Закономерности систем

Закономерности функционирования и развития систем (в более краткой формулировке – закономерности систем) – общесистемные закономерности, характеризующие принципиальные особенности построения, функционирования и развития сложных систем.

Такие закономерности Л. фон Берталанфи вначале называл системными параметрами, а А. Холл – макроскопическими свойствами и закономерностями.

Закономерности систем, показанные на рис. 2.8, можно условно разделить на четыре группы:

· взаимодействия части и целого;

· иерархической упорядоченности;

· осуществимости;

· развития.

Рис. 2.8. Закономерности систем

Закономерности взаимодействия части и целого. В процессе изучения особенностей функционирования и развития сложных систем с активными элементами был выявлен ряд закономерностей, помогающих глубже понять диалектику части и целого в системе, чтобы учитывать их при принятии решений. Рассмотрим основные из этих закономерностей.

Целостность (эмерджентность) проявляется в системе как возникновение (emerge – появляться) у нее новых свойств, отсутствующих у элементов (Л. фон Берталанфи считал это основной системной проблемой).

Проявление данной закономерности легко пояснить на примерах поведения популяций, социальных систем и технических объектов (свойства станка отличаются от свойств деталей, из которых он собран).

Для глубокого понимания закономерности целостности необходимо, прежде всего, учитывать три ее стороны:

1) свойства системы (целого) S не являются простой суммой свойств составляющих ее элементов (частей) s_i и определяются выражением (2.1);

2) свойства системы (целого) зависят от свойств составляющих ее элементов (частей):

3) объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, т. е. система как бы подавляет ряд свойств элементов; но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

Например, в производственной системе в рабочее время у своих элементов-рабочих подавляются вокальные, хореографические и некоторые другие способности, а используются только те свойства, которые нужны для осуществления процесса производства (в большей степени это проявляется на конвейере).

Таким образом, первая сторона закономерности целостности характеризует изменение взаимоотношений системы как целого со средой (по сравнению с взаимодействием с ней отдельно взятых элементов) и утрату элементами некоторых свойств, когда они становятся элементами системы. Эти изменения бывают настолько отличны, что может показаться, будто свойства системы вообще не зависят от свойств элементов. Поэтому необходимо обращать внимание на вторую сторону закономерности целостности.

Например, замена элементов в организационной структуре системы управления предприятием может существенно повлиять на качество его функционирования.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой создается система. При этом если цель не задана в явном виде, а у отображаемого объекта наблюдаются целостные свойства, можно попытаться определить цель или выражение, связывающее цель со средствами ее достижения (целевую функцию, системообразующий критерий), путем изучения причин появления закономерности целостности. Однако часто бывает, что не всегда сразу легко понять причину возникновения целостности и требуется проводить анализ, позволяющий выявить, что привело к возникновению целостных, системных свойств (например, в организационных системах).

Аддитивность. Наряду с изучением причин возникновения целостности, можно получать полезные для практики результаты путем сравнительной оценки степени целостности систем (и их структур) при неизвестных причинах ее возникновения. Рассмотрим закономерность, двойственную по отношению к закономерности целостности, которую называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособленностью.

Интегративность. Этот термин часто употребляется как синоним целостности. Однако некоторые исследователи (например, В. Г. Афанасьев) выделяют эту закономерность как самостоятельную, стремясь подчеркнуть интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам, обусловливающим возникновение этого свойства, к факторам, обеспечивающим сохранение целостности.

Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, в числе которых важную роль играют неоднородность и противоречивость элементов, с одной стороны, и стремление их вступать в коалиции – с другой.

Носителями целостного знания, например, о мире являются философские концепции, опираясь на которые можно дополнить закономерность интегративности рекомендациями, основанными на закономерностях развития систем, базирующихся на законах диалектики. Выбор интегративных факторов решается в конкретных приложениях на моделях, сочетающих средства качественного и количественного анализа.

Закономерности иерархической упорядоченности систем связаны с закономерностью целостности, с расчленением целого на части и учитывают взаимодействие системы с ее окружением – со средой (значимой или существенной для системы), надсистемой, подчиненными системами.

Коммуникативность показывает, что система не изолирована от других систем и связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее суперсистему (систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного уровня с рассматриваемой.

Такое сложное единство со средой названо закономерностью коммуникативности, которая в свою очередь легко помогает перейти к иерархичности как закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы.

Иерархичность учитывает не только внешнюю структурную сторону иерархии (расположение уровней, связи и т. д.), но и функциональные взаимоотношения между уровнями.

На примерах биологических организаций академик В. А. Энгельгардт показал, что более высокий иерархический уровень оказывает направляющее воздействие на нижележащий уровень, ему подчиненный, и это воздействие проявляется в том, что подчиненные члены иерархии приобретают новые свойства, отсутствовавшие у них в изолированном состоянии (подтверждение положения о влиянии целого на элементы, приведенного выше), а в результате появления этих свойств формируется новый, другой «облик целого» (влияние свойств элементов на целое). Возникшее таким образом новое целое приобретает способность осуществлять новые функции, в чем и состоит цель образования иерархий. То есть речь идет о закономерности целостности (эмерджентности) и ее проявлении на каждом уровне иерархии.

Особенности иерархических структур систем (или, как принято иногда говорить, иерархических систем) наблюдаются и в социальных организациях, при управлении предприятием, объединением, государством, при представлении замысла проектов сложных технических комплексов и т. п.

Исследования иерархической упорядоченности в организационных системах показывают, что между уровнями и элементами иерархических систем существуют более сложные взаимосвязи, чем это может быть отражено в графическом изображении иерархической структуры. В частности, если даже между элементами одного уровня иерархии нет явных связей («горизонтальных»), то они все равно взаимосвязаны через вышестоящий уровень.

Например, в производственной и организационной структурах предприятия от вышестоящего уровня зависит, какой из этих элементов будет выбран для поощрения (при предпочтении одних исключается поощрение других) или, напротив, какому из элементов будет поручена непрестижная или невыгодная работа (опять-таки это освободит от нее других). Неоднозначно можно также трактовать связи между уровнями иерархических систем.

Выделим основные особенности иерархической упорядоченности с точки зрения полезности их использования в качестве моделей системного анализа.

1. В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями. По метафорической формулировке, используемой Кестлером, каждый уровень иерархии обладает свойством «двуликого Януса»: «лик», направленный в сторону нижележащего уровня, имеет характер автономного целого (системы), а «лик», направленный к узлу (вершине) вышестоящего уровня, проявляет свойства зависимой части (элемента вышестоящей системы, каковой является для него составляющая вышестоящего уровня, которой он подчинен). Эта конкретизация закономерности иерархичности объясняет неоднозначность использования в сложных организационных системах понятий «система» и «подсистема», «цель» и «средство» (элемент каждого уровня иерархической структуры целей выступает как цель по отношению к нижележащим и как «подцель», а начиная с некоторого уровня, и как «средство» по отношению к вышестоящей цели), что часто наблюдается, как отмечалось выше, в реальных условиях и приводит к некорректным терминологическим спорам.

2. Важнейшая особенность иерархической упорядоченности как закономерности заключается в том, что закономерность целостности (т. е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компонентами нижележащего) проявляется в ней на каждом уровне иерархии. При этом объединение элементов в каждом узле иерархической структуры приводит не только к появлению новых свойств у узла и утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии. Благодаря этой особенности с помощью иерархических представлений можно исследовать системы и проблемные ситуации с неопределенностью.

3. При использовании иерархических представлений как средства исследования систем с неопределенностью происходит как бы расчленение «большой» неопределенности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию. При этом, даже если эти «мелкие неопределенности» не удается полностью раскрыть и объяснить, то все же иерархическое упорядочение частично снимает общую неопределенность, обеспечивает, по крайней мере, управляемый контроль за принятием решения, для которого используется иерархическое представление.

4. Кроме того, одна и та же система может быть представлена разными иерархическими структурами, причем это зависит от цели (разные иерархические структуры могут соответствовать разным формулировкам цели) и предыстории развития лиц, формирующих структуру (при одной и той же цели, если поручить формирование структуры разным лицам, то они в зависимости от их предшествующего опыта, квалификации и знания объекта могут получить разные структуры, т. е. по-разному раскрыть неопределенность проблемной ситуации).

Поэтому на этапе структуризации системы или ее цели разрабатываются соответствующие методики структуризации, методы оценки и сравнительного анализа структур, которые позволяют формулировать задачу выбора требуемого варианта структуры для дальнейшего исследования или проектирования системы, организации управления технологическим процессом, предприятием, проектом и т. д.

Закономерности осуществимости систем позволяют выявить ряд проблем и учесть их при определении принципов проектирования и организации функционирования систем управления.

Эквифинальность характеризует как бы предельные возможности системы. Л. фон Берталанфи, предложивший этот термин, определил эквифинальность как «способность в отличие от состояния равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями, достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и определяется исключительно параметрами системы».[1]

Применительно для человека в разные периоды его жизни можно наблюдать различные состояния эквифинальности (исследователи условно выделяют уровни: материальный, эмоциональный, семейно-общественный, социально-общественный, интеллектуальный и т. п.).

Потребность во введении понятия эквифинальности возникает начиная с некоторого уровня сложности систем. Данная закономерность заставляет задуматься о предельных возможностях создаваемых предприятий, организационных систем управления отраслями, регионами, государством.

Закон «необходимого разнообразия» учитывает предельную осуществимость системы при ее создании. Впервые в теории систем на это обратил внимание У. Р. Эшби. Т.е., создавая систему, способную справиться с решением проблемы, обладающей определенным, известным разнообразием (сложностью), нужно обеспечить, чтобы система имела еще большее разнообразие (знания методов решения), чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать в себе это разнообразие (владела бы методологией, могла разработать методику, предложить новые методы решения проблемы).

Использование этого закона при разработке и совершенствовании систем управления предприятиями и организациями помогает увидеть причины проявляющихся в них недостатков и найти пути повышения эффективности управления.

Закономерность потенциальной эффективности. Развивая идею В. А. Котельникова о потенциальной помехоустойчивости систем, Б. С. Флейшман связал сложность структуры системы со сложностью ее поведения; предложил количественные выражения предельных законов надежности, помехоустойчивости, управляемости и других качеств систем; и показал, что на их основе можно получить количественные оценки осуществимости систем с точки зрения того или иного качества – предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем.

Эти оценки исследовались применительно к техническим и экологическим системам и пока еще мало используются для производственных систем. Потребность в таких оценках на практике ощущается все более остро. Например, нужно определять, когда исчерпываются потенциальные возможности существующей организационной структуры и возникает необходимость в ее преобразовании, когда устаревают и требуют обновления производственные комплексы, оборудование и т. п. В частности, возможности применения закономерности потенциальной эффективности к задаче определения «порога осуществимости» организационной системы были исследованы В. И. Самофаловым.[2]

Таким образом, использование закономерностей построения, функционирования и развития систем помогает уточнить представление об изучаемом или проектируемом объекте, позволяет разрабатывать рекомендации по совершенствованию организационных систем, методик системного анализа.

Закономерности развития систем. В последнее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем принципов их изменения во времени, для понимания которых могут помочь закономерности рассматриваемой группы.

Историчность. Очевидно, что любая система не может быть неизменной. Она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем. Однако для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы. Каждая система подчиняется закономерности историчности, и эта закономерность – такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и др. Данную закономерность можно учитывать не только пассивно фиксируя старение, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая «механизмы» реконструкции или реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.

При создании сложных технических комплексов предлагают корректировать технический проект с учетом старения идеи, положенной в его основу, уже в процессе проектирования и создания системы; рекомендуют в процессе проектирования рассматривать не только вопросы создания и обеспечения развития системы, но и вопрос о том, когда и как ее нужно уничтожить (возможно, предусмотрев «механизм» ее уничтожения или самоликвидации); рекомендуют при создании технической документации, сопровождающей систему, включать в нее не только вопросы эксплуатации системы, но и срок жизни, ликвидацию.

Закономерность самоорганизации. В числе основных особенностей самоорганизующихся систем (с активными элементами) являются способность противостоять энтропийным тенденциям и способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и т. п. В основе этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем, справедлив второй закон термодинамики («второе начало»), т. е. стремление к возрастанию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные тенденции, лежащие в основе эволюции.

Исследованием процессов самоорганизации занимаются различные научные направления – от химии и биологии до кибернетики и теории систем. В становление этой закономерности большой вклад внес А. Г. Ивахненко, разработавший теорию самоорганизации применительно к техническим системам. Важные результаты в понимании закономерности самоорганизации получены в исследованиях И. Р. Пригожина, которые относят к науке, называемой синергетикой (см. п. 2.1.1). Синергетика И. Р. Пригожина является основой закономерности самоорганизации. Однако понятия, введенные в ней применительно к химическим процессам, пока еще недостаточно хорошо интерпретированы для социально-экономических систем, и поэтому в теории систем для объяснения закономерности, лежащей в основе развития системы, предпочтение отдано термину «закономерность самоорганизации».

В сложных развивающихся системах закономерность самоорганизации проявляется в том, что в зависимости от преобладания энтропийных или негэнтропийных тенденций система любого уровня может либо развиваться в направлении более высокого уровня эквифинальности и переходить на него, либо, напротив, может происходить энтропийный процесс упадка и перехода системы на более низкий уровень существования.

Таким образом, использование закономерностей сложных систем позволяет более глубоко исследовать принципиальные особенности построения, функционирования и развития систем.