Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМНОГО НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ



Аннотация

система деятельность воспроизводство мыследеятельность

Проектирование и организация системы деятельности. Современный системный подход. Системное представление объекта, конструкция системного объекта. Структурное описание: основные понятия. Деятельностный подход. Процесс воспроизводства деятельности. Схема мыследеятельности.



Проектирование и организация системы деятельности

Деятельность исследователя становится эффективной, когда он овладевает ее методами, понимает принципы и законы, т.е. то, что составляет основу знаний настоящего специалиста.

Принципы, законы и методы имеются в любой деятельности. Есть они и в проектировании. Издавна люди пытаются отыскать их, чтобы не только облегчить «муки творчества», но и создать универсальные «решатели задач». Однако основные открытия были сделаны лишь во второй половине 20 века, когда было провозглашено рождение «общества потребления», цель которого - максимально полное удовлетворение потребностей человека, что возможно только при высокой производительности творческого труда.

Проектирование деятельности, если оно нацелено на получение эффективных результатов, должно базироваться на системном подходе. Но мы имеем право говорить о системности подхода, если существуют и выполняются его принципы. В настоящее время еще нельзя утверждать, что известны их полные состав и содержание применительно к проектной деятельности, однако можно сформулировать наиболее важные из них:

1. Принцип практической полезности. Непрерывный рост потребностей людей вынуждает решать все новые и более сложные задачи. С другой стороны, ведение разработок заметно упирается в ограниченность ресурсов, ощутимее становятся убытки в случае получения неудовлетворительных результатов. Поэтому возрастает важность учета следующих положений:

- деятельность должна быть целенаправленной, устремленной на удовлетворение действительных потребностей человека. При этом подразумевается реальный потребитель или определенная социальная, возрастная или иная группа людей. Потребности должны определять цели проектирования и стимулировать деятельность по их достижению. Однако стоит помнить, что цели бывают как очевидными, так и неявными, кажущимися второстепенными или проявляющимися позднее, спустя некоторое время;

- деятельность должна быть целесообразной. Удовлетворение не всех новых потребностей нуждается в создании новых объектов, следовательно, - в проведении соответствующих разработок. Важно вскрыть причины, препятствующие использованию существующих объектов для удовлетворения новых потребностей. В свою очередь, причины вызываются противоречиями, возникающими как внутри старых объектов, так и вне их, в эксплуатирующем их обществе. Выявление ключевых противоречий позволяет концентрировать усилия на решении главных задач, конкретизирует деятельность, что сокращает затраты на проектирование и сроки проведения разработки;

- деятельность должна быть обоснованной и эффективной. Окружающий нас мир многообразен и, следовательно, удовлетворение потребности возможно разными путями. Разумным будет использование не любого решения задачи, а поиск оптимального варианта, т.е. наилучшего среди допустимых при наличии правила предпочтения одного другому. Такое правило называется критерием оптимальности, а мерой предпочтения будут служить показатели качества.

2. Принцип единства составных частей. Эффективность решения задачи зависит и от того, насколько полно учтены все связи, как между частями рассматриваемого объекта, так и с взаимодействующими с ним другими объектами.

Целесообразно любой объект, сложный ли он или простой, рассматривать как систему, внутри которой можно выделить логически связанные более простые части - подсистемы, единство частных свойств которых и образует качественно новые свойства объектасистемы. С другой стороны, ряд объектов-систем могут быть взаимосвязанными и образовывать более общую систему, которую называют надсистемой. Все три понятия - подсистема, система, надсистема, - относительны и их конкретное содержание определяется назначением объекта и условиями его применения.

3. Принцип изменяемости во времени. Объекты проектирования существуют не мгновение, а, как и живой организм, последовательно «проживают» ряд этапов:

· постановка цели и планирование работы,

· проведение исследований и проектирование,

· производство,

· эксплуатация,

· утилизация (переработка и захоронение вышедшего из употребления изделия).

Все вместе, т.е. период от возникновения потребности в создании объекта до его ликвидации вследствие исчерпания потребительских качеств, составляет жизненный цикл. Учет этапов жизненного цикла позволяет уменьшить издержки или даже предотвратить возможную катастрофу вследствие действия «непредусмотренных» обстоятельств, рационально спланировать деятельность по созданию и обслуживанию объекта.

Методы проектирования деятельности

Проектирование представляет собой последовательность выполнения взаимообусловленных действий - процедур. В свою очередь, процедуры подразумевают использование определенных методов, основанных на тех или иных законах природы и общества.

Метод - это прием или способ действия с целью достижения желаемого результата. Его выбор зависит не только от вида решаемой задачи, но и индивидуальных черт разработчика (его характера, организации мышления, склонности к риску, способности принимать решения и нести за них ответственность и т.п.), условий его труда и оснащенности средствами оргтехники. Сложность процесса проектирования (как и любой другой творческой деятельности), нестандартность проектных ситуаций вызывают необходимость знания и владения различными методами: эвристическими, экспериментальными, формализованными. Применение метода завершается выбором (принятием) окончательного решения.

Эвристические методы основаны на подсознательном мышлении, не допускают алгоритмизации и характеризуются неосознанным (интуитивным) способом действий для достижения осознанных целей. Понятие «эвристика», что в переводе с греческого означает «отыскиваю», «открываю», впервые встречается в 300 г. н.э. в трудах греческого математика Паппа, хотя и он уже ссылается на своих предшественников. Часто эвристические методы еще называют методами инженерного (изобретательного) творчества.

Эвристические методы и моделирование присущи только человеку и отличают его от искусственных интеллектуальных (мыслящих) систем. В настоящее время к сфере человеческой деятельности относят:

· постановку задачи;

· выбор методов ее решений и построение (разработка) моделей и алгоритмов, выдвижение гипотез и предположений;

· осмысление результатов и принятие решений.

Стоит отметить, что важной особенностью именно человеческой деятельности является наличие в ней элемента случайности: необъяснимые поступки и сумасбродные решения часто лежат в основе оригинальных и неожиданных идей.

Однако с развитием вычислительной техники выполнение все большего числа функций берут на себя автоматические системы, при этом выполняя работу быстрее и эффективнее человека. Задача человека как homo sapience - прежде всего, совершенствоваться в эвристических процедурах, а не в выполнении алгоритмизированных операций, чтобы впоследствии не оказаться вытесненным «разумной» техникой.

Экспериментальные методы основаны на использовании реальных объектов и физических (химических, социальных и т.д.) моделей. Несмотря на сложность, только они позволяют получить наиболее достоверные и надежные исходные данные и результаты решений, служат основой для разработки других методов и моделей. Однако следует помнить, что степень объективности результатов исследований зависит от грамотности постановки и проведения эксперимента и обработки его результатов.

Знание законов, лежащих в основе работы исследуемых объектов и процессов, позволяет использовать формализованные методы. Такие методы строятся на основе четких указаний посредством языка схем, математических формул, формально-логических отношений и алгоритмов. Главной их чертой является независимость получаемых результатов от индивидуальных черт человека.

Обычно задачи с полностью формализованным решением перестают интересовать человека, их относят к разряду рутинных.

Поскольку экспериментальные и формализованные методы используются человеком, то в них в той или иной степени присутствует элемент эвристики. Человек может как усиливать эффективность решения благодаря творческому началу, так и вносить ошибки и искажать результаты (осознанно или неосознанно) в силу субъективности. Совместное использование в процессе проектирования формализованных и эвристических методов называют эвроритмом.

Эвристические методы оперируют понятиями и категориями (абстрактными, отвлеченными, конкретными). Формализованные - конкретными параметрами или их группами. Экспериментальные - физическими (и иными) объектами и их характеристиками.

Применение метода позволяет найти то или иное решения. Те из них, которые будут обладать отличными характеристиками и высокой эффективностью, часто называют сильными решениями.Применение метода завершается выбором окончательного варианта, т.е. принятием решения.



Современный системный подход

В современной методологии науки, начиная с середины XX века, сформировался новый - системный подход - междисциплинарное философско-методологическое и специально-научное направление, обладающее высоким исследовательским и объясняющим потенциалом.

Как особый тип методологии, он предполагает вычленение общефилософского, общенаучного и специально-научного уровней, а также рассмотрение соответствующего каждому из них понятийного аппарата, основных принципов и функций.

Системный подход представляет собой междисциплинарное философско-методологическое и научное направление исследований. Непосредственно не решая философских проблем, системный подход нуждается в философском истолковании своих положений. Важную часть философского обоснования системного подхода составляет принцип системности, согласно которому все предметы и явления мира представляют собой системы той или иной степени целостности и сложности. По-своему статусу принцип системности аналогичен другим философским универсальным принципам (каузальности, развития и так далее) и очень часто в научном и философском познании используется в неявной, имплицитной форме. Принцип системности использовался в той или иной форме на протяжении всей истории развития человеческого познания, прежде всего в системно-ориентированных научных и философских концепциях. В XX веке на его основе строились философские обоснования тектологии, общей теории систем, кибернетики, системного анализа, синергетики и других системных теорий.

Исторически идеи системного исследования объектов мира и процессов познания возникли ещё в античной философии и науке. Как отмечают исследователи, идея системности в неявном, неотрефлексированном виде присутствует в размышлениях многих философов прошлого. Так, в древнегреческой философии в трудах Платона и Аристотеля широко представлена идея системности, реализуемая как целостность рассмотрения знания, системного построения логики, геометрии. Позже эти идеи развивались в трудах Лейбница, Гегеля. Но вплоть до середины XIX века объяснение феномена целостности либо ограничивалось уровнем конкретных предметов (типа живого организма), внутренняя целостность которых была совершенно очевидна и не требовала специальных доказательств, либо переносилось в сферу спекулятивных натурфилософских построений; идея же системной организованности рассматривалась только применительно к знанию (в этой области и была накоплена богатая традиция, идущая ещё от стоиков и связанная с выявлением принципов логической организации систем знания). Подобному подходу к трактовке системности соответствовали и ведущие познавательные установки классической науки, прежде всего элементаризм, который исходил из необходимости отыскания простой, элементарной основы всякого объекта и, таким образом, требовал сведения сложного к простому, и механицизм, опиравшийся на постулат о едином принципе объяснения для всех сфер реальности и выдвигавший на роль такого принципа однозначный детерминизм.

Задачи адекватного воспроизведения в знании сложных социальных и биологических объектов действительности впервые в научной форме были поставлены К. Марксом и Ч. Дарвином. «Капитал» К. Маркса послужил классическим образцом системного исследования общества как целого и различных сфер общественной жизни, а воплощённые в нём принципы изучения органичного целого (восхождение от абстрактного к конкретному, единство анализа и синтеза, логического и исторического, выявление в объекте разнокачественных связей и их взаимодействия, синтез структурно-функциональных и генетических представлений об объекте и так далее) явились наиболее важным компонентом диалектико-материалистической методологии научного познания. Созданная Дарвином теория биологической эволюции не только ввела в естествознание идею развития, но и утвердила представление о реальности надорганизменных уровней организации жизни - наиболее важную предпосылку системного мышления в биологии.

В XX веке системный подход занимает одно из ведущих мест в научном познании, а его принципы приходят на смену широко распространённым в XVII-XIX веках концепциям механицизма. Предпосылки его проникновения в науку были обусловлены, прежде всего, переходом к новому типу научных задач: в целом ряде областей науки центральное место начинают занимать проблемы организации и функционирования сложных объектов: познание начинает оперировать системами, границы и состав которых далеко не очевидны и требуют специального исследования в каждом отдельном случае. Во второй половине XX века аналогичные по типу задачи возникают и в социальной практике: техника всё более превращается в технику сложных систем, где многообразные технические и другие средства тесно связаны решением единой крупной задачи (например, сложные социально-технические и человеко-машинные системы); в социальном управлении вместо господствовавших прежде локальных, отраслевых задач и принципов ведущую роль играют крупные комплексные проблемы, требующие тесного взаимоувязывания экономических, социальных и иных аспектов общественной жизни. В этом смысле системный подход представляет собой определённый этап в развитии методов познания, исследовательской и конструкторской деятельности, способов описания и объяснения природы анализируемых или искусственно создаваемых объектов.

Изменение типа научных и практических задач сопровождается появлением общенаучных и специально-научных концепций, для которых характерно использование в той или иной форме основных идей системного подхода. Так, в учении В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере научному познанию предложен новый тип объектов - глобальные системы. А.А. Богданов и ряд других исследователей начинают разработку теории организации. Выделение особого класса систем - информационных и управляющих - послужило фундаментом возникновения кибернетики. В биологии системные идеи используются в экологических исследованиях, при изучении высшей нервной деятельности, в анализе биологической организации, в систематике. Эти же идеи применяются в некоторых психологических концепциях; в частности, гештальт-психология вводит оказавшееся плодотворным представление о психологических структурах, характеризующих деятельность по решению задач; культурно-историческая концепция Л.С. Выготского, развитая его учениками, основывает психологическое объяснение на понятии деятельности, истолковываемом в системном плане; в концепции Ж. Пиаже основополагающую роль играет представление о системе операций интеллекта. В экономической науке принципы системного подхода получают распространение особенно в связи с задачами оптимального экономического планирования, которые требуют построения многокомпонентных моделей социальных систем разного уровня. В практике управления идеи системного подхода кристаллизуются в методологических средствах системного анализа.

Наряду с распространением принципов системного подхода на новые сферы научного знания и практики, с середины XX века начинается систематическая разработка этих принципов в методологическом плане. Первоначально методологические исследования группировались вокруг задач построения общей теории систем (первая программа её построения и сам термин были предложены Л. Берталанфи). Однако развитие исследований в этом направлении показало, что совокупность проблем методологии системного исследования существенно превосходит рамки задач общей теории систем. Для обозначения этой более широкой сферы методологических проблем и применяют термин «системный подход», который с 70-х годов прочно вошёл в научный обиход (в научной литературе разных стран для обозначения этого понятия используют и другие термины - «системный анализ», «системные методы», «системно-структурный подход», «общая теория систем»; при этом за понятиями системного анализа и общей теории систем закреплено ещё и специфическое, более узкое значение; с учётом этого термин «системный подход» следует считать более точным, к тому же он наиболее распространён в литературе на русском языке).

Сегодня философский принцип системности понимается как универсальное положение о том, что все предметы и явления мира - это системы различных типов и видов целостности и сложности, однако открытым и обсуждаемым остается вопрос о том, какая из интерпретаций более оправдана - онтологическая или эпистемологическая.

Господствующая сегодня традиционная точка зрения - онтологическая, берущая начало от системно-онтологических концепций Спинозы и Лейбница, приписывает «системность» самим объектам действительности, задача субъекта-исследователя - обнаружить систему, ее связи и отношения, описать, типологизировать и объяснить их.

Но все более явно пробивает себе дорогу эпистемологическая интерпретация, при которой «системность» рассматривается именно как принцип, неотделимый от теоретических установок субъекта-наблюдателя, его способности представить, сконструировать объект познания как системный.

Системность предстает, таким образом, как современный способ видения объекта и стиль мышления, сменивший механистические представления и принципы интерпретации. Соответственно, складывается особый язык, включающий прежде всего такие философские и общенаучные понятия, как системность, отношение, связь, элемент, структура, часть и целое, целостность, иерархия, организация, системный анализ и др.

Принцип системности объединяет и синтезирует несколько идей и представлений: системности, целостности, соотношения части и целого, структурности и «элементарности» объектов, универсальности, всеобщности связей, отношений, наконец, развития, поскольку предполагается не только статичность, но и динамичность, изменчивость системных образований.

Как один из ведущих философских принципов, он лежит в основе системного подхода - общенаучной междисциплинарной и частнонаучной системной методологии, а также социальной практики, рассматривающих объекты как системы. Он не является строгой теоретической или методологической концепцией, но как совокупность познавательных принципов позволяет фиксировать недостаточность внесистемного видения объектов и помогает строить новые объекты исследования, предлагает новые схемы их объяснения.

Принцип системности близок по ориентированности структурно-функциональному анализу и структурализму, которые, однако, формулируют достаточно «жесткие» и однозначные правила и нормы, обретая соответственно черты конкретных научных методологий, например, в области структурной лингвистики.

Главное понятие системной методологии «система» получило серьезную разработку как в методологических исследованиях, так и в общей теории систем - учении о специально-научном исследовании различных типов систем, закономерностей их существования, функционирования и развития (основателем теории является Людвиг фон Берталанфи (1930), его предшественником в нашей стране был А.А. Богданов, создатель «Тектологии» (1913) - учения об универсальной организационной науке).

Система составляет целостный комплекс взаимосвязанных элементов; образует особое единство со средой; обладает иерархичностью: представляет собой элемент системы более высокого порядка, ее элементы, в свою очередь, выступают как системы более низкого порядка. От системы следует отличать так называемые неорганизованные совокупности, в которых отсутствует внутренняя организация, связи случайны и несущественны, нет целостных, интегративных свойств, отличных от свойств отдельных фрагментов.

Особенность «живых», социальных и технических систем - передача информации и осуществление процессов управления на основе различных типов «целеполагания». Разработаны различные - эмпирические и теоретические - классификации систем, выявлены их типы.

Так, известными исследователями системной методологии В.Н. Садовским, И.В. Блаубергом, Э.Г. Юдиным выделены классы неорганичных и органичных систем, в отличие от неорганизованных совокупностей.

Органичная система - это саморазвивающееся целое, проходящее этапы усложнения и дифференциации и обладающее рядом специфических особенностей. Это наличие в системе наряду со структурными и генетических связей, координации и субординации, управляющих механизмов, например, биологические корреляции, центральная нервная система, органы управления в обществе и другие.

В органичных системах свойства частей определяются закономерностями, структурой целого, части преобразуются вместе с целым в ходе его развития. Элементы системы имеют определенное число степеней свободы (вероятностное управление) и постоянно обновляются вслед за изменением целого.

В неорганичных системах зависимость между системой и ее элементами менее тесна, свойства частей и их изменения определяются внутренней структурой, а не структурой целого, изменения целого могут не привести к изменениям в элементах, которые существуют самостоятельно и даже бывают активнее системы в целом. Стабильность элементов обусловливает устойчивость таких систем.

Органичные системы, как наиболее сложные, требуют особых исследований, они наиболее перспективны в методологическом отношении.

Из различения этих двух типов систем следует, что понятие элемента не является абсолютным и однозначно определенным, поскольку система может расчленяться разными способами. Элемент - это «предел возможного членения объекта», «минимальный компонент системы», способный выполнить определенную функцию.

К фундаментальным задачам развития методологии системного исследования относятся следующие:

· построение понятий и моделей для системного представления объектов,

· разработка приемов и аппарата описания всех параметров системы (связей, отношения со средой, иерархии строения, характера управления),

· построение формализованных - знаковых, идеальных, математических - систем для описания реальных системных объектов и возможности применения правил логического вывода.

Системная постановка проблемы предполагает не просто переход на «системный язык», но предварительное выяснение возможности представить объект как целостность, вычленить системообразующие связи и структурные характеристики объекта и т. п. При этом всегда возникает необходимость выяснить предметную соотнесенность.

Ряд методологических требований относится к описанию элементов объекта, в частности, оно должно осуществляться с учетом места элемента в системе в целом, поскольку от этого существенно зависят его функции; один и тот же элемент необходимо рассматривать как обладающий разными параметрами, функциями, свойствами, проявляющимися различно в соответствии с иерархическими уровнями или типом системы.

Объект как система может быть плодотворно исследован только в единстве с условиями ее существования, окружающей средой, его структура понимается как закон или принцип соединения элементов. Программа системного исследования должна исходить из признания таких важных особенностей элементов и системы, как порождение особого свойства целого из свойств элементов и, в свою очередь, порождение свойств элементов под воздействием свойств системы как целого.

Стремясь овладеть системной методологией, применяя ее принципы и понятия, следует иметь в виду следующее. Использование системного подхода не является прямой дорогой к истинному знанию; как методологический прием, системное видение лишь оптимизирует познавательную деятельность, делает ее более продуктивной, но для получения и обоснования достоверного знания необходимо применять весь «арсенал» общеметодологических и специальных принципов и методов.

Основная роль системного подхода в развитии научного, технического и практически-ориентированного знания состоит в следующем. Во-первых, понятия и принципы системного подхода выявляют более широкую познавательную реальность по сравнению с той, которая фиксировалась в прежнем знании (например, понятие биосферы в концепции В.И. Вернадского, понятие биогеоценоза в современной экологии, оптимальный подход в экономическом управлении и планировании и другие). Во-вторых, в рамках системного подхода разрабатываются новые по сравнению с предшествующими этапами развития научного познания схемы объяснения, в основе которых лежит поиск конкретных механизмов целостности объекта и выявление типологии его связей. В-третьих, из важного для системного подхода тезиса о многообразии типов связей объекта следует, что любой сложный объект допускает несколько разделений. При этом критерием выбора наиболее адекватного разделения изучаемого объекта может служить то, насколько в результате удаётся построить «единицу» анализа, позволяющую фиксировать целостные свойства объекта, его структуру и динамику.

Широта принципов и основных понятий системного подхода ставит его в тесную связь с другими общенаучными методологическими направлениями современной науки. По своим познавательным установкам системный подход имеет особенно много общего со структурализмом и структурно-функциональным анализом, с которыми его роднит не только оперирование понятиями структуры и функции, но и акцент на изучение разнотипных связей объекта. Вместе с тем, вместе с тем принципы системного подхода обладают более широким и более гибким содержанием, они не подверглись слишком жёсткой концептуализации и абсолютизации, как это имело место с некоторыми линиями в развитии указанных направлений.

Системная методология получила новые импульсы в своем развитии при обращении к самоорганизующимся системам или, иначе, при представлении объекта как самоорганизующейся системы, например, головного мозга, сообщества организмов, человеческого коллектива, экономической системы и другие. Системы этого типа характеризуются активным влиянием на среду, гибкостью структуры и особым «адаптивным механизмом», а также непредсказуемостью - могут менять способ действия при изменении условий, способны обучаться, учитывать прошлый опыт.

Обращение же к сложноорганизованным эволюционирующим и неравновесным системам вывело исследователей к принципиально новой теории самоорганизации - синергетике, возникшей в начале 70-х годов XX века (термин ввел немецкий физик Г. Хакен от греческого sinergeia - содействие, сотрудничество), сочетающей системно-информационный, структуралистский подходы с принципами самоорганизации, неравновесности и нелинейности динамических систем.

Это новая междисциплинарная область научных исследований, «интегративная парадигма различных дисциплин», новый способ постановки научных проблем, направление их решения. Следует вспомнить, что в классической науке господствовали стереотипы линейного мышления, жесткого детерминизма, стремление преодолеть случайность, неопределенность и неустойчивость; мир объединен причинно-следственными связями, имеющими линейный характер, развитие понималось как поступательное, по объективным законам, поэтому будущее было предсказуемым, а прошлое реконструируемым.

Овладение синергетической методологией, ее принципами дает возможность по-новому увидеть и исследовать объекты науки в области естествознания и культуры, а также разных видов обучения, образования и других видов деятельности.



Системное представление объекта, конструкция системного объекта

В системном исследовании анализируемый объект рассматривается как определенное множество элементов, взаимосвязь которых обусловливает целостные свойства этого множества. Основной акцент делается на выявлении многообразия связей и отношений, имеющих место как внутри исследуемого объекта, так и в его взаимоотношениях с внешним окружением, средой. Свойства объекта как целостной системы определяются не только и не столько суммированием свойств его отдельных элементов, сколько свойствами его структуры, особыми системообразующими, интегративными связями рассматриваемого объекта. Для понимания поведения систем необходимо выявить реализуемые данной системой процессы управления - формы передачи информации от одних подсистем к другим и способы воздействия одних частей системы на другие, координацию низших уровней системы со стороны элементов её высшего уровня управления, влияние на последние всех остальных подсистем. Особое значение в системном подходе придаётся выявлению вероятностного характера поведения исследуемых объектов. Важной особенностью системного подхода является то, что не только объект, но и сам процесс исследования выступает как сложная система, задача которой, в частности, состоит в соединении в единое целое различных моделей объекта. Системные объекты очень часто бывают не безразличны к процессу их исследования и во многих случаях могут оказывать существенное воздействие на него.

Системный подход предполагает раскрытие целостности объекта, выявление и изучение его внутренней структуры, а также связей с внешней средой. При этом объект представляется как часть реального мира, которая выделяется и исследуется в связи с решаемой задачей построения модели. Кроме этого, системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель проектирования, а объект рассматривается во взаимосвязи с окружающей средой. Соответственно, первый шаг системного анализа состоит в представлении изучаемого объекта в виде системы. Для искусственной системы этот шаг сводится к выявлению и словесному определению следующих понятий:

· перечень подсистем объекта,

· надсистема, в которую входит объект,

· структура системы,

· главная полезная функция объекта.

Сложный объект может быть разделен на подсистемы, представляющие собой части объекта, удовлетворяющие следующим требованиям:

1) подсистема является функционально независимой частью объекта. Она связана с другими подсистемами, обменивается с ними информацией и энергией;

2) для каждой подсистемы могут быть определены функции или свойства, не совпадающие со свойствами всей системы;

3) каждая из подсистем может быть подвергнута дальнейшему делению до уровня элементов.

В данном случае под элементом понимается подсистема нижнего уровня, дальнейшее деление которой нецелесообразно с позиций решаемой задачи.

Таким образом, систему можно определить как представление объекта в виде набора подсистем, элементов и связей с целью его создания, исследования или усовершенствования. При этом укрупненное представление системы, включающее в себя основные подсистемы и связи между ними, называется макроструктурой, а детальное раскрытие внутреннего строения системы до уровня элементов - микроструктурой.

Наряду с системой обычно существует надсистема - система более высокого уровня, в состав которой входит рассматриваемый объект, причём функция любой системы может быть определена только через надсистему. Следует выделить понятие среды как совокупности объектов внешнего мира, существенно влияющих на эффективность функционирования системы, но не входящих в состав системы и ее надсистемы.

В связи с системным подходом к построению моделей используется понятие инфраструктуры, описывающей взаимосвязи системы с ее окружением (средой).

При этом выделение, описание и исследование свойств объекта, существенных в рамках конкретной задачи называется стратификацией объекта, а всякая модель объекта является его стратифицированным описанием.

Для системного подхода важным является определение структуры системы, т.е. совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Для этого вначале рассмотрим структурный и функциональный подходы к моделированию.

При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы и связи между ними. Совокупность элементов и связей позволяет судить о структуре системы. Наиболее общим описанием структуры является топологическое описание. Оно позволяет определить составные части системы и их связи с помощью графов.

Менее общим является функциональное описание, когда рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы. При этом реализуется функциональный подход, определяющий функции, которые выполняет система.

В целом исследование объекта как системы предполагает использование ряда системных представлений (категорий) среди которых основными являются:

1. Структурное представление связано с выделением элементов системы и связей между ними.

2. Функциональные представление систем - выделение совокупности функций (целенаправленных действий) системы и её компонентов направленное на достижение определённой цели.

3. Макроскопическое представление - понимание системы как нерасчленимого целого, взаимодействующего с внешней средой.

4. Микроскопическое представление основано на рассмотрении системы как совокупности взаимосвязанных элементов. Оно предполагает раскрытие структуры системы.

5. Иерархическое представление основано на понятии подсистемы, получаемом при разложении (декомпозиции) системы, обладающей системными свойствами, которые следует отличать от её элемента - неделимого на более мелкие части (с точки зрения решаемойзадачи). Система может быть представлена в виду совокупностей подсистем различных уровней, составляющую системную иерархию, которая замыкается снизу только элементами.

6. Процессуальное представление предполагает понимание системного объекта как динамического объекта, характеризующегося последовательностью его состояний во времени.

Пример 1. В качестве примера опишем понятие экономической системы. По аналогии с определениями систем различной природы, экономическая система - это упорядоченная совокупность элементов (субъектов) экономической деятельности и связей между ними, объединенных единой целью или иерархией целей (целевая функция - функционал).

Для описания систем используются, как минимум, следующие модели:

* структурная - отражает организационные процессы;

* структурно-функциональная - совокупность выполняемых функций и их организация;

* функциональная - совокупность функций, необходимых для достижения конечной цели или иерархии целей (получение финансового результата в производственной структуре и т. д.);

* информационная - отражает потоки информации, узлы их обработки и принятия управленческих решений;

* комбинация перечисленных моделей, отражаемых так называемой "архитектурой" экономической системы.

Традиционным в классической экономической теории описанием экономических систем является структурно-функциональная модель. Примером такой модели может служить замкнутая система макроэкономических отношений на уровне государства (рисунок 1).

Рисунок 1 Замкнутая система макроэкономических отношений на уровне государства

Элементы системы:

1) потребитель благ/собственник ресурсов;

2) производитель благ/потребитель ресурсов;

3) товарно-денежный рынок;

4) финансово-ресурсный рынок;

5) институт государственности/регулятор отношений.

Связи:

1) поток товаров и услуг;

2) денежный поток;

3) поток ресурсов;

4) поток финансов;

5) поток государственных расходов;

6) поток налогов/изъятий.

Основные функции, отраженные в системе (системообразующие факторы):

- потребление/распределение благ;

- производство товаров и услуг;

- потребление/распределение ресурсов;

- изъятия/социальная защита.

Очевидно, связи системы имеют функциональную нагрузку.

Четыре важнейшие функции, заложенные в описанной системе, реализуют основную цель - макроэкономическое равновесие в обмене благами, объединенными в пять структурных элементов и шесть важнейших связей.

Количественные показатели важнейших функций системы: объемы производства, потребления, сбережений и т. д. могут служить параметрами для описания системы в пространстве состояний при определении характеристик устойчивости и управляемости экономических систем разного уровня.

Пример 2. Представление экономической системы в функциональном аспекте.

На рисунке 2 представлен классический пример описания (модели) системы национальной экономики в финансовом срезе формирования и распределения национального дохода.

Основными элементами системы являются:

- бизнес,

- домашние хозяйства,

- государство.

Связи системы отражают основные денежные потоки формирования и распределения валового национального продукта с участием некоторых институтов государства (налоговая инспекция, органы социальной защиты, национальный бюджет), которые для удобства представления выделены в отдельные блоки.

Целевая функция системы может быть задана на разных уровнях интересов экономики:

- на национальном - максимизация валового национального продукта/максимизация чистого дохода государства/поддержка бизнеса/повышение социальных расходов;

- на уровне домашнего хозяйства - оптимизация расходной части/стимуляция сбережений.

Внешняя среда системы отражена системным блоком «внешняя торговля». Согласно приведенной классификации приведенная система относится к классу А - «Макроэкономические системы», закрытая, статическая (временные функции не заданы), функциональная (связи и элементы несут определенную функциональную нагрузку), детерминированная, финансовая.

Данный пример иллюстрирует концептуальный подход к формированию модели экономической системы как первого шага к формализации задачи системного анализа.



Рисунок 2 Модель национальной экономической системы в функциональном аспекте

Структурное описание системы: основные понятия

Современные технические, социальные и экономические объекты и их системы управления характеризуются большим числом элементов, множеством связей и взаимосвязей, значительным объемом перерабатываемой информации. Такие системы называют сложными, большими или системами со сложной структурой.

Для систем, состоящих из большого числа взаимосвязанных подсистем, наиболее эффективно вначале наметить основные подсистемы и установить главные взаимосвязи между ними, а затем уже переходить к детальному моделированию механизмов функционирования различных подсистем.

Существует несколько видов описания системы:

Функциональное описание системы - это описание законов функционирования, эволюциисистемы, алгоритмов ее поведения.

Информационное (информационно-логическое или инфологическое) описание системы - это описание информационных связей как системы с окружающей средой, так и подсистем системы.

Структурное (морфологическое или топологическое) описание системы - это описание строения или структуры системы или описание совокупности элементов этой системы и необходимого для достижения цели набора отношений R между этими элементами системы.

Характерной особенностью начального этапа проектирования является ограниченность информации о свойствах будущей системы, что заставляет в первую очередь обращаться к структуре системы и содержащейся в ней информации. Изучение особенностей этой информации и является предметом структурного (морфологического) анализа систем.

Структурное описание, как и функциональное, строится по иерархическому (многоуровневому) принципу путем последовательной декомпозиции подсистем. Уровни декомпозиции системы, уровни иерархии функционального и морфологического описания должны совпадать. Структурное описание можно выполнить последовательным расчленением системы. Это удобно в том случае, если связи между подсистемами одного уровня иерархии не слишком сложны. Каждый элемент структуры можно, в свою очередь, описать функционально и информационно. Структурное описание системы зависит от учитываемых связей, их глубины (связи между главными подсистемами, между второстепенными подсистемами, между элементами), структуры (линейная, иерархическая, сетевая, матричная, смешанная), типа (прямая связь, обратная связь), характера (позитивная, негативная).

Таким образом, структурное описание должно давать представление о строении системы. Глубина описания, уровень детализации, т.е. определение какие компоненты системы будут рассматриваться в качестве элементарных (элементов), обусловливается назначением описания системы. Морфологическое описание иерархично. Конфигурация морфологии дается на стольких уровнях, сколько их требуется для создания представления об основных свойствах системы.

Целями структурного описания являются:

· разработка правил символического отображения систем;

· оценка качества структуры системы;

· изучение структурных свойств системы в целом и ее подсистем;

· выработка заключения об оптимальности структуры системы и рекомендаций по дальнейшему ее совершенствованию.

В структурном описании можно выделить два этапа: 1) определение состава системы, т.е. полное перечисление ее подсистем, элементов, и 2) выяснение связей между ними.

Изучение морфологии системы начинается с элементного состава. Он может быть:

· гомогенным (однотипные элементы);

· гетерогенным (разнотипные элементы);

· смешанным.

Однотипность не означает полной идентичности и определяет только близость основных свойств. Гомогенности, как правило, сопутствует избыточность и наличие скрытых (потенциальных) возможностей, дополнительных резервов. Гетерогенные элементы специализированы, они экономичны и могут быть эффективными в узком диапазоне внешних условий, но быстро теряют эффективность вне этого диапазона. Иногда элементный состав определить не удается - неопределенный.

Важным признаком морфологии является назначение (свойства) элементов.

Различают элементы:

·

· информационные;

· энергетические;

· вещественные.

Следует помнить, что такое деление условно и отражает лишь преобладающие свойства элемента. В общем же случае, передача информации не возможна без энергии, перенос энергии не возможен без информации.

Информационные элементы предназначены для приема, запоминания (хранения), преобразования и передачи информации. Преобразование может состоять в изменении вида энергии, которая несет информацию, в изменении способа кодирования (представления в некоторой знаковой форме) информации, в сжатии информации путем сокращения избыточности, принятия решений и т.д. Различают обратимые и необратимые преобразования информации. Обратимые не связаны с потерей (либо созданием новой) информации. Накопление (запоминание) является обратимым в том случае, если не происходит потерь информации в течение времени хранения.

Преобразование энергии состоит в изменении параметров энергетического потока. Поток входной энергии может поступать извне, либо от других элементов системы. Выходной энергетический поток направлен в другие системы, либо в среду. Процесс преобразования энергии, естественным образом, нуждается в информации.

Процесс преобразования вещества может быть механическим (например, штамповка), химическим, физическим (например, резка), биологическим. В сложных системах преобразование вещества носит смешанный характер.

В общем случае, следует иметь в виду, что любые процессы, так или иначе, приводят к преобразованию вещества, энергии и информации.

Структурные свойства системы существенно зависят от характера связей между элементами. Понятие связи входит в любое определение системы. Оно одновременно характеризует и строение (статику) и функционирование (динамику) системы. Связи обеспечивают возникновение и сохранение структуры и свойств системы. Выделяют информационные, вещественные и энергетические связи, определяя их в том же смысле, в каком были определены элементы. Характер связи определяется удельным весом соответствующего компонента (или целевой функцией).Связь характеризуется:

· направлением,

· силой,

· видом.

По первым двум признакам связи делят на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру - подчинения, порождения (генетические), равноправные и связи управления. Некоторые из этих связей можно раздробить еще более детально. Например, связи подчинения на связи «род-вид», «часть-целое»; связи порождения - «причина-следствие». Их можно разделить также по месту приложения (внутренние - внешние), по направленности процессов (прямые, обратные, нейтральные).Прямые связи предназначены для передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций от одного элемента другому в соответствии с последовательностью выполняемых функций. Качество связи определяется ее пропускной способностью и надежностью. Очень важную роль, как мы уже знаем, играют обратные связи - они являются основной саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования. Они в основном служат для управления процессами и наиболее распространены информационные обратные связи. Нейтральные связи не относятся к функциональной деятельности системы, непредсказуемы и случайны. Однако нейтральные связи могут сыграть определенную роль при адаптации системы, служить исходным ресурсом для формирования прямых и обратных связей, являться резервом. Структурное описание может включать указания на наличие и вид связи, содержать общую характеристику связи либо их качественные и количественные оценки.

Структурные свойства систем определяются характером и устойчивостью отношений между элементами. По характеру отношений между элементами структуры делятся на:

· многосвязные,

· иерархические,

· смешанные.

Наиболее устойчивы детерминированные структуры, в которых отношения либо постоянны, либо изменяются во времени по детерминированным законам. Вероятностные структуры изменяются во времени по вероятностным законам. Хаотические структуры характерны отсутствием ограничений, элементы в них вступают в связь в соответствии с индивидуальными свойствами. Классификация производится по доминирующему признаку.

Структура играет основную роль в формировании новых свойств системы, отличных от свойств ее компонентов, в поддержании целостности и устойчивости ее свойств по отношению к изменению элементов системы в некоторых пределах.

Важными структурными компонентами являются отношения координации и субординации. Координация выражает упорядоченность элементов системы «по горизонтали». Здесь идет речь о взаимодействии компонент одного уровня организации. Субординация - «вертикальная» упорядоченность подчинения и субподчинения компонент. Здесь речь идет о взаимодействии компонент различных уровней иерархии.

Иерархия (hiezosazche - священная власть, греч.) - это расположение частей целого в порядке от высшего к низшему. Термин «иерархия» (многоступенчатость) определяет упорядоченность компонентов системы по степени важности. Между уровнями иерархии структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонент нижележащего уровня одному из компонент вышележащего уровня, т.е. отношения древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархии типа «дерево».

Однако между уровнями иерархической структуры необязательно должны существовать отношения древовидного характера. Могут иметь место связи и в пределах одного уровня иерархии. Нижележащий компонент может подчиняться нескольким компонентами вышележащего уровня - это иерархические структуры со слабыми связями.

Для иерархических структур характерно наличие управляющих и исполнительных компонент. Могут существовать компоненты, являющиеся одновременно и управляющими, и исполнительными. Различают строго и нестрого иерархические структуры. Система строгой иерархической структуры имеют следующие признаки:

· в системе имеется один главный управляющий компонент, который имеет не менее двух связей;

· имеются исполнительные компоненты, каждый из которых имеет только одну связь с компонентом вышележащего уровня;

· связь существует только между компонентами, принадлежащим двум соседним уровням, при этом компоненты низшего уровня связаны только с одним компонентом высшего уровня, а каждый компонент высшего уровня не менее, чем с двумя компонентами низшего.

Как правило, наличие иерархии является признаком высокого уровня организации структуры, хотя могут существовать и не иерархические высокоорганизованные системы. В функциональном отношении иерархические структуры более экономичны. Для неиерархических структур не существует компонент, которые являются только управляющими или только исполнительными. Любой компонент взаимодействует более чем с одним компонентом. Смешанные структуры представляют собой различные комбинации иерархических и неиерархических структур.

Особенностью иерархических структур является отсутствие горизонтальных связей между элементами. В этом смысле данные структуры являются абстрактными построениями, поскольку в реальной действительности трудно найти производственную или какую-либо другую действующую систему с отсутствующими горизонтальными связями.

Важное значение при структурном описании системы имеют ее композиционные свойства. Композиционные свойства систем определяются способом объединения элементов в подсистемы. Будем различать подсистемы:

· эффекторные (способные преобразовывать воздействие и воздействовать веществом или энергией на другие подсистемы и системы, в том числе на среду),

· рецепторные (способные преобразовывать внешнее воздействие в информационные сигналы, передавать и переносит информацию)

· рефлексивные (способные воспроизводить внутри себя процессы на информационном уровне, генерировать информацию).

Композиция систем, не содержащих (до элементного уровня) подсистем с выраженными свойствами, называется слабой. Композиция систем, содержащих элементы с выраженными функциями, называется соответственно с эффекторными, рецепторными или рефлексивными подсистемами; возможны комбинации. Композицию систем, включающих подсистемы всех трех видов, будем называть полной Элементы системы (т.е. подсистемы, в глубь которых морфологический анализ не распространяется) могут иметь эффекторные, рецепторные или рефлексивные свойства, а также их комбинации.

Таким образом, на теоретико-множественном языке морфологическое описание есть четверка:

SM = {S, V, д, K},

где

S={Si}i - множество элементов и их свойств (под элементом в данном случае понимается подсистема, вглубь которой морфологическое описание не проникает);

...