Возможности системного анализа применительно к научному и техническому творчеству

Титов В.В.

В последние десятилетия диалектический закон о всеобщей связи явлений заставил серьезно заняться изучением закономерностей строения и развития больших систем. Системный анализ, зародившись в недрах общественных и биологических наук, перешел к "освоению" технических наук. Однако системы общественные и социальные, биологические и экологические, технические системы, информационные системы и системы научных знаний - это все же системы с совершенно различными характеристиками и даже с различной терминологией. Вследствие этого формулировки основных положений системного анализа применительно к конкретным классам систем иногда воспринимаются как слишком общие и даже иносказательные; с другой стороны, слишком специальная терминология конкретизирует, но одновременно и сильно сужает область применения выработанных формулировок. По-видимому, все же единственно разумным путем представляется "перевод" основных положений системного анализа с "общего" языка на язык конкретной области знаний, к которой относится исследуемый объект. Именно эта процедура и предлагается в настоящей работе.

Определение системы: "Система - это упорядоченное определенным образом множество элементов, взаимосвязанных между собой и образующих некоторое целостное единство" [1]. Общие понятия "система" и "элемент системы" можно конкретизировать для разных объектов исследования, как показано, например, в табл. 1.

Система характеризуется составом элементов, структурой и выполняет определенную функцию.

Таблица 1.

Структура системы - это закономерные устойчивые связи между элементами системы, отражающие пространственное и временное расположение элементов и характер их взаимодействия (или причинно-следственные отношения). При этом заметим, что связи в системе бывают полезные, бесполезные и вредные.

Функция системы - это внешнее проявление свойств системы, определенный способ взаимодействия с окружающей средой. У любой системы много функций; однако почти всегда среди этого множества можно выделить одну, самую существенную в данной системе отношений. Эта функция называется главной полезной функцией (ГПФ) системы.

Два основных свойства систем:

- целостность системы означает, что комплекс элементов, рассматриваемый в качестве системы, обладает характерными свойствами и поведением, причем свойства системы несводимы к сумме свойств ее элементов;

- делимость системы отражает тот факт, что любой объект можно представить состоящим из элементов. Это значит, что любой объект можно рассматривать как минимум в трех аспектах: как нечто целостное (систему), как часть более общей системы (надсистемы) и как совокупность более мелких частей (элементов, подсистем).

Первый шаг системного анализа - представление объекта в виде системы. Следующий шаг - системное исследование объекта в трех аспектах. В табл.2 отражены направления системного исследования и последовательность осуществления его этапов.

Таблица 2.

Первые два аспекта системного исследования объекта существенно облегчаются, если учитывать следующие закономерности построения и функционирования систем:

1. Система должна быть функционально полной, т.е. перечень ее элементов должен включать в себя все минимально необходимое и достаточное для выполнения ГПФ.

2. Система должна быть проводимой по всем имеющимся в ней потокам: вещественным, силовым, энергетическим и информационным. Полная цепь, по которой идет поток в системе, состоит из пяти элементов, каждый из которых обеспечивает свою функцию: 1) возникновение, 2) преобразование, 3) передачу, 4) получение полезного результата и 5) утилизацию (остатка или отходов). Некоторые из этих элементов могут либо повторяться, либо совмещаться с другими, либо отсутствовать.

3. Система должна обладать хотя бы минимальной степенью динамичности и управляемости, обеспечивающей ее функционирование в некотором диапазоне изменения внешних условий.

4. Количественные характеристики структурных элементов и связей системы должны превосходить некоторый параметрический порог. При этом порог может быть не единственным, а "превосходить" не всегда означает "быть больше". Сущность этого закона можно пояснить примером: совокупность молекул какого-либо вещества образует кристалл (систему) только тогда, когда расстояние между молекулами и их скорости не превышают вполне определенных величин.

Для исторического анализа системы необходимо знать основные направления развития систем.

1. Повышение идеальности системы. При этом под абсолютно идеальной системой понимают такую ситуацию, когда ГПФ системы выполняется без самой системы. Таким образом, по мере развития системы (при неизменной ГПФ) ее состав, количество связей и время реализации ГПФ уменьшаются.

2. Повышение динамичности и управляемости системы. Изменение внешних (по отношению к системе) условий вызывает количественное (а иногда и качественное) изменение ГПФ, что, в свою очередь, требует расширения диапазона жизнеспособности (работоспособности) системы. Это происходит, в частности, за счет: 1) перехода от статических к динамическим параметрам элементов системы, 2) увеличения числа внутренних обратных связей, 3) перехода от статической к динамической устойчивости.