1а), в системном подходе (рис. 1.1.6), наоборот, мысль движется от сложного к простому, от целого к составным частям, от системы к элементам [17]. а) б) ис- >■ 1. Традиционный (а) и системный (б) подходы к изучению системы
26 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Внутри системы и между системами важную роль выполняют связи, которые соединяют элементы между собой в систему. Предполагается, что связи существуют между всеми системными элементами, между подсистемами и системами. В частности, элементы (подсистемы) считаются взаимосвязанными, если по изменению происходящего в одном из элементов можно судить об изменениях, происходящих в других элементах. Элемент системы обладает большим количеством свойств, одни из которых при формировании межэлементных связей могут подавляться, а другие, напротив, усиливаться. Однако степень подавления системой незначимых свойств элемента, как правило, не бывает полной, в связи с чем при формировании системы возникают не только «полезные» функции, обеспечивающие сохранение системой ее качественной особенности, по и дисфункции, негативно влияющие на функционирование системы. Таким образом, суть системного подхода состоит в комплексном, взаимосвязанном, целостном рассмотрении и решении различных аспектов и сторон тех или иных сложных систем. Системный подход вместо интуитивных' решений, основанных на опыте и здравом смысле, выдвигает методы рациональных, качественных, а иногда и количественных оценок. Чем сложнее система, тем больше эффект от применения системного или целостного подхода. Это, в первую очередь, относится к исследованиям проблем обороны, государственной безопасности, экономики, экологии страны и т.п. При системном подходе все частные локальные цели и задачи подчиняются общей конечной цели. Источником системных представлений вначале была биология, живые организмы, популяции, а затем стала организация производств сложной продукции, когда для этого в единое целое оказываются связанными множество предприятий, огромная масса соисполнителей. Каждая система имеет параметры, которые являются для нее основными, или жизненно важными, от значения которых зависит ответ на вопрос, существует ли сама система. Гомеостаз системы сохраняет именно эти параметры и тем самым поддерживает существование самой системы. Различают два вида гомеостаза: системный (общий), обеспечивающий сохранение интегративного (целостного) качества, и частный гомеостаз - по конкретным ее компонентам [10]. Влияние изменения системных параметров на систему неодинаково и, в частности, зависит от диапазона изменения. Рис. 1.2 иллюстрирует процесс изменений во времени системообразующего параметра X . Пока значение системообра- 1 Интуитивный подход в ряде случаев тоже может дать качественные оценки.
Глава Общие положения системного подхода 27 юшего параметра X не выходит за пределы области {ad}, т.е. X < а , система сохраняет свое интегративное качество. Выход зна- ения параметра X за пределы области частичного гомеостаза {ее} лет к переходу системы в новое качественное состояние, но не к раз- ению СИстемы. С выходом же значения параметра X за пределы области системного гомеостаза {ad } система утрачивает свое интергратив- ное качество и по определению перестает существовать. Области {ав} и led} соответствуют частичному системному гомеостазу. Приближение интегративных параметров системы к предельно допустимым значениям может порождать ситуацию системного кризиса, когда дальнейшее существование системы оказывается под вопросом. Здесь она вступает в зону бифуркации (зона А на рис. 1.2), и поэтому будущее системы становится непредсказуемым. Под влиянием малейших флуктуации, внутренних или внешних, она либо вернется в нормальное состояние, либо перейдет в другие состояния, приобретая новое качество, аналогично тому, как человек, который болен острым воспалением легких (зона бифуркации), либо выздоравливает, либо болезнь приобретает хроническую форму, либо он умирает [10,46]. ■*■ Кривая колебания системного (интегративного) параметрах во времени t
28 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Наглядным примером нарушения системного гомеостаза является исчезновение с географической карты СССР, Югославии, Чехословакии, тогда как ярким примером сохранения системного гомеостаза при нарушении частного гомеостаза является Польша, которая не исчезла с географической карты, но утратила свой общественно-политический строй и перешла в новое общественно-политическое состояние, т.е. произошла потеря частного по отношению к общественной системе гомеостаза по одному из показателей общественно-политического строя. Базисом развития системных идей и системного подхода, по- видимому, явились следующие три фактора [17]: - современные научные фундаментальные и прикладные исследования с подходом целостности, организованности объектов исследования, как, например, кибернетика, биология, психология, лингвистика; - современная сложная техника и программное обеспечение, в которой системный подход представляет ведущий принцип разработки и проектирования сложных объектов; - организация производства и управления и социально-экономическая сфера общества, когда к анализу процессов приходится привлекать экономические, экологические, социологические, организационные, психологические, правовые и этические соображения. Ниже более подробно будет рассмотрены базовые понятия системного подхода. 1.2. Системология Системология учеными и специалистами в последние годы воспринимается как относительно самостоятельная область науки о методах системного исследования окружающего нас мира (объектов, процессов, явлений), о системах различной природы и различного назначения, которые изучаются с позиции целостного (интегрированного) восприятия происходящих в мире процессов, о выявлении присущих системам общих и специальных закономерностей и использования их для анализа и познания существующих систем и для создания более совершенных систем, обеспечивающих более эффективное достижение поставленных целей [18]. В создании научного направления - системологии важная роль принадлежит Дж. Клиру [18], который признает и выделяет не все классы систем, а такие классы, которые базируются на определенных типах как элементов, так и отношений между ними. Эта позиция Дж. Клира усилена в [18], где утверждается, что исследование объектов должно основывать-
/ Общие положения системного подхода 29 на общем определении системы, а на выделении ограниченных совокупностей (классов, типов) систем. Целостный системологический подход к различным проблемам, на- пимер, к проблемам национальной безопасности, базирующийся на едином понимании существа, роли, значения и взаимозависимости указанных выше факторов позволяет комплексно и всесторонне изучить проблему, выделить приоритеты и оптимизировать основные параметры системы. Системология, как и многие новые научные направления, формируется на стыке ряда наук. Так, например, системология национальной безопасности страны развивается на стыке экономической науки, социологии, информатики, экологии, политологии, военной науки, науковедения, философии и др. Системология считает, что системным кризисам могут быть противопоставлены лишь системная методология и системные методы борьбы с ними. Системология призвана: 1) вооружить специалистов пониманием необходимости проведения единого системологического подхода ко всему многообразию задач и проблем на всех этапах формирования систем; 2) обеспечить специалистов и лиц, принимающих решение, надежным инструментом адекватного восприятия возникающих процессов, локализации и разрешения конфликтов, устранения первопричин возникающих противоречий; 3) направить усилия разработчиков на опережающее развитие теории и упреждающее создание наиболее экономичных средств предотвращения возможных опасностей и перерастания их в угрозу интересам государства, общества, личности, среды обитания и т.п. [60, 137] Системология некоторой предметной области включает в себя сис- темологии изучаемых подсистем. Так, например, подсистами системоло- гии национальной безопасности страны могут служить следующие систе- мологии: экономической безопасности, военной безопасности, информационной безопасности, экологической безопасности, техногенной безопасности, общественно-политической безопасности и т.п. Развитие системологии национальной безопасности страны, использование новых методов и подходов для разработки актуальных проем обеспечения национальных интересов, по-видимому, откроют новые зможности для повышения системности поиска и реализации нетради- нных путей вывода страны из состояния системного кризиса. Национальные интересы любой страны предусматривают территори- Ую целостность страны, независимость и свободу, благополучие ее дан, обеспечение высокого качества жизни или жизненного уровня,
30 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности защиту жизни, собственности и конституционных прав. Национальные интересы каждой страны как целостной системы, со своей стороны, состоят из следующих целостных подсистем, тесно и согласованно взаимосвязанных между собой: экономической, политической, социальной, духовной, международных отношений, экологии, пограничных отношений, безопасности и др. Среди подсистем необходимо выделить приоритетные подсистемы. Высший приоритет для нашей страны сегодня имеют: экономическое благополучие, подъем и укрепление отечественного производства, главным образом, конкурентоспособных высокотехнологичных отраслей. К ряду высших приоритетов относятся: национальная безопасность страны и, прежде всего, военная, экономическая, экологическая, информационная безопасность. Таким образом, системный подход к национальным интересам страны является главным условием возрождения страны и обеспечения ее безопасности. В сегодняшних условиях резко меняющейся ситуации существенно ухудшаются отношения между подсистемами внутри сложных систем, что приводит к системным кризисам и к разрушению системы. Системологию особенно важно применять при изучении глобальных или общечеловеческих проблем, которые настолько комплексны и взаимосвязаны между собой, что часто необходимо воздействовать одновременно на всю систему в целом с тем, чтобы получить положительный результат в решении проблем. При изучении глобальных проблем систе- мология и, в частности системный подход, позволяет выработать наиболее эффективную стратегию, раскрыть сложную взаимосвязь разных проблем, выявить природу и характер противоречий, лежащих в их основе. Системный, или комплексный, подход к глобальным проблемам требует междисциплинарных исследований и интеграции различных знаний. С помощью отдельных наук нам удается изучать лишь отдельные аспекты глобальных проблем, но при этом целостность и общая взаимосвязь явлений от нас ускользает. Современные науки вплотную подошли к тому рубежу, который требует качественно нового, системного, осмысления глобальных (экологических, социальных, экономических, оборонительных и др.) проблем, имеющих общечеловеческую значимость [20].
/ Общие положения системного подхода 31 1.3. Системный подход и системное мышление Системный подход и системное мышление, базирующиеся на цело- тном видении объектов, явлений и процессов, начинают прочно входить во все сферы человеческой деятельности [15]. В ряде областей науки, таких как биология, психология, лингвистика, теория управления, информатика и др., системный подход к рассмотрению сложных объектов стал традиционным. У многих специалистов сложилось системное мышление - привычка мыслить так, чтобы видеть целостную картину, при этом опираясь на различные теоретические модели и целостное интуитивное видение сложных объектов. Когда для новых объектов исследования и практических задач имеющихся моделей не хватает, то системное мышление способствует разработке все новых моделей. В системном мышлении пока чаще господствует интуиция. Так, интуитивное проявление системного мышления сквозит в знаменитом высказывании Аристотеля «целое больше суммы своих частей...». И хотя пока еще нет никаких количественных мерок, но можно с уверенностью сказать, что сегодня системный подход и системное мышление достигло такого уровня развития, что, в принципе, оно способно справиться с анализом сложных биологических, психологических, лингвистических, технических, экономических и социальных проблем. Системное мышление с преобладанием фактора интуиции может использовать как методы индуктивного, так и дедуктивного мышления'. Если дедуктивное, более привычное, мышление подразумевает, что сначала определяются системные проблемы, а затем находятся решения этих проблем, то при индуктивном мышлении, наоборот, сначала находится новая идея или новое мощное «прорывное» решение, а затем это решение стремятся применить к требуемой проблеме. Системное мышление иногда понимают как совокупность методов и способов исследования, описания и конструирования систем. Системному мышлению часто присуща внутренняя противоречивость и парадоксаль- ость. Для того, чтобы исследовать некоторый объект как систему, необ- димо обладать средствами анализа его как определенной целостности, означает принципиальную несводимость его свойств к сумме свойств cPeic Ивное мь11иление в классическом понимании - это получение выводов логическими ление _аМИ' В том числе> переходом от общего поведения к частному, индуктивное мыш- а Деду 1ТО обобщение от частного к общему. Индукция - это нахождение закономерности, укция - ее применение к частному случаю.
32 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности составляющих его элементов и не выводимость из последних свойств целого. Парадокс системного мышления или системного исследования заключается в: а) парадоксе целостности и б) парадоксе иерархичности [21]. Парадокс целостности подразумевает, что познание системы как целостности невозможно без того, чтобы не заглянуть внутрь системы, без анализа ее частей. Известны два способа разбиения (декомпозиции) целостной системы: первый способ, когда после разбиения целостной системы в итоге получаем элементы или части, которые не несут на себе целостные свойства исходной системы. Такое разбиение мало пригодно. Второй способ разбиения, когда удается выделять такие части или такие элементарные образования, которые сохраняют в специфической форме целостные свойства исследуемой системы. Второй способ разбиения условно называют «целостным» разбиением (декомпозицией). Из сказанного следует, что парадокс целостности заключается в том, что решение задачи целостного описания данной системы возможно при решении задачи «целостного» разбиения ее на части, а это возможно лишь при решении задачи описания данной системы как некоторой целостности. Для более глубокого ознакомления с парадоксом целостности системы и целостного ее разбиения можно заглянуть в общую теорию систем, разработанную проф. Ю.А. Урманцевым [22-25], где рассматриваются 4 следующих вида свойств системы: 1) целостное свойство системы, когда свойство принадлежит рассматриваемой системе в целом, но не принадлежит ее составным элементам; 2) нецелостное свойство системы, когда свойство принадлежит составным элементам, но не принадлежит системе в целом; 3 целостио-нецелостное свойство системы, когда свойство принадлежит как системе в целом, так и его составным элементам; 4) «небытийное» свойство, когда свойство не принадлежит ни системе в целом, ни его элементам. Из этого следует, что указанное выше целостное разбиение систем возможно при целостно-нецелостном свойстве системы. В дальнейшем в книге для простоты за основу определения системы берется первой свойство системы - целостное, или интегративное, свойство системы. Парадокс иерархичности заключается в том, что решение задачи описания любой системы возможно только лишь при условии наличия описания этой системы как элемента более широкой системы (надсисте- мы). В свою очередь, описание системы как элемента более широкой сие-
Глава I Общие положения системного подхода 33 возможно только при условии наличия описания данной системы Т системы. Парадокс иерархичности, по сути дела, представляет собой К имную обусловленность решения двух задач: 1) описания системы как овой и 2) описание этой системы как элемента более широкой системы. Кроме указанных двух основных парадоксов, имеют место и другие аоадоксы. Например, для описания системного мышления мы вынуждены пока использовать несистемные по своей сути представления, методы, понятия, что является системным парадоксом ситуации. Развитие системного мышления не исключит указанные парадоксы, они приобретут лишь новую форму. Совершенствование системного мышления должно происходить в направлении дальнейшей гуманизации, чтобы быть способным решать социально-экономические и духовные проблемы человека. Важно, чтобы эта направленность системного мышления стала ведущей и основополагающей, иначе человечество не сможет решить свои глобальные проблемы [12]. Развитие системного подхода для решения вышеуказанных проблем должно проходить через: 1) накопление, обобщение и систематизацию мыслительных конструкций для осмысления и структурирования сложных ситуаций на основе общего понятия систем и 2) развитие методов применения этих средств. К числу таких средств относятся различные формализованные модели «размытого» понятия системы, как количественные, так и качественные. Для этих моделей должны быть ясно определены условия их адекватного применения и задачи, которые можно решать сегодня, структурируя с их помощью сложные проблемы и ситуации. Следует отметить, что эффективность системного подхода тем выше, чем к более сложной системе он применяется. При этом непременным условием является четкое формулирование единых системных целей при комплексном, взаимосвязанном рассмотрении существенных сторон этой системы. Наиболее интенсивно идеи системного подхода развиваются в следующих сферах человеческой деятельности [26]: ■ Современные научные исследования в биологии, психологии, лин- истике, информатике, кибернетике и др. • Современная сложная техника, алгоритмы и программное обеспе- ' В К0Т0РЫХ системный подход рассматривается как ведущий прин- проектирования сложных объектов, ел иРганизация производства и управления при все возрастающей их ости в социально-экономической сфере общества.
34 И. В. Прангишвили Системный подход и общесист. закономерности Системный подход к исследованиям большинства объектов включает следующие этапы. 1) Выделение объекта исследований из общей массы явлений и процессов, очертание контура и пределов системы, ее основных частей, элементов, связей с окружающей средой. Установление цели исследований, выяснение структуры и функции системы и т.п. Выделение главных или важных свойств составных элементов и системы в целом, установление их соответствий. Система не обязательно является материальным объектом. Она может быть, например, алгоритмом, программой или воображаемой в мозгу моделью. 2) Определение основных критериев целесообразного действия системы, а также основных ограничений и условий существования. 3) Определение вариантов структур и элементов, учет главных факторов, влияющих на систему. 4) Составление модели системы. 5) Оптимизация работы системы по достижению цели. 6) Определение оптимальной схемы управления системой. 7) Установление надежной обратной связи по результатам функционирования, определение работоспособности и надежности функционирования систем. Основная причина отсутствия до сих пор достаточно четкой определенности понятий и принципов системного подхода, по-видимому, кроется в том, что понятие системы не распространяется адекватно на любой объект исследования, например, на систему с дезинтегрирующими и иррациональными типами связей и взаимодействий, либо на совокупности объектов, которые заведомо не имеют целостности и интегративного качества или они связаны антагонистическими, конфликтными взаимодействиями (типа систем «хищник - жертва» [19], либо когда отсутствует единый субъект управления (скажем, в общественных образованиях) [П, 15]. Объединение таких объектов в совокупность приводит вместо целостности (как устойчивого и рационального качества) к возникновению нового качества со свойствами неаддитивности и иррациональности, такого как нестабильность, случайность, изменчивость, парадоксальность, непредсказуемость. Например, в случае соревнования, противоборства, конфликта, конкуренции между объектами это новое качество проявляется в непредсказуемости результатов, в изменении направленности и форм взаимодействия [11].
/ Общие положения системного подхода 35 Наконец отметим, что среди различных теорий систем пока еще не ствует общая или универсальная теория систем, пригодная для прак- cyt еСКОГО приложения к задачам различной природы. Это относится и к обшей теории систем Ю.А. Урманцева (ОТС(У)), постижение которой из- высокой абстракции представляет трудный процесс и поэтому трудно ожимой к практическим системным задачам. В этой теории само еделение системы включает более двух десятков признаков- абстрактов. В данной книге для простоты система определяется всего лишь через 5-6 главных признаков-атрибутов: целостность, интегратив- ность целостное свойство больше суммы свойств составных элементов, наличие двух или больше совокупностей составных элементов, их взаимосвязей и их отношений, а также наличие обмена информацией, энергией или веществом с другими системами или окружающей средой. 1.4. Различные способы выделения систем 1.4.1. Понятие системы как средства структурирования сложных объектов Согласно распространенной мировоззренческой позиции мир устроен целостно и неделимо. Разделение мира на отдельные составные части, иными словами, - его структурирование чисто условно и делается человеком ради достижения определенных целей, решения определенных задач. Такое структурирование осуществляется посредством общих понятий, практическая полезность которых устанавливается в ходе решения задач и проблем. Более подробно роль понятий как средство структурирования рассматривается в [2]. Во многих случаях это структурирование привычно и общепринято. В других случаях, когда мы имеем дело со сла- оструктурированными объектами, процессами, явлениями, структуриро- ание (осмысление, формализация) происходит при решении конкретных адач, с осознанным или неосознанным использованием тех понятий, которыми мы владеем. системном подходе к анализу сложных слабоструктурированных ктов основополагающую роль для их структурирования играет общее ™е системы- Система - это один из способов представления объек- Ряду с другими, несистемными, представлениями.
36 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности 1.4.2. Три способа выделения систем Среди специалистов по системному подходу используется, по крайней мере, два-три способа выделения систем. Первый, наиболее распространенный, когда сложный объект, явление или процесс расчленяется на множество составных элементов и между ними выявляются системообразующие межэлементные связи и отношения, придающие этому множеству целостность. При таком представлении окружающий нас мир можно разделить на системы различной природы. Другой способ - это представление не всего исследуемого объекта, явления, или процесса как системы, а только лишь его отдельных сторон, аспектов, граней, разрезов, которые считаются существенными для исследуемой проблемы. В этом случае каждая система в одном и том же объекте выражает лишь определенную грань его сущности. Например, единый объект государство имеет много различных граней, которые составляют военную систему, политическую, экономическую, образовательную, научную, культурную и др. Такое применение понятия системы позволяет досконально и цельно изучать разные аспекты или грани единого объекта. Эти системы взаимосвязаны между собой, а при необходимости целиком рассмотреть сложный объект как общую систему, в котором уже выделены системы соответственно его разным граням, их можно представить как подсистемы общей системы. Таким образом, при структурировании сложного объекта в целях его анализа можно выделить в нем подсистемы или элементы как путем расчленения на части, так и путем выделения его различных граней или аспектов. В приведенном примере «государство» выделение отдельных систем- граней происходило по функциональному признаку: с каждой выделенной системой связывались свои функции. В главе 4 этой книги, будет использоваться еще один способ выделения систем в сложном объекте без его расчленения на части. Гранями там служат существенные процессы, протекающие в сложном объекте, а системы принимают участие в этих процессах. Например, могут выделяться процессы сохранения устойчивости колебаний между объединением и разъединением, процессы изменения уровня организованности, процессы эволюции. Часто под системой упрощенно понимают множество взаимосвязанных элементов (или подсистем), отношения которых между собой пор0' ждают системное качество интегративности и которые в совокупности
/ Общие положения системного подхода 37 ают свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов одсистем). Фактически такое понимание отождествляет понятие темы с понятием ее структуры. Упрощенность состоит, прежде все- том что игнорируется функциональность системы, а также аспекты развития. Подсистемы, в свою очередь, являются системами для своих подсис- Каждая система входит в некоторую надсистему. В приведенном примере экономическая, политическая, военная и другие системы входят в надсистему «государство». На рис. 1.3. схематично представлена иерархическая трехуровневая система, в которой системы А„ А2, А3 входят в надсистему (гиперсистему) D, а система А„ со своей стороны, состоит из подсистем В„ В2, В3 [10]. ' с- 1-3. Схематическое представление 4-хуровневой иерархии систем, когда система А}, входящая в надсистему D, со своей стороны, состоит из подсистем В], В2, Вз, а В/ - С], С2, Cj. ели нас заинтересуют структурные и другие характеристики одной Для ДСистем' например, подсистемы В„ то в этом случае уже В, станет £ исследуемой системой, А, - ее надсистемой (гиперсистемой), а J> з - подсистемами. Аналогичную трехуровневую иерархическую
38 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности систему образует общество: оно одновременно выступает как социальная система, как надсистема (гиперсистема) по отношению, например, к региональным его компонентам и в то же время является подсистемой по отношению ко всему человечеству [2, 10]. Трехуровневую иерархию также образуют лес (как надсистема), дерево (как система) и части дерева - корни, ствол, ветки, листья (как подсистемы). Таким образом, системы, их подсистемы и надсистемы могут образовывать иерархию. Бывают и неиерархические системы, например, системы с сетчатой или ретикулярной структурой, в которых все подсистемы или структурные элементы системы связаны друг с другом сложными обратными связями, за счет чего сильно влияют друг на друга так, что невозможно выделить однозначно какую-то иерархию. Примерами такой многосвязной неиерархической (сетчатой) структуры являются нейронные сети мозга, некоторые экономические системы. Часто элементарной системой или подсистемой (структурным элементом системы) называют систему (элемент системы), которая хорошо научно изучена и исследована. Для уточнения и структурирования представления о сложном объекте, в котором предварительно выделены элементы, подсистемы, системы, и надсистемы, при решении задач обычно требуется дальнейшая формализация (структуризация), позволяющая применить те или иные научные знания. Для этого нужно найти подходящую формализованную модель системы, количественную или хотя бы качественную концептуальную. При этом полезно изучать объект с разных точек зрения, применяя к нему различные формализованные модели [2, 3,6]. Системные исследования объекта, как правило, сводятся к структурным и функциональным исследованиям. При структурном исследовании предметом исследований, как правило, являются состав, конфигурация, топология и т.п.; при функциональном исследовании - динамические характеристики, устойчивость, живучесть, эффективность, т.е. все то, что при неизменной структуре системы зависит от свойств ее элементов и их отношений. 1.5. Базовые понятия системного подхода Понятие системы Пока отсутствует строгое однозначное и корректное определение системы какого-либо рода. Понятие «система», которое используется в самых разных видах деятельности, является очень широким, размыты^
1 Общие положения системного подхода 39 м Поэтому затруднительно дать определение, которое относи- П «и ко всем видам систем без исключения и вместе с тем четко выде- бы их из объектов другого рода. Л. Витгенштейн относительно та- очень широких понятияй говорил о наличии, скорее, не общности ех различных объектов, охватываемых понятием, а об их «семейном сходстве». Сложности в выработке общего понятия системы рассматривались еще К).А. Урманцевым [22]' и В.Н. Садовским [5], известными специалистами по созданию и развитию общей теории систем. Ими был проведен анализ множества имеющихся определений системы и сделана интересная попытка найти общий методологический подход к построению различных (в силу необходимости) определений систем. С тех пор появилось немало новых определений (см., например, [4]). Разнообразие определений в одних случаях обусловлено ориентацией на разные типы систем, в других - на разные задачи. В качестве существенных выделяются различные признаки систем. Пользуясь представлениями М. Вертгеймера [26], можно сказать, что целостный образ понятия системы складывается по- разному. Практически любое определение системы, встречающееся в литературе, или является слишком узким - не охватывает каких-то типов объектов, которые принято называть системами, или же хотя и позволяет более или менее отличить системы от других объектов, но является слишком упрощенным - характеризует системы недостаточно полно для понимания их сути. Чтобы дать общее представление о системах, обрисуем лишь наиболее характерные признаки систем, присутствующие во многих определениях. Основной общий признак, который присутствует практически во ех определениях и теоретических моделях понятия «система», - это личие структуры. Это значит, что в системе есть множество взаимо- анных (или взаимодействующих, связанных какими-то отноше- ми) элементов и некоторые определения, как нечеткие, так и стро- ' формализованные, упрощенно отождествляют понятие системы с "онятием ее структуры. 1 у ~ "Редставл 1М А Р^Р3^0™3 своя оригинальная общая теория систем ОТС(У), которая В|Ч)апи. «„ некий вариант ОТС со своими основными системными законами, которые '« Рассмотрены в rn.IV.
40 И.В. Прангишвипи. Системный подход и общесист. закономерности Второй общий признак, отличающий системы, - это целостность совокупности элементов системы. Этот признак стремятся явно или хотя бы неявно выразить во всех определениях понятия системы. Остановимся вначале на этих двух общих признаках. Понятие структуры системы Это понятие, которое (явно или неявно) присутствует во всех общих определениях системы, также относится к числу интуитивных, размытых понятий, как и понятие «система». Дать структуре удовлетворительное определение не так-то легко. Может быть, поэтому в литературе встречается большое число различных определений. Наиболее типичными определениями структуры являются следующие: структура есть форма представления некоторого объекта в виде составных частей, или структура - это множество всех возможных отношений между подсистемами и элементами внутри системы, или структура - это совокупность элементов и связей между ними, которые определяются исходя из распределения функции и цели, поставленных перед системой, или структура - это то, что остается неизменным в системе при изменении ее состояния, при реализации различных форм поведения, при совершении системой операции и т.п. [27]. В совокупности эти определения отражают главное, что присутствует в любой структуре: элементный состав, наличие связей, неизменность (инвариантность) во времени. Поскольку структура представляет часть системы, необходимо четко указать, какая именно часть, какие свойства и признаки системы являются структурными, а какие нет. Поэтому под структурой в литературе часто понимают совокупность тех свойств системы, которые являются существенными с точки зрения проводимого исследования и обладает инвариантностью на всем интересующем исследователей интервале функционирования системы или на каждом из непересекающихся подмножеств, на которые разбит интервал функционирования системы. Одновременно с этим часто понятие структуры либо не раскрывается вообще, либо описывается более или менее подробно и формально. В простейшем случае под структурой будем понимать множество элементов системы, между которыми имеются связи (взаимоотношения). Математически это выражается множеством элементов с одним или более отношением, определенным на данном множестве- В такой простой структуре все элементы считаются неделимыми. Ясно, что очень многие реальные системы обладают более сложной структурой и не соответствуют такому простому описанию. Стремясь ■ 1 • • -v1*-
Глава 1- Общие положения этот факт, иногда в понятие структуры системы вводят иерархию ее подсистем. Следует отметить, что в любой системе под структурными элемен- системы понимают ту ее наименьшую часть, поведение которой еще чиняется структурным закономерностям системы. Что касается самих к рных закономерностей, то они порождают те свойства системы, по которым окружающий мир выделяет эту систему как целую среди других В каждой системе имеется некий минимальный уровень размеров элементов, ниже которого система как бы не существует. Поэтому для того, чтобы определить структурный элемент, сначала выясняют, какие свойства системы интересуют исследователя. Затем находят те закономерности, которые порождают эти свойства, - так называемые структурные закономерности. А затем уже находят наименьшую часть системы, которая еще подчиняется данным структурным закономерностям, т.е. структурный элемент [9]. Очевидно, что этот структурный элемент сам может содержать свои собственные структурные элементы. В сложных системах связь между системами строится по принципу иерархии, предусматривающей подчиненность системы надсистеме и подсистемы системе. Цель каждого элемента нижнего уровня - подчинение цели более высокого уровня. Только тогда вся сложная иерархическая система может функционировать как единое целое. Подсистема, в первую очередь, является системой для своих подсистем, и поэтому и подсистемы образуют иерархию. При этом структурным элементом или структурной подсистемой считается та наименьшая часть системы, которая еще подчиняется системообразующим закономерностям. Есть трактовки понятия структуры, основанные на довольно узком понятии системы - имеется в виду только пространственное или пространственно-временное разбиение системы на элементы и, возмож- ' П0Дсистемы; при этом связи и отношения элементов также рассматривая в пространстве или времени. Однако во многих сложных объек- • • которые принято называть системами, имеются связи и отношения сем иного содержания (например, в логических системах, системах ии). Такое произвольное, широкое (по смыслу) толкование отно- я согласуется с математической трактовкой понятия структуры, где тем ся ° (Л1°бых по смыслу) отношениях на множестве элементов сис- стру 0Льшинстве определений и интуитивных трактовок понятия УРы системы имеется в виду, что структура представляет собой
42 И. В. Праигишвили. Системный подход и общесист. закономерности совокупность устойчивых связей и отношений между элементами системы и выступает в виде ее инварианта [5,26]. Однако такое понятие структуры не совсем пригодно для развивающихся систем, у которых структура меняется с развитием системы и поэтому является относительно устойчивой. Понятие целостности Под целостностью часто понимают внутреннее единство и принципиальную несводимость свойств системы к сумме свойств, составляющих ее элементов. Однако средства, которыми пытаются выразить целостность, бывают различными. В простейшем случае считается, что наличие связей и отношений между элементами системы как раз и выражает ее целостность, так что никаких специальных средств, кроме задания этих отношений, не требуется. При этом признак целостности не вводится в определение системы. (Это характерно для определений, сложившихся вне системного подхода). Понятно, что не всякие отношения придают множеству элементов целостность. Поэтому выделяются специальные отношения, которые принято называть системообразующими. Для выделения системы в сложном объекте выбираются такие отношения, которые существенны в данной задаче. Так, например, если в качестве системы представим часы, а в качестве отношений возьмем отношение между размерами или весами составных элементов (частей), то, очевидно, такое отношение не является системообразующим, так как ничего не дает для понимания действия часового механизма, а, следовательно, не позволит нам представить часы как целостную систему [5,20]. В качестве признаков, которые характеризуют именно целостность систем, объединяют ее, используют такие, как единство цели, функциональное назначение, определенные функции, наличие окружающей среды (мира вне системы), с которой система взаимодействует как целое. Подчеркнем, что все эти признаки, которые можно найти у разных авторов, не являются всеобщими: можно привести примеры систем (в принятом понимании), которые не обладают этими признаками или же эти признаки несущественны. Важным средством характеристики системы являются ее свойства- При этом интересны именно те свойства, которые отличают ее как целостность и которые не сводятся только к сумме свойств ее элементов. Та- кие свойства называют интегративными. При таком взгляде целостная система определяется как множество элементов (щ ), которые являютс*
ет от t . общие положения системного подхода 43 заранее заданного системообразующего отношения (R ) с Н°С пованным свойством Р . Символически это определение системы 0жно записать следующим образом: (m)S = df[R(m)]P , где S означа- едикат «быть системой», символ отношений (R ) записывается слева круглой скобки, а символ свойств (Я ) - справа от скобки [28]. В плане приведенного определения и символической записи можно я решения некоторой задачи выделять в качестве системообразующего отношения ( R ) на множестве элементов (т ) только тот тип отношений, на котором обнаруживается свойство (Р ), существенное в данной задаче. Данное определение системы является весьма общим (хотя и не охватывает развивающихся систем). Но оно относится к числу слишком упрощенных определений, о которых уже говорилось ранее. Опыт изучения различных систем показывает, что это определение недостаточно полно, чтобы отразить и объяснить свойства поведения многих систем. Понимая недостаточность определения, исследователи вводят те или иные углубления понятия системы, изучая объект с разных точек зрения, применяя к нему различные формализованные модели понятия системы [2, 3, б]. Хорошим примером концептуального углубления для систем, наделенных поведением, служит расширение понятия структуры. Под структурой системы понимается: пространственное расположение элементов, система отношений элементов, совокупность устойчивых межэлементных связей системы, а также закон взаимодействия и взаимосвязи. Понятие структуры системы отождествляется с понятием организации системы. В большинстве случаев структурная организация системы определяется взаимовлиянием элементов друг на друга, их взаимообусловленностью, порождением одним элементом другого. Приведем пример концептуальной модели, относящейся к целеори- ентированным системам. ормалюованная модель целеориентированных систем редставим множество S * и выделим из этого множества класс S с S*, функционирование которых направлено на достижение Теж казанные системы ( S ) можно формально определить в виде кор- •э =< a,St,tPs,CO,tf >, где а - цель системы, St - структура системы, СП w - условия достижения цели, /,. - время достижения цели, а * - множество технологических процессов, которые реализуются вом методов и средств обработки информации, принятых в дан-
44 ИВ. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности ной системе. tP. е ТР подразумевает технологические процессы типа генерирования информации, ее передачи, восприятия, распознавания понимания, представления знаний, хранения и поиска информации, логического вывода, прогнозирования, реализации действия, объяснения и обучения. Поэтому tPs < met ,re,Ti, Is > , где met - методы достижения цели, re - средство достижения цели, pr .J7J - обратная информация, принятая в данном классе систем (S). Структура системы St должна быть организована таким образом, чтобы способствовать достижению цели. Структурными элементами системы S являются объекты ( О), связи ( С ), отношения ( R ). В качестве объектов системы выступают объекты неживой (Од,), живой (Oj ) и социальной (Оs ) природы. Средства достижения цели {re ) рассматриваются в широком смысле, включая материальные, финансовые, языковые, программные, аппаратные и т.п. [28]. Обработка информации Is , принятая в системе, связана с достижением цели. Возможна как семантическая, так и несемантическая обработка. Сама информация при этом, в свою очередь, может быть как семантическая, так и несемантическая. Условия (СО) должны способствовать достижению цели и учитывать предысторию и последствия, связанные с достижением цели, а также требования, из которых надо исходить, обстоятельства, от которых зависит достижение цели, исходные данные и т.п. Время (/() определяется таким образом, чтобы обеспечить выполнение цели. В качестве времени выделяется интервал, в котором совершается необходимая деятельность для достижения цели. Многозначность попятил целостности или изменение степени целостности систем Некоторые крупные специалисты по системному исследованию, например В.Н. Садовский, Э.Г. Юдин, И.В. Блауберг, считают, что области использования системного подхода следует ограничить. По их мнению, системный подход является адекватным исследовательским подходом при исследовании не любых объектов, произвольно называемых системами, а лишь таких объектов, которые представляют собой органичные целые [11, 13]. Эффективным критерием для отнесения тех или иных объектов к классу систем они считают признак органичной целостности как системообразующего качества. По этому критерию все объекты рз3' биваются на следующие три класса: 1) органичные (настоящие) системы, 2) неорганичные (плохие) системы; 3) неорганизованные совокупности
7 Общие, положения системного подхода 45 стемы). Таким образом, все многообразие объектов разделяется на мы и не системы. Системы, со своей стороны, бывают «настоя- С или «хорошие», и «не настоящие», или «плохие» - псевдосистемы [И]- Однако B.C. Тюхтин считает, что сузить сферы применения систем- го подхода только на системы, обладающие признаком ограниченной елостности, не вполне оправданно, поэтому системный подход можно аспространить на более широкий по предметной области и концептуальному аппарату класс систем [29]. B.C. Тюхтин свое расширенное определение системы основывал в первую очередь на отношениях между элементами, опираясь на варианты общей теории систем А.И. Уёмова и Ю.А. Урманцева, уточняя упорядоченность этих отношений и акцентируя свое внимание на свойствах структуры и организованности [11, 29]. Во многих системных исследованиях наблюдается нечеткость и размытость в рассмотрении объектов как систем и размытость границ применения системного подхода. Это иногда выражается в разделении объектов либо на системы и не системы (аддитивные совокупности), либо на целостные и не целостные системы. Аналогично этому многозначны и понятия целостности, и возможность изменения степени целостности создает некоторую неопределенность для строгого понятия системы. Известно, что в таких классах систем, как стохастические, хаотические, цениостноориентированные, присутствуют связи неинтегративного характера, нельзя выделить иерархию структурных уровней и, как правило, не действуют механизмы управления, вследствие чего возникает вопрос, можно ли для их исследования использовать системный подход [И]. В ряде системных исследований, использующих принцип системного подхода, понятие системы неправильно распространяют на абсолютно объекты сложной природы, в том числе на дезинтегрирующие и ирра- ональные типы связей и взаимодействий. Иногда в качестве системы матривают такую совокупность объектов, которая не обладает цело- стью или не имеет единых субъектов управления, или содержит атавистические и конфликтные взаимодействия [11, 15,21]. р _д исслВДователей считают возможным существование систем с ет э степеньк> целостности. Например, В.Г. Афанасьев рассматривало Юцию живого в непрерывно изменяющихся условиях среды как ния Повышения степени его целостности [30]. Возможность измене- тем я СНИ целостности или многозначность понятия целостности сис- ется фактором существенной неопределенности [11,31].
46 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Как было сказано выше, для системных исследований ключевой является проблема общности и универсальности понятия системы. Возражение по поводу всеобщности этого понятия строится на положении формальной логики, об обратном отношении между содержимым и объемом, а именно: расширение объема понятия системы - это расширение области ее применения, но одновременно с этим происходит обеднение его содержания, что на самом деле представляет парадокс универсальности [11, 14, 29]. Чем универсальнее понятие, тем беднее его содержание и меньше характерных признаков. Парадокс универсальности требует отказа от использования общего определения системы и выделения отдельных классов объектов, в каждом из которых общие понятия и свойства, в том числе и такие, как «система», «структура», «состояние» и другие, наполняются своим специфическим содержанием. Так, в частности, в системологии Дж. Клира выделяются классы систем, базирующиеся на определенных типах как элементов, так и отношений между ними [18]. Наиболее четко эта позиция обозначена в [19]. Отрицание вообще универсального понятия системы и неоднозначность трактовки системы требует дополнительных исследований. Понятие потенциала системы является важным, хотя и не базовым. В хорошо организованной системе взаимодействия структурных элементов (й( ,аг,..., а„) системы А взаимосогласованы, целенаправле- ны и синхронизованы на достижение общей цели. Потенциал Р такой системы по определенному параметру (например, научному, экономическому, военному и др.) больше суммы потенциалов всех составляющих элементов (подсистем) Р{А) > [Р(а,) + Р(а2 ) + ... + Р(ая )]. Чем выше взаимосогласованность действий элементов в системе, тем выше ее организованность и тем больше превышает потенциал системы сумму потенциалов всех составляющих элементов (подсистем). Это наглядно иллюстрирует, например, хорошо организованный коллектив уче' ных, когда при обсуждении поставленных перед коллективом проблем рождается новое знание, которого не было до этого у отдельных членов коллектива, поэтому потенциальное знание коллектива (системы) болыие> чем сумма потенциалов знаний отдельных членов коллектива.
Глава 1- Общие положения Когда степень организованности системы не очень высокая или даже нч за несогласованного и нецеленаправленного взаимодействия низкая mj -• ентов системы, потенциал системы равен или меньше сумме потенциалов составных элементов Р(А) < [Р(а,) + Р(а2),..., Р(а„)]. При исчезает интегративное свойство системы, и поэтому система, в строгом понимании, уже не существует. Из сказанного следует, что для достижения высокого потенциала (научного, экономического, образовательного, военного) целостной системы (государства, академии, военного ведомства, министерства) необходимы постановка четкой цели и организация взаимосогласованного взаимодействия составных элементов, иначе будет отсутствовать интегративное качество системы и сама система, в правильном ее понимании. 1.6. Основные признаки системы В настоящее время, как было сказано выше, отсутствует общепринятое и достаточно корректное определение системы - имеются лишь различные ее толкования. Анализ различных определений и толкований показывает, что существуют, по крайней мере, четыре основных признака, которыми должен обладать объект, явление или их отдельные грани (срезы), чтобы их можно было считать системой [2, 5]. Первая пара признаков - это признаки целостности и членимо- сти объекта. С одной стороны, система это целостное образование и представляет целостную совокупность элементов, а, с другой стороны, в системе четко можно выделить ее элементы (целостные объекты). Для системы главным является признак целостности, т.е. она рассматривается как единое целое, состоящее из взаимодействующих или взаимосвязан- ь'х частей (элементов), часто разнокачественных, но совместимых. Второй признак - это наличие более или менее устойчивых связей Тн°шений) между элементами системы, превосходящих по своей силе Щности) связи (отношения) этих элементов с элементами, не входящими в данную систему. СИ°ТеМах Л1°б°й природы между элементами существуют те или связи (отношения). При этом с системных позиций определяющими Н| . Тся Не любые связи, а только лишь существенные связи (отноше- инт 0Т0РЬ1е определяют интегративные свойства системы. Именно выдр Ивные свойства отличают систему от простого конгломерата и Обме Т системУ в виде целостного образования из окружающей среды, нформацией, энергией и веществом между элементами системы
48 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерносщ и между системой и окружающей средой осуществляется при помощи связи, представляющей физический канал. Третий признак - это наличие интегративиых свойств (качеств) присущих системе в целом, но не присущих ее элементам в отдельности Интегративные свойства системы обуславливает тот факт, что свойство системы, несмотря на зависимость от свойств элементов, не определяется ими полностью. Из этого следует, что простая совокупность элементов и связей между ними еще не система, и поэтому, расчленяя систему на отдельные части (элементы) и изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства нормально (хорошо) организованной системы в целом. Интегративное свойство (качество) - это то новое, которое формируется при согласованном взаимодействии объединенных в структуру элементов и которым элементы до этого не обладали. Четвертый признак - это организация (организованность) развивающихся систем. Этот признак характеризует наличие в системе определенной организации, что проявляется в снижении степени неопределенности системы или ее энтропии (Э), по сравнению с энтропией системоформирующих факторов, определяющих возможность создания системы. Системообразующими факторами являются: число элементов системы; число существенных связей, которыми может обладать элемент; число системозначных свойств элемента; число квантов пространства и времени, в которых может находиться и существовать элемент, связь и их свойства [2, 5]. Понятия «организация» и «система» связаны весьма тесно. Однако организация охватывает только те свойства элементов, которые связаны с процессами сохранения и развития целостности, т.е. существования системы. Организация возникает в том случае, когда между некоторыми исходными объектами (явлениями) возникают закономерные устойчивые связи или/и отношения, актуализирующие какие-то свойства элементов и ограничивающие иные их свойства. Организация связана с упорядоченностью и согласованностью функционирования автономных частей системы и проявляется, прежде всего, в снижении энтропии по сравнению с энтропией системоформирующих факторов. Организация проявляется в структурных особенностях системы, сложности, способности сохранения системы и ее развития. На практике пользуются таким понятием как степень организованности, сложность организации и совершенство организации. Степень организованности обычно связываю1 с информацией, или негэнтропией системы. Считается, что чем вЫ&е степень организованности, тем выше негэнтропия системы и ниже ее энтропия.
/ Общие положения I Пии формировании межэлементных связей образуется определенная xvna системы. В зависимости от вида организации из комбинации С teHTOB и их связей можно образовать различные структуры. Структу- Э это наиболее консервативная характеристика системы. Структура темы может сохраняться неизменной весьма длительное время, а со- ояние системы при этом изменяться. Если структура системы не меня- в течение всего периода ее «жизни», то она является стабильной уктурой. элементы системы обладают большим количеством свойств, одни из которых при формировании межэлементных связей подавляются, другие, напротив, усиливаются и приобретают более отчетливое выражение. Однако степень подавления системообразующих (системозначимых) свойств элементов, как правило, бывает частичной, не полной, в связи с чем при формировании системы возникают не только полезные функции, положительно влияющие на функционирование системы и обеспечивающие сохранение системой её качественной особенности, но и функции, негативно влияющие на ее функционирование. К основным системным характеристикам относятся также совместимость на элементном уровне, возможность актуализации на свойствах элементов, изменчивость, интенсивность и др. Известно; что внешнее воздействие разрушает систему, если его сила (мощность) становится больше силы (мощности) внутренних связей системы. Из-за дезорганизующих внешних воздействий происходит возрастание энтропии системы. Снижение энтропии системы до нулевого значения означает полную «заорганюованность» системы и приводит к негативному результату (вырождению системы), так же как и ее чрезмерное возрастание. Многообразие систем весьма велико и признаков для их классификации тоже множество. Среди признаков классификации систем на первое место выдвигается субстанциональный признак, по которому выделяют четыре класса систем. Искусственные системы - это системы, созданные человеком. Диа- °н их реализаций очень широк: от простейших механизмов до слож- производственных комплексов в технике; от лаборатории, кафедры, итута, воинского подразделения до министерства и Совета минист- в в организационных структурах. дейс ественные системы - это системы, объективно существующие в ла тельности, в живой и неживой природе и обществе: атом, молеку- И К3' °Рганщм> популяция, общество, вселенная и т.п. выра- еальные и концептуальные системы - это системы, которые т образцовую действительность или образцовый мир. Они часто
50 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности бывают целью, в большинстве случаев недостижимой, к которой должна стремиться реальная система. Примером идеальной системы может служить картина, возникшая в голове человека от восприятия литературного или музыкального произведений, научной теории и т.п. Виртуальные системы - это не существующие в действительности модельные или мыслительные представления реальных объектов, явлений, процессов, являющиеся изоморфными к ним. Виртуальные системы могут быть не идеальными. Кроме указанных, на практике различные системы условно делят на целеориентированные, имеющие четкие цели, и ценностноориентированные, которые ориентированы, в первую очередь, на определенные ценности, а не цели [4, 15, 17, 23]. 1.7. Интегративные свойства систем и некоторые типы систем Как было сказано выше, система всегда довлеет над элементами или подсистемами и обладает свойством, не являющимся суммой свойств составных элементов. Подсистема, в свою очередь, является системой для своих подсистем, и так они образуют иерархию. Причем структурным элементом или подсистемой считается та наименьшая часть системы, которая еще подчиняется системообразующим закономерностям. Между элементами системы устанавливаются определенные связи и отношения. Благодаря им набор элементов превращается в связное целое, где каждый элемент оказывается, в конечном счете, связанным со всеми другими элементами и его свойства не могут быть поняты без учета этой связи. В свою очередь, свойства системы оказываются не просто суммой свойств, составляющих ее отдельные элементы, а определяются наличием и спецификой связей и отношением между элементами, т.е. их следует рассматривать как интегративные свойства, или качество системы, как целое. Наличие связей или отношений между элементами системы и порождаемые ими интегративные целостные свойства системы обеспечивают относительно самостоятельное (обособленное) существование и функционирование системы, отличающее данную совокупность от остального. В самом деле, объединение элементов в нормальную систему осуществляется в результате формирования согласованного взаимодействия (сложения усилий) в нечто новое, обладающее интегративные качеством, которым сами эти элементы до объединения не обладали. Выше уже отмечалось, что интегративное, или системное, качеств0 одно из ключевых понятий теории систем. Поэтому остановимся на нем
. общие положения системного подхода 51 инее Оно существенно для данной совокупности элементов, отли- п0ДР аННуЮ совокупность от всех остальных и имеет свое название, чаб on автомобиль, ножницы, экономика, финансы. Другими словами, например, ао mv образуют совокупность элементов только тогда, когда отноше- С ежду ними порождают интегративные качества и связанные с ними Н ~ства целостности. Интегративные качества не свойственны отдельно тым компонентам системы, но совокупность взаимодействующих шонентов уже порождает интегративное качество. Только в составе темы ОТдельно взятые элементы вместе со всей совокупностью элементов приобретают интегративное системное качество, которым они не обладали вне системы. К примеру, четыре обычных деревянных бруса (палки), соединенные определенным образом вместе с широкой доской, становятся ножками стола (системы), и отдельная доска в системе приобретает интегративное (системное) свойство быть столешницей. Аналогично, элементы или параметры, от величины и стабильности которых зависит поддержание интегративного качества и, следовательно, существование системы, выделяют из других и называют важнейшими или инте- гративными (системными). Так, для человека интегративными или системными параметрами являются температура тела, артериальное давление, концентрация сахара в крови, уровень иммунитета и др., от их значения зависит существование системы. Поддержание путем управления этих интегративных параметров в допустимых пределах и, следовательно, сохранение системы, называют гомеостазисом системы. Очевидно, развитие и даже существование общества и самого человека возможно до тех пор, пока по важнейшим или интегративным параметрам сохраняется гомеостазис, например, сохраняется устойчивая система «человек - природа» (устойчивая экологическая среда) или сохраняется стабильная экономическая, социальная и политическая система [10]. Интегративным качеством искусственных (креационных) систем, оздаваемых людьми для определенных целей, является его основное начение, а интегративные качества эволюционных систем, возни- щих естественным путем, совпадают с понятием ее сущности. Поня- нтегративные и системные качества очень близки по содержанию и при тождественнЬ1. Далее отметим, что возникающие эволюционно ляем ДНЫе И Социальные объекты богаче любых искусственных управ- П0д СИстем, в том числе организационных структур, формируемых ли государственного и социального управления, чает имоотношение системы и ближайшей окружающей среды озна- Для каждой системы наряду с множеством присущих ей внут-
52 ИВ. Прангишвгши. Системный подход и общесист. закономерносщ ренних отношений (связей), объединяющих между собой элементы системы, имеется набор ее внешних отношений и связей. Среди любых связей и отношений главные - системообразующие связи и отношения. Именно они выражают целостные интегративные свойства системы, определяют ее специфику. Как правило, системообразующие связи и отношения являются внутренними для данной системы. Второе системное свойство или признак (атрибут) - это иерархическое строение системы. Оно связано с потенциальной делимостью элементов системы и наличием для каждой системы многообразия связей и отношений. Иерархическое строение присуще также отношениям или связям системы, так как связи и отношения любой системы тоже могут быть разложены на более элементарные и на их основе сформирована система более низкого уровня. В результате система выступает как сложное иерархическое образование, в котором выделяются различные уровни, разные типы взаимосвязей между различными уровнями. В результате иерархического строения появляется возможность последовательного включения систем более низкого уровня в системы более высокого уровня. Такие иерархические системы называются структурированными. Правда, как было сказано выше, бывают и неиерархические, и неструктурированные строения, а так называемые сетчатые системы, в которых каждый элемент или подсистема связаны со многими другими элементами системы сложными обратными связями и так сильно влияют друг на друга, что невозможно систему однозначно структурировать или выделить в ней какую-то иерархию. Такие многосвязанные слабоструктурированные системы, как, например, экономическая система или нейронная сеть мозга человека, плохо расчленяются, а иногда не расчленяются вовсе на отдельные элементы (подсистемы), из которых, как из кирпичиков, затем можно складывать (композировать или синтезировать) целую систему. Поэтому изучение неструктурированных или слабоструктурирован- ных технических, экономических, социальных систем «снизу», от элементов, с дальнейшим их объединением (композицией), не дает реальную целостную картину, так как, с одной стороны, целостная система много больше, чем сумма элементов и, с другой стороны, слабоструктурированная система не разбивается на отдельные, независимо изучаемые элементы, из которых затем складывается целостный образ системы. Функционирование системы подчиняется законам, присущим даН' ной системе. В каждый данный момент времени система находится в некотором состоянии, а последовательный набор состояний системы обра' зует ее поведение. По характеру своего поведения и, следовательно, п
. о&щие положения системного подхода 53 ~~ йствующих в системе законов различают системы активные, в тИП^ ,v п основном, внутренние законы поведения определяют функ- кпТОрЫХ, в и"* ование системы, а воздействие окружающей среды на систему ЦИ° ественно, и системы реактивные, у которых функционирование Н£ прпяется главным образом, воздействием окружающей среды. Мож- опреде-'*>1С ' ~- итать что по своему поведению реактивные системы более открытые, чем активные системы. С точки зрения поведения различаются также системы иеразви- аюшиеся, или стабильные, и развивающиеся; в последних выделяются самоорганизующиеся и саморазвивающиеся. Имеется принципиальное различие между природными, или эволюционными, системами, возникающими естественным путем, и искусственными, или креационными, системами, созданными человеком и имеющими некоторое назначение и определенную цель, а отсюда и определенное практическое назначение. Для природных систем такое прагматическое предназначение отсутствует. Для них определение системного качества через понятие сущности представляется единственно конструктивным. Как было указано выше, в сложноорганизованных системах часто присутствуют и имеют существенное значение процессы управления. Это означает, что системы как объекты исследования рассматриваются не только в вещественном и энергетическом плане, но и в плане циркулирующей в них информации. Без информации невозможен процесс управления. «Субъект управления», например, при управлении по отклонению, на основе информации об отклонении объекта от заданной траектории формирует соответствующие команды управления. Управление основано а преобразовании информации и выступает как двуединый процесс от- Жения: с одной стороны, здесь отражается потребность и цель самой емы, с другой - окружающая систему среда. Первый процесс инфор- рует субъект управления о том, что необходимо для достижения цели, рои - о том, что есть. Переработка информации приводит к сравне- т ЦСНКе яеиствительного и желаемого состояния системы, в резуль- Уппа Г° п°является новая информация, необходимая для выполнения пРОце НЧеского акта> ведущего к полезному конечному результату в осущ Управления. Команда управления требует ее исполнения, т.е. УпРавл ЛСНИЯ УпРавленческих воздействий. Как правило, команды Финанс И" Должны быть преобразованы в вещественно-энергетическое, Эт°й це С ИЛИ какое-то иное воздействие на объект управления. Для 1сполнительный орган, преобразующий команды управления в
54 И. В. Прангишвши. Системный подход и общесист. закономерное! управляющее воздействие, должен располагать необходимыми вещест. венно-энергетическими ресурсами. Именно в этом проявляется единство информационных и вещественно-энергетических процессов при управлении [32]. Известно, что общество, рыночные отношения, политические объединения, живой организм и т.п. представляют в большой степени самоорганизующиеся системы. Для обеспечения гомеостазиса (жизнеобеспечения) самоорганизующиеся системы должны содержать два гомеостати- ческих механизма: I) механизм самоорганизации и 2) механизм управления (рис. 1.4), которые в совокупности образуют адаптационный механизм - адаптер системы. Механизм самоорганизации Механизм управления < 1 1 ► г X Адаптер Ф ЛТ 1 ( Субъект \ | 1 управления ) ! /Управляемый^ 1 V объект / | Рис. 1.4. Схематическое представление самоорганизующейся системы Распространение понятия управления на весь адаптационный механизм на практике равнозначно тому, что понятие объекта управления распространяется на то, что в действительности должно бы быть среД°и управления, в том числе и на механизм самоорганизации [10].
Обшие положения системного подхода Гяава 1- и щ 55 1.8. Системный изоморфизм и гомоморфизм алогия, или сходство, между сложными объектами, явлениями, ми, сиСТемами бывает разных типов. Важнейший тип сходства, ПР тй наблюдается между самыми различными системами, - это ана- К ия в структуре, т.е. в характере связей (отношений) между элементами вплоть до одинаковости структуры. Для описания этой аналогии систем часто пользуются понятиями изоморфизма и гомоморфизма. Хотя эти понятия заимствованы из математики в сложившемся словоупотреблении они используются не только в узком и строгом математическом смысле, но и приобретают более широкий и расплывчатый смысл, особенно в дисциплинах, далеких от математики. Понятие изоморфизма в математике формализует, уточняет интуитивное понятие одинаковости структуры. Оно относится к системам объектов (элементов) с заданными в них операциями или отношениями. Две системы (т.е. два множества) с заданными на них отношениями R{, R2, считаются изоморфными, если: 1) их структурные элементы попарно взаимооднозначно соответствуют друг другу и 2) если некоторое подмножество элементов первой системы связано отношением Rt, то подмножество соответствующих элементов второй системы связано отношением R2, и наоборот [6]. Например, изоморфными могут оказаться структура, обеспечивающая передачу сообщений от всех отправителей к некоторому получателю в компьютерной сети (элементы - компьютеры с отношением непосред- венной связи между ними), и система логического вывода некоторого верждения (элементы - отдельные утверждения, отношение - непосред- енное следование одного утверждения из других). Одинаковость W туры здесь означает, что различный смысл системообразующих от- нии, равно как и различие элементов систем при сопоставлении их * Учитываются. ичие изоморфизма двух систем (в рассматриваемом узком смыс- чает, что если какая-то система St является изоморфной системе 2 ■ то S i может быть рассмотрена как «модель» системы S-, и изучение сам х Ракообразных свойств системы S2 сводится к изучению
56 И. В. Прангшивили. Системный подход и обгцесист. закономерно^ свойств «модели» «S, или к использованию ее известных свойств, р^ меется, это положение остается верным, пока интересующие нас свойства исследуемых объектов могут быть описаны посредством простейшей мо. дели, учитывающей только ее структуру. Иными словами, по сущеСТт, речь идет о структурных свойствах систем [6]. Математическая практика показывает, что даже такое "неглубокое" сходство систем как изоморфизм, т.е. одинаковость структуры, может оказаться достаточным, чтобы выявить и перенести на другие системы весьма глубокие системные свойства. Здесь уже возникает изоморфизм в системах знаний об изучаемых системах: изоморфизм понятий, утвер. ждений, теорий. При этом "одинаковые", соответствующие друг другу элементы имеют совершенно различный смысл в исходных системах. В таких случаях иногда образно говорят о более или менее "глубоком" изоморфизме систем. При этом изоморфизм свойств систем, знаний о них является теоретическим следствием изоморфизма систем в классическом узком смысле [6]. Использование понятия изоморфизма в более широком, размытом смысле, при сопоставлении сложных объектов, процессов и явлений и установлении их аналогий часто не опирается на выявление структуры объектов, их элементов и системообразующих отношений. Иными словами, суть аналогии или одинаковости структуры не выясняется, а предполагается интуитивно понятной. Идеальным примером изоморфных систем в широком, размытом смысле считается негатив и позитив фотоснимка, или, например, речь и ее запись на магнитофонной пленке или компактном диске. Техническое устройство и его чертеж на бумаге также находятся в изоморфном соответствии. Условное понятие «степень изоморфизма» можно наглядно проДе' монстрировать на примере глубокой аналогии между различными видам*1 колебаний - механическими и акустическими, что и явилось основой создания общей теории колебаний. Говоря о более или менее глубоком из°" морфизме, "степени изоморфизма", имеют в виду большее или меньше число аналогичных свойств у сопоставляемых систем. В тех случаях, к гда понятие изоморфизма используется в широком смысле, без проясй ния того, в чем именно состоит аналогия, то по существу, нельзя наи обоснование, которое обеспечивало бы перенос свойств известных с тем на новые, менее изученные системы. Перенос на новые системь большей степени играет роль предвидения, чем обоснования. J
/ Общие положения системного подхода 57 ~~ Гтепень изоморфизма» между системами условно определяется ко- rom «совпадающих элементов» и в разных случаях может быть ЛИ пазличной. Идеальный изоморфизм - если все элементы совпада- Вб огда степень изоморфизма между системами максимальна и равна ' up Степень изоморфизма минимальна и равна нулю, если нет сов- единиие. аюших элементов. На практике степень изоморфизма имеет промежуточное значение. Как было указано выше, общесистемные закономерности, рассмот- енные в главе 4, часто определяются на базе изоморфизма структур систем различной природы. Установление изоморфизма (логических гомологии) между различными явлениями позволяет с большой вероятностью переносить соответствующую изученную модель в исследуемую область. Принцип изоморфизма структур систем играет важную роль в системных исследованиях различных явлений в различных областях науки и в различных сферах жизни [2, 5, 6, 33-35]. Системный изоморфизм или глубокое системное сходство в общей теории систем Ю.А. Урманцева - ОТС(У) - рассматривается не просто как изоморфизм, а именно как системный изоморфизм, который понимается как обладающий свойствами рефлективности и симметричности отношений между объектами - системами одного и того же рода (R - система) [23]. При таком определении системный изоморфизм фактически становится экспликацией отношения «сходства». Поэтому в ОТС(У) системный изоморфизм и системное сходство рассматривается как взаимозаменимые. Симметричность подразумевает, что если А системно изоморфичен В, то и В системно изоморфичен А. В лучшем случае системное сходство означает тождество, что означает равенство, эквива- ентность или математический изоморфизм, а наиболее часто - это не- олиое сходство систем. В [23] предложены алгоритмы построения сис- ного изоморфизма в виде R -системы и предсказанного системного сходства. соо 0МОмоРФизм> в отличие от изоморфизма, представляет собой такое з ствие между двумя системами, которое не является взаимно одно- сист Другими словами, при гомоморфизме аналогия между двумя как б МИ меньше' чем при изоморфизме, и одна из систем является карта Рош-енной копией другой, аналогично тому, как географическая HVfHo о ЛЯется УпР°щенной копией по отношению к местности. Если вза- значное соответствие двух систем рассматривать как предель-
58 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерносщ ный случай соответствия, тогда изоморфизм можно рассматривать как частный случай гомоморфизма [6]. Наличие изоморфизма и гомоморфизма позволяет создавать модели исследуемых систем или их изоморфные и гомоморфные аналоги. Модели могут быть математические, логические, физические, словесные и дп и они воспроизводят изучаемое явление в условиях, более доступных для наблюдения, контроля и измерений. В последнее время наибольшее распространение находит компьютерное моделирование. Очевидно, что если одни системы изучены более досконально и глубоко, и они оказались изоморфными (или гомоморфными) другим, хуже и менее глубоко изученным, тогда знание, полученное при исследовании первых систем можно перенести и распространить (в определенной степени) на другие, что позволит облегчить их исследование. 1.9. Политическая система и художественная картина как наглядные примеры систем Понятие политической системы заняло устойчивые позиции в лексиконе и широко применяется среди политиков, ученых и властных структур. Правда, пока у специалистов отсутствует полное единство в понимании политической системы, но все согласны с тем, что понятие политической системы однозначно связано с наличием политической власти. На самом деле, совокупность взаимосвязанных элементов структуры политической системы должна порождать иитегративное или системное качество политической системы, а именно политическую власть. При этом каждый из элементов, политических организаций, политической системы должен быть причастен к политической власти как к интегративному качеству данной системы. Иначе, если политическая власть как иитегративное качество не порождается, то о наличии политической системы речи не может идти. Для подтверждения этого вспомним, что сегодня отсутствует всемирная политическая система, несмотря на то, что существует ряд международных политических организаций (политических элементов), взаимосвязанных в какой-то степени между собой, в том числе такая глобальная и влиятельная политическая организация кя Организация Объединенных наций. Однако совокупность этих элементо (международных организаций) не создает интегративного качества си темы в виде политической власти мирового масштаба, а, следователь но, не существует и мировая политическая система |10]. Если мы н шли иитегративное качество политической системы (как основной к°
r nfiiuue положения системного подхода 59 fiaea I- иищ ~~ в понятии политической системы), далее можно выявить или «вы- П°Н и остальные два существенных компонента системы: 1) сово- ЧИ° сть элементов (политических институтов или организаций) и 2) свя- КУ юшие их отношения (политические отношения). ЗЫ Каждый из элементов политической системы должен быть причас- к политической власти как к интегративному свойству этой систе- Причастность элементов системы к политической власти осуществ- ется через системообразующие отношения - политические отношения. Совокупность элементов политической системы должна также удовлетворять требованиям: I) полноты и 2) как правило, принадлежности к «единому ряду». Обычно при этом политическую систему еще расчленяют таким образом, чтобы получить ее структуру в виде системы политического управления. Правда, это может осуществляться не единственным образом. Таким образом, политическую систему можно определить как совокупность политических институтов (организаций), связанных отношениями, порождающими политическую власть как интегративное качество системы. На рис. 1.5 приведена модель, предложенная в [10], в которой политическая система представляется в виде системы управления. Здесь вместо привычного воздействия субъекта на объект управления на первый план выдвигается взаимозависимость между воздействием политической системы на общество, или среду (решения и действия) и обратной реакции общества на политическую систему в виде положительной реакции (поддержка) или отрицательной реакции (требования). В этой модели политическая система управляет обществом (средой). Общество, взаимодействующее с политической системой, выступает в качестве надсисте- '• политическую систему входят разнообразные институты (элементы рганизации), между которыми распределены функции принятия реше- . осязательных для членов общества, и их отношения - функции, до "всецело принадлежавшие государству. внешней и внутренней проблемы складывается проблема опти- спей <-~° ПОЛИТического режима. Внешняя проблема определяется агрес- гДа в of; °ЖН0СТями и соответствием адаптера системы и ее границ. Ко- ды, интенсивностью внешнего воздействия (рис. 1.5), а внутренний ( Тве появляется ощущение, что возможностей адаптера и гра- ния R„ ' ^Ис' '^) становится недостаточно для переработки и отраже- сигнала, в нем потребуются меры по повышению степени
60 И.В. Прангишвшш. Системный подход и общесист. закрытости и наращивания возможностей механизма управления, и на оборот [10]. Но повышение роли механизма управления неизменно дает два по- бочных эффекта. Первый из них состоит в расширении области управ ляемого, когда общество утрачивает способность к самоорганизации, так как механизмы стихийного самоуправления ослабевают; они рано или поздно частично атрофируются. Второй подобный эффект связан с работой принципа необходимого разнообразия. Государство, мобилизующее управленческие ресурсы, снижает степень разнообразия в обществе, и происходит смещение в сторону тоталитаризма. Внешняя среда (общество) Внешняя среда (общество) Рис. 1.5. Модель политической системы управления обществом Сегодня актуальной проблемой является демократизация политической жизни, что подразумевает создание надежных механизмов, обеспечивающих подчинение государства контролю гражданского общества- Для этого необходимо структурирование гражданского общества и Ф°Р' мирование в нем институтов, обеспечивающих организационные форИь взаимодействия с государством. Такими важными институтами могу быть различные партии, создаваемые в целях завоевания и использов ния политической власти и представляющие собой общественные ооъ динения единомышленников. Обеспечение взаимосвязи между госуД V ством и гражданским обществом составляет ее главную сущность, иитегративное качество политической системы. Если она не реалйзУ
Общие положения системного подхода 61 раво ■ по сути, нет партии, несмотря на то, что имеется определенная сЯ' Т она зарегистрирована. Партия способствует установлению взаи- цеЛЬ' , «..pwnv группами депутатов, обычно фракций, в выборных орга- илОСВЯЗИ MG-nvv г J асти (например, парламенте) и «корпорациями» гражданского об- НЗХ „я как это показано на рис. 1.6, заимствованном из [10]. цХеСТВа, л*4 Исполнительная власть Фракция 1 Фракция 2 ГОСУДАРСТВО Корпорация 1 Корпорация 2 Корпорация 3 ГРАЖДАНСКОЕ ОБЩЕСТВО Рис. 1. б. Блок-схема взаимодействия парламентских фракций и корпораций гражданского общества через партии Население воспринимает с пониманием даже самые непопулярные ния парламента, если их поддержат партии, пользующиеся авторите- своих «корпорациях». Если какая-то из «корпораций» (на рис. 1.6 - °Рпорация» 2) не представлена в парламенте, то это проблема пар- Дао Э И всего гражданского общества. Партия интегрирована в госу- Ме нную структуру путем представления в парламенте через парла- суда х пРеДставителей и фракции и поэтому включена в механизм го- енного управления. Так как образование партии является сво- 0рпоРация, например, аграрно-промышленная, нефтегазовая, региональная и т.п.
62 И. В. Праигшивгти. Системный подход и общесист. закопомерносщ бодным волеизъявлением граждан, она включена в гражданское обществ,, и является элементом гражданского общества [10]. Партии, представленные и не представленные в парламенте, отлича. ются друг от друга. В зависимости от их реального положения партии смещаются в сторону или государства, или гражданского общества. Если некая организация именует себя партией, но полностью принадлежит лишь одной из сторон пары противоположностей «государство <-> граж- данское общество», то она может стать, а может не стать настоящей пар- тией [10]. Для политической элиты и государства, которые реально управляют обществом, эффективность их власти определяется степенью достижения поставленных целей. Такой критерий удается описать математически [10]. Высшей целью власти должно быть сохранение стабильности, развитие и адаптация всей системы общества. Поэтому наряду с эффективностью достижения цели следует иметь в виду и эффективность адаптации, гомеостазиса, сохранения и развития общества как такового - эффективность предназначения. По отношению к тому, что в теории управления называют гомеостазисом, а в политической науке стабильностью, адаптацией, сохранением и развитием, все другие цели политической элиты имеют второстепенное значение, и общество, в конечном счете, оценивает эффективность политической власти именно по этим критериям. Для простых людей власть тем эффективнее, чем больше повышается уровень и качество их повседневной жизни. Известно, что обратная связь в управлении, в том числе и в политическом управлении, есть свойство, которое принуждает субъекта управления корректировать свои действия. К числу важных характеристик политической обратной связи, как и обратной связи вообще, относится направление ее влияния - т.е. обратная связь положительная или отрицательная. Отрицательная обратная связь корректирует поведение управ- ляющей подсистемы в сторону ослабления факторов рассогласования, тогда как положительная обратная связь корректирует поведение управляющей подсистемы в сторону усиления факторов рассогласования, результате которого усиливается отклонение. Соотношение положительной и отрицательной обратной связи влияет на поведение системы, п этому важная проблема политического управления заключается в отыск нии оптимального соотношения обратных связей различной полярности формирования механизма их взаимодействия. Политическую обратную связь, как и обычную, можно характери3 вать интенсивностью и жесткостью. Кроме того, политическая обра
. общие положения системного подхода 63 Глава пои управлении социальными объектами имеет явный или ная .-, v-япяктео а также имеет два типа: поддержка или требования. СКРЫТЬ»5 Хсфчы ^, г Гила взаимодействия политической управляемой подсистемы (обще- оциальных объектов) с управляющей характеризуется интенсивно- СГВ ' обоатной связи и возрастает с ростом отклонения объекта управле- С т заданных параметров. Жесткость политической обратной связи в " деленной степени связана с ее интенсивностью, но не тождественна " Жесткость политической обратной связи характеризует степень детерминированности поведения субъекта управления в ответ на воздейст- ие объекта. Так, в обществе жесткость обратной связи показывает степень зависимости субъекта управления (органы власти) от воздействия снизу (общества). В ряде случаев вместо жесткости можно говорить об эффективности политической обратной связи. Отметим, что абсолютная жесткая, а не мягкая, как казалось бы, обратная связь мешает самообучению субъекта. Жесткая положительная обратная связь, как правило, влечет за собой лавинообразное нарастание отклонения от гомеостазиса и может привести к системному кризису или бифуркации с катастрофическим исходом. Мягкая обратная связь менее опасна и находит широкое применение в обществе при гибком политическом управлении. Сложившееся в развитых странах демократии чередование у политической власти левых и правых политических сил наглядно демонстрирует гибкое политическое управление с чередованием жесткой и мягкой обратной связи. Упрощенно схема такого механизма представлена на рис. 1.7 [10]. Левые полит. Правые полит. Отклонение Уровня имущественного ч «равенства л, л, п, пг Оптимальная норма имущественного неравенства ■ Упрощенная схема механизма чередования у власти левых и правых политических сил лы Xfg ^нах ПОлитической власти левые и правые силы образуют кана- ТеРесы И Мягкой обратных связей. Причем правые представляют ин- ^"Ринимателей, а левые - интересы наемного труда и социаль-
64 И. В. Прангишвипи. Системный подход и общесист. закономерц0( ной сферы. Степень жесткости обратной связи зависит от уровня прел ставительства каждой из сторон по соответствующим показателям. Об ратная связь в первую очередь становится более жесткой по левым силам защищающим интересы наемного труда и социальной сферы, если щ выборах побеждают левые (квадраты Л„ Л2) и наоборот, если на выборах побеждают правые силы, представляющие, в первую очередь, интересы предпринимателей, то более жесткой становится обратная связь по защите интересов предпринимателей (квадраты П,, П2). От ситуации в социально-экономической сфере зависит знак обратной связи. Известно, что в экономике наступает некоторый застой, если реальное имущественное неравенство в обществе выше или ниже некоторого показателя «оптимальной нормы имущественного неравенства». Так, когда имущественное неравенство в обществе ниже этой нормы (квадраты Л2 и П2), предприниматели теряют свою заинтересованность в активной деятельности и через канал обратной связи посылается соответствующий сигнал и, наоборот, если имущественное неравенство в обществе выше показателя оптимальной нормы имущественного неравенства, наемные работники теряют свою заинтересованность в активной деятельности (квадраты Л„ П,). В последнем случае лоббирование интересов наемного труда есть отрицательная обратная связь как противодействие чрезмерному имущественному расслоению, а в первом случае, наоборот, лоббирование интересов наемного труда представляет положительную обратную связь, стимулирование имущественного расслоения и застой в экономике. В результате выборов поочередный приход к власти то левых, то правых политических сил обеспечивает поддержание требуемой ситуации, при которой обратная связь по каналам является более жесткой, которая обеспечивает ее отрицательное значение. Так, если после выборов к власти приходят левые политические силы, то они делают обратную связь отрицательной, чтобы сократить чрезмерное имущественное неравенство- Однако, рано или поздно, такое воздействие вызывает по инерции пер£' ход зоны оптимального имущественного неравенства или необходимого баланса, и появляется отклонение, которое обуславливает уже недовольство предпринимателей и застойные явления в экономике, что ведет замене во власти левых на правые политические силы, которые налай*" вают управление, усиливающее имущественное неравенство. Когда ° щество уже по инерции перейдет через зону оптимального имуществей ного неравенства и появится чрезмерное имущественное расслоение о^ щества, обратная связь опять поменяет знак, и новые выборы, как праВ ло, принесут победу левым силам, и так повторяется циклически [Ю]-
nfaaue положения системного подхода 65 Глава 1- иищ ~~~ отметим тот важный факт, что в отличие от нас, во всех раз- £ще p«J " тюанах, как правило, две партии чередуются у власти и опозици- ВИТЫ vr с другом сосуществуют. Так, например, в Англии, как консер- °НН° ая так и лейбористская партии поочередно оказываются то в оппо- вЗТИ то v власти и мирно и конструктивно сотрудничают друг с другом, 111ЦИИ, 'v У „ тг, «же столетия не допускают в стране экономической, социальной, так что у мл/ ческой ситуации, чреватых революционными взрывами. Системное, или целостное, видение объектов, явлений и процессов блюдается не только у гениальных политических деятелей, но и у неко- х Ювестных ученых, у ряда талантливых художников и композито- пов Так, например, в некоторых известных живописных картинах Чюрлениса, по мнению автора работы [36], дано системное видение объекта - на одном полотне можно увидеть одновременное изображение системы, надсистемы и подсистемы. В его картине Соната моря (аллегро) одновременно в трех разных масштабах изображены различные предметы, надсистему образует изображение прибрежных холмов с высоты птичьего полета; систему образуют написанные в другом масштабе волны, они показаны глазами человека, стоящего на мелководье; сквозь воду видна игра света и теней, а на песочном дне видны силуэты рыб; подсистему в картине образуют капли и пузырьки воздуха в крупном масштабе, увиденные почти вплотную [36]. Системное видение мира мы также наблюдаем в некоторых гениальных музыкальных произведениях. 1.10. Системные кризисы, катастрофы и устойчивость развивающихся систем Системный кризис - это переходная стадия в развитии системы, ко- жизненно важные параметры приблизились к предельно допустимым ениям, в результате чего дальнейшее существование системы оказы- я под вопросом. Системный кризис может привести к распаду или У ению системы, если вовремя не принять соответствующие меры. В темь УЧаев такая система вступает в зону бифуркации, и будущее сис- Флукт ан°ВИТСя непредсказуемым, так как под влиянием малейших B°3BDa ""' внешних или внутренних, система либо разрушается, либо может еТ°Я В ноРмаЛьное состояние. Примером системного кризиса легКИх ужить тяжелая болезнь человека, например острое воспаление tynHocT Дй какие"то из основных системных параметров или их сово- Р лижаясь к предельно допустимым значениям, могут поро-
бб И.В. Прангишвипи. Системный подход и общесист. закономерности ждать системный кризис и дальнейшее состояние человека становится непредсказуемым [46]. По прогнозам японцев из-за проблемы энергоресурсов Японию в ближайшем будущем неминуемо ждет системный кризис, для разрешения которого они уже сегодня начали серию экономических и социальных реформ и предпринимают меры по освоению российских месторождений сырья и использования наших энергетических ресурсов на Дальнем Востоке и в Сибири [31]. Аналогично этому российскую социально-экономическую систему тоже ждет системный кризис, если вовремя не будут проведены необходимые экономические и социальные реформы. Системный кризис иногда называют системной «болезнью». Такая «болезнь» на практике может развиться в одном из трех направлений: - первое, когда в результате кризиса, или «болезни», система разрушается или «умирает» из-за того, что управление системой в кризисной ситуации оказалось малоэффективным; - второе, когда система выходит из кризисного состояния и «выздоравливает» за счет эффективного управления или способности к самовосстановлению; - третье, когда системная болезнь переходит в стадию хронической болезни и требует очень длительного лечения. Преобразования систем могут быть постепенными, медленными, а могут быть быстрыми, кризисными, революционными. Особый вид кризисов представляет собой очень резкие, скачкообразные преобразования систем. Сущность любого скачкообразного преобразования заключается в таких резких изменениях отдельных структурных элементов системы или системы в целом, которые приводят к внезапному изменению путей ее дальнейшего развития. Некоторые формы скачков можно рассматривать как катастрофы1. Так, некоторые революции, например, французскую или российскую, можно рассматривать как катастрофу прежней политической системы и как скачок в развитии общества [46]. Финальная стадия любого системного кризиса является лишь временной. Рано или поздно она неизбежно становится исходным пунктом для новых преобразований. Это, в первую очередь, относится к сложным системам, особенно биологическим, социальным, политическим, экологическим. В линейных системах результаты кризиса как бы уже заданы в их структуре и в их отношениях со средой. Но когда речь идет о доста- 1 Катастрофой обычно, в житейском плане, принято считать некоторые внезапные отрицательные события.
Глава 1- Общие положения системного подхода \ 67 точно сложных нелинейных системах, особенно социальных или биологических, обычно существует несколько возможных путей развития кризиса, и поэтому прогноз результатов преобразований затруднителен. Особые формы кризиса, представляющие катастрофы, приводят к разрушению системы, ее распаду и даже гибели. Катастрофы бывают двух типов: экзогенные и эндогенные. Эндогенные катастрофы возникают внутри самой системы, в ходе ее развития. К эндогенным катастрофам можно отнести такие процессы, как естественная смерть одряхлевшего организма или радиоактивный распад вещества. В отличие от эндогенных катастроф, экзогенные катастрофы характеризуются внезапностью и вызваны воздействием различного рода внешних событий, как, например, молния, землетрясение, наводнение, взрыв, столкновение с другими аналогичными системами (например, столкновение двух самолетов или поездов) и т.п. [46]. Эндогенные катастрофы кончаются коллапсом или развалом (распадом). Коллапс, как правило, характеризуется возрастающим ослаблением внутрисистемных связей, приводящим к внезапному разрыву их и, как следствие, разрушению системы. Примерами коллапса может служить распад империи или государственной системы, распад СССР, Югославии, Чехословакии, КПСС, распад деморализованной армии. При коллапсе, и особенно при взрывной катастрофе, освобождается большое количество энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени, которая используется либо для разрушения других систем, либо для созидания [46]. В математике существует теория катастроф, где слово «катастрофа» обозначает скачкообразное изменение, возникающее как внезапный ответ на плавное изменение внешних условий. В диалектической логике то, что в математике именуют катастрофой, обозначают как скачок, переход в новое качественное состояние. Тем более надо видеть разницу между катастрофой в специальном математическом и общеупотребимом социологическом смыслах. Однако далее результатом катастрофы будем называть внезапную гибель системы. Катастрофа и кризис системы в ряде случаев могут служить необходимым фактором сохранения и развития. Аналогично тому, как устойчивость и стабильность системы не подразумевают отсутствия развития и неподвижность системы, катастрофы и Ризисы не всегда приводят к разрушению и деградации системы. В сфе- ре производства и экономики кризисы играют неоднозначную роль, так
68 ff.B. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности как они могут выступать либо как фактор дезорганизации и разрушения, либо как фактор начала организации и развития системы. В эволюции развития сложных систем весьма значительна роль процессов дифференциации и интеграции. Системная интеграция основывается на механизме отбора, сохраняющем и усиливающем те связи и соотношения, которые увеличивают структурное и функциональное соответствие элементов системы, их координацию, и ослабляющем и разрушающем неустойчивые соотношения. Важным системным свойством является также системная инерция, которая определяет время, необходимое для перевода системы из одного состояния в другое при заданных параметрах управления. Чем инерционнее система, тем больше времени требуется для перевода системы в нужное состояние. Как показала практика, из-за значительной инерционности системы и неэффективного управления в нашей стране существенно затянулся перевод планово-централизованной экономической системы в рыночный режим и авторитарно-диктаторской системы управления в демократический режим. Известно, что условием существования любой системы является определенная степень ее устойчивости к тем возмущающим воздействиям, которым она постоянно подвергается. Слово «устойчивость» всегда подразумевает, что, несмотря на «возмущение» система сохраняет неизменными некоторые свои свойства и те характеристики, которые делают ее данной системой. Конечно, всякая устойчивость относительна. Система, вполне устойчивая в определенных условиях, окажется неустойчивой в иных, мало благоприятных условиях. Устойчивость системы понимают как способность системы сохранять динамическое равновесие со средой, как способность к изменению и адаптации. Увеличение устойчивости кибернетических систем иногда прямым образом связано с повышением сложности систем (резервированием), с усложнением реакции на внешние воздействия. Нередко сравнительно более устойчивой, при прочих равных условиях, оказывается система, содержащая больше число элементов. Известно, что при ухудшении климатических условий небольшие экосистемы страдают больше, чем крупные. Аналогично, при высыхании водоемов в одних и тех же климатических условиях скорее высохнут небольшие пруды, чем крупные озера. На самом деле, во многих случаях общая устойчивость системы повышается с ростом числа элементов только тогда, когда увеличение числа элементов не приводит к уменьшению структурной устойчивости системы. Так, при землетрясении многоэтажные здания разрушаются скорее,
Глава 1. Общие положения системного подхода 69 чем малоэтажные постройки. В общем случае устойчивость системы зависит не только от количества ее элементов, но и от характера самих элементов, способов их сочетания и вида их структурных связей. К примеру, хорошо организованная небольшая армия может быть боеспособнее и устойчивее, чем значительно превосходящая ее по численности, но слабо организованная [46]. Структурная устойчивость системы бывает статической и динамической. Если устойчивость разных элементов системы по отношению к внешним воздействиям различна, то общая устойчивость системы определяется наименее устойчивым или слабым элементом. Это явление представляет собой реализацию принципа наименьших сопротивлений - где тонко, там и рвется. Закон наименьших сопротивлений формулировался независимо в разных областях науки, на разном конкретном материале и в разных формах. Главной функцией многих систем является сохранение системы как целого. Для таких систем функционирование представляет собой выражение устойчивой реакции системы на внешние воздействия. Это, в первую очередь, относится к системам управления, кибернетическим системам, функциональным по своей сущности. В них элементы функционирования подчиняются общему плану функционирования системы, который направлен на получение полезного или необходимого результата для достижения заложенной в системе цели. Ь 1.11. Организованность и упорядоченность системы Хотя структура системы, являющейся наиболее консервативной характеристикой системы, может длительное время сохраняться неизменной, но в это же время состояние системы может изменяться. Структура системы определяет внутреннюю упорядоченность и организованность системы. Уровень организованности или упорядоченности определяется степенью отклонения системы от максимально неупорядоченного состояния. Он обуславливается достаточной структурной и Функциональной сложностью системы, степенью разнообразия ее элементов и связей между ними, многотипностью и количеством элементов и «язей между ними [17]. В качестве меры упорядоченности или организованности системы обычно понимают степень отклонения состояния системы от ее тер-
70 И. В. Прангишвипи. Системный подход и общесист. закономерности модинамического равновесия. К. Шенон эту степень отклонения обозначил через «избыточность». Уровень организованности или упорядоченности системы оценивают величиной: D 1 ре™ rlJ К — 1 = ' где Э - реальное или текущее значение энтропии (неопределенности) системы, НЭ- негэнтропия системы, Эмакс - максимально возможная энтропия или неопределенность по структуре и функции системы. Из уравнения следует, что переход к более высокому уровню упорядоченности и организованности системы означает уменьшение ее текущей неопределенности (энтропии) за счет накопления информации (негоэнтропии). Поэтому для повышения организованности системы необходим приток извне, из среды и изнутри информации и энергии. Если система полностью детерминирована и организованная, то R = 1 и Э = 0. Если же система полностью дезорганизованная, то R = Q и Э = Э%шкс Для любой вероятностной системы мера относительной организованности лежит в пределах 0 < R < 1. Считается, что организованность системы представляет более высокую ступень упорядоченности системы. Организованная система способна бороться за поглощение, сохранение и увеличение НЭ против энтропии Э. Организованность и упорядоченность системы повышается только при целесообразном и направленном взаимодействии элементов системы. Если возникают случайные факторы, различного рода флуктуации, шумы, то они не способствуют росту организованности системы, а, наоборот, нарушают программу функционирования системы. Как известно, любой элемент системы обладает большим количеством свойств, одни из которых при формировании межэлементных связей усиливаются, а другие, напротив, подавляются, но не до конца. В связи с этим при формировании системы возникают не только «полезные» функции, обеспечивающие сохранение ее особенностей, но и дисфункции, негативно влияющие на функционирование системы. Главными системными функциями являются: элементная совместимость, возможность реализации из элементов свойств системы, интенсивность функции, степень детерминированности, изменчивость и т.п. Известно, что для воз-
Глава 1- Общие положения системного подхода 71 никновения (порождения) системы нужны системосоздающие факторы, а для разрушения системы - системоразрушаюшие факторы. К системо- разрушаюшим факторам, прежде всего, относятся: внешние воздействия, развитие дисфункции, возрастание энтропии. Внешние воздействия разрушают систему тогда, когда их сила (мощность) становится выше силы (мощности) внутренних связей системы. Что же касается развития дисфункции системы, то она взрывает систему изнутри. Возрастание энтропии происходит из-за дезорганизующих внешних воздействий, износа и перерождения внутренних связей [27], деградации элементов системы. Сложность системы определяется количеством и разнообразием типов элементов, внутренних межэлементных связей и связей системы со средой. Уровень или степень сложности системы больше зависит от разнообразия связей и элементов, чем от их количества [17]. Нелинейные системы, как правило, являются сложными. Нелинейность приводит к тому, что ее переменные не только зависят от времени, но и являются функциями других переменных, влияют друг на друга. Одной из важнейших задач оптимизации системы является достижение максимальной организованности при той же сложности или уменьшение сложности при данном уровне организованности. Для совершенствования организованности сложных систем существует два основных пути: - экстенсивный, который обеспечивает уменьшение количества элементов и связей между ними, но повышает сложность и функции исходных элементов и связей между ними и тем самым повышает сложность всей системы. Этот путь связан, как правило, с разнородными, гетерогенными элементами; - интенсивный, который приводит к резкому увеличению количества элементов в системе и многократному увеличению числа связей между ними. Этот путь связан, как правило, с однородными структурами и с гомогенными элементами, правда, могут быть простые, но гетерогенные элементы. Системы в природе и обществе могут классифицироваться: - по взаимодействию со средой или с другими системами на открытие и закрытые (замкнутые, изолированные) системы. Система называет- Ся за*фытой, если она по веществу, энергии и информации не взаимодей- твует и не обменивается ни с какими другими системами. В реальном иРе полностью закрытых систем не существует, они существуют теоре- Ически. Открытые системы постоянно взаимодействуют с окружающей РеДой или с другими системами, и при этом происходит обмен вещест-
72 И. В. Праигишвили. Системный подход и общесист. закономерности вом, энергией или информацией. Открытые системы не могут существовать без взаимодействия со средой или другими системами; - по однородности или разнообразию структурных элементов системы бывают гомогенные, или однородные, и гетерогенные, или разнородные, а также смешанного типа. В гомогенных системах, например, в газах, жидкостях или в популяции организмов, структурные элементы системы однородны и поэтому взаимозаменяемы. Гетерогенные же системы состоят из разнородных элементов, не обладающих свойством взаимозаменяемости; - по равновесию системы делятся на равновесные, или уравновешенные, и неравновесные, или неуравновешенные. В равновесных системах, если идут изменения одновременно в двух противоположных направлениях (противоположные процессы), то они взаимно компенсируются или нейтрализуются на некотором уровне. Каждое из возникающих изменений уравновешивается другим, ему противоположным, и система сохраняется в равновесном состоянии. Примером равновесных систем является организм, общество, экосистема и др. В неуравновешенных системах, наоборот, если идут изменения одновременно в двух противоположных направлениях, то одно из них преобладает, система преобразуется в эту сторону и равновесие нарушается. Однако это нарушение равновесия иногда может совершаться столь медленно, что система производит впечатление равновесной (ложное равновесие). Примером ложного равновесия является пламя; - по степени определенности функционирования: а) детерминированные, когда поведение их в любой момент времени предсказуемо; б) вероятностные, когда их поведение в любой момент времени точно нельзя определить; - по степени сложности: а) простые; б) сложные, но поддающиеся описанию и в) очень сложные (слабоформализованные, слабоструктурированные), не подающиеся описанию, причем слабоструктурированные и трудноформализуемые задачи несут в себе неопределенность, неоднозначность и имеют качественный характер и поэтому создание для них традиционных количественных формальных моделей невозможно или возможно, если использовать субъективные нечеткие оценки. Для таких задач более целесообразно применение качественных, когнитивных моделей; - по природе систем: а) физические и абстрактные; б) естественные и искусственные;
Гчава L Общие положения системного подхода 73 - по управлению: а) простые; б) сложные; в) сверхсложные в управлении. В простых технических системах управление автоматическое или полуавтоматическое, когда управляющий сигнал влияет на рабочие параметры. В сложных технических системах роль управляющего звена выполняет ЭВМ. В сверхсложных системах управление строится с участием, как ЭВМ, так и человека. Сложные и сверхсложные системы иногда называют большими системами. Если в системах процесс управления описывается алгоритмически или формализовано, то такая система, как правило, поддается полной автоматизации и участие человека в управлении не требуется. Чем неопределеннее управление, чем меньше оно поддается алгоритмизации или формализации, тем сложнее система и тем важнее роль человека по принятию управленческих решений [68]; - по стабильности цели и целенаправленности системы: а) когда цели системы определены, установлены и не меняются в процессе функционирования системы. В таких системах управление направляет систему к определенной цели; б) когда цели формируются и изменяются в зависимости от изменения условий функционирования системы. Все социально- экономические и некоторые технические системы обладают способностью изменять и формировать новые цели в процессе реагирования на изменения условий их функционирования и развития [17]. 1.12. Системный комплекс и межсистемный подход. Взаимные превращения системных комплексов и систем Ряд специалистов вводят понятие системного комплекса [11] как совокупности взаимодействующих систем, например, человеко- машинного типа. Источником функционирования системного комплекса является необходимость осуществления взаимодействия между системами. Именно взаимодействие между системами определяет и объясняет активность отдельных систем и задает многовариантность действий. Различная направленность этой активности соответственно обуславливает характер и динамику развития системного комплекса. Межсистемные взаимодействия неоднозначно обуславливаются индивидуальными целями каждой из систем, в зависимости от того совпадают или не совпадают Ти цели между собой. В человеко-машинных и социальных системных °мплексах эти межсистемные взаимодействия могут определяться также °бщими, иногда неопределенными, целями, ценностями и нормами раз-
74 И.В. Праигишвили. Системный подход и общесист. закономерности личного вида, например профессиональными, нравственными, этическими. Превращение систем в системный комплекс (и наоборот) может происходить различными способами. Так, распад системы на отдельные самостоятельные системы (или микросистемы), которые до этого являлись ее подсистемами или элементами, и образование из них системного комплекса осуществляется вследствие появления иррациональных взаимодействий между ними и сопровождается сужением первоначальных границ управления. Объединение (синтез) систем, входящих в системный комплекс, в общую систему (макро или метасистему), реализуется в процессе трансформации иррациональных межсистемных взаимодействий и преобразования их в рациональные, что приводит к расширению границ управления. При превращении системы в системный комплекс в качестве наиболее значимых свойств выступают рациональность взаимодействий систем и установление границ управления. В связи с этим считается целесообразным определять систему как объект, представляющий собой некоторое множество элементов, находящихся в рациональных отношениях и связях между собой и образующих целостность, единство, границы которого задаются пределами управления. При таком определении системы понятие «система» и «системный комплекс» становятся взаимодополняющими. Причем, понятие «взаимодействие» нельзя использовать в качестве основного системного признака, так как просто взаимодействие между большим количеством элементов неизбежно приводит к хаосу, если не содержит дополнительных факторов, которые его упорядочивают и приводят к взаимосодействию [11]. Системный комплекс, представляя совокупность взаимодействующих систем, обладает некоторым количеством важных принципов, среди которых выделим: 1) принцип соединенности, отражающий наличие иррациональных межсистемных взаимодействий при объединении самостоятельных систем в системный комплекс; 2) принцип неупорядоченности множества, определяющий состав совокупности систем, входящих в комплекс; 3) принцип вариантности, задающий многообразие и допускающий значительную изменчивость типов межсистемных взаимодействий; 4) принцип иррегуляции, выражающий непропорциональность и несоизмеримость между взаимодействием и его результатом в процессе межсистемных взаимодействий", 5) принцип неоднозначной обусловленности, определяющий содержание и характер межсистемных взаимодействий в зависимости от соотношения между целями, ценностями и нор-
r,lUea I- Общие положения системного подхода 75 мами отдельных систем; 6) принцип разнонаправленное™ активности, который раскрывает возможность многовариантности процессов функционирования и развития системного комплекса. Если системный подход условно можно считать внутрисистемным подходом, то системно комплексный подход можно условно считать межсистемным подходом. Отметим, что межсистемные взаимодействия могут быть многообразными, часть из них имеют интегративный (объединяющий) характер, например, когда между системами имеется сотрудничество, содействие и поэтому из взаимодействующих систем образуется новая метасистема (надсистема), или новая более сложная система, более высокого уровня, или системный комплекс. Однако при деструктивных или дезынтегри- рующих взаимодействиях между собой, каковыми являются конфликты, противоборство, конкуренция, направленные на разрушение целостности, метасистемы вряд ли могут образовываться [11]. Ряд ученых считают, что системную проблематику следует разделить на учение о целостных системах и учение о системных комплексах. В. П. Кузьмин [38] говорит, что при изучении системного комплекса понятие «целостность» лучше заменить понятием «единство», так как это понятие более широкое и менее определенное, менее строгое. При рассмотрении системных комплексов часто акцент делается на разнокачест- венности составных или взаимосвязанных систем, например в системных комплексах типа природа и общество, человек и коллектив, человек и машина, и единство в системном комплексе достигается путем преодоления разнокачественное™ составных систем путем согласования их взаимодействий. Если внутрисистемные взаимодействия или взаимодействия между элементами или подсистемами внутри обычной системы, как правило, предсказуемые, упорядоченные, целесообразные, устойчивые и являются рациональными, то в системных комплексах наряду с системами одного качества могут быть соединены и системы разного качества, при Этом иррационально взаимодействующие между собой множества самостоятельных систем образуют системный комплекс. Под понятием «иррациональность» понимается неупорядоченность, нецелесообразность, неопознаваемость, непредсказуемость, пара- °ксальность. И эти свойства актуализируются в ходе межсистемных 3аимодействий, тогда как внутри системы взаимодействия между эле- ентами и подсистемами рациональные, а значит целесообразные, ус- ичивые, предсказуемые, упорядоченные. В отличие от целостности,
76 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности обусловленной рациональными формами внутрисистемного взаимодействия, т.е. то, что мы видим в системах, системный комплекс представляет собой некоторое множество иррационально взаимосвязанных самостоятельных систем. В силу неупорядоченности межсистемных взаимодействий в комплексе, многообразия их типов (например, конфликт и сотрудничество, подчинение и доминирование, содействие и противодействие), а также их значительной вариантности, входящие в комплекс системы часто не образуют какой-либо структуры и соответственно не имеют уровней иерархии [11]. Источником функционирования системного комплекса является взаимодействие между составными системами. Это определяет активность систем и ее направленность. Различная направленность этой активности обуславливает динамику и характер развития системных комплексов. Основным качеством системного комплекса, прежде всего, является принцип соединенности. Принцип неупорядоченности и вариантности задают изменчивость и многообразие совокупности систем, входящих в комплекс, и межсистемных взаимодействий. Принцип иррегуляции проявляется в несоизмеримости между воздействиями и их результатами. Принцип разнонаправленной активности и, наконец, принцип неоднозначной обусловленности раскрывает возможность многовариантности процессов функционирования и развития системных комплексов. В самом деле, межсистемные взаимодействия неоднозначно определяются индивидуальными целями составных элементов, ведь эти цели могут совпадать или не совпадать между собой. В социальных системных комплексах взаимодействие характеризуется более общими, чем индивидуальные, целями и ценностями. Здесь возникают общие нравственные, этические или профессиональные ценности и нормы. Для межсистемных взаимодействий и системных комплексов больше характерна ценностная, чем целевая, ориентация; а целевая ориентация больше характерна для внутрисистемных взаимодействий и обычных целостных систем [11]. Различные системы разными способами могут образовывать системный комплекс, но только вследствие появления иррациональных взаимодействий между самостоятельными системами образуется он и к нему нельзя применять принцип системного подхода. Распад системы на отдельные самостоятельные системы (микросистемы), которые до этого считались ее подсистемами или элементами, также происходит из-за появления иррациональных взаимодействий между ними и сопровождается сужением первоначальных пределов управления. Иногда преобразование (трансформация) иррациональных межсистемных взаимодействий в ра"
Глава 1- Общие положения системного подхода 77 ииональные позволяет быстро объединить самостоятельные системы в единое целое и применить к ним системный подход. При рациональном взаимодействии систем расширяется предел их управляемости. В системам комплексе иногда встречаются межсистемные взаимодействия, близкие к рациональным, например в технических комплексах в основных режимах эксплуатации и управления, в социальных коллективах в условиях жесткой иерархии и субординации, у человека в его хорошо освоенной профессиональной деятельности при выполнении «автоматом». Во всех этих приведенных случаях можно пренебречь потенциальной иррациональностью межсистемных взаимодействий и системный комплекс рассматривать как «квазисистему», тогда можно применять к нему, как к системе, принцип системного подхода. Таким образом, во взаимных превращениях систем и системных комплексов в качестве важнейших свойств выступает рациональность (а не иррациональность) взаимодействий и существование предела в управлении. Поэтому в [11] предлагается следующее новое определение системы: система - это объект, представляющий собой некоторое множество элементов, находящихся в рациональных отношениях и связях между собой и образующих целостность, единство, границы которого задаются пределами управления. Предложенное определение системы позволяет делать взаимодополняющими понятия системы и системного комплекса, что позволяет непротиворечиво анализировать широкий спектр самых разнообразных, даже взаимоисключающих и противоположных по своей природе явлений, которые ранее произвольно объединялись в одно понятие система. При таком определении системы, когда игнорируется целостность как ее основное свойство и для определения используются различного рода отношения, связи или взаимодействия между множеством элементов, почти отпадает необходимость в других определениях систем [11]. Использование понятия системного комплекса позволяет анализировать хаотические процессы как один из аспектов иррационального, тогда как раньше в системном плане рассматривали «хаотические системы», в которых в одном понятии соединены два взаимоисключающих явления и которые означают буквально «беспорядочный порядок» [11]. Доказано, что в каждой системе существует наивысший уровень иерархии, который не подчиняется непосредственному управлению извне. Тот уровень будет являться верхней границей системы, за которой ее е°бходимо рассматривать как автономную систему или как систему, х°Дящую в некоторый системный комплекс. Этот фактор иногда назы-
78 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности вают парадоксом иерархичности. С парадоксом иерархичности тесно связан и парадокс целостности [11]. Наличие системного комплекса и межсистемного подхода позволяет совершенно по другому подходить к решению проблемы эволюции как процесса перехода от простого к сложному, чем при наличии системы и системного подхода. В системном подходе в качестве механизма эволюции предлагается самоорганизация системы за счет изменения структуры системы при сохранении своей целостности в процессе адаптации к среде. Изменение окружающей среды, как правило, определяет эволюцию систем, и, следовательно, источник эволюции или развития систем находится не внутри системы, а вне системы, в окружающей среде. При межсистемном подходе в системном комплексе, когда происходит взаимодействие разных систем, активность системы определяется, главным образом, не адаптацией системы к окружающей среде, а необходимостью установления взаимодействия с другими системами. При этом происходит изменение типа взаимодействия между системами в сторону снижения иррациональности и роста рациональности, например, вместо взаимодействия типа конкуренции или противоборства возникает взаимодействие типа партнерства, сотрудничества или содействия. В межсистемных взаимодействиях наблюдается иррациональность взаимодействия, но когда на определенном этапе развития системного комплекса межсистемные взаимодействия упорядочиваются и приобретают все более однозначный и устойчивый характер, создаются условия для перехода к рациональному типу взаимодействия. Именно тогда системный комплекс может трансформироваться в метасистему [11]. И тогда уже может применяться системный подход. Образование метасистемы за счет рационализации межсистемных взаимодействий неизбежно увеличивает сложность, так как расширяются пределы управления, увеличивается количество уровней иерархии и формируется новое системное качество - целостность. Следует заметить, что в системном комплексе переход от иррационального к рациональному межсистемному взаимодействию, и тем самым образование «квазисистемы», «метасистемы», происходит относительно редко. Иррациональность межсистемных взаимодействий в системном комплексе может не меняться никогда на рациональность, а может даже усиливаться вплоть до прекращения любых форм взаимодействия и, вследствие этого, распада системного комплекса на полностью автономные системы либо даже разрушения на отдельные системы [И]- Межсистемный подход, взамен системного, позволяет объяснить ря# противоречий, так как постулирует возможность иррациональных форМ
Глава I- Общие положения системного подхода 79 взаимодействий, отсутствие целостности, иерархии и управления в сложных объектах, в частности в сложных человеко-машинных комплексах, а также в психических явлениях. Использование межсистемного подхода для изучения человеко-машинных объектов как системных комплексов предполагает рассмотрение человека как наиболее сложного объекта природы. Технические объекты, в которых осуществляется взаимное резервирование человека-оператора и автоматики, следует рассматривать как человеко-машинные системные комплексы. Так называемый равнозначный подход к автоматизации, изложенный в [11], является следствием межсистемного подхода, так как направлен на преодоление иррациональности межсистемных взаимодействий в «запроектных» (нерасчетных) ситуациях управления и одностороннего доминирования автоматики или оператора. При создании перспективной техники возникает вопрос преодоления как структурной, так и функциональной сложности, и тогда создаваемые объекты необходимо рассматривать как системные комплексы, так как могут возникнуть иррациональные межсистемные взаимодействия и необходимо преодолеть неизвестность, непознаваемость [11]. С другой стороны, в процессе развития средств автоматизации и разработки новых математических методов возможно и преодоление сложности управления, ранее возлагаемого на человека-оператора, и поэтому вновь создаваемые человеко-машинные объекты можно рассматривать как системы, а не системные комплексы, и применять к ним системный подход. При исследовании возможности безопасного и надежного функционирования сложных человеко-машинных комплексов и создании таких комплексов, особенно потенциально опасных объектов, таких как атомные станции, пилотируемые космические станции, химические комбинаты и др., используются три подхода к конструированию человеко- машинных комплексов, предусматривающих три способа распределения Функций между человеком и автоматикой: 1) Человеку-оператору отдается центральная или главная роль в кон- ТУре управления техникой и обеспечения безопасности и надежности функционирования объекта. Однако из-за сложности процессов, большо- г° числа параметров и дефицита времени даже очень опытный оператор допускает ошибки и не справляется с задачами в экстремальных ситуаци- х- А некоторые аварии на объекте могут быть «запроектными», нерас- Итанными, и непредусмотренными в алгоритмах функционирования хники. В этих сложных и неопределенных ситуациях оператор не
80 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности справляется с качественным анализом происходящего и не может принимать правильное управленческое решение. Вот в этих-то нестандартных и заранее не изученных ситуациях проявляются различные формы иррационального поведения человека-оператора в межсистемном взаимодействии в системном комплексе типа «человек-машина». 2) Когда разработчики техники или человеко-машинных комплексов проблему безопасности и надежности стремятся решать средствами автоматики и поэтому отдают приоритет автоматическим режимам управления, а человеку-оператору отводится второстепенная роль и возлагаются на него только те функции, которые автоматика не может выполнить. В самом деле, огромные возможности компьютеров, технических средств измерения и управления позволяют автоматизировать не только процессы внутрисистемного, но и многого межсистемного взаимодействия технических систем в системных комплексах. Но при этом межсистемное взаимодействие несет много неопределенного и неизвестного из- за отсутствия полной формализации процессов взаимодействия при неоднозначности критериев оценки безопасности, надежности и эффективности функционирования систем. Наличие «запроектных» нерасчетных аварийных ситуаций делает невозможным использование традиционного резервирования отказавшего блока системы. Поэтому разработчики программного обеспечения и не гарантируют надежность и безопасность контура управления потенциально опасными объектами [11]. 3) В [11] предлагается третий подход, названный авторами равнозначным подходом, суть которого заключается в том, что человек- оператор и машина-автоматика взаимно резервируют друг друга. В соответствии с принципом взаимного резервирования автоматика резервирует человека-оператора за счет принудительного повышения степени автоматизации до возможного автоматического режима при превышении некоторого допустимого диапазона сложности субъективной деятельности. С другой стороны, оператор резервирует автоматику с помощью самостоятельного снижения степени автоматизации от полуавтоматического режима до ручного при возникновении не устраняемых автоматически отказов или «запроектных» (нерасчетных) ситуаций управления. Принцип взаимного резервирования в предложенном равнозначном подходе позволяет обеспечить надежность и безопасность функционирования автоматики за счет попеременной смены ведущих ролей автоматики и человека-оператора в контуре управления. Человек-оператор и разработчики должны нести равную ответственность и иметь равную значимость в обеспечении надежности контура управления техникой. В [И]
г„ава 1 Общие положения системного подхода 81 вводится новое понятие - сложность управления, отражающее неоднозначности в организации межсистемного взаимодействия, таким образом, равнозначный подход предлагает решать проблему безопасности и надежности за счет смены доминанты в контуре управления между автоматикой и человеком-оператором [11]. 1.13. Концептуальные основы системного подхода н содержание современной инженерной практики Основные системные концепции, изложенные в теории систем Л.Фон Барталанффи [33], в кибернетике Н. Винера [34], в тектологии А.А. Богданова [39] и в функциональной теории организации М.И. Сет- рова [40], представляют разные стороны противостояния разрушительному действию второго закона термодинамики, или энтропии. Напомним, что первый закон — это закон сохранения энергии. Второй закон термодинамики иногда называют законом причинно- следственной связи. Очевидно, что вся история инженерной деятельности связана с освоением методов созидательного использования закона причинно-следственной связи. Термин «система» главным образом используется там, где речь идет о чем-то целом или собранном из компонентов вместе, упорядоченном, организованном, но при этом не говорится о критерии, по которому компоненты собраны, упорядочены, организованы. Системный подход должен быть органическим свойством инженерной практики. Концепция системного подхода, в ее совершенном виде, должна предложить структуру общих свойств до этого, казалось бы, разнородных явлений и процессов. Концептуальное определение системы также формирует неформальный образ создаваемого технического объекта, слабо связанный с видом его конкретной реализации. Будучи при этом конкретным, оно позволяет дать основу для дальнейшего развития современных системных представлений. По-видимому, совершенный системный подход сможет обслуживать исследовательскую и инженерную практику независимо °т природы и вида объектов. Возникает вопрос, каковы причины современного кризиса в разви- Ии системных идей. Как правило, причинами кризисов в развитии тех Ли иных направлений или отраслей науки является недостаточность л°5кившегося понятийного аппарата для характеристики системах идей вновь открытых факторов и его использования в инженер- и практике. Для понимания современного кризиса в развитии сие-
82 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности темных идей важно также осознание инженерной практики как процесса познания. Понятийный аппарат системы представляет: целостность, компонент, элемент, связь между компонентами или их отношения, структура системы и т.п. Небесполезно вспомнить, что термин «кибернетика» для обозначения науки об управлении впервые ввел A.M. Ампер, а первая научная работа, посвященная кибернетике как науке об управлении, появилась в 1834 г. Правда, многие считают, что автором термина является Н. Винер. Как упоминалось выше, понятие системы и основы современного системного понимания впервые были изложены в «теории систем» Л.Фон Барталанффи. Затем концептуальная системная теория была изложена в «тектологии» А.А. Богданова, которая позже была развита МИ. Сетро- вым как функциональная теория организации. Однако эти работы пока не привели к созданию общей теории систем. Основы современного системного понимания были отражены также в «Кибернетике» Н. Винера. В 60- е-70-е годы в системных представлениях возникли некоторые изменения и уточнения, которые оказались плодотворными и принесли многочисленные результаты. В том числе: были созданы прикладные методы решения сложных практических задач; возникшая теория управления позволила описать и моделировать ранее не формализованные задачи; были получены инженерные решения в ракетно-космических системах, системах связи, в вычислительной технике и т.п. Наличие нескольких концептуальных теорий систем свидетельствует о том, что в настоящее время отсутствует совершенная концепция системного подхода, которая могла бы обобщить различия между существующими несколькими концептуальными теориями систем, что убедительно показано в работах М.И. Сетрова [40]. Под инженерной практикой будем понимать одну из сторон деятельности людей, связанную с созданием (проектированием, конструированием, изготовлением) и эксплуатацией технических средств, предназначенных для достижения поставленной цели. В середине 80-х годов наблюдается некоторый спад в интересе к системным проблемам, причиной чего является незавершенность современных системных представлений и недостаточная конкретность понятийного аппарата для обслуживания инженерной практики. Естественные системы, созданные природой, дающие нам представление об устройстве природы, выражены на языке, порожденном природной практикой.
Гпава 1- Общие положения системного подхода 83 Искусственная система, созданная человеком, представляет интегра- хивный механизм управления, обеспеченный энергетическими возможностями, которые устойчиво поддерживает необходимый уровень корреляции причинно-следственных связей между актуализацией этих возможностей и достижением поставленной цели. Понятие «интегративный механизм» по своей структуре отражает эволюцию взглядов на сущность систем. По своей сущности система имеет образ сложно взаимодействующего логического механизма, осуществляющего целенаправленное управление использованием различных энергетических, информационных и вещественных ресурсов, оказавшихся в ее распоряжении. Системный или целостный подход означает, что каждая система является целой - интегрированной даже тогда, когда она состоит из отдельных разбросанных функциональных подсистем [41]. Слово интегрированный имеет важное значение. Как было указано выше, для системы важны понятия организация и структура. Эти понятия позволяют раскрыть основные внутренние свойства системы. Функциональная организация является наиболее интегрирующим аспектом по отношению к теории систем и кибернетике. Определение элемента системы как минимально неделимой части системы не удовлетворяет потребностям современной инженерной практики. На самом деле, понятие «элемент системы» содержательно должен быть разделен на два понятия: - энергетические элементы - отдельные энергетические возможности (ресурсы управления системы); - кибернетические элементы - механизмы управления проявлением отдельных энергетических возможностей. Энергетические возможности и средства, имеющиеся в объекте, предоставляют возможности для нужного управления объектом, например, на лодке с людьми весла, мотор представляют собой средства для использования энергетических возможностей лодки и позволяют управлять лодкой в нужном направлении. Так, если лодка имеет собственные средства в виде весел, руля и мотора и энергетические возможности, тогда лодка может двигаться не по течению случайным образом, а целенаправленно и против течения реки, преодолевая энергию потока или энергию течения реки, если энергетические возможности лодки значительно больше энергии течения реки. Люди, освоив новые энергетические возможности, часто считают, то могут противостоять любому течению событий. Однако на практике
84 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности это часто не оправдывается. Примером является гибель «Титаника» с огромными энергетическими возможностями. Вообще было отмечено, что самопроизвольный'или естественный ход событий заключает в себя поток энергии (например энергия течения реки), который не несет созидательного начала. Самопроизвольно идут только процессы разрушения. Противостоять разрушению может созидательный поток энергии, возникающий в результате целенаправленных действий людей при целенаправленном управлении. Именно создание людьми созидательного потока энергии, противостоящего разрушению, является созидательным использованием закона причинно-следственных связей [37, 40]. Достижение поставленной цели в ходе созидательной деятельности людей представляет собой процесс устойчивого целенаправленного преобразования исходной ситуации в конечную, связанную с достигаемой целью. Таким образом, сущность инженерной практики в ее современном понимании можно охарактеризовать как обусловленное целями созидательной деятельности, и в том числе, направленное энергетическое воздействие на естественный ход процессов [41]. Для формирования этого воздействия должна быть понята интегративная причинно-следственная связь, характеризующая все аспекты целенаправленного преобразования начальной ситуации в конечную и выбраны энергетические ресурсы, обеспечивающие необходимый уровень этого воздействия при неблагоприятном ходе естественных событий. Люди осваивают все более высокие энергетические возможности, переходя от механической энергии к использованию химической, электромагнитной, ядерной и даже социальных форм энергии [41], используя при этом новые материалы, новые знания, методы организации производства и т.д. 1.14. Элементарные процессы - структурные преобразования, соединения и разделения систем Многие преобразования или трансформации системы сводятся к изменению структуры системы и, в частности, к изменению связей между ее элементами. На практике происходит или усиление, или ослабление, или даже разрыв некоторых или всех внутренних связей и (или) образование новых связей. Например, сильное ослабление межэлементных связей в структуре может привести к ослаблению устойчивости и дальнейшему распаду системы. С точки зрения системных преобразований, как социальная реформа, так и революция являются структурными преобра-
Глава I- Общие положения системного подхода 85 зованиями, но различного масштаба и глубины. Наиболее значимы и интересны те преобразования, которые ведут к образованию качественно новой системы. Всякое преобразование системы предполагает ее изменчивость. Чем сложнее система, тем она более вариабельна. Любая система в той или иной степени изменчива. Изменчивость может быть очень большой, казаться безграничной, но она, как правило, имеет определенные ограничения. Чем более структурирована система, тем больше таких ограничений. Так, например, в силу генетических ограничений некоторые мутации вообще не могут возникнуть. Так, селекционерам не удалось создать у розы резус с синими или голубыми лепестками, хотя число мутаций у розы велико. Соединение и разделение систем являются теми основными элементарными процессами, к которым можно свести многое, происходящее в мире [2, 6]. Любое соединение (конъюктация) систем сопровождается той или иной степенью их изменения. Характер и степень соединения систем могут быть различными. Крайним случаем соединения является столкновение, или коллизия, систем, приводящая к большей или меньшей структурной дезорганизации или даже к полному разрушению одной или обеих сталкивающихся систем. Антагонистические взаимодействия между системами приводят к коллизии систем, дезорганизации одной или обеих систем. Когда контакт Двух и более систем носит характер коллизии и между системами не образуется связывающее звено или контакт, очень слабый и неустойчивый, столкновение систем может привести к полной или частичной дезорганизации одной или обеих систем. Преобразование систем в случае коллизии выражается в катастрофе, по крайней мере, одной из них. Наглядным примером коллизии является столкновение двух враждующих армий или сложение двух волн одинаковой амплитуды, но сдвинутых по фазе на пол периода, когда сталкивающиеся системы разрушаются. Чем больше об- щих элементов между системами, тем полнее может быть конъюктация систем. При соединении преобразование систем может быть столь глубоким, что происходит кардинальное их изменение и появляется качествен- Ио новая система с новыми свойствами, как, например, в случае сочинения кислорода и водорода с образованием воды. Если же системы 1е спиваются, образуя новую систему, как кислород и водород, не разру- аются, то они остаются во взаимной связи, что является наиболее рас- Р°страненным случаем соединения. Наглядным примером такой систе-
86 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности мы является объединение людей разных систем в некую общественную организацию (новую систему). Для такой связи необходимы какие-либо общие элементы объединяющихся систем или хотя бы один такой общий элемент, причем достаточный для того, чтобы противодействовать разъединяющим силам. Совокупность общих элементов, связывающих разные системы друг с другом, называют связывающим звеном. Связывающим звеном между системами может быть, например, общая цель у людей или систем, программа политических партий, конституция государства. Од- нако при слишком разнородных системах они связываются между собой не непосредственно, а через третье промежуточное звено, которое образует связку с каждой из них. Очевидно, что промежуточное звено обладает общими элементами с каждой из систем. Такими промежуточными звеньями являются, например, цемент, клей, гвозди, посредники между сторонами и др. Связь систем может быть однородной или симметричной в случае одинаковых элементов и связей между ними; неоднородной или асимметричной, когда элементы системы неодинаковы и связи между ними тоже неодинаковы, как это имеет место, например, при сотрудничестве людей разных специальностей, а в первом случае, наоборот, при сотрудничестве людей одинаковых специальностей. Наряду с объединением и образованием новых связей наблюдается разрыв старых связей, разделение того, что раньше было связано. Таким путем система распадается на отдельные части, что в одних случаях означает разрушение, дезорганизацию, а в других случаях - лишь разделение или размножение. Весь этот процесс соответствует операции разделения. Разрыв любой связи между элементами системы происходит в результате ослабления или уничтожения связи. Когда связка между элементами системы становится настолько слабой, что уже не способна удерживать систему в единой связи, тогда ослабленные связи рвутся и элементы отделяются друг от друга. Связь между двумя или более системами, основанная на передаче информации, часто называют коммуникацией. Передача информации влияет на дальнейшее поведение системы. Количественные изменения системы, происходящие в результате элементарных процессов соединения и разъединения, могут привести к большим или меньшим преобразованиям системы. Изменение числа элементов системы приводит к изменению структуры системы. Так, социологи установили, что социальные группы, состоящие более чем из 150- 200 человек, становятся все более иерархическими по своей структура если же число членов социальной группы превышает некоторый опти-
Гчава 1- Общие положения системного подхода 87 мум, т0 неизбежно возникает необходимость в активном лидере [6]. А в общем, лидер должен существовать в любой группе, в том числе и в семье. 1.14.1. Спусковой механизм и конвергенция для преобразования систем f Для преобразования систем путем внешнего возмущения необходимо появление спускового, нли тригерного, механизма. Если внутри системы напряженное состояние, то достаточно спускового механизма, чтобы систему перевести в другое состояние. В зависимости от величины напряженности внутри системы требуется разный уровень спускового механизма. Чем напряженнее система, тем меньше уровень спускового механизма требуется для освобождения внутренней энергии системы и ее преобразования. Очень велика роль спускового, или тригерного, механизма в социальных системах. Собравшись в большом количестве, толпа теряет способность контролировать себя и потенциально представляет собой слепую разрушительную силу, легко поддается воздействию спускового или тригерного механизма. Многие крупные исторические события, включая революции и геноцид, были проявлением массовой истерии через некие спусковые механизмы [6]. В возникновении и уничтожении систем с неустойчивым равновесием, а также в их трансформации важную роль играют случайные события и случайные причины, когда ничтожная причина, даже незаметная из-за своей малости, вызывает значительные воздействия на систему и большой, часто неожиданный, эффект. Эти вопросы нашли отражение в «теории хаоса». Конвергентное преобразование системы означает, что сходные Условия среды и сходные материалы приводят к сходным конечным результатам в преобразовании систем. Основой конвергенции является, главным образом, действие сходной или тождественной среды, а не общ- н°сти или сходства исходных материалов. Так, например, сходная водная сРеда привела к таким конвергентным формам, как рыба и кит или дель- Ч)Ин, а сходная оптическая среда, в виде световых волн определенной Длины, привела к сходным во многом конструкциям глаз у моллюсков и у Л1«дей. •ч
88 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Конвергенция наблюдается не только в органическом, но и в неорганическом мире. Пример - независимое образование сходных астрономических форм в космической среде. 1.J4.2. Адаптивные преобразования систем и системный прогресс Эволюционные преобразования любой системы могут идти или по пути приспособления к определенным и относительно постоянным условиям их функционирования, или по пути приспособления к более изменчивым условиям. В первом случае возрастает, прежде всего, статическая приспособляемость или функциональная адаптированность систем, их устойчивость, надежность, во втором случае возрастает трансформационная пластичность систем, возможность новых кардинальных преобразований, адаптивность (динамическая приспособляемость) к новым условиям функционирования. Для эволюционного преобразования любых систем, технических, социальных, биологических, важна как статическая приспособляемость систем к данным условиям и эффективное выполнение функции, так и динамическая приспособляемость. Система не может существовать в данных условиях, если она не приспособлена к этим условиям. А система, не способная к достаточно быстрому приспособлению к возникшим новым условиям среды, исчезнет. Общий или системный прогресс достигается на основе коренных усовершенствований организации, что означает переход к новым, более эффективным принципам общей конструкции системы, к оптимизации основных параметров (энергетических, весовых, надежностных и др.) системы, к созданию избыточных (резервных, страхующих) структур, повышающих надежность систем, и к фундаментальному повышению экономичности систем [6]. Системный или организационный прогресс должен дополняться или учитываться экологическим, информационным и энергетическим прогрессом. Информационные критерии прогресса характеризуют прогресс систем со стороны накопления информации о среде, экологический отражает достигнутую в ходе эволюции степень приспособленности систем, а энергетический показывает"степень экономичности и эффективности функционирования систем. Системный прогресс характеризуется возникновением таких структурных и функциональных изменений, которые ведут к усовершенствованию организации самой системы. Прогресс осуществляется в этом случае путем совершенствования не только отдельных элементов и частей системы, но и системы как целого. В большинстве случаев системный прогресс осуществляется че-
Глава ]■ Общие положения системного подхода 89 рез целый комплекс взаимосвязанных и взаимодополняющих изменений, хотя в основе обычно лежит какое-нибудь одно главное. Как правило, системный прогресс сопровождается усложнением организации. Правда, многие прогрессивные изменения системы типа социальных структур, научных теорий и др. сопровождаются их упрощением, а не усложнением. Но если взять эволюцию систем в целом, то несомненно, что продвинутые системы (технология, типы обществ, экономика) стали сложнее. Системный прогресс выражается в увеличении суммы связи со средой. Чем эволюционно более продвинута система, тем большего разнообразия достигли ее связи с элементами внешней среды. Количественной же мерой системного прогресса часто является информация. Системный прогресс состоит в увеличении количества полезной информации, заключенной в структуре системы. Наличие широких приспособлений систем к разнообразным и изменяющимся условиям среды обеспечивает перспективность эволюционного прогресса. В отличие от системного или общего прогресса, частичный прогресс достигается путем совершенствования отдельных элементов или частей системы, и происходит чаще. Частичный прогресс дает возможность новым эволюционно подвинутым системам приспособиться к существенно новым условиям среды. В отличие от частичного прогресса системы, узкая специализация представляет собой выработку структур и функций, имеющих узко специальный характер. При узкой специализации систем преобразование имеют ограниченный характер и касаются лишь отдельных частей системы. При этом развитие одних частей системы может сопровождаться изменением и даже исчезновением других. Примерами узкой специализации может служить система, приспособленная к выполнению очень ограниченных функций, или очень узкий специалист. Чем проще становится окружающая среда, чем более упрощаются связи системы с окружающей средой, тем более упрощается и сама система. В тех случаях, когда упрощение среды достигает крайних пределов, система регрессирует. Примером общего регресса примитивных систем являются паразитические организмы с примитивной организацией [1]. 1-15. Синергетический и гомеостатический системные подходы Системный подход или системные принципы и концепции для слож- НЬ|х нелинейных и самоорганизующихся систем в последнее время свя- Ь|вают с развитием синергетики. Синергетика сегодня представляет
90 И.В. Прангишвгши. Системный подход и общесист. закономерности своего рода системный подход к сложным открытым нелинейным системам с ее понятиями неустойчивости, неравновесности, бифуркации, катастрофы, самоорганизации, диссипации, атактора и др. Синергетика как наука о нелинейности и о самоорганизации систем обогатила понятийный аппарат системного подхода к сложным открытым нелинейным системам [V]- Синергетика основывается на исследовании феномена самоорганизации. Развитие самоорганизующейся системы всегда определяется флук- туациями, которые трудно предвидеть, но они внутренне присущи системе. Синергетика изучает вопросы спонтанного возникновения структур, т.е. самоорганизацию. Хотя синергетика возникла в рамках естественных наук, она важна для исследования социальных и экономических процессов в обществе, которые являются в высокой степени сложными, нелинейными системами, т.е. синергетическими [42]. В основе синергетической методологии лежит наличие спектра путей эволюции сложных систем: неоднозначность будущего, разветвление путей дальнейшего развития. Политические, экономические, социальные системы, как и нелинейные, также имеют не один единственный, а несколько альтернативных путей эволюции. Возникает управленческая задача выбора гармоничного пути внешнего воздействия на систему, согласованного с ее внутренними свойствами [70], чтобы это воздействие оказалось сравнительно слабым. Необходимо понять, как через управление способствовать собственным тенденциям, и как выводить системы на эти естественные пути развития, причем стараться попадать в резонанс с ними, а не насиловать внешним вмешательством. При резонансном воздействии на систему важнее не сама величина управляющего воздействия, а его правильная пространственная организация [70]. Большинство сложных природных и социальных систем, как правило, являются открытыми нелинейными системами, способными самоорганизовываться. Как правило, самоорганизация системы обусловлена тенденцией движения системы от одного неравновесного состояния к другому, сопровождаемого понижением энтропии, повышением негэн- тропии и организованности системы. В нелинейных системах из-за положительной нелинейной обратной связи происходит лавинообразное, а не экспоненциальное нарастание процесса. В точках бифуркации начинается ветвление возможных путей развития системы и поэтому трудно осуществить прогноз, по какому пути пойдет будущее развитие систем.
Гчава 1- Общие положения системного подхода 91 Необходимо осознать конструктивную роль хаоса в эволюции систем. Хаос остается как один из возможных путей эволюции в открытых нелинейных средах и системах. Известно, что на практике не бывает ни абсолютного хаоса, ни абсолютного порядка. Эти ситуации являются предельными и теоретическими, а любая реальная система пребывает в некотором промежуточном состоянии. Хаос и порядок могут непрерывно трансформироваться друг в друга при изменении параметров системы. Возникновение порядка из хаоса - одно из основных положений синергетики, которая занимается проблемой самоорганизации сложных нелинейных и открытых систем. Синергетика основывается на представлениях о целостности мира, его нестабильности, возможности, лавинообразного характера развития систем и неизбежности появления точек бифуркации, в которых выбор дальнейшего пути развития системы определяется случайными функциями. В точке бифуркации малые или незначительные воздействия на систему могут привести к существенным изменениям всей системы. Представление о роли малых возмущений в точках бифуркации является основой использования малых воздействий для нормализации собственных адаптивных структур сложной системы, например организма. Наличие глубокой аналогии между процессами в естественных не управляемых извне и в управляемых извне системах позволяет применить инвариантное многообразие в задачах управления различными нелинейными динамическими объектами. Упомянутая глубокая аналогия вытекает из фундаментальных законов природы. Фундаментальные научные результаты получены в работах Г. Хакена, И. Пригожина и их учеников в области исследования стихийной самоорганизации в системах различной физической природы. Стихийный способ самоорганизации системы иногда называют причинным способом самоорганизации [43]. Стихийный, или причинный, способ организации нелинейной динамической системы недостаточен для эффективного применения идей синергетики в проблемах управления системой, так как при стихийном способе самоорганизации возникает непредсказуемое поведение системы. В отличие от стихийного (причинного) способа самоорганизации и непредсказуемого Движения целевой, или управляемый, способ самоорганизации синтезируемых динамических систем подразумевает предсказуемое движение вДоль желаемых инвариантных многообразий. Более пригодный для сис- ем управления целевой способ самоорганизации исследован в работах А. °лесникова, например, [43]. В этих работах не стихийная, а управляемая м°организация систем учитывает естественные физические, биологиче-
92 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности ские, химические и прочие свойства объекта, явления при формировании желаемых инвариантных многообразий, вводимых в структуру синтезируемых систем. Если сопоставить концепцию синергетики, развиваемую западной наукой, с традиционным восточным мировоззрением, включая медицину и философию, то можно увидеть смысловое сходство основных положений, касающихся представлений о целостности, например, организма, гармонии, открытости, сложности и самоорганизации мира, хаоса как его основы, множества путей развития организма и целесообразности малых управляющих вмешательств при нарушении здоровья организма. Так, например, при тяжелой форме воспалений легких или при кровоизлиянии в мозг, или при высоком кровяном давлении находящийся у предела организм как нелинейная система попадает в зону бифуркации, и дальнейшее развитие процесса трудно предсказать, так как может произойти либо выздоровление организма, либо летальный исход, либо заболевание перейдет в хроническую форму. Поэтому, когда болезнь находится в кризисной зоне, или иначе в зоне бифуркации, врачи не могут однозначно предсказать будущее развитие болезни и чем она кончится. В нашей повседневной жизни бифуркацию можно сравнивать с состоянием кризиса, когда достаточно незначительного толчка, чтобы резко изменить ход дальнейших событий [49]. Известно, что открытые системы с сильной нелинейностью скорее всего пульсируют. Они подвергаются естественным колебаниям развития: тенденции дифференциации сменяются интеграцией, разбегание - сближением, ослабление связей - их усилением. По-видимому, мир идет к единству не монотонно, а через пульсации, посредством чередования распадов и объединений [37]. Тенденция интеграции проявляет себя сегодня в странах Европейского сообщества. Путь все большей интеграции независимых государств в мировое сообщество и глобализации экономики в известной степени предопределен общесистемными закономерностями, изложенными в главе 4. Еще раз отметим, что синергетика - это, по существу, новая концепция, основанная на свойстве самоорганизации нелинейных динамических систем различной природы. Синергетические системы любой природы обладают следующими двумя фундаментальными свойствами: 1) обязательно обмениваются с внешней средой информацией, энергией и веществом и 2) между элементами (компонентами) системы обязательно согласовано взаимодействие, т.е. имеется когерентность (согласованность) поведения между элементами системы. .,.- . .
пава 1- Общие положения системного подхода 93 В синергетических процессах происходит стихийное изменение управляющих параметров, что позволяет изучить свойство самоорганизации нелинейной системы. Для изучения самоорганизации системы меняются управляемые параметры более или менее непредсказуемым образом- Принципиальное отличие синергетического подхода от классического состоит в выявлении фундаментальной роли самоорганизации в нелинейных динамических системах. Синергетика как наука, изучающая поведение нелинейных динамических систем вдали от положения равновесия, при изменении некоторых управляющих параметров, наиболее близка по своей идеологии к теории управления. Синергетика пока еще не построила единую теорию нелинейных динамических систем, поэтому в зависимости от конкретных свойств предметной области той или иной науки синергетический подход приобретает свои отличительные особенности и содержание. В будущем синергетика может позволить создать своего рода метаязык системного или целостного понимания различных природных и технических явлений на основе единой научной концепции И- Гомеостатический системный подход к живым организмам, к техническим, общественным, социальным, экономическим системам обеспечивает жизнеспособность и выживаемость при действии на них различных внешних и внутренних возмущений. Гомеостатические (жизнеспособные) системы наиболее эффективны для функционирования в сложных условиях при наличии значительных внешних и внутренних возмущений (см.гл.З). Любая техническая, экономическая, экологическая, социальная система содержит жизненно важные параметры, нарушение которых приводит либо к гибели системы, либо к потере устойчивости и живучести. Для человека — это кровяное давление, содержание сахара в крови, температура, состояние иммунной системы и т.п. Для экономики - это уровень инфляции, уровень безработицы, обеспечение прожиточного минимума и т-п. Гомеостаз определяет механизмы управления для поддержания основных жизненных параметров в допустимых пределах. Гомеостатические принципы и механизмы управления являются наиболее эффективными также при реформировании технической, экономической, политической, социальной систем. Гомеостатические модели позволяют определить условия деградации организма и общества и позволяют найти спосо- ы борьбы с возможной деградацией. В отличие от синергетики, которая 3Учает неравновесные нелинейные системы, т.е. системы, находящиеся дали от состояния равновесия, или гомеостазиса, когда небольшие
94 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности внешние или внутренние флуктуации в точке бифуркации могут перевести нелинейную систему в новое состояние, гомеостатика изучает системы, находящиеся в равновесии за счет управления жизненно важными параметрами системы в допустимых пределах [46]. Устойчивостью конкретной системы иногда называют способность этой системы самостоятельно поддерживать свой гомеостазис, а стабильным состоянием системы - состояние, при котором система устойчива. При этом особое значение имеет, естественно, способность системы к поддержанию системного гомеостаза, т.е. к самосохранению. В этих условиях можно говорить о системной устойчивости и, соответственно, системной стабильности [44]. В некоторых случаях утрата частного гомеостазиса не только допустима, но становится единственным условием сохранения системного гомеостазиса. Сложные биологические, социальные, инженерные системы поддерживают свое существование именно за счет внутренних качественных переходов, обеспечивающих адаптацию и развитие. Системная устойчивость и стабильность, достигаемые при помощи механизма адаптации при нарушении частного гомеостазиса, представляет собой динамическую устойчивость и стабильность. 1.16. Открытые и закрытые системы и их развитие В литературе по системам часто встречается условное разделение систем на открытые и закрытые (замкнутые, изолированные). При этом под открытыми системами имеют в виду системы, взаимодействующие с окружением и обменивающиеся с другими системами или с окружающей средой веществом, энергией или информацией, а под закрытыми системами - не взаимодействующие с окружающей средой и не обменивающиеся с другими системами или со средой веществом, энергией или информацией. Это деление во многом условное и теоретическое, так как полностью, или абсолютно, замкнутых (изолированных) систем, т.е. систем, совсем не взаимодействующих с окружением, практически не суше" ствует. Поскольку полностью закрытая (изолированная) система была бы более черной, чем черные дыры, то их никакими способами нельзя было бы фиксировать (обнаружить) среди своего окружения. Та или иная система может быть относительно закрытой в том смысле, что ограничено взаимодействие со средой или она не имеет взаимодействие или обмен с какой-либо частью окружения. Для целенаправленных систем в отдельных случаях возможна замкнутость по информационным процессам. Если в окружающей внешней среде отсутствует потребность в определенных
Глава 1- Общие положения системного подхода 95 свойствах (признаках) системы, например, в науке, образовании - в талантах, то система по этим признакам оказывается закрытой. В самом деле, допустим, что в некоторой части системы элементы связаны между собой таким образом, что образовали новую структуру, в результате чего V системы появилось новое свойство, которое несет информацию о себе в окружающей среде. Если при этом в окружающей среде отсутствует потребитель этого нового свойства, то система оказывается закрытой по этому свойству, в следствие чего произойдет рост энтропии и начнется деградация структуры, ответственной за это свойство, и в конце концов это свойство исчезнет [1]. Очевидно, что с точки зрения взаимообмена со средой энергией, веществом и информацией не существует ни полностью (абсолютно) закрытых от внешней среды, ни полностью (абсолютно) открытых систем. Всякая система, если она система, должна иметь границы между собой и внешней средой, иначе она не была бы отличима от среды и не была бы системой. Поэтому всякая система, имеющая отделяющие границы со средой, является как бы закрытой по взаимообмену энергией, веществом и информацией, и поэтому в ней энтропия растет. С другой стороны, всякая реальная система открыта уже вследствие всеобщности взаимосвязи всего со всем, и поэтому система может развиваться и в ней энтропия падает. Однако системы полностью (абсолютно) открытыми не могут быть, иначе отсутствовали бы границы со средой и системы растворялись бы в среде. Реальные системы не полностью закрыты и не полностью открыты; степень открытости систем {а) находится между нулем (ос = 0 - для полностью закрытых) и максимумом {а = СС^^- для полностью открытых), т.е. для реальных систем имеем 0 < а < «тах и поэтому в системе как бы одновременно присутствует как закон повышения, так и закон понижения энтропии (см. гл. 4). Степень открытости системы по своей сути определяет интенсивность связи системы со средой или с другими системами. Известно, что естественные системы больше связаны с внешней средой, чем искусственные. Между открытыми системами, или системой и окружаюшей средой "Роисходит обмен энергией, информацией и веществом. Причиной обме- а является неравновесное состояние систем как во взаимодействии меж- ДУ элементами, так и между системами [55]. Начальной причиной нерав- 0Бесия являются существующие мощные потоки направленной энергии. гРомными запасами энергии обладает гравитационное поле, потоки ней- Рино. Гравитационное поле и потоки нейтрино беспрепятственно
96 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности проникают в любою систему. Поэтому полностью закрытая система в природе не может существовать. Каждая открытая система обладает энтропией и негэнтропией, которыми измеряются структура и упорядоченность системы. Негэнтропия как связанная информация нейтрализует часть энтропии и дает системе упорядоченность (см. раздел 1.28). Для существования и развития имеет больше возможностей та открытая система, которая притягивает из других систем или из окружающей среды больше энергии, вещества и информации и более эффективно их использует [55]. В равновесной системе элементы взаимодействуют между собой хаотично, неограниченно «свободно» и не зависят от влияния других элементов. Поэтому отсутствуют относительно устойчивые и упорядоченные связи между элементами и, следовательно, упорядоченная структура системы. По этой причине энтропия системы достигает максимально возможной величины ( Эмакс,). Чем больше структурная упорядоченность системы, тем дальше система удалена от равновесного (хаотического) состояния. Однако неравновесные системы по законам термодинамики стремятся двигаться в сторону термодинамического равновесия, когда увеличивается Э системы. Чтобы сохранить неравновесное состояние, система должна извне или изнутри получить дополнительную энергию или информацию, или вещество. Чем больше неравновесность системы, тем больше их чувствительность и способность принимать энергию или информацию и поэтому больше возможностей для самоорганизации и саморазвития системы [55]. Важной задачей является определение границ мевду системой и окружающей средой. Не всегда ясно, как отделить изучаемую систему от ее окружающей среды. Для этого можно использовать известную теорему мощности (силы) межэлементных связей [27]. Для оценки мощности (силы) межэлементных связей строят эквивалентную поверхность на множестве элементов и связей со = со(а,у), где а - элементы системы; со - мощность (сила) межэлементных связей у. Тогда следующая эквипотенциальная поверхность будет границе» системы с окружающей средой. F(a,y,u)0) = 0,
/. Общие положения системного подхода 97 где ^о" заДанная мощность (сила) межэлементных связей, учитываемая прИ наличии системы. В соответствии с теоремой о мощности (силе) межэлементных связей внутри изучаемой системы будут находиться только элементы ах, г которые имеют все свои межэлементные связи ух мощностью 0)(a.,Y\) >&>(>■ Не является элементами данной системы та часть элементов а-,, у которой все межэлементные связи у1 имеют мощность 0)(аг,Уг) <coq. Наконец, третья часть элементов аъ, у которых есть хотя бы одна связь уъ мощностью 0)(аъ, у3) < СО0, а остальные связи мощностью (силой) й)(а3,у3') > (О0, составляет множество «пограничных» элементов. Количество энергии, необходимое для разрушения или формирования межэлементных связей, может служить оценкой мощности связей в простых физических системах. Иногда для оценки мощности связи в экономической системе можно использовать силу экономических связей по финансовым обязательствам, объемам поставок, сбыта и т.п. Оценка мощности связей должна учитывать негэнтропийные (организующие) свойства связей и отношений, их значения для основных интегральных функций системы. Важным показателем открытой системы является также степень принадлежности (включенности) данного элемента к системе - и.: ",,=!-]>>,,„,/l>,v, ' I Если иа > 0, то элемент (а) принадлежит данной системе, если иа < 0 , то элемент не принадлежит данной системе, а при иа = 0 положение элемента не определено. В указанной формуле со„ „ представ- "I/ 1 ляет мощность ух -й внутрисистемной связи ах -го элемента; СОа - м°Щность у3 внешней связи аъ -го элемента. С преобразованием энергии наиболее тесно связано определение потения системы, ее возможностей и отношения к другим системам, что вляется основной задачей функционального описания системы. Функ-
98 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности циональное описание систем получило наибольшее развитие в теории систем. Для развивающихся систем важным аспектом функционального описания является изучение изменчивости (перестройки) функции в течение «жизненного цикла системы». «Жизненный цикл системы» является центральным понятием при изменчивости свойств системы и особенностях процессов в системе. Важным показателем открытой системы является также степень принадлежности (включенности) данного элемента к системе. В теории систем много говорится о преимуществах и особых возможностях открытых систем перед закрытыми. Утверждается, что развиваться с качественными изменениями и с возрастанием уровня организации и снижением уровня энтропии способны только лишь открытые системы. Известно, что живые организмы являются открытыми системами и способны развиваться и обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Очевидно, что прежде чем система станет открытой, она должна стать системой и, следовательно, обрести границы закрытости со средой. Чрезмерно высокая роль открытости в развитии систем связана с поиском основных источников развития в окружающей среде. Даже способность системы адаптироваться иногда ошибочно считают не внутренним свойством системы, а внешним воздействием среды. На самом деле, в системе должны работать внутренние механизмы самоорганизации и адаптации. Накопление системой информации и усложнение ее структуры, снижение энтропии и повышение организованности являются процессами, сопутствующими развитию системы. Развитие любой конкретной системы есть реализация ее сущности, заложенного в ней потенциала [10]. Развитие системы представляет собой один из первых этапов среди трех этапов бытия системы, и оно предшествует зрелому состоянию (II этап), деградации и упадку (III этап) (см. рис. 1.8). Природа так устроена, что для развития одних систем требуется гибель других и сами эти системы деградируют и гибнут, чтобы развивались третьи [10]. Правда бывает так, что система не всегда проходит все три стадии бытия. Так, после этапа развития может наступить этап деградации, исключая этап зрелого или стабильного состояния. Известно, что всякая организованная система, будучи предоставлена самой себе, разрушается, деградирует до более вероятного равновесного состояния, в конечном счете - до полного хаоса. Так город, покинутый людьми, зарастает и разрушается.
Глава /• Общие положения системного подхода 99 i к 0' Od) к Развитие / системы у Зрелость системы или стабильность Т \ . Деградация (упадок) \р системы —»► Рис. 1.8. Кривая трехстадийного этапа существования нормальной системы, где период (to-t}) -развитие; (tj- t2) - зрелость или стабильность и (t2~ tj) — деградация (упадок) системы Критериями развития системы являются: увеличение порядка, рост организованности, увеличение информации, снижение энтропии системы. Сложную развивающуюся систему отличает не только фактор открытости, но и наличие внутри системы специальных механизмов защиты и адаптации от окружающей среды. Эти механизмы адаптации позволяют обработать и использовать полезные для своего развития сигналы, которые поступают извне системы, а механизмы защиты, имеющиеся внутри системы, предохраняют ее от проникновения сигналов (в виде информации, энергии или вещества), переработать и усвоить которые система не способна. Так, например, у человека за его развитие отвечают сложные Механизмы обмена веществ, накопления знаний, навыков, интуиции и пр., локализованные в организме, а не в среде; кожа, череп, иммунная система ПР- образуют защитные механизмы от воздействия внешней среды. Ана- огично можно сказать и об общественных системах (политической, циально-экономической, духовной). Главное не только провозгласить ■Фытость, демократию и права человека, а формировать механизмы
100 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности зашиты и адаптации от окружающей среды, аналогично тому, как это происходит в процессе естественной эволюции. При взаимодействии любой развивающейся системы с окружающей средой система распределяет внешнее воздействие (или сигнал, информацию) на два потока (см. рис. 1.9). Внешняя граница системы / как защитный механизм Внешняя среда Рис. 1.9. Взаимодействие любой открытой или развивающейся адаптивной системы с внешней окружающей средой Первый - полезный сигнал - система поглощает и использует в целях адаптации, самоорганизации и развития, а второй (отраженный) сигнал системой отбрасывается, и он возвращается во внешнюю среду. Система развивается лучшим образом только тогда, когда: - система содержит адаптер с таким механизмом адаптации, который адекватен внешнему воздействию; - у системы имеется совершенная граница со средой или защитные механизмы от среды, позволяющие оградить ее от опасных сигналов, которые адаптер не способен переработать; - существует благоприятная неагрессивная среда, которая содерЖиТ все необходимые факторы для поддержания адаптера и границы системы в состоянии эффективной работоспособности, и не подвергает систему плохим воздействиям, с которыми не может справиться ни адаптер, нй граница системы [10]. Отраженный сигнал Внешнее воздействие Внешняя среда СИСТЕМА Полезный сигнал Переработанный сигнал
Глава I- Общие положения системного подхода 101 Если адаптер системы и ее граница окажутся не способными противостоять плохому (агрессивному) внешнему воздействию, то может наступить катастрофа или конец системы. В процессе развития любой конкретной системы происходит реализация уже заложенного в системе потенциала или ее родовой сущности. Если через П, обозначить заложенный в системе полный потенциал или полностью развернутую родовую сущность системы, а через П2 сиюминутный потенциал системы или сущность системы в сиюминутном состоянии, тогда разность потенциалов А/7 = 77, — 772 показывает возможный уровень дальнейшего развития системы, а критерием развития может служить знак первой производной функции AIJ(t); если > (J, будем иметь дело с развитием, а если < (J - с деграда- dt dt цией [10]. Из сказанного можно сделать вывод, что ослабления и ликвидации СССР как системы-супердержавы желали как США, так и западные страны и для этого сделали многое (информационная война, гонка вооружения и др.), однако, с точки зрения системных исследований, главным для ослабления и ликвидации СССР явилось ослабление, а иногда и ликвидация внутренних механизмов защиты, адаптации и самоорганизации. Именно внутри СССР возникли причины, из-за которых страна и власть не смогли противостоять разрушительному влиянию неблагоприятных факторов, возникших как внутри, так и извне. С точки зрения синергетики и теории катастроф равновесие в нашем мире представляет состояние весьма хрупкое. Неравновесность системы является необходимым условием ее развития. В условиях неравновесия система, предоставленная сама себе, не только повышает свою энтропию и стремится к более вероятному равновесному состоянию, но и одновременно в ней возможны спонтанные переходы, сопровождающиеся снижением энтропии и возникновением так называемых диссипативных струКТур Поэтому энтропийный критерий развития в эволюционных и искусственных закрытых системах, якобы с обязательным нарастанием энтропии во времени, деградацией и разрушением системы до равновесного состояния, перестал ассоциироваться с неизбежностью хаоса и «теп- л°вой смертью» системы [10]. Как было отмечено выше, каждая система имеет системные пара- ^Ры, которые являются для нее основными и от сохранения значения 0тоРых в допустимых пределах зависит гомеостаз системы и поддержа-
102 ИВ. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности ние существования самой системы. Правда, гомеостаз может быть нарушен по менее важным, несистемным параметрам системы. Так, для человека системными параметрами являются температура тела, артериальное давление, концентрация сахара в крови, уровень иммунной защиты и т.п. Для инкубаторной системы - температура и влажность; для парового котла как системы - давление и температура пара, для ящерицы - не хвост, который при потере восстанавливается, а голова, потеря которой означает смерть. Кроме главных системных параметров и общего гомеостаза, предполагающего сохранение интегративного качества системы, существует частный гомеостаз по конкретным компонентам [1]. Чем больше в системе жизненно важных связей, тем больше вероятность нарушения одной из них, поэтому чем сложнее организация системы, тем более вероятна потеря относительной устойчивости системы. До сих пор считали, что чем выше уровень развития, тем совершеннее организация системы. Опыт подтверждает справедливость этого положения, но одновременно с этим очевидно и другое, а именно: более сложные системы становятся и более уязвимыми при появлении сбоев их адаптивных механизмов, и в этом случае для поддержания гомеостаза они требуют больше дополнительных усилий. В литературе иногда встречается разделение различных систем на активные и пассивные. Если в пассивных системах обмен с окружающей средой ведет к снижению эффективности функционирования и они не обладают никакими активно действующими стабилизирующими силами, то активные системы используют окружающую среду для обеспечения эффективности своего функционирования. Начиная с 70-х годов наряду с традиционными активными системами у нас и за рубежом начали развиваться важные типы открытых систем, условно названных в отечественной литературе также «активными системами», а в зарубежной литературе «мягкими» системами. Под такими «активными системами» подразумеваются системы (организационные, социальные, экономические), способные сознательно предоставлять недостоверную информацию и сознательно не выполнять планы, задания, если это им выгодно [45]. Важным свойством указанных активных систем является дальновидность, обеспечивающая способность системы прогнозировать будущие последствия принимаемых решений. Наличие свойства дальновидности затрудняет, в частности, применение для управления ею принципа обратной связи. Суть принципа заключается в том, что обычно управляющий орган (центр) выбирает управление в зависимости от состояния системы. Зная закон управления и обладая дальновидно'
Глава 1. Общие положения системного подхода 103 стью, активная система решает свою задачу: какое состояние выбрать, чтобы обеспечить необходимое управление со стороны центра системы. Как показали многие конкретные примеры, траектория поведения активной системы существенно отличается от траектории пассивной системы, которая не обладает свойством дальновидности. За значительный период изучения теории «активных систем» получены крупные научные результаты и широкое практическое внедрение в различных областях человеческой деятельности. 1.17. Структурные закономерности и свойства системы Как было сказано выше, система, образованная из множества структурных элементов, обладает свойствами, новыми по отношению к свойствам ее структурных элементов, причем эти новые свойства обусловлены не только свойствами самих структурных элементов данной системы, но и зависят от их взаимодействия как внутри, так и во многих случаях с внешней средой. Поэтому нельзя изучить закономерности поведения самой системы, изучая только закономерности поведения ее элементов, так как свойства конкретной системы во многом задаются извне, то есть во многом внешний мир формирует свойства системы [1]. В самом деле, если во внешней среде исчезает «потребитель» информации о каком- нибудь свойстве системы, то исчезает и само свойство системы, так как по этому свойству система окажется изолированной (замкнутой) и по закономерности возрастания энтропии в замкнутой системе в ней возникают процессы, дезорганизующие структуры, ответственные за данное свойство. Так, к примеру, если человек талантлив, но внешней средой этот талант не востребован, то этот талант пропадает, так как по этому свойству система закрыта. Аналогично, когда внешней средой наука не востребована, то по этому свойству система изолирована или закрыта, и только тогда, когда появится потребитель во внешней среде, система откроется. С другой стороны, появление у системы некоторого нового свойства порождает информацию об этом свойстве и, если у внешней сРеды имеется «потребитель» этой информации, который способен воспринять ее и, следовательно, взаимодействовать с системой, то по этому свойству система окажется открытой, или разомкнутой, закон убывания "тропии начнет преобладать над законом роста энтропии и это свойст- 0 Разовьется до некоторого оптимального уровня, а значение уровня это- свойства задается степенью открытости системы по этому свойству. Се это означает наличие внешних систем, способных воспринимать
104 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности поток новой информации, генерируемый развитием нового свойства системы. С другой стороны известно, что свойства системы порождаются структурными закономерностями системы. Поэтому в системе образуются только такие структурные закономерности, которые порождают эти свойства системы и для которых во внешней среде имеются соответствующие потребители. Структурные закономерности системы - это наиболее общие закономерности, которые порождают свойства системы как целого, то есть свойства, по которым окружающий мир выделяет эту систему среди других. Например, брус является структурным элементом, из которого путем одной его организации образуется одно свойство - дом из бруса, а путем другой организации - другое свойство - беспорядочно сваленный брус. За счет разной организации, разных структурных закономерностей мы как внешняя среда различаем между собой дом из бруса и беспорядочно сваленный брус. К структурным закономерностям относятся в солнечной системе - законы Кеплера, в системе животного мира - естественный отбор, в системе человеческого общества - экономические законы, в системе религии разных видов - вера в божественное начало, в системе программ для компьютеров - алгоритмы, в системе естественно научных взглядов - взаимообусловленность и т.д. [46]. Понятия структурного элемента и структурных закономерностей, которые порождают свойство системы как целого, играют исключительно важную роль в понимании явления самоорганизации. Структурный элемент системы можно определить следующим образом. Сначала следует выяснить, какие свойства системы иас интересуют. Затем нужно найти те закономерности в системе, которые порождают эти свойства системы как целого - структурные закономерности. Затем нужно найти наименьшую часть системы, которая еще подчиняется данным структурным закономерностям. Эта часть и будет структурным элементом. Так, дом из бруса и беспорядочно сваленный брус имеют одинаковый структурный элемент - брус. Очевидно, что структурный элемент сам может состоять из собственных структурных элементов. Например, для живого организма структурным элементом является биологическая клетка; в свою очередь, структурным элементом клетки является органическая молекула. Попробуем проследить за эволюцией структурного элемента в системе, степень открытости которой постепенно увеличивается. Такая система постоянно самоорганизуется. Связь между элементами системы становится все более сложной и жесткой. В пределе, когда степень открытости достигнет максимального значения, следует ожидать, что поведение
Гчава 1- Общие положения системного подхода 105 всех структурных элементов будет зависеть от поведения каждого из них. Однако предел этот чаще всего недостижим, так как с увеличением порядка или организованности в системе может появиться новый структурный элемент, состоящий из множества прежних элементов. В основе этого явления лежит тот факт, что скорость передачи взаимодействия (сигнала) не бесконечна. В самом деле, если в системе по каким-либо причинам изменяется поведение некоторых структурных элементов, то из-за конечной скорости распространения сигнала это изменение в первую очередь чувствуется ближайшими структурными элементами. В результате эти ближайшие элементы образуют группу элементов, отличающуюся своим поведением от остальных структурных элементов. Если таких групп в системе образуется достаточно много, то они уже будут играть роль структурных элементов. При этом новые укрупненные структурные элементы (подсистемы) могут взаимодействовать не по старым, а по новым структурным закономерностям. Таким образом, с появлением нового структурного элемента в системе скачком возникают новые структурные закономерности. Это, со своей стороны, означает, что образована новая система с новыми структурными закономерностями. При увеличении открытости теперь уже новой системы ее развитие повторяет стадии предыдущей, и так же, не успев достигнуть максимальной упорядоченности, она кончается скачкообразным переходом в следующую новую систему с новым структурным элементом, состоящим из множеств прежних, и т.д. по «лестничному закону» (см. главу 4) происходит развитие и эволюция систем. Именно по «лестничному закону» развития природа на нашей планете прошла путь от простых молекул к клетке, далее к человеческому организму и далее к человеческому обществу. Можно выстроить некую последовательность структурных элементов, в которой каждый последующий элемент был бы на определенном этапе самоорганизации Земли образован из множества предыдущих: атомы, органические молекулы, биологические клетки; живые существа, популяция живых существ. К этому перечню можно добавить различные ответвления, например человек, социальные группы, общество; затем, надобщество и т.д. Понятно, что любой структурный элемент может являться, со своей Стороны, системой для более мелких собственных элементов. Напомним, Что совокупность большого числа элементов (объектов) становится сиеной лишь тогда, когда между ними задан какой-нибудь закон 3а'«модействня - будущие структурные закономерности системы. Ри этом структурные закономерности самих объектов могут не совпа- ть с закономерностями взаимодействия между объектами.
]06 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Из приведенных рассуждений путем обобщения можно сформулировать следующий принцип возникновения систем: совокупность общего числа материальных или идеальных объектов, имеющих общие при- знаки, объединяются по этим признакам в систему объектов, которая в свою очередь сама является материальным или идеальным объектом, обладающим свойствами, отличными от свойств объектов, составляющих систему. Важно отметить, что при образовании новой системы главную роль играют новые структурные закономерности, так как только благодаря им могут появиться новые свойства. Для иллюстрации принципа возникновения систем можно привести обыкновенный бытовой телевизор, который, в целом, обладает свойствами, отличными от свойств микросхем его составляющих, а микросхемы, в целом, обладают свойствами, отличными от электронных компонентов его составляющих. Аналогично предприятие, состоящее из множества элементов различной природы (рабочие, инженеры, управляющие, станки, конвейерные линии и т.п.), также обладает свойствами, отличными от свойств, составляющих из его элементов. Этот принцип очень важен, хотя может показаться тривиальным. Однако из него следует ряд важных следствий. Одним из них является разрыв цепочки причинно-следственных связей и изменение энтропийного ряда. Покажем, что в реальной жизни закон причинно-следственных связей не является всеобщим и на каком-то уровне развития систем происходит разрыв жесткой цепочки причинно-следственных связей. В самом деле, если в системе изменяются структурные закономерности, то образуются новые системы, обладающие свойствами, не вытекающими из свойств предыдущих систем, и это означает, что в момент образования новой системы, жесткая взаимообусловленность (причина - следствие) терпит разрыв. В момент образования новой системы кривая изменения энтропии скачком изменится. Пока система находится в различных стационарных состояниях, но при условии, что ее структурная закономерность не изменяется, то с точки зрения внешнего мира ее индивидуальность сохраняется. Значения энтропии всевозможных стационарных состояний системы, в которых ее структурные закономерности еще не изменяются, образуют энтропийный ряд, характерный только для данной системы. В пределах этого ряда все происходящие события жестко взаимообусловлены (причина-следствие) и определяются границами энтропийного ряда данной системы [1]. Типичным примером энтропийного скачка, связанного с изменением энтропийного ряда, и, следовательно, разрыва цепочки причин и следе*'
Гпава /■ Общие положения системного подхода J 07 вий, является смерть живого существа. И хотя в процессе жизнедеятельности его организация имела определенный набор упорядоченных состояний с разными значениями энтропии, однако для внешнего мира его индивидуальность оставалась прежней, так как прежними оставались структурные закономерности, отличающие данное живое существо от всех остальных систем, в том числе и живых. Но со смертью эти структурные закономерности изменились, в результате чего возникла новая система со своим набором упорядоченных состояний и энтропийным рядом. Очевидно, что основные события, происходящие в ней, уже не будут зависеть от событий, происходящих в жизни умершего существа. м 1.18. Элементы управления системами Как правило, любая система реализует свои функции при достижении заданной цели, если при этом протекающие процессы и параметры системы ограничены некоторыми предельными значениями, за которыми система недопустимо изменяется или разрушается [68]. Всякая нормальная система с ее заданными функциями за счет воздействия управляющих сигналов (М1?...,М() преобразует входные сигналы (Xi,...,X„) в выходные сигналы (У,,...,У,,) (рис. 1.10). Управление ВХ X, I и м, Внутреннее состояние системы mi, m2,...,mn ВЫХ Рис. 1.10. Блок-схема управления системой
108 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Совокупность выходных величин и их изменения позволяют в достаточной степени оценивать поведение системы и соответствие траектории движения системы целям управления [17]. Управление объектом (системой) - это воздействие на него с целью достичь желаемых свойств его поведения. В частности, гомеостазиса Во многих случаях в системе управления, т.е. системе, в которой осуществляется процесс управления, можно выделить, с одной стороны объект управления (или управляемую систему, орган), а с другой - субъект управления (управляющую систему, орган). При этом управление может быть: только прямым, односторонним, когда имеется только воздействие субъекта на объект управления (рис. 1.11а), или - с обратной связью (рис. 1.116), когда имеется также обратное воздействие объекта управления на управляющую систему. [ субъект /субъект (Л об!Л1ГГ \ б) Целина* Функция системы Управляющая система (субъект управления) Управляющее воздействие (Прямая связь) Обратная саяэъ Управляемая система (объект управления} Рис. 1.11. а) Управление как воздействие, б) как взаимодействие, в) взаимодействие через прямую и обратную связи
fqaea l- Общие положения системного подхода 109 При управлении системой (объектом) происходит перевод (переход) системы из одного состояния в другое, т.е. управляемый объект под воздействием управляющего изменяет свое поведение, так чтобы достичь заданной цели (или ценности), и при помощи обратной связи выдает ответную реакцию о своем состоянии или поведении. Поэтому процесс управления во многом представляет собой преобразование информации обратной связи в информацию управляющих воздействий [17]. Как правило, управляющая и управляемая подсистемы системы управления в целом связаны между собой противоположно направленными потоками информации (рис. 1.11 в), которые переводят систему в разные состояния и осуществляют выбор в направлении предпочтительного изменения состояния. Очевидно, что если нет выбора, то нет и управления. В отношении самоуправляемых систем, в которых нет условного разделения на объект и субъект управления, следует отметить, что они сами себя приводят в соответствие с состоянием внешней среды и обладают способностью саморегулироваться, самоорганизовываться. Обратная связь является необходимым условием для большинства форм управления системами. Правда, обратная связь не всегда зрима (заметна) в процессе функционирования системы управления, но она практически всегда присутствует. Механизм положительной и отрицательной обратной связи занимает ведущее положение в управлении системами, так как представляет собой универсальный механизм целенаправленного управления поведением практически любых систем в зависимости от рассогласования фактического и желаемого поведения. Отрицательная обратная связь корректирует поведение управляющей подсистемы в сторону ослабления факторов рассогласования, тогда как положительная обратная связь корректирует поведение управляющей подсистемы в сторону усиления факторов рассогласования. На поведение системы влияет соотношение положительной и отрицательной обратной связи, поэтому необходимо находить их оптимальное соотношение [17]. Когда речь идет о системах управления, важно иметь в виду, что ин- тегративное качество системы, которое является желаемым, «верхом идеала» с точки зрения целей, часто достигается лишь в большей или меньшей степени, например, из-за особенностей объекта управления или НеДостатка ресурсов для осуществления управления. Это может проис- Ходить даже из-за намеренных действий внутри управляющей системы, в которой могут возникать собственные цели и интересы, отличные от ис- одной цели управления. В связи с этим, с точки зрения установленных Целей принято говорить о разном качестве управления.
ПО И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Во многих случаях интегративным качеством системы управления представляется гомеостаз систем как конечная цель управления. Особенно в эволюционных самоуправляемых системах управление существует как механизм обеспечения гомеостаза. Если есть интегративное качество, то управление условно можно рассматривать как настоящую систему, а если нет, тогда управление представляет собой не систему, а только лишь псевдосистему. Есть много примеров, когда механизм управления не выполняет свои функции и «работает на себя», отрицательно влияя на системы, для обслуживания которых он создан [47]. Во многих случаях встречается единство структуры и функции системы управления. Однако есть не единичные случаи, когда одни и те же функции системы управления могут быть реализованы различными структурами. То есть отсутствует изоморфное отношение между структурой и функцией систем [17]. Знания структуры системы управления иногда недостаточно для понимания законов функционирования системы в целом и наоборот. Правда, в кибернетике, технике, как правило, определение законов функционирования системы управления однозначно определяет законы структурной организации системы [26]. В искусственных (креационных) системах, созданных человеком, главную цель управления [47] составляет обеспечение гомеостаза системы или поддержание и оптимизация системных характеристик. 1.19. Некоторые факторы, определяющие возникновение и функционирование системы Ряд ученых, включая Ю.А. трейдера, условно различают между собой два класса систем: первый - это целеориентированные (целенаправленные) системы, а вторые - ценностноориентированные. Первый класс систем - это относительно простые системы, которые характеризуются наличием совокупности четких целей, связанных своей иерархией и уровнями управления. Второй класс систем - это более сложные системы, поведение которых основано не на заданной иерархии целей, а на обши* ценностях. В таких системах часто наблюдаются такие ситуации, когда их действия не подчиняются четкой цели и отсутствует иерархия уровней управления [11,16]. Факторы целесообразности и целеполагания являются основой ф°Р" мирования целенаправленных (целеориентированных), или целеполагае-
fnaea 1. Общие положения системного подхода Щ мых, систем. Простейшими примерами целенаправленных систем является: семья, общество, социум, которые способны в ряде случаев к выбору своего поведения в зависимости от внутренней цели. Для ценностноориентированных систем важен процесс действия, оцениваемый по некоторым критериям ценностей, а не целей. В ценностноориентированных системах часто бывают ситуации, когда в их действиях нет четкой цели. Они могут иметь принципиально другой вид организации, нежели целенаправленные системы. Коллектив ученых, занимающихся фундаментальными исследованиями, может служить в качестве наглядного примера ценностноориентированной системы. Для него, как правило, не удается сформулировать конечный результат работы, и приходится удовлетворяться правильной ориентацией интеллектуальных усилий по созданию новых знаний. Если перед коллективом стоит задача не получить новое ценностное знание, а создать вполне конкретный прибор с заданными характеристиками, тогда такой коллектив уже относится к целеориентированной системе с четким и промежуточными и конечными целями [28, 48]. АКАДЕМИИ НАУК России и других республик, проводящие фундаментальные исследования, как правило, ориентируются на накопление ценностей или на показатели (категории) ценностей, в то время как ВУЗы и прикладные институты стремятся достичь поставленных целей, т.е. ориентируются на показатели цели. Четкая целевая направленность на выполнение национальных программ в значительной степени определяет развитие науки в США. К примеру, 40-е годы - это программа создания ядерного оружия; 50-е годы - это программа создания ракетного оружия и ракетоносителей; 60-е годы - это программа выхода на Луну; 70-е годы - программа «Шатл» и 80-е годы - программа стратегической оборонной инициативы (СОИ). Такая направленность науки прагматична, и фундаментальные результаты часто появляются, как побочные результаты практических исследований. Американские университеты, которые ведут Фундаментальные исследования, субсидируются в основном на средства промышленности [28]. Условное деление систем на рефлексивные и нерефлексивные [28] во многом похоже на деление систем на стремящихся достичь цели (прикладная наука) и на ориентированных - на накопление ценностей (фунда- Ментальная наука). Рефлексивные системы, которые однозначно реаги- РУЮт (рефлектируют) на действия среды и собственное состояние, эффектны при работе системы в стандартных ситуациях, на которые система аРанее программируется. Достоинством рефлексивной структуры явля-
112 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности ется ее простота: система реагирует заданным образом на все рутинные воздействия, но чтобы определить подобные ситуации, используют специальный механизм. Когда обстановка становится более сложной, нетривиальной, тогда требуется подключение особых процедур принятия решений, что соответствует нерефлексивности [49]. Нерефлексивные системы эффективны там, где нет однозначности действий, а допускается многозначность. При этом возникает свобода принятия решений, поэтому система содержит в себе человека, который определяет принимаемое решение и эволюцию системы. Вместо человека нерефлексивные системы могут включать в себя и автоматические системы со сложными правилами принятия решений. Нерефлексивные системы пригодны для решения неоднозначно формализуемых или слабоформализуемых задач или когда цели и соответствующие решения не формализуемы вообще. Каковы же причины и принципы возникновения систем? Важнейшей причиной возникновения различных систем является: появление условий, способствующих их созданию и/или наличие заинтересованности (объективной или субъективной) в создании таких систем [49]. Если создаются соответствующие условия, то в сильно неравновесной среде без вмешательства извне может начаться процесс самоорганизации в направлении создания систем. А искусственную систему для своих целей может создать некий субъект сам. Принцип возникновения систем и его обоснование требует некоторого специфического представления об информации. Количественное определение информации по Шенону совпадает с определением энтропии, причем считается, что количество информации о системе не зависит от внешнего наблюдателя и полностью определяется только свойствами самой системы. На самом же деле информация о системе, о ее отдельных свойствах должна восприниматься внешним наблюдателем, потребителем этой информации. Однако информация об одних и тех же свойствах системы может восприниматься одним внешним наблюдателем и не восприниматься другим. Если система порождает информацию об определенном ее свойстве и внешний наблюдатель является потребителем этой информации, тогда по этому свойству система оказывается открытой по отношению к внешнему наблюдателю. Если же внешний наблюдатель не является потребителем этой информации, тогда система по этому свойству является закрытой по отношению к внешнему наблюдателю и поэтому для него отсутствует это свойство системы. К примеру, если в нашем о°"
Глава I. Общие положения системного подхода ЦЗ ществе сегодня нет потребности в фундаментальной науке, то система для общества по этому свойству является закрытой. Так как любое свойство системы порождается структурными закономерностями системы, то в системе образуются только такие структурные закономерности, которые порождают лишь те свойства, для которых во внешней среде имеются соответствующие «потребители». Отсюда в [1] делается утверждение, что система обладает свойствами, новыми по отношению к свойствам ее структурных элементов, и эти новые свойства не обусловлены свойствами составных структурных элементов данной системы. На основе этого делается предположение, что свойства конкретной системы во многом задаются извне и зависят от внешнего наблюдателя 1.20. Вопросы безопасности и устойчивости систем Использование системного подхода и системных исследований для анализа безопасности систем позволяет выявлять общие системные закономерности возникновения опасностей независимо от функциональной содержательности и определять пути ограничения разрушительных последствий [50]. Если требуется описать весь диапазон возможных состояний систем от нормального работоспособного до неработоспособного, то в определение безопасности закладывается содержание о сохранении гомеоста- за системы. Различают внешнюю и внутреннюю безопасность системы. Если система способна при взаимодействии со средой не нарушать гомеостаз среды, тогда это называют внешней безопасностью среды, т.е. система при воздействии на среду не нарушает или не выводит за допустимые пределы ее важнейшие параметры. Показатель гомеостаза системы, или характеристика ее целостно- стм> представляет внутреннюю безопасность системы , т.е. способность системы в условиях внутренних и внешних воздействий сохранить свое н°рмальное функционирование. Опасность содержится в самом факте существования системы как °сителя целостности и порядка; при распаде системы могут возникнуть Предсказуемые последствия. Все возможные состояния системы делят- я на множество опасных для существования системы состояний и безосных.
114 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Любая система в процессе функционирования подвержена внешним возмущениям со стороны среды и внутренним возмущениям самой системы. Сохранение гомеостаза и целостности системы является определяющим ее безопасность, так как они определяют само существование системы. Катастрофа, авария, неисправность угрожают безопасности системы и приводят к ее разрушению или, по крайней мере, потере работоспособности. Прогнозированием катастрофических или аварийных режимов, грозящих разрушением системы, и способами их предотвращения занимается теория безопасности. Методологически теория безопасности значительно шире теории надежности [50]. Для обеспечения безопасности систем и поддержания системного гомеостаза создают дополнительную систему, называемую системой управления безопасности, предназначенную для поддержания системы на требуемом уровне защиты [50]. Однако такая дополнительная система стоит немало и повышает общую стоимость системы. На безопасность системы большое влияние оказывает снижение энтропии системы и возникновение бифуркации или кризиса в его негативной трактовке. Вообще бифуркационные процессы изучает теория катастроф, которая описывает скачкообразные изменения в динамике системы, в том числе ее разрушение. В повседневной жизни бифуркация похожа на кризис, когда достаточно малейшего толчка в системе, чтобы резко изменить ход дальнейших событий. Хаос представляет собой однородную (гомогенную), аморфную, устойчивую неорганизованную среду, которой соответствует максимум энтропии. Поэтому такая среда малочувствительна к действию возмущений. Свойство неорганизованности не дает ничего для предвидения ее развития. Лишь очень мощное внешнее вмешательство может изменить устойчивое состояние такого образования. Это - как все равно болото, быстро поглощающее звуки, не образуя эха. Брошенный в болото камень быстро тонет, не образовывая даже волны. Чтобы изменить устойчивое состояние болота, надо мощное возмущение, например, мелиорационные мероприятия [50]. Наиболее распространенной причиной разрушения и гибели систем является потеря устойчивости. Потеря или нарушение устойчивости систем вызывает разрушение зданий при землетрясениях, приводит к разрУ" шению семьи, коллективов, империй и т.п. Причиной разрушения систем могут быть также и противоречия как внутренние (внутри системы межДУ элементами), так и внешние (между системой и средой). Целенаправленно организуя противоречия в системе, можно как разрушить, так и р^3'
w^ fjiaea /. Общие положения системного подхода Ц5 вить систему. Путем искусственного введения противоречий в систему можно форсировать или развал, или развитие системы. Антагонистические противоречия в системе, как правило, разрешаются кризисами системы. Поддержание устойчивости системы и сохранение ее гомеостаза является внутренней целью системы в отличие от внешней, определяющей взаимоотношение системы с внешней средой. Поэтому следует так организовать систему, чтобы обеспечить достижение целей выживания системы, стабильности в изменяющемся мире и одновременно ее развития, или эволюции [50]. 1.21. Отношение объекта и среды и вопросы управления При исследовании отношения объекта и среды важным вопросом является определение «срастания» объекта с окружающей средой. Это, в сущности, вопросы уровня открытости системы. Искусственным системам, построенным человеком, в меньшей степени присуще «срастание», или открытость. Так, в процессе построения систем человек сам старается, как правило, минимизировать возможное воздействие среды на систему (объект). В отличие от искусственных в естественных системах (биологических, экологических, экономических, культурных и т.п.) сильнее проявляется «срастание» системы (объекта) со средой, т.е. сильнее проявляется открытость в обмене информацией, энергией и веществом. Очевидно, что для «закрытия» системы необходимо исключить двусторонние связи системы со средой или, по крайней мере, сильно ослабить, например, путем замены на односторонние (однонаправленные) связи. Иногда систему можно рассматривать как тождественную объекту, а иногда - нельзя. При разделении системы на объект и управляющую часть не всегда удается выделить локализованно управляющую часть, иногда она размыта. Так, в биологических сообществах часто систему необходи- Мо рассматривать как тождественную объекту, так как в них трудно четко Вь1делить управляющую часть и контуры управления, зато легко указать систему обратных связей. Но если человек захочет улучшить работу биологической системы, он должен создать свою собственную систему Управления со своими датчиками, преобразователями, управляющими Рганами для оказания воздействия на исследуемую биологическую сис- ему. Известно, что наиболее сложной биологической системой является еловеческий организм со своими несколькими, минимум тремя, уровня- 11 Управления. Первый (нижний) уровень управления имеет генетиче-
116 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности скую природу и, как известно из литературы [28], образуется следующи. ми регуляторными механизмами: - клеточным и макромолекулярным; - гуморальным, реализованным через кровь, тканевую жидкость лимфу; - вегетативным, через вегетативную нервную систему, отвечающую за обмен веществ. Второй уровень - это психический уровень, который воздействует на поведение человека и разделяется на: - бессознательный, обеспечивающий безусловные рефлексы и заложенный генетикой; - подсознательный, сформированный в процессе индивидуального развития, накоплении жизненного опыта и реагирующий автоматически на рутинные действия. Третий (верхний) уровень управления содержит: - интеллектуальную регуляцию, обеспечивающую абстрактное мышление - высшую форму сознания; - сенсорно-перцептивную регуляцию, обеспечивающую восприятие; - мнемоническую регуляцию, основанную на памяти. 1.21,1. Системный подход к управлению экономическим развитием страны Результаты исследований лауреата Нобелевской премии И. Приго- жина в области химии, математики стали с успехом применяться в экономике. В своей знаменитой работе «Порядок из хаоса» [51] И. Пригожий, изучая фазовые переходы веществ, обнаружил, что в области фазовых переходов, или нестабильности, имеются определенные стабильные закономерности случайных явлений. И. Пригожий в своих экспериментах четко установил, что некоторые очень малые (незначительные) случайные воздействия приводят к значительным изменениям в состоянии вещества. Так, например, в области кристаллизации воды, около нулевой температуры, небольшое случайное понижение температуры ниже нуля или введение в воду незначительного кристалла льда (центра кристаллизации) вызовет существенное изменение в состоянии вещества, так как произойдет фазовый пере" ход из состояния воды в состояние льда. И, наоборот, незначительное случайное повышение температуры выше нулевого значения вызовет существенное изменение состояния вещества, так как произойдет фазовый
Глава 1. Общие положения системного подхода 117 переход из состояния льда в состояние воды. Оказывается, приблизительно то же самое происходит и в экономике, когда один среди тысяч экспериментов, пусть даже незначительный, оказывается удачным и приводит к существенным изменениям в экономике и в мире в целом [52]. Подобное произошло в информатике и экономике с изобретением интегральных схем, персональных компьютеров, Интернета и т.п. Один из классиков экономической мысли XX в., апологет свободного рынка и свободной конкуренции Ф. Хайек считает, что рынок и конкуренция являются главным благом, в результате которого ресурсы перераспределяются в пользу тех, кто обеспечивает более высокую эффективность. По Хайеку, рынок конкуренции, благотворное влияние случайных успехов становятся двигателем прогресса человеческого общества. Рынок работает потому, что рождает больше экспериментов, больше попыток, больше побед, но и больше поражений, действует быстрее, чем любая его альтернатива. Свободный рынок и конкуренция ускоряет производство новых продуктов, освоение новой технологии. Лауреат Нобелевской премии М. Портер определил наиболее значимые факторы международной конкуренции стран - это, в первую очередь, наука, образование и коммуникации и, во вторую очередь, природные и трудовые ресурсы. Характерной чертой современного экономического развития стало развитие эффективных сетевых организаций. Сеть - это устойчивая система связей между людьми и организациями. Сетевые организации не используют иерархические структуры. Они представляют организации нового типа, которые занимаются всем жизненным циклом производства продукции, маркетингом, сбытом, обслуживанием и системной интеграцией. Новые предприятия, организованные по сетевому принципу, имеют большую эффективность благодаря взаимодействию между всеми участниками производственного, маркетингового и сбытового процесса. Организации, построенные по сетевому типу, и хорошо организо- ианмые сети становятся критерием развития экономики и общества в целом. Сеть - это связи как внутри фирмы, так и внешние связи со всеми контрагентами. Традиционные производственные фирмы (как, например, фирма БОИНГ) все больше становятся похожими на большие сетевые °Рганизации, на масштабный своеобразный системный интегратор, ко- т°Рый значительную часть работ осуществляет на основе субконтрактов и а собой оставляет функции окончательной сборки, маркетинга, финансо- в°й стратегии и научных разработок. В нашей стране хорошим примером етевой организации служит Сбербанк с разветвленной сетью филиалов
118 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности по стране, связанных между собой глобальной компьютерной сетью и почтой-телеграфом; сеть ресторанов типа Макдоналдс, сбытовые организации типа Довгань и различные транснациональные компании. В новом постиндустриальном, информационном обществе начинают превалировать действия новых факторов экономического развития. Если в индустриальном обществе определяющими в экономическом развитии являлись такие факторы, как наличие источников природного сырья и энергетических ресурсов, наличие промышленного производства, транспортных средств и транспортных артерий, то новым, дополнительным фактором экономического развития постиндустриального общества становятся информационные технологии, компьютеры, Интернет, различные локальные и глобальные сети, и легкий доступ к информации [52]. Характерной чертой сегодняшнего дня стала растущая глобализация производственных процессов. Сегодня большая часть европейских и японских товаров изготавливается в странах Юго-Восточной Азии. Процесс производства товаров и услуг становится интернациональным и глобальным. Так, аудиторские и консультационные услуги все чаще осуществляют многонациональные команды. Все большее количество товаров и услуг производится на международной основе. Все более международный характер придается не только крупным концернам и корпорациям, но и средним и даже мелким фирмам. Любая конкурентоспособная фирма строит свою деятельность на международной основе [52]. Новые подходы к управлению экономическим развитием страны позволяют сказать, что: - целесообразно осуществлять субсидирование в первую очередь в сферах науки, образования, коммуникации, так как они дают максимальный эффект; - высокий эффект дает развитие информационной и рыночной инфраструктуры, позволяющей развитие сетевых организаций. Поэтому эти виды деятельности целесообразно субсидировать также на государственном уровне; - характерной чертой современного мира становится растущая глобализация и интернационализация производства товаров и услуг- современные фирмы и корпорации все больше приобретают черты глобальных сетевых организаций с системными интеграторами; - новым фактором экономического развития постиндустриального общества становятся новые информационные технологии, компьютеры» Интернет, различные локальные и глобальные сети, обеспечиваюШие легкий доступ к информации. ,.
Гчава 1. Общие положения системного подхода ]]9 1.22. Поиск неклассических способов управления системами с помощью локальных однородных взаимодействий соседних ячеек или клеток Для управления системами используются два способа: 1) классический, или прямой директивный способ управления и 2) неклассическое, или индивидуализированное управление посредством локальных однородных взаимодействий между соседними ячейками (клетками) однородной среды. При втором, неклассическом, способе глобальная цель управления системой достигается с помощью управляющих воздействий, имеющих исключительно локальный характер, т.е. основанных только на локальной информации. Классическим примером такого способа управления обществом дают библейские заповеди [17, 60]. Здесь управляющие воздействия представляют собой правила взаимодействия отдельного человека с окружающими его людьми независимо от состояния всего общества или какой-либо его части (т.е. правила локальны), при этом правила одинаковы для всех людей (т.е. однородны). Эффективность этих простых правил намного больше многих других исторических попыток навести порядок в обществе. При таком управлении отдельным локальным ячейкам напрямую задаются правила взаимодействия между соседними элементами управляемой системы. При этом локальность означает, что поведение каждого элемента системы зависит только от состояния соседних с ним элементов, т.е. непосредственной окрестности данного элемента. Однородность означает, что правила взаимодействия одинаковы для всех элементов системы (либо для достаточно больших ее частей, подсистем). Такой способ управления часто называют индивидуализированным управлением. Он имеет ряд преимуществ перед классическим, прямым Директивным управлением, в том числе большую устойчивость к дефектам, вызванным отсутствием или ошибками информации о состоянии элементов или отрицательным влиянием внешних возмущающих воздействий. Кроме того, при таком управлении само устройство управления Физически может отсутствовать, поскольку его роль могут выполнять сами элементы системы [60]. Хорошим примером этого способа управления служит поведение од- н°родных автоматов (биологических клеток, нервных клеток, отдельных с°бей собирателей грибов, членов парламента и др.). Правила игры Десь очень простые. Этот способ сегодня используется при управлении
120 И.В. Прангишвгши. Системный подход и общесист. закономерности морфологическими процессами, которые исследуются с помощью компьютерных моделей, содержащих большое число однородных клеток (автоматов). Здесь возникают такие принципиальные вопросы: 1) какая идея положена в основу управления и кто (что) и как «руководит» перемещениями клеток, в результате которых образуются клеточные сообщества определенной формы и размеров; 2) как клетки узнают, куда им следует двигаться (каковы правила взаимодействия клеток); 3) каковы правила движения клеток; 4) насколько эффективно эти правила обеспечивают достижение цели процесса. Тривиальный ответ на эти вопросы состоит в том, что «кто-то» должен рассчитывать для каждой клетки ее местоположение таким образом, чтобы в целом сообщество клеток образовало заданную форму. Затем следует каждую клетку информировать об ее конечном местоположении (цели движения) и сообщить ей, каким образом она должна двигаться к цели. Так думали до недавнего времени. Но очевидно, что эффективность такого индивидуализированного способа управления невелика. Тактика, при которой осуществляется: а) расчет местоположения каждой клетки; б) передача информации каждой клетке; в) исполнение полученных инструкций каждой клеткой; г) занятие каждой клеткой расчетного положения. Такая тактика является неустойчивой, неоперативной при изменении (даже малом) цели и условий выполнения клетками полученных ими инструкций. На компьютере были разработаны модели биологических процессов по организации требуемой формы клеточного сообщества на основе локального и однородного взаимодействия между клетками. Удалось выбрать такие правила локального однородного взаимодействия (перемещения) клеток, которые решают поставленную задачу образования требуемого биологического процесса. Потенциальные возможности способов управления на базе локальных однородных взаимодействий позволяет надеяться на его применение, кроме управления морфогенезом, также в управлении экономикой, социальными и экологическими процессами [60].
Глава 1. Общие положения системного подхода 121 1.23. Разделение систем по некоторым характеристикам При проведении комплексных исследований, а также при реформирования армии, промышленности, энергетики и экономики в целом требуется системный подход, так как все они являются сложными системами. Как было сказано выше, неотъемлемыми признаками (атрибутами) системы являются целостность, устойчивость, динамичность, относительная самостоятельность, наличие цели существования системы, наличие двух или больше взаимосвязанных элементов или подсистем, иерархичность систем. Известно, что системы разделяются но нескольким основным характеристикам. Во-первых, системы могут делиться на простые и сложные. Сложные системы характеризуются большим числом элементов и связей между ними, причем как число элементов и сила межэлементных связей, так и их локализация могут неконтролируемо измениться, что делает поведение таких систем плохо предсказуемым. Во-вторых, сами сложные системы разделяются на омникаузаль- ные, поведение которых хорошо предсказуемо, и партикаузальные, поведение которых плохо предсказуемо. Сложная система, структура которой определяется ее целостными свойствами, имеет описание, не сводимое к совокупности описания ее элементов, а некое целостное описание, которое дает полную информацию о системе и тем самым позволяет предсказывать ее поведение. Такая система называется омникаузаль- ной [4]. Но имеются системы с такой структурой, которая из-за отсутствия достаточной информации определяется только их элементами и отношениями. На уровне целого такую систему нельзя описать из-за того, что нет достаточной информации, поэтому ее поведение плохо предсказуемо. Такие системы условно называют партикаузальными системами. В-третьих, системы могут иметь экстракаузальные структуры, которые задаются внешними причинами, и интеркаузальные структуры, к°торые определяются их внутренними свойствами. Большинство биологических и экологических систем относится к сложным омникаузальным системам с интеркаузальной структурой. "Следствие этого они являются непараметрическими системами и прин- ципиально не могут быть описаны полностью набором параметров (как, апример, почва или воздух химическим составом). Для их изучения тре- Уется системный подход.
122 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Все живое в природе, как правило, построено по иерархическому принципу: молекулы -клетки - организм - популяции - экосистемы . биосфера. И чтобы получить целое представление о системе, необходимо ее рассматривать в тесном взаимодействии и единстве с вышестоящими и нижестоящими на иерархической лестнице системами. Все живые системы находятся в постоянном развитии и на разных стадиях развития или онтогенеза. Чтобы иметь цельное представление о системе и иметь возможность предсказывать ее развитие, необходимо рассматривать систему в динамике и знать историю ее развития. Каждая живая система должна рассматриваться во взаимодействии с другими системами того же уровня иерархии с учетом синергизма и антагонизма взаимодействия. Многие сложные системы нелинейны, и часть из них могут быть описаны с помощью нелинейных дифференциальных уравнений. Известно, что нелинейные уравнения имеют не одно, а несколько решений. Отсюда вытекает качественный физический смысл нелинейности. Множеству решений нелинейного уравнения соответствует не одно, а множество траекторий движения системы, описываемой этими уравнениями. Это означает многовариантность путей выбора из множества альтернативных. Основной метод исследования систем состоит в математическом моделировании процессов. Модели должны отражать суть структуры системы и воспроизводить основные ее характеристики. Многие нелинейные сложные явления можно описать сравнительно простыми качественными, или когнитивными, моделями. Оптимальную траекторию движения системы надо выбирать путем моделирования и прогнозирования. Ее нельзя предсказать, опираясь только на предшествующий опыт; будущее в нелинейных системах неоднозначно определяется настоящим (начальным условием); путей развития может быть множество, но не бесконечно, поэтому, зная ограничения и запреты системы, следует выбирать только те пути, которые целесообразны и желательны для субъекта управления. Известно, что за свое сохранение более активно борются живые организмы, которые избирательно реагируют на посторонние воздействия- Они меняют свой внешний вид, убегают, прячутся, нападают, то есть Де" лают все, чтобы обезопасить себя, и чем выше уровень организации жи' вого организма, тем более эффективны его действия jio предотвращению опасности. Эти действия инстинктивны и запрограммированы в генах. В теории систем показано, что основными системоо бразуюшим»1
Глава 1- Общие положения системного подхода 123 факторами самоуправления и управления являются главная цель и функциональная цель. Системный подход гласит, что система существует одновременно как целое и как часть вышестоящей системы, поэтому имеет две цели: 1) главную цель - самосохранение и 2) функциональную нель - сохранение вышестоящей системы, в которую данная входит как часть, средствами самоуправления и управления. Цель системы представляет собой полезный результат, который заложен в системе в виде программы. Для всех природных систем и для искусственно созданных социальных систем (общественных или государственных организаций и т.п.) «категорическим императивом» должны быть объективные законы существования систем, такие как: закон сохранения систем, закон целесообразного и оптимального самоуправления и управления [6]. Сегодняшнее состояние страны: происходящие реформы и преобразования, реструктуризация промышленности и экономики, - в целом, требует, чтобы исследования в области управления заканчивались не получением нового, чистого знания (как это требует классическая наука), не традиционной публикацией или отчетом, а разработкой реальных технологий практического управления в реально существующей экономике и рекомендациями по улучшению управления технической, социально- экономической и социологической системой для вывода страны из системного кризиса. Как было сказано выше, необходимо адекватно представлять цель системы и всячески способствовать ее достижению. Например, конечной целью существования такой системы, как человечество, может быть, является познание мира и мироустройства через движение в ноосферу, а не выживание человечества самого по себе. Если это так, то надо создать условия для реализации этой потенции. Тогда решение экономических и экологических задач должно быть нацелено на увеличение интегрального времени творческой жизни человека через обеспечение пригодных материальных и природных условий, через увеличение ресурсов на науку, образование и социальные сферы. '•24. Системный и информационный подходы к познанию сложных слабоструктурированных объектов, процессов и явлений Мощным толчком для развития новых научных представлений о при- Р°Де сложных систем и об информации стало появление синергетики ак науки о процессах нелинейной самоорганизации в природе и обществе.
124 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности В нелинейных самоорганизующихся системах любой природы информация, энергия и вещество являются движущими факторами, причем информация оказывается главным движущим фактором, так как именно информация определяет направление и основные фазы развития всех эволюционных процессов, а также структуру и устойчивость возникающих при этом природных, социальных или искусственно созданных человеком систем. Сегодня при системном исследовании объектов, процессов и явлений информацию рассматривают, с одной стороны, как меру сложности изучаемой системы, как характеристику внутреннего разнообразия систем, как меру порядка (упорядоченности) структуры системы, противостоящую хаосу, и, с другой стороны, как меру вероятностного выбора одной из возможных траекторий развития того или иного процесса. Си- нергетический подход позволил по-иному взглянуть на роль хаоса в природе и обществе. С позиции синергетики оказалось, что хаос - это не только стадия полной деградации и разрушения какой-либо структуры, процесса или явления, но и одновременно необходимое условие для рождения нового процесса. С точки зрения синергетики хаос - это также и потенциальный источник развития в сложной и более высокоорганизованной системе. Как известно, многие нелинейные открытые системы имеют некий порог восприятия малых флуктуации и случайностей. Этот порог есть защита системы от хаоса. Низкий порог восприятия приводит к хаосу на макроуровне, к отсутствию упорядоченной макроскопической картины. Высокий порог означает сверхсинхронизацию, сверхупорядоченность системы, что приводит ее к стагнации. Формирование принципа системности и системного подхода сыграло важную роль в развитии методологии научного познания, в осознании значения взаимосвязи и взаимообусловленности процессов и явлений окружающего нас мира. Суть как системного, так и информационного подходов заключается в том, что при изучении любого сложного объекта, процесса или явления в природе и обществе в первую очередь выявляются и анализируются наиболее характерные для них системные и информационные аспекты, определяющие их состояние и развитие. Использование, с одной стороны, системного и, с другой стороны, информационного подхода, позволяет увидеть многие, казалось бы, уже хорошо изученные объекты, процессы и явления в новом свете. При этом часто удается выявить ранее не замеченные качества, которые оказываются очень важным*и для понимания глубинной сущности явлений и определения возможных тендении
/л два 1. Общие положения системного подхода 125 их развития. Информационный подход часто можно рассматривать как дальнейшее развитие системного подхода исследования сложных объектов, процессов и явлений в природе и обществе на основе проявления закономерностей информационных процессов. Как показал ряд исследований отечественных и зарубежных ученых, целью многих развивающихся систем является достижение более устойчивой формы ее существования при внешних возмущениях среды. Основа цели эволюционного развития - обеспечение более стабильного и устойчивого состояния системы - приводит к «лестничному» характеру развития (эволюции) систем (см. главу 3). Великая тайна природы заключается в том, что она не устает создавать все более современные, более устойчивые к внешним возмущениям организмы и более высокоорганизованные системы. В природе ведь даже хаос может стать источником процесса саморазвития и самоорганизации системы. Человек как система сегодня окружил себя «второй природой», называемой техносферой, или искусственной средой обитания, которая создала ему массу удобств и возможностей (транспорт, жилье, компьютеры и т.п.), но одновременно оказывает разрушительное воздействие на самого человека. Она изолирует его от природы, деформирует сознание и психику, социальное поведение. Человек из-за техносферы утрачивает свои природные биологические качества и психические свойства, у него формируется новый тип поведения, новые технократические социальные ориентиры, деформируется шкала моральных ценностей. Сегодня поиск феномена физической сущности жизни или подхода к пониманию жизни ведется в рамках синергетики в направлении возникновения порядка (упорядоченности) из хаоса, что определяется уменьшением энтропии в системе согласно второму закону термодинамики. Но надо указать, что порядок (упорядоченность) может возрастать и при росте энтропии. Часто используемые в теории систем и в синергетике понятия организованность и упорядоченность являются в какой-то степени разными понятиями. Организованными называются системы, существование которых обеспечивается, в частности, за счет содержащихся в них сигнальных элементов; это - организмы, автоматы и их совокупности. Можно надеяться, что системный и информационный подходы помогут выявить глубинную сущность многих, сегодня еще не познанных явлений природы, понять основные принципы работы человеческого с°знания и подсознания.
126 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности 1.25. Некоторые пути развития систем с учетом ' системных кризисов Так как существующий в стране системный кризис - это затяжной кризис переходного периода, то проблема состоит в том, как преобразовать энергию, высвободившуюся за счет разрыва межэлементных связей в структуре прежней, устаревшей системы, в созидательную силу. Эта проблема требует осуществления структурной перестройки старой системы, определения новых структур и субъектов действия, которые окажутся способными сконцентрировать рассеянную переходным периодом энергию старой системы, сфокусировать ее на достижение новых целей. Системными параметрами, или атрибутами, являются жизненно важные для существования системы параметры, от стабильности которых зависит поддержание целостного, или интегративного, качества системы. Так, например, для человека важными системными параметрами являются: температура тела, кровяное давление, концентрация сахара в крови и т.п. Приближение этих параметров к предельно допустимым значениям может породить ситуацию системного кризиса, когда дальнейшее существование системы оказывается под вопросом. Здесь нелинейная система вступает в зону бифуркации, и поэтому будущее системы становится непредсказуемым. Под влиянием малейших флуктуации, внешних или внутренних, развитие системы из зоны бифуркации может пойти в разных направлениях: она может либо разрушиться, исчезнуть, либо быстро вернуться в нормальное состояние в прежнем или новом качестве, либо перейти в хроническую болезнь, которая требует длительного лечения. Примером может служить человек в состоянии кризиса, или нахождения в зоне бифуркации, при инфаркте, инсульте или при остром воспалении легких, и поэтому часто врачи не могут предсказать направление развития процесса. Одновременно с этим катастрофа или гибель системы как части более широкой системы (надсистемы) может служить необходимым фактором сохранения и развития надсистемы. Так, общество как надсистема просуществовало бы недолго, если бы не умирали отдельные ее члены- Существуют и несистемные параметры, выход которых за установление6 пределы нарушает устойчивость системы, однако не угрожает ее суШесТ' вованию. Достижение ими экстремальных, но не беспредельных, значений способствует более полной реализации возможностей системы, как
fjiaea 1. Общие положения системного подхода 127 би тренирует систему. Пример - физическая усталость человека или переживания [68]. Современную эпоху можно определить как переход к постиндустриальному, или информационному, обществу. Современный человек постиндустриального общества нуждается не только в развитии новой высокоэффективной технологии в промышленности, в сельском хозяйстве и др., но и в духовной реформации, преобразующей систему наших мотиваций от чисто материально-потребительской в духовно-экологическую. Образ индустриального общества сформирован разумом инженерного типа, который требовал приспособления общества, в основном, к требованиям технической среды, созданной человеком, а не природой, к так называемому техноцентризму. Формирование образа постиндустриального общества требует существенно иных творческих усилий, а именно, преодоления техноцентризма на пути сочетания эко- и культуроцен- тризма. Постиндустриальное общество будет более сложным, чем индустриальное, и потребует нового способа организации на принципах синергетики. Известно, что для устойчивости и развития всей системы требуется гомеостаз одной или нескольких ее составных подсистем. Под гомеоста- зом системы подразумевается, прежде всего, сохранение целостного или интегративного качества, отражающего сущность систем - это и есть системный гомеостазис, поддерживающий основные параметры системы в определенных пределах и сохраняющий заданное состояние системы. Способность конкретной системы самостоятельно поддерживать гомеостаз представляет собой устойчивость системы, а состояние, при котором система устойчива, - стабильное состояние. Системная устойчивость и системная стабильность, в свою очередь, означает поддержание системного гомеостаза. В некоторых случаях утрата частичного гомеостаза не только допустима, но и становится единственным условием сохранения гомеостаза системного. Важное свойство сложных биологических и социальных систем - это способность к внутренним переходам, изменениям качественного характера, что обеспечивает им системную устойчи- в°сть, возможность адаптироваться к неблагоприятным изменениям Внешних условий и внутреннего состояния. Как было упомянуто выше, сложные системы - биологические, социальные и некоторые инженерно-технические - поддерживают свое существование именно за счет качественных внутренних переходов, обес-
128 ИВ. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности печивающих адаптацию и развитие и, тем самым, обеспечивают динамическую устойчивость и динамическую стабильность. Хорошо известно, что ни одна система не вечна, каждая из них с рождения до полного исчезновения проходит три стадии развития системы: молодость или развитие, зрелость и старость - деградация - упадок. По-видимому, критериями наличия развития или прогресса системы могут служить объем знаний и технологические возможности общества. Правда, с появлением кибернетики развитие - прогресс системы начали мерить объемом, структурой и степенью упорядочения информации, содержащейся в системе. Однако, все эти показатели уязвимы. Например, высокие технологические возможности, как убеждает история, не гарантируют общество от деградации и распада. Наиболее правильным подходом к пониманию развития системы представляется соотнесение системы с ее интегративным качеством или сущностью. Развитие и деградация системы - это не что иное, как противоположные процессы становления и упадка ее сущности. Сегодня нет единства в оценке перспектив человечества. Все более распространенным становится скепсис относительно ближайшего будущего. Так, например, Акоп Назаретян отводит человечеству на решение дилеммы «быть - не быть» время жизни всего лишь двух ближайших поколений. Причина этого - военные столкновения, нарушение экологического баланса, «экспоненциальное накопление генетических отклонений». Вследствие этого, по мнению А.П. Назаряна, возможен коллапс земной цивилизации [53]. И такой прогноз многими воспринимается как достаточно реальный. А если это так, то человечество вплотную приблизилось к зоне бифуркации на границе системного гомеостазиса. И либо оно деградирует вообще, либо выйдет из этой зоны как новая цивилизация. Для реализации второго варианта человечеству надо подключить весь свой потенциал и, в первую очередь, интеллектуальный, нужна максимальная мобилизация научных ресурсов [53]. 1.26. Проблемы противоречий структуры и функций развивающихся систем Наличие большого количества разнообразных внутренних связей между большим числом своих элементов, а также многообразие связей системы с другими системами или внешней средой позволяет определять ее как сложную многоуровневую систему.
г fnaea 1. Общие положения системного подхода 129 Как известно, сложные объекты и системы не обладают свойством аддитивности, то есть свойства объекта не являются суммой свойств его частей, его элементов (подсистем). В силу этого развитие сложной системы имеет одну важную особенность, а именно, элементы системы приобретают все более специализированные функции, но вместе с тем возрастает целостность и устойчивость системы. Структура при этом является выражением внутренней формы объекта, представленного в виде системы. Развитие формы и содержания (структуры и функции) системы происходит неравномерно. Структура, или форма, системы в силу своей пассивности отстает в развитии от функции, или содержания, системы. Такая неравномерность развития приводит к возникновению противоречий между структурой (формой) и функциями (содержанием), которые разрешаются тем, что, например, старая форма (структура) системы рано или поздно изменяется в соответствии с новым содержанием (функциями). Таким образом, противоречие между структурой и функцией обычно разрешается путем изменения структуры. Если этого изменения не происходит (или происходит медленно), то возможности функционирования системы ослабляются вплоть до полной невозможности такового. В этом смысле ошибочное или медленное изменение структуры системы является дисфункциональным. Для успешного функционирования системы должны подчиняться следующим принципам: совместимости функций; сосредоточения функций; лабиализации функций; актуализации функций; нейтрализации дисфункции. Принцип совместимости функций означает, что все элементы должны обладать общностью главных функций, которая (общность) обеспечивает возможность взаимодействия элементов в системе. Говорить о цельности системы можно лишь тогда, когда функции ее элементов соответствуют условиям сохранения и развития систем. Отсюда следующий принцип. Принцип сосредоточения функций. Существует иерархия функции, при которой функции элементов подчинены функциям системы. Согласно принципу сосредоточения функций, функции элементов более низкого уровня подчинены функции элементов более высокого Уровня. Принцип лабиализации (изменчивости, или подвижности) функций. Повышение устойчивости и сохранности системы идет путем усложнения ее структуры. Системы, обладающие большим количеством
J 30 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности элементов и взаимосвязями, обладают большим разнообразием функций а следовательно, большими возможностями для сохранения, устойчивости и развития систем. Для усиления устойчивости систем важно не только усложнение структуры, но и дублирование функций элементами имеющими различную структуру. Элементы должны обладать большим количеством разнообразных свойств, которые можно проявить как функции. Принцип нейтрализации дисфункции. Для обеспечения сохранения или развития системы в ней должны разворачиваться (если это саморазвивающаяся система) или предусматриваться механизмы нейтрализации дисфункции. Аспект связанности говорит, что внутренние связи между элементами системы и внешние связи системы с другими системами становятся устойчивыми и долговременными только тогда, когда система займет стационарное или стандартное состояние. В этом смысле стационарность системы является условием для действия закона развития системы [46, 54]. 1.27. Самоорганизующиеся системы и синергетика Давно обратили внимание на то, что в мире существует очень много разнородных систем (прежде всего живые организмы), которые могут не только противодействовать процессу увеличения энтропии (Э) и снижению негэнтропии (НЭ) как связанной информации в системе, но даже уменьшать энтропию и увеличивать негэнтропию. Тем самым при совместном действии элементов систем упорядоченность систем увеличивается и для них второй закон термодинамики как будто не действует. Явления самоорганизации систем наблюдаются не только в живых организмах, но и в неорганичсеском мире. Выяснением механизмов самоорганизации занимается научная дисциплина, называемая синергетикой. Для системного подхода к самоорганизующимся процессам следует четко ограничить пределы и цели самоорганизующихся систем и уточнить содержание основных понятий. 1. Упорядоченность самоорганизующейся системы отличается от структуры тем, что система содержит не только физическую и химическую негэнтропию, но и НЭ более высокого порядка, связанную опреДе" ленной целью или целесообразностью. Как было отмечено выше, в разде" ле 1.11, упорядоченность (или организованность) R системы выражаете через Э и НЭ следующим образом:
fnaea /■ Общие положения системного подхода 131 Э Э макс макс. где ЭМакс. ' максимально возможная Э системы, когда НЭ равняется нулю, а Э - реальная (фактическая) Э системы. 2. Организованность системы, как было указано выше, представляет более высокую ступень упорядоченности. Организованная система способна бороться за поглощение, сохранение и увеличение информации или НЭ и противодействовать Э. В системе имеются специализированные, функционально различные, взаимосвязанные элементы для обработки и передачи информации. Очевидно, что полностью изолированная (закрытая) система не может повышать свою организованность (НЭ). Для этого система должна быть открытой и получать извне или изнутри энергию и информацию. 3. Хаос в системе наступает, когда Э = Э„жс.- В случае полного хаоса между элементами системы не имеется ни одной структурной связи и, следовательно, нет никакой зависимости между элементами, нет упорядоченности и нет организованности. Все варианты поведения элементов случайные, непредсказуемые и равновероятные. В реальном мире хаос, близкий к полному, возникает только в экстремальных случаях. Иногда применяется термин «частичный хаос» для случая частичной деструкции структуры системы или значительной потери зависимости между элементами, т.е. при увеличении Э [1, 55, 56]. По существу «частичный хаос» возникает при увеличении неопределенности из-за уменьшения НЭ и уменьшения структурных связей. Мерой частичного хаоса является _№_ ■ В принципе, возможен переход хаоса в порядок (упорядоченность) Э при экспериментировании методом «проб и ошибок», при действии механизма отбора, а также при самоорганизации. 4. Неравновесиость системы. Если система находится во всех отношениях в равновесии, то все процессы развития прекращаются. Если °ы процессы могли идти в условиях равновесия, тогда Э системы не возрастала бы. Чем больше система отклоняется от состояния равновесия, Тем больше повышается Э в ходе всех процессов и тем больше требуется д°полнительной НЭ, чтобы предотвратить повышение Э. При неравнове- сИи увеличивается нестабильность системы, но при сильном притоке
132 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерносщ энергии или НЭ можно обеспечить ее динамическую стабильность. Неравновесность может быть обеспечена и сохранена только при условии наличия НЭ или притока НЭ извне. 5. Развитие системы означает изменение негэнтропийного потенциала системы и характеризуется изменением НЭ, т.е. ± АНЭ. Развитие может быть, как прогрессивным или положительным, так и отрицательным. При прогрессивном развитии НЭ системы повышается на ( + АНЭ), а при развитии непрогрессивном, или деструктивном (отрицательном), происходит понижение НЭ системы на (— АНЭ). Развитие может быть для одних целей положительным, а для других целей или условий - отрицательным. 6. Нелинейность системы. Нелинейные системы неоднозначно реагируют на внешнее воздействие. Подавляющее большинство реальных систем, в принципе, являются нелинейными, в первую очередь, потому, что реальные системы содержат многомерную НЭ, т.е. связанную информацию в виде структурных элементов и их памяти. Линейные формулы справедливы только в приближенных моделях в 2-х - 3-х-мерном пространстве в очень узкой области (законы Ома, Гука и др.). Линейными уравнениями описываются итоговые балансы движения через систему вещества, энергии, денег. Чтобы получить динамическую модель развития, надо их дополнить негэнтропийными балансами. Включение балансов Э и НЭ превращает линейную модель в нелинейную. 7. Бифуркация в системе. Развитие и изменение большинства систем происходит по нелинейным уравнениям, которые в критических точках, в точках бифуркации, могут иметь два или более решения. В точке бифуркации невозможно предсказать, по какому пути происходит дальнейшее развитие системы. Это является одним из источников вероятностных процессов в системе и придает поискам случайный характер. 8. Самоорганизующиеся системы. В полностью изолированной системе, когда нет поступлений энергии или информации извне и изнутри, невозможна самоорганизация. Для самоорганизации и даже для некоторого повышения организованности необходимо обязательно извне или изнутри (из подсистем) получить дополнительную энергию и НЭ. 9. Диссипативные структуры. Открытые неравновесные структуры сохраняют свою собственную структуру за счет рассеяния вещества и энергии. В итоге растет НЭ системы и Э окружающей среды. Диссипа- тивная структура - более общее понятие, чем самоорганизующаяся сие-
Глава 1. Общие положения системного подхода 133 тема. Диссипативными могут быть и искусственные структуры, созданные человеком, например, лазерные установки. 10. Управляемость системы. Открытая система управляема, если имеет каналы связи, по которым можно подавать на нее управляющее воздействие для того, чтобы направлять ее поведение. Для достижения полной управляемости можно ликвидировать Э системы путем введения такого же количества НЭ управляющей системы, т.е. при условии НЭреач + НЭ^ = Этах. Реальная энтропия Эреад управляемой системы равняется нулю. Из-за неопределенности в точках бифуркации системы неуправляемые. В действительности вблизи точки бифуркации системы очень чувствительны ко всяким, даже очень слабым, воздействиям. Это иногда используют для оптимального управления системами и этим объясняют поведение систем под действием ничтожно малых сигналов, например изменений гравитационного поля. 11. Энтропия и негэнтропия системы. Негэнтропия является мерой упорядоченности структуры системы и измеряется в тех же единицах, что и энтропия (например в битах), но ее направление противоположно энтропии и увеличение НЭ вызывает уменьшение Э. Несмотря на это, НЭ и Э в системе изменяются по разным (неодинаковым) самостоятельным закономерностям и их абсолютные значения мало зависят друг от друга. Поэтому нельзя представлять НЭ как Э с отрицательным знаком, как это ошибочно делают иногда [55]. С другой стороны, согласно современным представлениям величина энтропии есть не что иное, как количество новой информации, недостающей для полного описания процесса или системы, т.е. эти величины идентичны и, по существу, выражают природу энергоинформационного единства в материальном мире. В понятии информации следует особенно отметить тот аспект, что информация представляет собой меру организации (организованности) системы и математическое выражение для информации тождественно выражению для энтропии, взятому с обратным знаком. Как энтропия сис- темы выражает степень неупорядоченности или дезорганизации системы, так и информация определяет меру ее организации. Благодаря обмену информацией между элементами системы и элементами и внешней сре- ч°й, происходит их организационное взаимодействие. В информации наедят отражение особенности организованности взаимодействующих Элементов системы. Более организованные системы способны извлекать
134 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности из окружающей среды большую информацию, чем менее организованные, и одновременно они сами служат источником большей информации. 12. Энтропия и поддержание гомеостаза системы. Понятие энтропии является одним из важных свойств систем различной природы с вероятностным поведением и дает новый уровень понимания в биологии технике, статистике, информатике, лингвистике и других областях. В открытой диссипативной системе влияния на организм (или другие системы) обмена с внешней средой энергией, информацией, веществом отражается через изменение состояния. Согласно теореме Пригожина стационарное состояние характеризуется минимальным рассеянием энтропии. Для живых систем это означает, что поддержание гомеостаза требует минимального потребления энергии. Это также означает, что здоровый организм стремится работать в самом экономичном режиме. Отклонение от нормального состояния, например из-за болезни, потребует дополнительных энергетических затрат для его компенсации [57]. При наличии внутренних или внешних возмущений могут происходить скачкообразные переходы системы из одного в другое состояние, каждое из которых будет относительно устойчивым. В случае живого организма это переход в разные уровни относительного здоровья или в хроническую болезнь. Острое или хроническое заболевание обуславливает неэкономное функционирование организма, когда энтропия повышается. 1.28. Взаимодействие открытых систем с окружающей средой или между собой и соотношение энтропийных и иегэнтропийных процессов Недостатком многих системных работ является отсутствие учета энтропийных факторов, который позволил бы выяснить наиболее вероятные и маловероятные процессы, протекающие в различных системах. Вначале кратко рассмотрим некоторые простейшие и важнейшие особенности энтропии систем. Энтропия служит количественной мерой беспорядка в системе и определяется числом допустимых состояний системы. Такое утверждение в точности соответствует определению Э = In S, и означает, что энтропия есть натуральный логарифм числа допустимых состоянии системы S. Чем больше у системы число допустимых состояний S,теМ больше энтропия. Так как логарифм - число безразмерное, то и энтропия
fjiaea 1. Общие положения системного подхода 135 является безразмерной величиной. Если система может находиться только в единственном допустимом состоянии S = 1, тогда Э = In 1 = 0. Рассмотрим две изолированные замкнутые системы, не находящиеся в контакте между собой. Если у первой системы число допустимых состояний равно 5ьау второй S2 , тогда объединенная система, состоящая из этих двух изолированных систем, будет иметь S\, S2 допустимых состояния и энтропия объединенной системы будет равняться im Эг= IniS^) = In 5, + ln£2 = Э, + Э2 В Из этого следует, что полная энтропия двух изолированных (некон- тактирующих) систем равна сумме энтропии отдельных систем. Это свойство аддитивности энтропии [140]. Энтропия замкнутой (изолированной) системы монотонно возрастает со временем (АЭ > 0), вплоть до достижения максимального значения (Э„жс) в конечном равновесном состоянии, когда число допустимых состояний системы максимально. Стремление энтропии объединенной системы, состоящей из двух изолированных систем, к возрастанию интуитивно можно понять следующим образом: если каждая из двух изолированных систем ограничена энергиями U\ и U2, то объединенная изолированная система ограничена одной суммарной энергией U = Ui + U2 ■ Таким образом, вместо двух ограничений появляется одно ограничение. Снятие одного ограничения может привести только к возрастанию полного числа допустимых состояний и, следовательно, к возрастанию энтропии [140]. Возрастание энтропии говорит о переходе Упорядоченной формы движения частиц в неупорядоченную, иначе тепловую. Превращение энергии упорядоченного движения в энергию хаотического движения называют диссипацией энергии. Термин «диссипа- тивный» является синонимом термина «необратимый» [140]. Энтропия удовлетворяет следующим трем требованиям [140]. 1. Энтропия принимает максимальное значение в наиболее «неупорядоченном» (хаотичном) ансамбле, в котором все его члены встречаются с одинаковой вероятностью. 2. Энтропия принимает минимальное значение в наиболее «упорядоченном» ансамбле, в котором с достоверностью встречается только °дин из его членов.
136 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности 3. Энтропия обладает свойством аддитивности: энтропия системы состоящей из двух статистически не зависимых подсистем, равна сумме энтропии каждой из подсистем. «Энтропийный принцип» гласит, что при протекании любого процесса в природе сумма энтропии всех тел, или элементов системы, в которых процесс вызвал изменения возрастает, но это не значит, что возрастает энтропия каждого отдельного тела или элемента системы. Возможны случаи, когда энтропия отдельного тела, или элемента системы уменьшается, как это происходит, например, когда тело отдает теплоту путем теплопроводности. Если при протекании процесса система получает из окружающей среды тепло или отдает ей теплоту, то энтропия среды в первом случае уменьшается, а во втором увеличивается. Применение энтропийного процесса предполагает возможность вычисления изменения энтропии каждого из участников процесса [140]. Рассмотрим переход беспорядка в порядок и соответствующие изменения энтропии систем. Любая изолированная система стремится достичь ситуации, отвечающей наибольшему беспорядку, т.е. ситуации с максимальным значением энтропии. Можно привести большое число иллюстрирующих его примеров [141]. Например, рассмотрим живое существо или любой другой биологический организм. Оно также состоит из простых атомов (углерода, водорода, кислорода, азота), но эти атомы не образуют случайных смесей, а собраны в систему с исключительно высокой степенью организации. Действительно, прежде всего, атомы объединены в органические молекулы (около 20 различных типов аминокислот). Затем эти органические молекулы используются в качестве строительных блоков, которые будучи соединены в строгой последовательности, образуют различные типы больших молекул, называемых макромолекулами, из которых образуются различные белки. Предположим теперь, что наше существо помещено в ящик и полностью изолировано. Тогда высокая степень организации не сможет сохраниться. В соответствии с принципом возрастания энтропии наше существо не выживет и его упорядоченная организация сложных молекул, в конце концов, распадется на неупорядоченную смесь простых органических молекул [141]. Таким образом, энтропия любой изолированной (закрытой, некон- тактирующей) системы с подавляющей вероятностью будет возрастать (или, в крайнем случае, оставаться постоянной), что означает ДЭ ^ 0. Пусть для любой изолированной системы абсолютно точно известно, что ее энтропия наиболее вероятно будет со временем возрастать или, в крайнем случае, останется постоянной. Используем этот факт для дрУг0
Глава I. Общие положения системного подхода 137 большой или объединенной изолированной системы, которая, со своей стороны, состоит из двух неизолированных (открытых или контактирующих между собой) систем Ах и А2 ■ Получим, что энтропия объединенной, или большой, изолированной системы А3, состоящей из неизолированных (открытых) систем (подсистем) Ах и Аг, также будет возрастать или. в крайнем случае, оставаться постоянной [141] и поэтому ДЭ3>0,но ^ Эз = Эх + Э2, где Э3 - энтропия объединенной (большой) изолированной системы, а Э\ и Э2 энтропия неизолированных (контактирующих) систем А\ и А2 соответственно. Утверждение о возрастании энтропии применительно к объединенной системе Аз позволяет написать: ЛЭ3 = АЭ, + Юг > О . Выполнение этого условия совсем не означает, что энтропия обеих систем Af и А2 должны возрастать, т.е. АЭ{ > О, АЭ2 S 0. Вполне возможно, что энтропия одной из открытых систем, например л\, будет ие возрастать, а наоборот, уменьшаться (A3i < 0), тогда как энтропия другой открытой системы А2 будет возрастать (АЭ2 ^ 0) так, чтобы скомпенсировать уменьшение энтропии (A3i) системы Д и выполнить основное вышеуказанное условие для объединенной изолированной системы. При этом степень беспорядка и, следовательно, энтропия в интересующей нас открытой системе Ах уменьшится за счет увеличения приблизительно настолько же или чуть больше беспорядка и энтропии в другой открытой системе А2, которой может оказаться, например, окружающая среда. Такой компенсационный принцип изменения энтропии иногда называют «принципом компенсации энтропии» [141]. Принцип компенсации энтропии гласит, что энтропия неизолированной системы может быть уменьшена только в том случае, если еистема взаимодействует с другой или другими системами таким °бразом, что в процессе взаимодействия происходит компенсирую- *^ее увеличение энтропии [141].
138 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Таким образом, если имеются две взаимодействующие системы Ах и А2, тогда энтропия ( Э]) системы А\ может уменьшаться, только тогда когда энтропия (Э2) системы А2 возрастет настолько, чтобы, по меньшей мере, скомпенсировать это уменьшение и обеспечить выполнение условия АЭ) + ЛЭ2 ^ 0 для полной единой системы. При этом степень беспорядка в интересующей нас системе Ах уменьшается за счет увеличения степени беспорядка другой системы А2, с которой система Ах взаимодействует. Таким образом, энтропия ( Э2 ) системы А2 возрастает настолько, чтобы, по меньшей мере, скомпенсировать уменьшение энтропии (3i) другой системы Aj [141]. Наряду с энтропией часто говорят и об обратной ей по знаку величине - информации. Саму энтропию иногда называют информационной энтропией, иногда вместо энтропии используют негэнтропию. Важно отметить, что уменьшение на определенную величину энтропии некоторой неизолированной, или открытой, системы можно достичь различными способами с помощью различных дополнительных систем и процессов. Не все способы при этом годны. Вышеприведенное утверждение и выражение АЭз = АЭ] + ДЭ2 ^ 0 позволяет отвергнуть те непригодные способы, которые не удовлетворяют указанному выражению, а, наоборот, требуют удовлетворения непригодного выражения АЭ3 = АЭ, + АЭ2 < 0. Вышеприведенное утверждение и выражение позволяет из разных альтернативных способов снижения энтропии системы выбрать наиболее эффективный. Правда, они не содержат информацию о методах и способах, с помощью которых можно достичь уменьшения энтропии системы [141]. На основе вышеизложенного можно утверждать, что прогресс не может быть общим для всех частей системы. По законам термодинамики снижение Э (или повышение НЭ) в одной части системы обязательно сопровождается повышением Э в другой части или окружающей среДе- Поэтому невозможен всемирный прогресс и благоденствие, если не научимся отводить от планеты Земля всю лишнюю Э (отходы) во внешнюю среду, т.е. мировое пространство (космос) [55]. Успехи развития
fnaea 1. Общие положения системного подхода 139 одной группы людей (даже внутри одной семьи) или одного слоя общества, или одного государства и, следовательно, снижение их Э (повышение НЭ ) возможно только при одновременном повышении Э в других группах людей, в других слоях общества, в других государствах или окружающей среде соответственно [55]. Отметим, что во избежание ошибок в будущих системах, кроме материальных и энергетических балансов, необходимо рассчитать Э и НЭ системы, обеспечить баланс между Э и НЭ системы и по данным баланса определить рациональные пути развития системы. Очевидно, что безэнтропийных процессов не бывает ни в природе, ни в обществе, аналогично тому, как не бывает полностью безотходных технологий. Необходимо, чтобы отходов (Э) получать меньше, менее вредных и легко отбрасываемых дальше от областей концентрации НЭ. Методика расчета Э и НЭ для различного типа систем изложена в [55], где показано, что для обеспечения прогресса системы любую человеческую деятельность надо направлять таким образом, чтобы добиться более высоких темпов снижения Э (или повышения НЭ) по сравнению с темпом прироста Э. Каждая система обязательно содержит вещество (массу), энергию, информацию (негэитропию). Это относится не только к материальным системам, но и также к мыслям, сознанию и другим результатам умственной деятельности, которые измеряются энтропией (Э) и негоэнтропией (НЭ). Когда система сложная и многомерная, тогда структурная упорядоченность измеряется количеством обобщенной энтропии (ОЭ) и обобщенной негэнтропии (ОНЭ), что будет рассмотрено в дальнейшем [55]. Каждая система в мире обязательно обладает как Э, так и НЭ. НЭ как связанная информация в системе нейтрализует равную ей часть Э и характеризует упорядоченность системы. Реальные системы обладают различной степенью открытости (О < а < (Хтж). Не существуют на практике полностью закрытых! или Полированных от окружающей среды системы, когда не происходит никакой обмен со средой по веществу (массе), энергии и информации 'олностью закрытые системы изучала классическая термодинамика. Было показано, что кРытые термодинамические системы, будучи предоставлены самим себе, переходят в стояние равновесия, характеризующееся минимумом свободной энергии и максимумом КтРопии.
140 ИВ. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерноспц (ее = 0). Все равно информация может передаваться через гравитационное поле, через поток нейтрино, так что полная изоляция невозможна. В реальных системах между системой и средой или между различными системами происходит обмен массой (веществом), энергией и информацией (негэнтропией). Причиной взаимообмена является неравновесное состояние систем, а исходной причиной неравновесия являются существующие мощные потоки направленной энергии и информации. Огромным запасом энергии и информации (НЭ) обладает гравитационное поле, а также объединенное суперполе [55]. В любых системах одновременно (параллельно) протекают два противоположных процесса: изменение Э и НЭ. Энтропия, в общем, является показателем беспорядка, хаоса, неопределенности, разнообразия в системе. Негэнтропию часто ошибочно представляют как энтропию с отрицательным знаком. Это может вызвать большие недоразумения. Как было указано выше, негэнтропия действительно измеряется в тех же единицах как энтропия (например, в битах), направление ее действительно противоположно энтропии и увеличение НЭ вызывает такое же уменьшение Э. Несмотря на это, НЭ и Э изменяются в системе по разным самостоятельным закономерностям, и их абсолютные значения мало зависят друг от друга. Негэнтропия является мерой порядка, упорядоченности внутренней структуры, связанной информации. При увеличении энтропии увеличивается размерность систем или количество независимых факторов - переменных. Одновременно с ростом Э увеличивается и неопределенность, неупорядоченность, беспорядок системы. Для того, чтобы уменьшить неопределенность и неупорядоченность, необходимо ввести в систему НЭ, или информацию [55]. Таким образом, при прогрессивном развитии в системе, при ее организации и упорядочении больше увеличивается НЭ, чем Э. При деструкции, дезорганизации системы, наоборот, больше увеличивается Э, чем НЭ. Возможны разные способы одновременного изменения Э и НЭ- Если система обладает небольшой Э, то для ее компенсации следует ввести также небольшую НЭ. Если же система содержит большую величину Э, то для ее компенсации потребуется также большое количество информации (НЭ). Системы взаимодействуют между собой или с окружающей среД0*1 путем обмена веществом (массой), энергией и информацией (Э и НЭ). «* процессе обмена как масса и энергия, так и информация (или НЭ) могу концентрироваться или рассеиваться. Обмен информацией происхО' дит только тогда, когда имеется такая связь между системами, в результа
Глава 1. Общие положения системного подхода 141 те которой повышается НЭ хотя бы одной системы. В остальных случаях мы имеем дело с рассеянием информации, массы или энергии, или просто шумом [55]. Из-за ограниченности ресурсов происходит борьба, конкуренция между системами за овладение ими. Та система, которая притягивает от других больше материальных, энергетических и информационных ресурсов и более эффективно их использует, обладает более широкими возможностями для существования и развития. В результате этого происходит местная локализация ресурсов и НЭ. Между различными системами при взаимодействии происходит конкуренция или борьба за овладение энергетическими, информационными и материальными ресурсами. Поэтому больше развивается та система, которая способна больше притягивать от других систем или окружающей среды информационные, энергетические или материальные ресурсы. Чем больше неравномерность системы, тем больше их чувствительность и способность принимать информацию и тем больше возможность самоорганизации системы. Из законов роста в системах ее Э и НЭ следует, что если в больших (глобальных) системах типа планета-земля суммарное увеличение Э будет превышать суммарное увеличение НЭ, тогда на планете будут преобладать деградационные процессы, приводящие к разрушению, неупорядоченности, неопределенности, к стихии, войнам, к хаосу, что может закончиться гибелью цивилизации. Поэтому высшей целью человечества является обеспечение ускоренного, или в худшем случае равного, роста НЭ по сравнению с Э. Для этого необходимо на основе научных разработок научиться эффективно бороться против быстрого роста Э. В [55] для спасения человечества от роста Э на планете предлагается отвести всю лишнюю Э от земного шара в окружающую среду в мировое пространство (в космос). Не следует думать, что с развитием науки, техники, культуры, экономики повышается только НЭ. На самом деле, обязательно вырастет и Э. В результате повышения благосостояния населения, улучшения медицинской и социальной помощи повысится численность населения, и тем самым будет расти конкурентная борьба, а следовательно, конфликты, войны, технократические и экологические катастрофы и т.п. [55]. Возникает вопрос, почему со значительным расширением наших знаний, получением большого объема информации, а, следовательно, Ростом НЭ все же растет беспорядок, преступления, конфликты, войны, кризисы, болезни, социальная несправедливость и прочие негативные явления. В мире с ростом народонаселения наблюдается хронический
142 И. В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности дефицит всех ресурсов - веществ, энергии, информации, времени. Это обусловливает непримиримую конкуренцию и борьбу между системами за эти ресурсы и условия их эффективного использования. В результате нечестной борьбы и конкуренции увеличивается Э в направлениях [55]: - экономические преступления; - исчерпание природных ресурсов; - преступность и разрушительные войны; - природные катастрофы и стихийные бедствия; - болезни и нарушение экологических условий; - конфликты между людьми, неконтролируемый прирост народонаселения, стрессы и т.п. Такая же борьба между явлениями Э и НЭ, как в материальном мире отражается и в сознании людей. Если государство своими законами и контролем за их исполнением не может обеспечить справедливое распределение имеющихся ресурсов по результатам труда, тогда и люди начинают жить без учета результатов труда и поэтому растет беспорядок, экономическая преступность, несправедливость. В сознании людей и в экономике отражается эта несправедливость, неопределенность, безысходность, . и поэтому единственным выходом из сложившихся условий является увеличение в первую очередь НЭ общественного сознания, а через него и вообще НЭ в материальной реальности общества [55]. Полученная информация уменьшает неопределенность, незнание, беспорядок, неупорядоченность принимающей ее системы. Как было сказано выше, мерой неопределенности, неупорядоченности, беспорядка (или, как синоним, разнообразия) системы является энтропия, а для сложных многомерных систем - обобщенная энтропия (ОЭ). Как было показано выше, понятие неупорядоченности определяется отношением Э реап. „ Л реальной и максимально возможной энтропии , что, со своей сто- макс. роны, показывает степень уменьшения Эиакс после получения НЭ и ко- _ /-! реал. Л леблется в пределах U < < 1. макс. В теории Шенона под информацией понимается только та часть передаваемого сообщения, которая до получения сообщения была неизвестна получателю, и поэтому у получателя уменьшается неопределенность или энтропия. Поэтому полученная информация измеряется раз-
Глава 1. Общие положения системного подхода 143 ностью энтропии (Э) системы до и после получения информации. Количество передаваемой информации от передатчика А к приемнику В равно: 1(А,В) = Э(В)- Э(В/А) = -lg2 Р(В) + lg2 Р(В/А), где Р - вероятность событий, причем Р(В)- вероятность события В, а Р{В I А) - условная вероятность влияния события А на событие В, или вероятность, описывающая зависимость последующего события от предыдущего. Оценка влияния события А на событие В выражается в форме разности Э(В) — Э(В/ А), что представляет количество информации. Каждая система характеризуется обоими показателями как Э, так и НЭ, причем при уменьшении Э увеличивается НЭ. Для любой одной системы правомерно выражение: Это выражение имеет какую-то аналогию с распределением в системе внутренней энергии: W = W'+W"= W+ЭТ где W - внутренняя энергия системы, W - свободная составляющая энергии; W" - связанная энергия; Т - абсолютная температура. В большинстве реальных систем, в которых протекают нелинейные и стохастические процессы, показателем упорядоченности является НЭ систем. Необходимо отметить, что неопределенность в системах существует не только из-за недостаточности информации, из-за нашего незнания, но также из-за фундаментальных свойств систем. В самом деле, как Уже говорилось, состояние сложных систем и их изменений во времени и в пространстве описываются нелинейными уравнениями, содержащими квадратные, кубические или многостепенные члены. Системы этих уравнений имеют несколько решений. Во многих местах многомерного пространства имеются точки бифуркации, где незначительное измене- Н||е одного фактора может вызвать движение системы в нескольких альтернативных направлениях. При этом выбор направлений (раз-
144 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности ветвлений) является совершенно случайным и равновероятным. Конкретный путь развития как причинное следствие детерминированных законов нельзя предсказать. Ученые считают, что мир - случайный уже с самого начала: даже через доли секунды после "большого взрыва" развитие было случайным в направлении сегодняшнего мира, а не противоположного антимира. Показателем упорядоченности в нелинейных и стохастических процессах является НЭ системы. Любая сложная система обладает иерархичной структурой и поэтому содержит в себе подсистемы, которые флуктуируя, в то же время сохраняют свою устойчивость, динамичность, преемственность. Как было показано ранее, в качестве меры упорядоченности R системы обычно принимают степень отклонения состояния системы от ее термодинамического равновесия. К.Шенон эту степень отклонения обозначил через "избыточность" [55] Э э ЛЮКС. Если система находится в состоянии максимального (полного) беспорядка, хаоса, тогда Эрет = Эыакс и R = О, если же система идеально упорядочена, тогда Э =0 и R = 1. В абсолютно равновесных системах энтропия достигает максимально возможной величины (Эмакс ) при данном количестве элементов, элементы действуют свободно и неограниченно, не зависимо от влияния других элементов и в системе отсутствует какая-либо упорядоченность. Очевидно, абсолютного хаоса в системах не бывает. Все существующие реальные системы имеют в структуре более или менее заметный порядок и соответствующую НЭ. Система тем больше удаляется от равновесного состояния, чем больше имеется в структуре упорядоченность. С другой стороны, неравновесные системы стремятся двигаться в сторону термодинамического равновесия, т.е. увеличивать свою Э. Если неравновесные системы не получают дополнительную энергию или информацию (НЭ), они не смогут длительное время сохранять свое неравновесное состояние. Чем больше неравновесность, тем больше их чувствительность и способность принимать информацию и тем больше возможности саморазвития системы.
Глава 1. Общие положения системного подхода 145 В термодинамике существует коэффициент полезного действия тепловой машины: Т2-Тх Z 2 ' т 1 2 Аналогично этому из [55] можно предположить, что существует коэффициент полезного действия при переходе информации: пЭП НЭ0 _ Змо Эф0 С р Л = 1- tlJп -Jun -J 1 П ^МП ^ФИ V ''Si } э •^мо где НЗП и НЗа - НЭ приемника и отправителя информации; Rn и lR0 - упорядоченности приемника и отправителя информации; индексы у 9нтропии ЭФО, Эмо, Эш, ЭФП означают фактически (ф), максимально (м), приемник (п) и отправитель (о) информации. Величина, обратная коэффициенту полезного действия информации (Zn), есть коэффициент увеличения энтропии (рассеивания информации) при инфопередачах [55]. z„ нэп-нэ0 (Д/7-/г(,)э, МП Коэффициент К может изменяться в пределах 1 -н со. Если НЭ0 = 0, т.е. если система-отправитель имеет максимальную Э, то л = 1 и дополнительного увеличения энтропии при передаче информации не происходит. Если НЭП — НЭ0 , то К —> со, т.е. если НЭП и "Э0 близки, то информация передается с большими убытками. Другими словами, чем меньше разность в энтропиях и негэнтропиях между инфо- обменивающимися системами, тем больше рассеивается передаваемая информация [1, 55]. Информацией является только такая связь и отношения между сис- Темами, в результате которой повышается негэнтропия хотя бы одной Системы. Так как элементы системы сами представляют отдельные под-
146 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности системы, то те связи между элементами (подсистемами) внутри системы которые повышают НЭ, являются информацией, а те, которые не повышают НЭ, представляются шумом, деструктирующим действием, в отдельных случаях, например, в живой природе - дезинформацией. Если выражать информацию через ее прирост (убыль) ЛЭ или АНЭ, то можно обеспечить обобщенность информации [55]. Прогрессивное развитие не является общим для всех систем: оно связано с повышением НЭ определенной системы, т.е. ее упорядочением, но одновременно происходит и повышение Э окружающей среды, т.е. уменьшением упорядоченности окружающей среды. Поскольку НЭ существует как в микро-, так и макромире, объективно, наряду с веществом и энергией, во времени и пространстве, то необходимо определить соотношение и взаимодействие НЭ и Э. Методика расчета Э и НЭ может быть применена в любых системах, в том числе сложных, например экономических, технологических и др., при анализе и прогнозах. Важно определить взаимосвязи связанной в системе информации (НЭ) с самой информацией, уточнить сущность и роль НЭ, а также закономерность ее развития, превращения в другие формы, исходя из эквивалентности вещества, энергии и НЭ. В обществе положительные результаты деятельности (труда) дают повышение НЭ (+ АНЭ), ущерб дает понижение НЭ (— АНЭ ). Принцип «каждому не по труду, а по результатам труда» позволяет полученные результаты труда (материальные, энергетические и информационные с вычетом доли затрат государства) отнести в собственность человека или организации. Прогресс общества - это повышение ее НЭ. В условиях перехода из плановой экономики в рыночную, целесообразна одновременная подготовка к переходу в инфообшество; для упорядочения экономических и технических систем необходимо повышение их НЭ. Для успешного проведения экономических реформ требуются: 1) материальные, энергетические и негэнтропийные ресурсы; надо находить внутренние резервы и использовать меньше иностранных кредитов, эффективно использовать госимущество; необходимо создать государство с регулируемой рыночной экономикой; 2) разрушение только тех старых элементов связей и систем в обществе, которые стали тормозом развития; 3) сохранение всех тех старых элементов преимущества, интеллектуального капитала, которые еще можно использовать для пере" стройки в новые элементы и системы и организации их роста.
fnaea 1. Общие положения системного подхода 147 Поскольку информационные процессы типа приобретения знаний и образования (НЭ) являются основными во всех сферах общественной жизни, техники, экономики и культуры, то отсутствие учета их влияния привело к неправильным выводам-догмам, когда считалось, что интеллектуальный творческий труд не создает национального дохода. Для будущего человечества имеется некоторое число альтернативных путей развития, приводящее к повышению или понижению его НЭ. Для выбора рационального пути развития потребуется создание организационных структур, которые противодействовали бы рассеянию НЭ и повышению Э. Известно, что как масса вещества, так и энергия, в принципе, содержат огромное количество связанной в них информации (НЭ). Однако мы имеем еще ничтожно мало сведений, чтобы эти богатства привлечь на службу человеческой цивилизации. Главный вопрос, как превратить связанную в веществе и в энергии информацию (НЭ) в более полезную информацию, что ускорит развитие человеческой цивилизации и повысит НЭ. Так, во Вселенной, кроме ядерной, имеются источники неограниченного количества энергии, например, в виде гравитационной с нулевым уровнем Э, однако требуются новые знания, как превратить их в полезный для человечества вид энергии и НЭ [55]. При прогнозах будущего развития человеческой цивилизации часто не учитывают энтропийные факторы, вследствие чего нет возможности выяснить и отсеять маловероятные прогнозы. Главная причина неудач всех прогнозов заключается в том, что исходили из предположения, что при развитии общества НЭ увеличивается быстрее, чем Э. И человек борется с энтропией успешнее, чем жившие до него животные, но преодолеть общую тенденцию увеличения Э он принципиально не может. Поэтому реальным шансом спасения человечества является возможность отвести всю лишнюю Э от Земного щара в мировое пространство. Правда, благодаря Солнцу диссипативные процессы частично поглощают энтропию. С развитием науки, культуры, техники и экономики увеличивается НЭ общества, но одновременно с этим в еще большей степени увеличивается его Э. В самом деле, в ре- 3Ультате повышения общего благосостояния, улучшения медицинской и с°Циальной помощи населения повышается численность населения и, тем самым, растет конкурентная борьба, а также конфликты, войны. Достижения науки и техники используют не всегда для пользы общества. Они асто идут для изготовления средств уничтожения своих соперников [1,
148 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности Установлено, что прогресс не может быть общим для всех частей системы. По законам термодинамики уменьшение Э в одной части системы должно сопровождаться увеличением Э в другой части системы, в других системах или в окружающей среде. Поэтому бессмысленны прогнозы о всемирном прогрессе и благоденствии. Успехи развития одной группы людей могут быть обеспечены только при одновременном повышении Э в других слоях общества, в других государствах или в окружающей среде. Поэтому надо научиться отводить Э от системы [1,55]. Любое развитие происходит в условиях борьбы между разными течениями, идеями, технологическими разработками, организациями и отдельными исполнителями. При этом системы с наибольшей степенью информируемости, т.е. с наибольшей НЭ не всегда побеждают. Кроме того, нельзя предполагать, что конкурентная борьба, противоборство уменьшается по мере увеличения НЭ в обществе и науке, наоборот, увеличивается дифференциация общества по критерию НЭ (по компетентности и степени информируемости) и обостряется борьба между отдельными слоями людей. Важнейшая задача - изучать балансы Э и НЭ систем. Сегодня прогнозируется, что если в 19-м веке лидирующим континентом была Европа, а 20-м веке - США, то в 21-м веке лидирующими будут государства Тихоокеанского региона, так как они будут давать 60% от общего товаропроизводства и составлять 60% от народонаселения Земли. При этом вместо традиционной технологии будет использоваться высокая технология. Использование методов баланса между Э и НЭ открывает новые возможности в исследовании и конструировании моделей технических, социально-экономических, организационных, экологических и др. систем. Известно, что основной целью общества является созидание, прогресс, положительное развитие или, выражаясь научно, увеличение НЭ и уменьшение Э общества. Если для оценки эффективности деятельности отдельного человека, организации или слоев населения в качестве критерия принять рост их НЭ, тогда открываются новые возможности для системного анализа глубинных процессов в обществе. Для развития экономики, техники, науки и, следовательно, увеличения НЭ общества как системы необходимо общество вывести из равновесия. Уровень НЭ определяет экономические основы и организационные структуры общества. Те структуры, которые обеспечивают наибольшее повышение НЭ и, следовательно, понижение э
Глава I. Общие положения системного подхода 149 обшества, являются наиболее жизнеспособными. Для развития системы и ее самоорганизации необходимо найти возможность избавиться от возникающих отходов, которые характеризуются высокой Э, а следовательно, низкой НЭ. Необходимо определить место и процессы, куда и как можно отводить от системы отходы с высоким содержанием Э. Для эффективного удаления из системы и передачи вовне остаточных продуктов с высоким содержанием Э необходимо создать хорошую экологическую программу [55]. Без опережающего повышения уровня НЭ развитие общества и государства затормозится, даже если имеются материальная и энергетическая базы. В мире невозможно найти ни одной системы, которая содержала бы в отдельности или вещество, или энергию, или информацию. Даже самые маленькие кванты энергии - фотоны имеют по формулам Эйнштейна массу, а величина кванта уже само собой является информацией. Не говоря уже о волнах и их когеренции. Единство массы и энергии, возможность их измерения в единицах массы или энергии вытекает уже из формулы Эйнштейна Е = тс . Для объяснения единства природы информации (негэнтропии) с энергией и массой используется формула Бриллюэна. Единство можно объяснить только тем, что в суперполе вещество, энергия и информация имеют единую природу. Известно, что гравитационное поле имеет сильно антиэнтропийный характер и противодействует энтропии. По соотношению Бриллюэна, для получения 1 бита необходимо израсходовать, по меньшей мере, К In 2 « ж единиц негэнтропии, где К = 1,38 • 10~ Дж/град (константа Больцмана) [55]. Для перевода любой системы из одной формы в другую пользуются приближенными эквивалентными соотношениями, полученными из объединения формул Эйнштейна и Бриллюэна: 1г -» 10" дж-+10Ъ1 бит. При перерасчете одной формы в единицы другой реально не происходит переход вещества в энергию или информацию или наоборот. Объективно существует реальное суперполе, которое в любом месте имеет свойства как вещества (массы), так и энергии и негэнтропии. Теоретически можно любую из трех форм выразить в единицах другой формы. Например, в битах можно выразить как информацию, так и энергию, и массу вещества. Мозг человека в виде памяти содержит информацию около
150 И. В. Прангишеили. Системный подход и общесист. закономерности 5-10 бит, вместе с макроструктурами около - 10 бит, что соответствует массе около 110" г, т.е. пока неизмеримо малой величине [55]. 1.29. Взаимосвязь энтропии, информации, энергии в системах и условия самоорганизации систем Плодотворность общих системных закономерностей проиллюстрируем на примере анализа энтропийно-информационных зависимостей процессов самоорганизации и самоуправления систем. Рассмотрим содержательный смысл понятий энтропии, информации, энергии и их аналитическую взаимосвязь. Если энтропия для систем представляет меру неупорядоченности (хаотичности) движения структурных элементов, то информация для систем, наоборот, представляет меру упорядоченности (детерминации) межэлементных связей системы, а энергия представляет интегральную меру интенсивности движения структурных элементов. Нахождение аналитических взаимоотношений между энтропией и информацией для систем любой природы определяет условия и процессы самоорганизации и самоуправления системы. Из теории информации известно, что в результате взаимодействия систем возможно самопроизвольное накопление дополнительной информации и получение нового знания. К. Шеноном была доказана теорема: Э(Х;У)<Э(Х) + Э(У), (1.1) где X и У - множества структурных элементов системы (или подсистемы); Э(Х) и 3{Y) - энтропии множеств элементов систем X кУ-,3- Э(Х,У) - энтропия результирующего множества, возникающего при взаимодействии исходных множеств элементов систем (подсистем) X и У. Если X и У - независимые множества элементов систем, не всту- паюшнх во взаимодействие физических систем, например X - магнитное поле, которое не воздействует на не обладающую магнитными свойствами среду У, тогда в формуле будет знак равенства [8]
Глава 1. Общие положения системного подхода 151 Э(Х;У) = Э(Х) + Э(У). (1.2) Если же множество элементов X и У могут вступить во взаимодействие (например, магнитное поле X действует на среду У, обладающую магнитными свойствами или радиационное поле X - на человека У и т.п.), тогда имеем Э(Х;У) < Э(Х) + Э(У) или Э(Х) + Э(Х;У) = Ms > О (1.3) В этом случае в результате взаимодействия множеств X и У появляются новые связи между элементами системы X и элементами системы У. A Als представляет собой приращение структурной информации, характеризующей упорядоченность структуры или количество новых связей, возникающих между элементами систем X и У. Частым и одновременно наиболее характерным является взаимодействие системы X с окружающей средой (система У). В результате их взаимодействия образуются новые связи между системами X и У, появляется некое приращение структурной информации и осуществляется адаптация системы X к внешним условиям У. Открытая система X и внешняя окружающая среда У при ее возмущениях взаимодействуют и образуют новые связи между элементами системы 1иУ,и создают приращение структурной информации А15, необходимое для адаптации системы X к внешним условиям. И энтропия результирующей взаимодействующей системы Э(Х;У) меньше, чем сумма энтропии отдельных систем Э(Х) + Э(У). Так происходит эволюционная адаптация в течение нескольких п°колений биологических систем к изменяющимся внешним условиям, пРоисходит как бы постепенное обучение рациональному поведению в Жданных внешних условиях. Если во внешней среде происходят события '>2,...,п и между этими событиями есть корреляция, а вероятность реакции системы X на событие 1 равно Р j , на событие 2 - Р 2 , на событие п Р„ , тогда реальная энтропия при заданных значениях Р1,Р2,...,Р„
152 И.В. Прангишвили. Системный подход и общесист. закономерности будет Э . Под максимальной энтропией Эмак<. будем понимать энтропию, когда все вероятности равны: Р1 = Р2 = ... = Рп и нет корреляции между событиями 1,2,...,п. Тогда Эл,0л-с. -Эрет. =AIS, (1.4) где А15 - приращение структурной информации, характеризует уменьшение энтропии или упорядочения структуры, т.е. таким образом, аналитически описывается процесс упорядочивания структуры системы. Уравнения (1.3, 1.4) являются формальным описанием всех процессов формирования упорядоченных структурных систем любой природы. Первоисточником формирования упорядоченных структур, в первую очередь, служат различного рода поля. Примеры этого: формирование упорядоченной доменной структуры магнитных сред под воздействием магнитного поля; ориентация (упорядочивание) электрических диполей, поляризуемых сред под воздействием электрического поля; формирование упорядоченных космических систем, возникающих под воздействием гравитационного поля и описываемых теми же уравнениями (1.3-1.4) [1,58]. Следует отметить, что все процессы упорядочения внутренней структуры системы, определяемые уравнениями (1.3) и (1.4), обязательно сопровождаются уменьшением энтропии внутренней структуры и иногда увеличением энтропии внешней среды. Определяемая выражением (1.4) величина А15 с точки зрения теории информации представляет количество избыточной информации, но она одновременно служит для оценки структурной упорядоченности систем. Вообще избыточной считается вся та информация, которая не несет новую информацию и которую можно предсказать до ее получения. Поэтому одна и та же величина А15 как избыточная информация может характеризовать потенциальную возможность разгрузки каналов связи за счет предсказания, с одной стороны, и степень структурной упорядоченности системы, с другой стороны. Например, сообщение (нформация) о том, что из яйца вылупился птенец, у которого нет плавников, но есть крылья, является избыточным с точки зрения получателя подобной информации, однако именно эта информация является необходимой для
Глава 1. Общие положения системного подхода 153 наследственного генетического кода, определяющего упорядоченную структуру организма данного вида птенцов [4]. Таким образом, общие энтропийно-информационные свойства самоорганизующихся систем гласят: 1) В результате взаимодействия двух систем (X; У) или системы (X) с внешней средой (У) происходит упорядочение структуры системы и соответствующее приращение структурной информации Als, которое равно уменьшению суммарной энтропии взаимодействующих систем. Необходимым условием накопления структурной информации А15 является появление дополнительных взаимосвязей (корреляция) между событиями и дифференцировка вероятностей (т1,т2,...,тп) происходящих в анализируемой структуре событий. Например, при автоматическом составлении с помощью ЭВМ некоторого (энтропийного) произвольного текста при равных вероятностях (т1,т2,...,тп) выбора букв, заложенных в память ЭВМ, текст будет выглядеть бессмыслицей, скажем, (сух- рробъцяыхвщиюаи). А при учете вероятностей появления букв русского алфавита (/и, ,т2,...,7Ия) и их взаимосвязи в пределах четырех буквенных сочетаниях в реальных текстах ЭВМ способна сформулировать текст уже с упорядоченной структурой, приближающейся к реальным осмысленным текстам, например (весел враться не сухом и пепо и корко) [60]. Сопоставление двух искусственно сформированных текстов наглядно иллюстрирует процесс упорядочения структуры в