1.1. Наука
Столкновение с новым – событие для человека и человечества. Для человека сложно то, что ново, что не укладывается в рамки установившихся понятий и не может быть объяснено на основании новых фактов и общепринятых законов. Теория относительности и квантовая механика изучаются сейчас в ВУЗах и в школе, а в 30-е годы не все даже самые крупные ученые могли понять основные идеи этих теорий. Потребовался длительный и мучительный путь, чтобы их освоить. Сейчас многие теории вошли в практику, при этом содержание их почти не изменилось, а восприятие упростилось.
Пример 1. Появление нового, более сильного хищника в районе обитания первобытного человека грозило катастрофой. Не имея средств и опыта борьбы, небольшая группа людей могла быть легко уничтожена, или погибнуть от голода, поскольку обычная их добыча могла стать добычей хищников. Система “живая пища - человек” преобразовалась в новую систему “хищник – жертва - человек” и стала более сложной. Дальней шее развитие системы могло пойти по разным путям. Человек и новый хищник могли совместно уничтожить продовольственную базу, а затем погибнуть. Хищник мог ослабить, а затем уничтожить людей, в результате возникла бы новая система “хищник - жертва”, которая могла стать стабильной. Человек мог уничтожить хищника и система пришла бы в первоначальное состояние, с той разницей, что человек, вооруженный новыми знаниями и новым опытом, стал бы более могущественным и расширил зону обитания.?
В большинстве случаев события развивались именно так: человек приспосабливался к изменениям намного быстрее. Процесс приспособления требует концептуального, причинного и технологического объяснения: должно стать ясным, почему и как это происходит.
Пример 2. Рассмотрим пример контакта с внеземной цивилизацией. Допустим, что группа космонавтов с уровнем знаний 30-х годов осуществила удачную посадку на другую планету. Группа состоит из физика, химика, биолога, геолога, инженера и медика. Предположим, что они нашли объект длиной 1 метр, неправильной формы, темного цвета.
Физик определил удельный вес, произвел спектральный анализ, обнаружил два десятка элементов (в том числе редких на Земле) в необычных пропорциях. Выявил, что структура гомогенна и схожа с кристаллической. Имеются поверхностные электрические потенциалы. Собственного внешнего электрического или магнитного поля нет. Обнаружить внутренние поля без разрушения объекта невозможно.
Химик установил, что вещество, скорее всего неорганическое, и нашел несколько десятков характеристик при помощи микро проб.
Геолог высказал ряд предположений о возможных вариантах тектонического образования предмета, главным из которых является то, что он не знает, что это такое.
Инженер не обнаружил движущихся частей и заявил, что это не машина и высказал предположения, что это – горная порода, или искусственный строительный материал, или электронная конструкция неизвестного назначения, или остаток метеорита, или неизвестно что.
Биолог заявил, что в принципе не исключено, что это живое существо с кристаллической микроструктурой клеток и электронно-ионным обменом веществ. Ничего подобного на земле нет.
Медик заявил, что он не знает, опасен объект для людей, или нет.
Примерно так можно описать ситуацию контакта. Далее возникает вопрос, что делать. Дать геологу раздолбить объект и предпринять исследование кусков? Для физика и химика это приемлемо, но что если прав инженер и найденный объект – электронное устройство (например, на микросхемах, о которых в 30-х годах еще ничего не знали), тогда будет потеряно величайшее открытие. Или прав биолог, и мы уничтожим инопланетное живое существо, единственное в своем роде? А может это целая колония живых существ, общество, наконец – цивилизация?
Дискуссию можно продолжать долго, но ясно одно: никакая разнородная группа узких специалистов не в состоянии справиться с проблемой, требующей особого подхода. ?
Еще недавно новые факты были редким явлением и входили в компетенцию лишь ученых. Развитие науки и техники сделали столкновение с новым, неизвестным, непознанным - частым явлением. Важность нового от этого не уменьшилась, а возросла из-за интеграции новизны, увеличения ее влияния на практические стороны жизни. Последствия загрязнения атмосферы и воды, бесконтрольного применения гербицидов и антибиотиков, а также многие другие факторы человеческой деятельности нельзя предвидеть в узкоспециальных исследованиях.
В специальных исследованиях современной науки преобладают два метода: функциональный и анатомический. Оба связаны с вмешательством в исследуемый объект и могут нарушить его деятельность или изменить свойства. Анатомическое исследование предполагает нарушение целостности объекта, исследование функций может привести к такому же результату. Во всяком случае, есть опасность зафиксировать не то, что происходит в нормальных условиях. История науки изобилует такими примерами.
Пример 3. Несмотря на многовековое развитие медицины, кровообращение было открыто всего около 350 лет назад, а последующие исследования не дали ответа на многие важнейшие вопросы. Известно, например, что мозг постоянно получает одно и то же количество крови. Чем бы человек ни занимался, день за днем, минута за минутой, поток крови не изменяется. Это уникальное свойство, так как в мышцах поток крови изменяется в пять, а то и десять раз в зависимости от физической нагрузки. Зачем нужна такая стабильность и как она осуществляется, никто не знает. ?
Отношение исследователя к объекту исследования может быть трех видов: созерцательное, экспериментальное и потребительское.
Пример 4. Астрономия долгое время была созерцательной наукой и накопила много сведений. На каком то этапе эти сведения стали полезными для кораблевождения и ориентации. ?
Как только техника достигла определенного уровня, человек стал экспериментатором. Эксперимент позволяет углубить познание и подготовить почву для применения.
Всякий эксперимент вносит изменение в исследуемую систему. Информацию нельзя получить даром. Одно из условий эффективного эксперимента – проведение не возмущающего наблюдения, т. е. такого, при котором измерительные приборы незначительно изменяют физические свойства наблюдаемых величин.
Пример 5. Манометр, измеряющий давление газа, незначительно влияет на величину давления, но чем выше точность измерения, тем больше энергия взаимодействия измерительного прибора и измеряемого процесса, в результате чего наблюдение перестает быть не возмущающим. ?
В какой то мере наблюдение определяет будущее поведение системы.
Как ни сложно положение экспериментатора, позиция потребителя гораздо сложнее. Каждый ученый стремится как можно скорее практически использовать результаты исследований, хотя не всегда ясна область и последствия применения. Желание ускорить дело может привести к противоположным результатам, а недостаточная инициативность – к значительным потерям. Утилизация новых физических явлений дорого обходится человечеству, в то же время многое из того, что нас окружает, мы не используем в полной мере.
Можно привести много примеров того, как узость подхода тормозила применение вполне разработанных и перспективных идей.
Современная наука чрезвычайно дифференцирована. Углубленность в свою узкую область затрудняет взаимопонимание ученых; возникла профессиональная терминология, непонятная даже близким по профилю специалистам. Обилие научных фактов в каждой области настолько велико, что невозможно усвоить даже основные факты из нескольких областей. Эпоха универсализма давно закончилась, и наступила эпоха специализации.
Пример 6. В свое время прославленный французский писатель Бернарден де Сен-Пьер, член Института (Академии наук Франции) пожаловался Бонапарту, что в Институте к нему относятся без должного уважения. Бонапарт осведомился, знает ли знаменитый писатель дифференциальное исчисление. Получив отрицательный ответ, Бонапарт дал понять, что член Института, не знающий дифференциального исчисления не достоин уважения. В середине XX века подобная требовательность никому бы не пришла в голову. ?
В настоящее время вряд ли существует математик, знающий все разделы математики. Специализация принесла огромную пользу, но вызвала и большие трудности. Главная из них – сложность всестороннего рассмотрения фактов, их объединение и интерпретация.
Физические явления, в которых число учитываемых переменных превышает несколько десятков (когда еще можно применить детерминистский подход и дифференциальные уравнения) или меньше нескольких сотен тысяч (когда становится допустимым статистический подход), не имеют адекватного описания. Мы до сих пор вынуждены объяснять принципиальные свойства живой материи особыми “биологическими законами”, которые оказываются оторванными от физических законов и не имеют строгих формулировок.
Выводы
1. На современном этапе узкоспециальная ограниченность недопустима: слишком много возможностей остается скрытыми и слишком велики потребности человечества.
2. Фундаментальные представления о строении вещества, об энергетических преобразованиях, о сущности развития, об отличии живого от неживого следует пересмотреть с позиций единства и цельности мира.
3. Современная наука требует не только накопления знаний в специальных областях, но и интеграции наук на основе концепции, которая сохраняла бы преемственность и открывала перспективы, устанавливая взаимосвязь между структурой, устройством, организацией и свойствами, действием, поведением.
4. Многосвязность явлений в природе требует единства подхода к исследованию разнообразных объектов. Специализация экспериментальных и теоретических методов в различных областях науки не должна мешать этому единству, но должна вытекать из него.
1.2. Техника
Создавать устройства с неизвестными ранее функциями намного труднее, чем исследовать готовые. Можно говорить о двух основных способах поиска новых идей: копировании природы и создании новых идей.
Первый способ ничего особенного не принес цивилизации. История техники свидетельствует, что очень многое человек открыл в природе после того, как изобрел это сам.
Пример 7. Никому не удавалось обнаружить звуковой локатор у летучей мыши, а некоторые особенности поведения этого животного, связанные с работой его локатора, игнорировались. ?
Пример 8. Архитекторы обнаружили и начали перенимать у насекомых изящные и остроумные конструкции сооружений после того, как до многих аналогичных идей дошли сами. ?
Почему так получилось? Желания и попыток копирования было много, причин неудачи две: непонимание и невозможность воспроизведения из-за примитивности технологии.
Пример 9. Медузы способны воспринимать инфразвуки, и это позволяет им чувствовать приближение шторма. Понять загадку медузы и построить прибор, действующий по аналогичному принципу, было невозможно без инфразвуковой техники. ?
Непонимание может касаться не сущности процесса, который используется, а способа использования.
Биологическая цивилизация шла по пути создания сложных гомогенных (клеточных) структур, в то время как машинная цивилизация развивалась на основе гетерогенных устройств (состоящих из различных по составу, форме и принципу действия элементов). Поэтому инженеру трудно понять и воспроизвести биологическую структуру, а биологу не менее трудно посоветовать, как реорганизовать направление развития машинной технологии.
Итак, человек стал изобретать сам. Идя от простого к сложному, он на ощупь или с предвидением, ценой огромных усилий и потерь искал свой путь и построил свой мир – техносферу. Техносфера обладает огромной энергетической базой, которая имеет разные виды силовых полей и излучений. Диапазоны размеров технических устройств и сооружений простираются от одной миллионной метра (микросхемы) до миллионов метров (железные дороги), диапазон энергопотребления или энерговыделения от долей микроватта до миллионов мегаватт. Этот технический мир, в котором мы живем, относительно прост. Вся техносфера проще, чем организм любого млекопитающего, а любое устройство, механическое или электронное, проще единственной биологической клетки. Живая клетка имеет большую удельную (на единицу массы) управляемую энергию, более широкий спектр управления химическими реакциями, лучшую приспосабливаемость, более высокий КПД, лучшее самовоспроизведение. Человек создал благоприятные искусственные условия обитания. Но возросшие потребности человечества нельзя было бы удовлетворить, если бы прогресс шел традиционным путем, тем, которым он шел до середины XX века.
Выводы
В технике наблюдается следующая картина.
1. Отраслевые достижения требуют интеграции и обобщения.
2. Функциональное усложнение машин, производственных комплексов, отраслей промышленности и техносферы в целом связано с учетом влияния тысяч, десятков тысяч, а иногда и миллионов факторов.
3. Сооружение и применение новых технических систем высокого энергетического уровня и высокой управляемости требует всестороннего анализа функций, возможностей и последствий.
4. Перспективы развития техники (как и науки) требуют глубокого знания организации систем и процессов, умения так изменить организацию, чтобы направить развитие по желаемому пути.
1.3. Цели и задачи дисциплины введение в системологию
Системный подход к изучению различных явлений природы, проектированию новых технических объектов, является одним из перспективных направлений в современной науке и технике. Каждый достаточно сложный объект естественно представляется как система со своими элементами и связями, функциями и подфункциями в зависимости от целей исследования, существующая в надсистеме и окружающей среде. Целью изучения дисциплины “Введение в системологию” является ознакомление с основными идеями и принципами системного подхода к моделированию сложных систем.
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
* понятие системы, элемента и структуры системы;
* основные методы описания сложных систем;
* основные черты системного подхода к анализу объектов.
В результате изучения дисциплины студент должен уметь:
* построить функционально-структурное описание системы;
* применить системный подход к анализу заданной проблемной ситуации.
Вопросы
1. Какие методы исследования преобладают в современной науке?
2. Чем обусловлена важность новых факторов в науке?
3. Какие выделяют типы отношения исследователя к объекту? Приведите примеры.
4. В чем суть невозмущающего наблюдения? Приведите примеры.
5. В каком случае эксперимент будет эффективным и почему?
6. В чем заключается позиция потребителя при исследовании объекта?
7. Почему в современной науке узкоспециальная ограниченность недопустима? Приведите примеры.
8. Какие существуют способы поиска новых идей? Приведите примеры.
9. В чем заключаются причины неудач в попытках копирования природы?
10. Чем отличается биологическая цивилизация от техносферы?
11. Какими причинами обусловлена необходимость системного подхода в технике?
12. Что изучает системология?
Глава 2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
2.1. Модели и моделирование
Термин модель неоднозначен и охватывает широкий круг различных материальных и идеальных объектов. Любая модель, используемая в научных целях, на производстве или в быту, несет информацию о свойствах и характеристиках исходного объекта (объекта-оригинала), существенных для решаемых в данном конкретном случае задач.
Определение. Модель в общем смысле есть создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа, описания знаковыми средствами, либо материальной системы), отражающий свойства, характеристики и связи объекта оригинала произвольной природы, существенные для задачи, решаемой субъектом.
Замечания по определению модели.
1. Модель состоит из следующих компонент: субъект; задача, решаемая субъектом; объект-оригинал; язык описания или способ материального воспроизведения модели. Вне контекста задач понятие модели не имеет смысла.
2. Каждому материальному объекту, вообще говоря, соответствует бесчисленное множество в равной мере адекватных, но различных по существу моделей, связанных с разными задачами.
Пример. Один и тот же технический объект (например, гидронасос) при расчете его нагрузочных характеристик, тепловом расчете, оценке динамики, прочности или надежности представляется различными моделями. ?
3. Паре (задача, объект) соответствует также множество моделей, содержащих в принципе одну и ту же информацию, но различающихся формами ее представления.
Пример. Некоторый физический эффект (например, преломление света) может быть охарактеризован аналитической формулой, графиком, таблицей, алгоритмом, программой для ЭВМ и т.д. Выбор формы описания определяется одним лишь фактором – удобством использования модели по ее прямому назначению. ?
4. Модель – лишь приближенное подобие оригинала и в информационном смысле беднее последнего. “Точной” модели не бывает.
5. Условия и требования задачи, решаемой субъектом, в основном определяют ограничения и допущения, которые явно или неявно фигурируют при построении модели.
Пример. Модель линейной упругой деформации твердого тела (закон Гука), во первых, предполагает способность тела к упругой деформации (что определяется его микроструктурой), во вторых, имеет в виду ограниченность величин напряжения и деформации. ?
Допущения, вводимые в модель, характеризуют приемлемую в рамках решаемой задачи степень идеализации свойств реальных объектов и процессов. Ограничения и допущения, связанные с решаемой задачей и свойствами объекта, являются органической составной частью модели. Они должны специально рассматриваться и фиксироваться при построении и использовании каждой модели.
Классификация моделей.
По классам задач, модели делятся на:
* кибернетические;
* технологические;
* планово-экономические;
* познавательные;
* эстетические; и т.д.
По классам объектов, модели делятся на:
* физические;
* биологические;
* экономические;
* производственные; и т.д.
По форме представления и обработки информации, модели делятся на:
* материальные (приборные, геометрически подобные, субстатно подобные);
* идеальные: частично-формализованные (графические);
вполне формализованные (информационные (базы данных), аналитические, графоаналитические, алгоритмические);
неформализованные (концептуальные).
Замечание. Математические выражения, логические построения, алгоритмы, искусственные языки, не отражающие объективной реальности, не могут быть признаны моделями.
Вопросы
1. Какой материальный или идеальный объект можно назвать моделью?
2. Из каких компонент состоит модель?
3. Сколько моделей и почему может соответствовать одному материальному объекту?
4. Чем могут различаться модели, соответствующие заданной паре (задача-объект)?
5. По каким признакам можно классифицировать модели? Назовите представителей каждого класса.
6. Приведите пример модели. Выделите в ней основные компоненты. К какому классу относится ваша модель?
2.2. Понятие системы
Фундаментальным понятием системологии, системного анализа, системотехники и кибернетики является понятие “система”.
Существует 4 свойства, которыми должен обладать объект, чтобы его можно было считать системой.
1-е свойство (целостность и членимость). Система есть, прежде всего, целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система – цельное образование и, с другой – в ее составе могут быть выделены некоторые целостные объекты (элементы). При этом элементы существуют только в системе. Вне системы это в лучшем случае объекты, обладающие “системно-значимыми свойствами”. При вхождении в систему элемент приобретает системно-определенное свойство взамен системно-значимого.
Пример. Рассмотрим велосипед как систему. Тогда элементами системы можно считать конструктивные элементы велосипеда: руль, рама, сиденье, колеса, и т.д. ?
На первый взгляд, может показаться, что систему можно рассматривать как некоторое множество элементов. Однако здесь есть принципиальное отличие, которое не всегда позволяет использовать теорию множеств для описания специфических системных образований и может рассматриваться лишь как одно из вспомогательных аналитических средств их изучения. Дело в том, что при формировании множеств исходными будут элементы. Для системы же первичным является признак целостности, т. е. она рассматривается как единое целое, состоящее из взаимоисключающих частей, часто разнокачественных, но одновременно совместимых.
2-е свойство (связи). Наличие устойчивых связей (отношений) между элементами и (или) их свойствами, превосходящих по мощности (силе) связи этих элементов с элементами не входящими в данную систему, является важнейшим свойством системы.
В любой системе устанавливаются те или иные связи между элементами. Однако с системных позиций имеют значение не любые, а лишь существенные связи, которые определяют свойства системы. Указанное свойство выделяет систему из окружающей среды в виде целостного образования.
Связь можно определить как физический канал, по которому обеспечивается обмен между элементами системы и системы с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Отношение – это связь, представленная в абстрактной форме, являющейся отображением “физически наполненных”, реальных связей. К числу основных характеристик связи относятся: физическое наполнение, направленность, мощность и роль в системе.
По физическому наполнению связи делятся на вещественные, энергетические, информационные, смешанные и не наполненные. По направлению различают связи: прямые, обратные, контр связи и нейтральные. Важной характеристикой отношений и связей является их сила (или мощность). Система существует как некоторое целостное образование тогда и только тогда, когда мощность (сила) существенных связей между элементами системы на интервале времени не равном нулю, больше, чем мощность (сила) связи этих же элементов с окружающей средой.
Сильные отношения оказывают большие ограничения, чем слабые. Примером сильного отношения может служить сильное неравенство (?), слабого – слабое неравенство (). Мощность вещественных и энергетических связей часто оценивается по интенсивности потока вещества или энергии. Для информационных связей оценкой потенциальной мощности может служить ее пропускная способность, а реальной мощности – действительная величина потока информации. Однако в общем случае при оценке мощности информационных связей необходимо учитывать качественные характеристики передаваемой информации (ценность, полезность, верность и т. п.). Роль связи в системе определяется характером ее влияния на ход процессов. В этом смысле различают связи: соединительные, ограничивающие, усиливающие (ослабляющие), запаздывающие (опережающие, мгновенные), селектирующие, преобразующие, положительные и отрицательные обратные связи, согласующие, координирующие и т.п.
3-е свойство (организация). Это свойство характеризуется наличием определенной организации, что проявляется в снижении энтропии (степени неопределенности) системы Н(S) по сравнению с энтропией системоформирующих факторов Н(F), определяющих возможность создания системы.
К системоформирующим факторам (F-факторам) относятся: число элементов системы – n; число системнозначных свойств элемента –а, число существенных связей, которыми может обладать элемент - ?; число системнозначных свойств связей – b; число квантов пространства и времени, в которых может находиться и существовать элемент, связь и их свойства.
Возникновение организации в системе – это, по существу, актуализация (формирование) существенных связей элементов, упорядоченное распределение элементов и связей в пространстве и времени. При формировании связей складывается определенная структура системы, а свойства элементов трансформируются в функции (действия, поведение), связанные с еще одним свойством системы – ее интегративными качествами.
4-е свойство (интегративные качества). Интегративные качества (свойства) – это такие качества (свойства), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности. Наличие интегративных свойств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Таким образом, во первых – система не сводится к простой совокупности элементов; во вторых – расчленяя систему на части, изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.
Любой объект, который обладает всеми из четырех указанных свойств, и будем называть системой.
Вопросы и упражнения
1. Какие свойства элементов в системе “велосипед ” можно считать системно определенными (системно значимыми)?
2. Какие связи можно выделить между элементами в системе “велосипед”? Какие из этих связей являются существенными с точки зрения формирования системы?
3. Постройте схему, отображающую основные связи между элементами в велосипеде. Выделите сильные и слабые связи. Покажите направление связей стрелками. Чем отличается отношение от связи?
4. В чем заключается организация системы?
5. Что такое энтропия?
6. Выделите системоформирующие факторы в системе “велосипед”.
7. Какие интегративные качества определяют систему “велосипед”?
8. Что такое система?
2.3. Структуры и функции
Определение. Структура системы есть устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей.
Системы, как правило, обладают различными структурами. Так, порядок вхождения элементов в подсистемы, а затем последовательное объединение подсистем в целостную систему образует структуру членения системы. Эта структура всегда иерархического типа и имеет не менее двух уровней: “старший” уровень – система, “младший” – элементы.
В зависимости от характера организации в системе элементов и их связей можно выделить три основных типа структур: сетевую, скелетную и централистскую, отражающих последовательное повышение степени централизации системы (рис. 1):
Вообще же структуры могут быть самыми разнообразными и включать различные комбинации взаимосвязей элементов. По пространственной организации различают структуры плоские и объемные, рассредоточенные, когда элементы равномерно распределены в пространстве, локально сосредоточенные при наличии сгущения элементов и сосредоточенные, когда имеется одно сгущение элементов. По временному признаку выделяются экстенсивные структуры, в которых с течением времени происходит рост числа элементов, и интенсивные, в которых происходит рост числа связей и их мощностей при неизменном составе элементов. Противоположные типы структур: редуцирующие и деградирующие. Еще один тип – стабильные структуры, в которых структура не меняется в течение всего периода жизни системы.
Структура является наиболее консервативной характеристикой системы. Хотя состояние системы изменяется, структура ее сохраняется неизменной иногда длительное время.
Определение. Функция есть действие, поведение, деятельность некоторого объекта.
Функция элемента возникает как реализация его системоопределенных свойств при формировании элемента и его связей в системе. Функция системы (в многофункциональных системах – набор функций) возникает как специфическое для каждой системы порождение всего комплекса функций и дисфункций элементов.
Любой элемент обладает огромным количеством свойств. Одни из этих свойств при формировании связей подавляются, другие, напротив, приобретают отчетливое выражение. Однако степень подавления системно-незначимых свойств элемента, как правило, не бывает полной. В связи с этим, при формировании системы возникают не только “полезные” функции, обеспечивающие сохранение системой ее качественных особенностей, но и дисфункции – функции, негативно влияющей на функционирование системы.
Основными системными характеристиками функций являются совместимость на элементарном уровне, изменчивость (лабильность), возможность актуализации на свойствах элементов, интенсивность (выраженность) функции и степень детерминированности.
Вопросы и упражнения
1. Постройте структуру системы “учебная группа”. Определите тип полученной структуры. Является эта структура экстенсивной или интенсивной, редуцирующей или деградирующей?
2. Выделите функции элементов в системе “учебная группа”. Какие из этих функций подавляются в системе, а какие наоборот, становятся более выраженными?
3. Проанализируйте функции системы и элементов в системе “велосипед”.
4. Перечислите основные системные характеристики функций.
2.4. Системосоздающие и системоразрушающие факторы
Возникновение системы, тоесть актуализация существенных связей, пространственного распределения элементов, существование тех и других в определенных временных пределах, обеспечивается системосоздаюшими К-факторами. К числу основных К-факторов относятся: физические поля, контактная способность, рефлекторные действия, способность запоминать прошлые ситуации (состояние внешней среды и самой системы), способность оценивать результат действия, прогностическая способность, способность получать знания как об окружающей среде, так и о самой системе (сознание и самосознание).
Легко видеть, что К-факторы приведены в последовательность по возрастанию сложности систем.
Каждый из рассмотренных К-факторов не возникает из ничего, а имеет в той или иной степени предшественников в системах более низкого уровня. Кроме того, в каждой системе помимо ведущего системно создающего фактора, как правило, играют роль и К-факторы нижестоящего уровня. Все это в реальном мире складывается в пеструю картину взаимопереплетения и взаимодополнения К-факторов. Поэтому приведенная схема факторов дает лишь самую общую картину.
К системоразрушающим факторам относятся внешние воздействия, развитие дисфункций, возрастание энтропии.
Внешние воздействия приводят к разрушению системы тогда, когда их сила становится выше силы внутренних связей системы. Развитие дисфункций взрывает систему изнутри.
Возрастание энтропии происходит из-за дезорганизующих внешних воздействий, износа и перерождения связей.
Упражнение
Рассмотрим пример социальной системы. Система – учебная группа. Цель – стабильная успеваемость группы. Подсистемы – отличники, средне успевающие, неуспевающие. Элементы системы – студенты. Связь - результат сдачи экзамена в сессию. Системно создающий фактор – контактная способность, психологическая организация коллектива. Системно-разрушающий – выбывание из группы лидера, окончание обучения.
Необходимо нарисовать структуру системы. Какие типы связей можно выделить между подсистемами? Какие еще имеются К-факторы? Постройте иерархическую схему К-факторов.
Глава 3. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ
3.1. R-преобразование
Любое научное исследование связано с установлением зависимости воздействие – результат. Воздействие подается на вход объекта (системы), результат фиксируется на выходе.
Классические точные науки занимаются разработкой моделей, которые выражают строгую однозначную зависимость между состоянием входа X и состоянием выхода Y при помощи переходной функции Y=R(X), где R – оператор преобразования (в дальнейшем операцию будем называть R-преобразованием). На ранних этапах развития науки R-преобразование понималось только как однозначная детерминированная функция и только позднее, под давлением фактов получило вероятностное толкование. Стали говорить о детерминированных S1 – системах и о стохастических S2 – системах, о детерминированном R1 – преобразовании и о стохастическом R2 – преобразовании. R-преобразование может задаваться алгебраическим, логическим, дифференциальным, интегро-дифференциальным оператором; скалярным, векторным или матричным; составленным на основании измерения внешних характеристик (исследования связи объект-реакция) или на основании знания устройства системы. Точные науки занимаются исследованием и таких моделей, которые не содержат R-преобразование. Это модели хаотические, слабо организованные, неустойчивые, недолговечные, в которых сталкивается множество независимых событий. Мы будем называть их S3 – системами.
Гуманитарные науки имеют дело со сверхсложными системами (большими сложными системами). Главной методологической особенностью этих наук считается невозможность в моделировании использование идеи R-преобразования, поскольку для изучаемых систем выявить его в ряде случаев невозможно. Отдельный человек, группа людей, сообщество по-разному реагируют на одинаковые воздействия в одних и тех же условиях. Гуманитарные науки исследуют свойства и реакции человеческого общества, пытаясь обнаружить определенные тенденции и оценить их устойчивость. При этом оказывается, что чем больше по размеру система, тем более устойчивы тенденции в ее поведении; при определенном размере тенденция перерастает в закономерность.
Существуют и другие (не общественные) системы, состоящие из детерминированных элементов, не имеющие R-преобразование.
Определение. Системы, способные формировать R-преобразование применительно к своей внутренней цели, исходя из конкретного состояния входа (т.е. ситуации), будем называть S0-системами. Целенаправленность допускает как детерминистическое толкование (достижение цели в данной конкретной ситуации), так и стохастическое (в среднем, за какой-то промежуток времени). S0-системы диалектически объединяют противоречивые свойства S1, S2 и S3-систем. S0-системы являются основным объектом системного исследования. Это сложные системы, способные управлять своим поведением. Исследование S0-систем, механизмов формирования целей, принятия решений и управления поведением составляет основной предмет системологии. Любые системы можно рассматривать как частный случай S0-систем.
Вопросы и упражнения
1. Что называется R-преобразованием? Приведите примеры систем с детерминированным R-преобразованием.
2. Что общего и в чем различие у S2 и S3 –систем?
3. Какие типы систем изучают гуманитарные науки и почему?
4. Чем характеризуются S0-системы?
3.2. Функции системы
Всякий объект интересен результатом своего существования, местом, которое он занимает среди других объектов в окружающем мире. Это соответствует целенаправленности человеческой деятельности. Сталкиваясь с новым объектом, мы, прежде всего интересуемся его функциями, поэтому первым описанием проблемы или системы должно быть функциональное описание. Функциональное описание исходит из того, что всякая система выполняет некоторые функции: просто существует, служит областью обитания другой системы, обслуживает систему более высокого порядка, является контрольной для некоторого класса систем, служит средством или исходным материалом для создания более совершенной системы и т.д. Система может быть однофункциональной, или многофункциональной. В зависимости от степени воздействия на внешнюю среду и характера взаимодействия с другими системами, функции можно распределить по возрастающим рангам: пассивное существование, материал для других систем; обслуживание системы более высокого прядка; противостояние другим системам, среде (выживание); поглощения (экспансия) других систем и среды; преобразование других систем и среды.
Функциональное описание иерархично. Функция системы представляется числовым функционалом, зависящим от функций, описывающих вну