Основные определения системного подхода

Реферат

 

 

По дисциплине: Введение в специальность.

Тема:       Системный подход в научных исследованиях.

 

Выполнили: студент гр. АПМ-03 ______________ Никифоров М.Н.

                                                                                                      ^{(подпись)}                            

                 студент гр. АПМ-03 ______________ Якунин И.М.

                                                                                                      ^{(подпись)}                            

 

ОЦЕНКА: _____________

 

Дата:   _____________

 

ПРОВЕРИЛ:

 

Руководитель:      профессор         ________         Власов К.П.

                                                 ^{(должность                       (подпись)}                   

 

 

 

Санкт-Петербург

2004 год.

 

 

Оглавление:

Введение ;

2. Категория “система” в естественном языке;

3. Общая теория систем:

    3.1 Основные определения системного подхода;

    3.2 Общие характеристики открытых систем;

4. Основные формы существования систем:

    4.1 Автоматизированные системы;

    4.2 Система “человек – машина”;

Список литературы.

        

     

 

Введение.

    Историками определено, что становление человека как особо отдельного специфического вида, обозначены временем создания первых простейших орудий труда и устройств. Такая особенность уже вскоре проявилась в стремлении исследовать и познавать окружающий мир в широком смысле. Именно тогда возникла необходимость исследования отношений и причинных связей между вещами различной природы. Использование вещей и знание отношений между ними улучшали условия жизни людей и позволили создавать примитивные устройства, как упорядоченную совокупность внешних предметов. Подобные изыскания вскоре обнаружили определенный набор элементов характеризующих данную, а в следствие, любую совокупность, составляющую единое целое и имеющую единое назначение или цель. Данная совокупность определена как система. Эти знания и возможности позволяли не только улучшить жизнь счастливым обывателям, но и получить дополнительное превосходство одним обществам над другими, а в дальнейшем такое превосходство могло быть использовано как оружие.

Категория “система” в естественном языке.

История развития научных исследований обращает внимание на расширение возможностей человека: новые эффекты приводили к использованию более широкого разнообразия свойств и состояний природы. В свою очередь, создание новых вещей требовало создания новых возможностей для того, чтобы их распознавать и преобразовывать.

       Таким образом, мир вещей – искусственная среда обитания, созданная человеком, становится все более комплексной, изменчивой и неопределенной. В этих условиях увеличивается расхождение между относительно устойчивыми познавательными возможностями человека и все более усложняющимся миром. Реальность, сконструированная самим человеком, выходит из-под его контроля. Постоянно возрастает количество людей, непосредственно управляющих сложными технологическими процессами, и почти пропорционально ему растет количество аварий по причине ошибок проектирования и эксплуатации. Неуправляемый поиск полезных эффектов в исследовательской практике мог привести к неожиданным последствиям, например, в экологии. Поэтому возникла необходимость создать некие правила организации структур, эффектов, и, соответственно, исследований.

    Понятие “система” в повседневной практике, на обыденном уровне получило широкое распространение, и это не случайно. В современном естественном языке значение системы часто включает серьезность отношения к делу, проработанность деталей, целостность в организации каких-либо действий и используется с позитивным отношением.

    В творческих профессиях, к которым можно с уверенностью отнести и научные исследования, система – как оригинальная организация знаний, опыта, эксперимента и данных характеризует индивидуальный “почерк” исследователя. Совокупность рациональных приемов и методов, использования необходимых предметов, приемов, идей и социальных взаимоотношений для получения наилучшего результата – вот та система, которая отличает любой квалифицированный труд от кустарного производства. Собственно, эта “системность” в работе, конечно, с необходимыми знаниями, умениями и навыками, позволяет выполнять необходимые действия и определяет суть самого понятия квалификации.

    В этом случае мы можем говорить о наличии целой системы (в значении метода), которая обеспечивает наиболее рациональные приемы работы, а, следовательно, и её наивысшую эффективность. Чем совершеннее специальные знания человека, тем “системнее” он мыслит, тем разумнее, рациональнее он делает свою работу, привлекая для этого все известные ему средства в данной области знания, точнее распределяет качество и последовательность их применения. Высокий результат является следствием этой системности. В этом контексте, “система” используется уже как индикатор разумности, рациональности и упорядоченности действий.

    Действительно, способность оперировать средствами разной природы и есть способность организовывать систему знаний так, чтобы, в конце концов, получить то, что задумано. В каком-то смысле можно предполагать, что все люди мыслят в той или иной степени системно, во всяком случае, они вынуждены делать это как минимум в научной и организаторской деятельности.

    Таким образом, чем “системнее” методы мышления отдельного человека, тем выше уровень его организаторских способностей и яснее системность в логике рассуждений, порядке в делах, привычках, отношениях с людьми и т.д . Напротив, у человека недостаточно подготовленного, системность может проявляться в том, что его действия импульсивны, непоследовательны и противоречивы, аргументы и выводы не соответствуют друг другу, расплывчаты, многоречивы, что приводит к потере основной темы. С этих позиций категория “система” используется как показатель качества ума.

    Все же, представляется, что основной причиной проникновения категории “система” в естественный язык является ее значения, которые характеризуют организаторские способности человека в группе, а также возможности человека рациональным способом упорядочить необходимые средства при решении проблем.

 

Общая теория систем.

 

    Первоначально теория общих систем возникла в попытке разработать такую науку, которая будет способна объяснить принципы устройства систем вообще, как реакция на несогласованность всевозможных подходов к исследованиям. В период активного развития исследований на стыке нескольких наук, проблема заключалась в том, что различные научные области имели столь существенное разнообразие теорий, принципов организации экспериментов и методов обработки данных, что это само по себе затрудняло обобщение и интерпретацию результатов. Поэтому теория систем была предназначена для того, чтобы снять эти ограничения путем разработки принципов и правил, которые объединяют все научные исследования посредством философско-мировоззренческого подхода к исследованию и познанию сложных объектов.

    В начале эта теория представляла собой обобщение принципов закрытых систем (кинетика, термодинамика), применяемых в физике. Общая теория систем первоначально создавалась как междисциплинарная методология для научных исследований в различных областях знаний, например, в биологии, физике, технической области знаний. В своей классической работе “Теория открытых систем в физике и биологии” (1950) автор теории открытых систем фон Берталанффи предложил основную идею теории, которая может охватить все уровни науки от изучения отдельной клетки до изучения общества. Системный подход к исследованиям стремился найти такие обобщения, чтобы методологическое единство наук сопровождалось существенным единством принципов и законов. Так Миллер (1965) показал, что отдельный “набор” концепций, может быть применим для различных наук, например, методы управления информационными перегрузками, пересечения границ, подсистемного кодирования, обратной связи, пропускной способности и результата представляется как характеристики всех “живых систем”.

    Как сформулировал фон Берталанффи, подход общих систем постулирует открытость каждой системы влиянию внешней среды. Поэтому необходимо изучать системы обязательно вместе с условиями среды, в которой они существуют. Таким образом, само существование открытой системы предполагает постоянный обмен ресурсов (энергии, информации, вещества) с окружающей средой. Это означает, например, что граница системы может быть произвольно определена в зависимости от выбранной перспективы.

    Теория открытых систем подчеркивает тесную взаимосвязь между свойствами системы и её поддерживающим окружением (средой). Поэтому, одно из важных положений открытых систем состоит в том, что без непрерывных внешних сигналов, любая система вскоре деградирует, истощается, останавливается и разрушается. Здесь решающим критерием для распознавания и понимания сущности системы является исследование взаимосвязи системы с энергетическим источником, обеспечив её существование. Почти для всех сложных систем один из наиболее важных внутренних ресурсов поддержки – это целенаправленные, скоординированные и интегрированные человеческие усилия и мотивация.

    Другой важный аспект теории открытых систем – это пропускная способность: обработка производственных сигналов для достижения некоторого результата, который в дальнейшем используется внешней системой. В любой системе, этот процесс, связанный с пропускной способностью можно распознать, наблюдая за циклом: сигнал, пропускная способность и результат. Этот цикл иногда описывают в технологических или экономических терминах, что неправомерно отделяет его от вовлеченных в него людей – масса необработанных материалов и масса продукции в конце, создающие прибыль. Но если мы имеем дело с циклом пропускной способности производственной или коммерческой организации, то обязательно включаем людей в эту систему* (Прим. Сложные составные системы, которые включают в себя элементы различной природы – психической и технической называются системами “человек-техника” или “человек-машина”).

 

Основные определения системного подхода

    Рассмотрим значения ключевых понятий системного подхода. Как очевидно, основным является определение системы. Определений системы вероятно столько же, сколько и специалистов, которые используют системный подход как основу научных исследований. К примеру, приведем одно из них.

    Система – это совокупность взаимосвязанных элементов, образующих единое целое и имеющих единое назначение или цель. В общем смысле, систему можно определить как принятую в целом совокупность элементов, которые различимы в пределах действительности. Элементы внутри системы связаны между собой. Отношения элементов формируют структуру системы. Но отношения элементов системы не исчерпываются только внутренними отношениями, т.е. включены отношения с элементами вне системы, а именно с окружающей средой. Это означает, что система имеет определенный набор постоянных свойств, которые остаются таковыми, несмотря на изменения внешней среды. То есть, система представляет собой скорее порядок, чем хаос, скорее последовательность, чем непоследовательность в решениях и действиях.

    Система имеет статическую и динамическую составляющие, поскольку она изменяется при взаимодействиях с окружающей средой. Часто открытые системы снаружи кажутся достаточно устойчивыми. Эта стабильность желательна, но в реальности она трудно достижима. Поскольку, если стремиться к тому, чтобы все элементы и их взаимосвязи долгое время оставались постоянными, то случайное изменение в одном из элементов или отношений, должны обязательно быть скомпенсированы за счет изменений где-нибудь ещё. Таким образом, возникает временная нестабильность – переходный процесс, результатом которого может быть даже разрушение. Поэтому открытая система стремится сохранять равновесие, но это равновесие имеет динамический характер.

    Обобщая, приведем более полное, но и более сложное определение системы. Итак, система – это организованное множество элементов (произвольной природы), обладающее относительной целостностью и полифункциональностью, иерархической организацией, включающей в себя составы и структуры (логические, пространственно-временные, стохастические и др.); динамикой, охватывающей функционирование и развитие; особенностями и условиями существования других систем.

    Важнейшими характеристиками любой системы являются функция, цель и структура. Под функцией системы понимают такие действия системы, которые выражаются в изменении возможных её состояний. Во время функционирования совершается переход системы из одного возможного состояния системы в другие. Множество всех возможных состояний системы определяется числом её элементов, их свойствами и разнообразием связей между ними. Поэтому функцию системы характеризует её как единое целое, как результат взаимодействия её элементов между собой и с внешними системами.

    Целью системы называется определенное (заданное извне или устанавливаемое самой системой) наиболее предпочитаемое конечное состояние (например, параметры выходных характеристик), т.е. некоторое подмножество значений функций системы.

    Структура системы определяется расположением и взаимосвязями между составляющими – элементами системы, которые образованы для выполнения системой своей функции, т.е. зависит от величины и сложности системы. Величина системы характеризуется числом её элементов и количеством связей между ними, а сложность – многообразием элементов, неоднородностью их свойств и разным качеством связей.

    Большим и сложным системам присущи свойства целостности и эмерджентности.

    Целостность системы означает, что все её части служат общей цели и способствуют формированию наилучших результатов в смысле принятого критерия эффективности.

    Эмерджентность (от англ. возникновение, появление нового) означает, что большие и сложные системы обладают такими свойствами, которые не присущи ни одному из её элементов. Эмерджентные или системные качества кардинально отличают системы от не систем, поэтому остановимся на этом более подробно. Другими словами объединение подсистем с различной природой (например, экономической, технической, социальной), структурой и валентностью в сложные системы происходит при их взаимовлиянии друг на друга, что и создает новое системное качество, которое не присуще не одной из подсистем. Чем больше система и разница в размерах целого и частей, тем вероятнее различие в их свойствах и, следовательно, тем труднее согласовывать цели их функционирования. Английский кибернетик С. Бир наиболее ярко выразил суть эмерджентности : “Оптимальное функционирование частей не исключает гибели целого”.

    Обобщая, можно сформулировать основное требование системного подхода как необходимость комплексного исследования больших и сложных объектов в совокупности с параметрами внешней среды, в которые встроена эта система. Изучать системы необходимо как единое целое, т.е. с учетом функционирования всех её элементов и частей. Исходя из этого принципа, нужно изучить каждый элемент системы в его связи и взаимодействии с другими элементами, выяснить влияние свойств отдельных частей системы на поведение системы в целом, установить эмерджентные свойства системы, а также определить оптимальный режим её функционирования.

    Системный анализ – это совокупность методов, позволяющих реализовывать системный подход при исследовании больших и сложных объектов . К таким методам относятся, прежде всего, анализ и синтез, математическое моделирование и оптимизация с использованием вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения. При применении системного анализа требуется максимальный учет взаимосвязей и взаимовлияния всех элементов системы (человека на уровне его особенностей, параметров технических устройств, природных условий и ресурсов).

    С усложнением задач и объектов исследования возникает необходимость деления систем на подсистемы – системы более низкого иерархического уровня, которые исследуются автономно, но при этом обязательно предполагается согласование частных целей подсистем с общей целью системы. Таким образом, декомпозиция системы предопределяет создание иерархической структуры с такими преимуществами для исследования, как резкое снижение размерности системы, улучшение надежности её функционирования, увеличение структурной гибкости системы и др.

    По существу декомпозиция – это операция анализа системы. Естественно, что исследование менее сложных систем нижнего уровня проще и удобнее. Однако последующее согласование функционирования подсистем (операция синтеза) представляет собой гораздо более сложную задачу, чем исследование отдельных подсистем, причем основная трудность связана с эмерджентностью системы.