Отличие системного и комплексного подходов в научных исследованиях Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Мохов А.И.

д.т.н., профессор, президент НП «ЭнергоЭффект»

anmokhov@mail. ru

ОТЛИЧИЕ СИСТЕМНОГО И КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДОВ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Ключевые слова: комплекс, комплексный подход, комплексные системы, комплексотехника, комплексная среда взаимодействия, моделирование, нагруженные системы, системный подход, системотехника.

Keywords: complex, integrated approach, integrated systems, integrated environment interaction, complexotechnics, modeling, systems approach, systems engineering.

Рассмотрим различия в подходах к построению научного исследования при системном и комплексном подходах на примере формирования методологической схемы исследования (МСИ). Схема была разработана и применяется в научной школе системотехники строительства академика А.А. Гусакова [1]. Составление плана исследования является обязательным этапом жизненного цикла исследования и включено в методику проведения выпускной квалификационной, в том числе, диссертационной работы. Традиционно план исследования располагают в составе вводной части диссертационной работы и формируют как перечень пунктов понятийного аппарата исследования. К таким понятиям относят: тему диссертационного исследования, объект, предмет, цель и задачи исследования, актуальность работы, научную новизну, научные результаты, выводы и рекомендации, практическую ценность (значимость), научную достоверность и обоснованность исследования [2].

Поскольку результат исследования напрямую зависит от того, каким образом будет сформирована методологическая схема этого исследования, МСИ рассматривается в дальнейшем как «технологическая карта», по которой можно определить последовательность этапов проведения исследования, его уровень, а также можно судить о мастерстве исследователя.

Модификация МСИ, взятая из работы [2] и приведенная на рис. 1, станет отправной точкой в нашем исследовании. Схема представлена в кибернетической традиции, с помощью прямоугольников - блоков, содержащих формулировки используемых понятий, и стрелок, фиксирующих взаимодействие этих блоков, в процессе проведения исследования от входа в исследование через блок (1) до выхода - через блок (9).

Как показывает практика использования МСИ в высших учебных заведениях, в результате применения схемы начинающий исследователь приобретает знания и умения, позволяющие правильно и точно: разработать гипотезу (1), сформулировать название исследования (2), его цели (3) и задачи (6); определить объект (4) и предмет (5) исследования, а также привлекать для решения задач методологические основы исследования (7), планировать ожидаемые результаты решения задач (8) и формировать рекомендаций к их практическому применению и внедрению (9). Рассмотрим содержание каждого элемента модели. Логика исследования задается стрелками, фиксирующими последовательность формирования формулировок понятийного аппарата исследования.

Гипотеза в научном исследовании выступает как предположительное суждение о закономерной связи явлений в области научной специализации исследователя. Формулировка исследования, заключающаяся в формировании темы и определении ее названия, призвана содействовать исследователю в выстраивании границы сферы его интересов, конкретизируя тем самым цель исследования. Цель исследования включает изучение тех или иных аспектов, связанных с изменениями в рассматриваемой сфере и необходимых для подтверждения гипотезы. Формулировка объекта исследования содержит описание противостоящего исследователю явления, на которое направлен интерес исследователя. Предмет исследования - аспекты (стороны) объекта, рассматриваемые в исследовании (на предмет чего рассматривается объект). Задачи исследования формулируются как положения, решением которых достигается цель исследования. Методологические основы исследования включают перечень и описание средств решения задач, формирующих позицию исследователя по отношению к объекту исследования и следующий из этой позиции подход к решению задач. В свою очередь, решения задач представляют собой перечень подтвержденных положений, достоверность которых обеспечена использованными в процессе решения методологическими средствами. Рекомендации к практическому применению и внедрению полученных решений представляют собой перечень организационных средств, используемых для дальнейшего практического подтверждения достоверности полученных результатов решения задач в реальных условиях потребления этих результатов.

Заметим, что на сегодняшний день сформировалось два подхода к решению задач исследования в естественных науках [3]: системный и комплексный подходы с соответствующими этим подходам средствами решения задач, относящимися к системотехнике и комплексотехнике [3-7]. На рис. 1 пунктирной линией обведены блоки, связанные с принятым подходом специалиста-системотехника к решению задач в принадлежащей ему по специализации области исследования.

Рисунок 1.

Модификация модели МСИ по Гусакову А.А. [6]

В отличие от системного комплексный подход дает возможность описания объекта исследования с учетом опыта исследований нескольких (всех) областей, на пересечении которых объект находится, что в свою очередь позволяет получить набор актуальностей и набор пунктов новизны для широкого спектра потребителей. При этом методологические средства, разработанные в смежной или «кроссовой» области исследования, могут быть использованы для решения задач в области исследования, выбранной в качестве основной. Примером может служить диссертационная работа [8], область исследования которой сформирована в виде графической модели, приведенной на рис.2 и представленной на рис. 3 инфографической1 моделью.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ

САПР ЛАСИО

САПР ТКПС

САПР строений с повышенной безопасностью функционирования (САПР СПБФ)

Система диспетчеризации

многоэтажных высотных зданий (СД МВЗ)

Рисунок 2.

Графическая модель местоположения области исследования работы [8]

Как показано на рис. 2, разработка основ систем автоматизированного проектирования строений с повышенной безопасностью функционирования (САПР СПБФ), являющаяся целью данного диссертационного исследования, определена в области исследования, имеющей соответствующие название и ограниченной одинарным контуром полужирного начертания. Названная область включена в состав области «САПР телекоммуникационного пространства строений (САПР ТКПС)» и, в свою очередь, входит в состав САПР локальной адаптивной системы интерактивного общения (САПР ЛАСИО) и в область «САПР объектов строительства» (САПР ОС). Но при этом цель работы попадает также на пересечение к еще одной области исследования - систем диспетчеризации многоэтажных высотных зданий

1 Понятие «инфографическое моделирование» было введено профессором Чулковым В.О. в 1991 году [9].

521

(СД МВС), ограниченной на рис. 2 двойным контуром. Эта область исследования является составляющей для области исследования системы обработки данных и документации (СОДД), обведенной на рис. 3 пунктирным контуром . Причем, именно в области исследования СОДД были разработаны методологические средства, привлеченные к решению задач в приведенной диссертационной работе [8]. Приведенное на рис. 2 и 3 пересечение областей исследования позволяет говорить о кросс-дисциплинарности в подходе к исследованию. Так, на инфографической модели, приведенной на рис. 3 и фиксирующей местоположение области исследования работы [8] показаны области специализации разных исследователей:

- специалиста по системам автоматизированного проектирования (САПР), показанного на рис. 3 фигурой с закрашенным контуром ф ;

- специалиста в сфере систем обработки данных и документации, представленного на рисунке фигурой с «прозрачным» контуром

- специалиста по системам автоматизированного проектирования строений с повышенной безопасностью функционирования (САПР СПБФ), представленного на рисунке фигурой ф .

Системы автоматизированного проектирования объектов строительства (САПР ОС)

?

САПР ЛАСИО

САПР ТКПС

?

САПР строений с повышенной безопасностью функционирования (САПР СПБФ)

?

Система диспетчеризации многоэтажных высотных здании (СД МВЗ)

У

Системы обработки данных и документации (СОДД) ^

Рисунок 3.

Инфографическая модель, фиксирующая местоположение области исследования работы [8]

Обратим внимание на тот факт, что каждая из областей исследования имеет свой набор моделей, описывающих объект исследования в характерном для этих областей подходе. Кроме моделей системотехники, характерных для систем автоматизации проектирования [8, 10, 11], может быть привлечена системотехническая модель систем обработки данных и документации (СОДД) приведенная на рис. 4 и комплексотехническая модель, показанная на рис. 5. Эта и другие модели СОДД были исследованы на предмет возможности применения и использованы для описания функционирования систем диспетчеризации многоэтажных высотных зданий (СД МВЗ) [8], при анализе систем обработки данных и документации (СОДД) [12]. На основе таких моделей решаются задачи обеспечения, совершенствования и оценки качества процедур, входящих в базовый цикл обработки. Задачи анализа, синтеза и практического синтеза данных и документации (ДД), решаются в СОДД путем реализации технологических переделов «РАСПОЗНАВАНИЕ», «ОБРАБОТКА», «ХРАНЕНИЕ» данных и документации. Обобщенная кибернетическая схема СОДД, объединяющая процедуры обработки ДД, приведена на рис. 4.

Рисунок 4.

Обобщенная кибернетическая схема СОДД [12]

1 Пунктирный контур использован для обозначения элемента рисунка, отсутствующего в исходном изображении области исследования работы [8].

Последовательность преобразования параметров данных и документации в процедурах «РАСПОЗНАВАНИЕ» («анализ») и «ОБРАБОТКА» («синтез») реализована в схеме как прямая передача ДД из процедуры в процедуру. Преобразование параметров ДД в рамках реализации «практического синтеза» реализована в схеме обратной связью процедур «ОБРАБОТКА» и «РАСПОЗНАВАНИЕ». Применение такой схемы позволяет обеспечить деятельность исследователя на основе имеющихся успешных решений задач, подготовленных исследователями-предшественниками и передаваемых в форме методических рекомендаций. Исследователь может самостоятельно организовать свою деятельность на основе применения типовых решений, анализируемых, сохраняемых и используемых в простых сочетаниях. Это применение типовых процедур, не влияющих на изменение видения исследователя и не выходящих за рамки традиционных рекомендаций решения задач. Именно такая схема отвечает требованию многократной реализации исследовательской деятельности в науке, формируя опыт исследователя в области его профессиональной деятельности. В случае получения решений, имеющих новизну, последовательность преобразования параметров данных и документации в процедурах «РАСПОЗНАВАНИЕ» («альтернативный анализ») и «ОБРАБОТКА» («альтернативный синтез») реализована в схеме прямой передачей ДД из процедуры в процедуру через процедуру «ХРАНЕНИЕ» [6]. Совокупность операций по обработке ДД, объединяющая названные процедуры, ориентированные на разные составляющие ДД, показана на рис. 5.

А - документированные данные (ДД) Б - информационная модель документированных данных В - параметры документированных данных

Рисунок 5.

Инфографическая модель базовой организационной структуры исследования [6]

При переходе от одной процедуры к последующей материал обработки меняется качественно. Только при рассмотрении всего базового цикла обработки документированных данных имеется возможность учесть максимальное число взаимосвязанных требований и качественных свойств этих данных. Таким образом, приведенная на рис. 4 модель показывает, что при переходе от блока к блоку происходит смена содержания результата этапа исследования, но каждый раз обработка его происходит на другом уровне представления данных. Такой переход требует введения моделей комплексотехники, основанных на использовании комплексного подхода.

Ключевое различие системного и комплексного подходов заключается в несхожем описания объекта исследования как результата моделирования: системный подход предполагает «выходом» моделирования систему, комплексный, соответственно, предлагает моделировать комплекс [5].

Под определением «система» в данном случае понимается совокупность неделимых взаимосвязанных элементов, объединенных для решения поставленной задачи. Отличительная особенность системы - целостность: все ее час-

ти служат достижению единой цели. Таким образом, существуют четкие границы, отделяющие систему от внешней среды. А к основным принципам системного подхода можем отнести:

• исследуемая система и внешняя среда:

- целостны;

- взаимосвязаны;

- имеют динамическую природу;

- четкие границы;

• изменения происходят в соответствии с «внутренними» закономерностями объекта.

Понятие «комплекс» предполагает нарушение таких границ за счет иного восприятия элементов, его составляющих. Комплекс включает в свой состав системы-компоненты, цели которых зачастую противоположны (например, «производство ресурса - потребление ресурса»), что больше соответствует реальности функционирования объекта. А к основным принципам комплексного подхода можно отнести:

• нарушение целостности объектов внешней среды;

• объединение систем сохраняет целостность;

• взаимосвязанность и динамическая природа исследуемой системы и внешней среды.

В каждой исследовательской области по отдельности объекты исследования традиционно рассматриваются как системы, а в случае пересечения двух и более областей объекты исследования приобретают свойства комплекса. В качестве основы для создания модели комплексного объединения систем комплекса привлечем модель Эйлера-Венна. Модель представляет собой геометрическую схему для наглядного представления отношений между множествами [3]. При этом множество изображается как окружность, а в каждом множестве содержится набор функций как общих для каждой системы в месте пересечения, так и отличающихся от другой системы. На рис. 6 приведены система 1 - множество функций системы-объекта, а система 2 - множество функций системы субъекта. Важным представляется обмен требуемыми функциональными ресурсами между системами.

Материальные следы деятельности системы-субъекта на системе-объекте фиксируются в процессе их взаимодействия, как показано на модели, приведенной на рис. 6. Допустим, что имеем две системы, причем система 1 - система-объект, а система 2 - система-субъект. Допустим, также, что имеем группу М функций системы 1: 1 с М с 8 и группу функций N системы 2: 1 с N с 8 внутри множества 8=М+^ 1, где 1 - группа функций, являющихся общими для системы 1 и системы 2. Тогда функциональный ресурс системы 1 и 2 увеличивается до значения М+1 и N+1 соответственно. В отличие от «системного» объединения систем, при котором функции в процессе объединения суммируются, и образуется система, описываемая множеством 8=М+^1, при комплексном объединении образуется комплекс, описываемый множеством S=M+N+i. Стрелками показан обмен функциональным ресурсом в процессе взаимодействия систем. Здесь и далее под функциональным ресурсом системы будем понимать совокупность материальных, энергетических, информационных и других запасов, предназначенных для выполнения функции и включенных в состав системы.

8

Рисунок 6.

Модель комплексного объединения системы-объекта и системы-субъекта

Анализ представленной на рис. 6 модели показал наличие набора составных моделей, являющихся новыми объектами исследования: комплекс, комплексные системы, нагруженные системы, комплексная среда взаимодействия.

Термин «комплексная система» достаточно давно и часто используется в научной литературе, однако до настоящего времени не определено место этого феномена среди аналогичных объектов, таких как «система» и «комплекс». Опираясь на разработанное ранее определение комплекса [12] как группы (показано на рис. 6) систем с противоположными целями функционирования, можно предположить, что комплексная система - это система, включившая в свой состав функциональный ресурс этой системы (этих систем) при взаимодействии и использующая этот ресурс в своих целях (показано на рис. 7).

Функциональный ресурс системы-объекта

Рисунок 7. Модель комплексной системы-объекта

На рис. 7 показано, как при окончании взаимодействия часть «системы-субъекта» с соответствующим функциональным ресурсом остается в составе «системы-объекта». Таким образом, комплексная система-объект формирует объединенный функциональный ресурс, который обладает синергетическим эффектом, возникающим обычно при взаимодействии систем в составе комплекса, модель которого представлена на рис. 6.

Приведем некоторые характеристики объединения систем в комплекс, определяющие запас ресурса «системой-объектом»:

- площадь взаимного пересечения (проекция) систем друг на друга;

- расстояние систем друг от друга - длина линии взаимодействия (связи), объединяющая центры проекций систем друг на друга;

- эта же линия является высотой цилиндрической фигуры, ограничивающей комплексную среду взаимодействия систем;

- если после взаимодействия система-субъект оставляет часть своего ресурса системе-объекту, важной характеристикой получающейся комплексной системы становится объем ресурса, включенного комплексной системой в свой состав.

Таким образом, комплексная система приобретает свойство, основанное на механизме объединения систем и позволяющее после взаимодействия и «отделения» от комплексной системы, находившейся с ней в комплексном объединении, автоматически интегрироваться в дальнейшем с ней же или с подобной системой. Деятельность по стыковке и интеграции комплексных систем в единое гармоничное целое осуществляется с применением комплексотехники

Рисунок 8.

Модель объединения системы-объекта и системы-субъекта в комплекс

Инфографическая модель базовой организационной структуры исследования, построенная на основе системотехники и приведенная на рис. 5, может быть представлена с точки зрения комплексного подхода инфографической моделью на рис. 9, в которой объединены области применения моделей исследования специалистов ШПп в соответствии с указанными на рис. 5 областями исследования. На рис. 9 показана связь организационно-технологических циклов исследования в областях «САПР ОС» (объект исследования 1), «СОДД» (объект исследования 2) в составе жизненного цикла исследования объекта области «САПР СПБФ».

В результате проведенного анализа жизненного цикла исследования можно преобразовать исходную модель МСИ, приведенную на рис. 1, взятую из работы [6] к виду, приведенному на рис. 10.

На рис. 10. пунктирной линией обведены блоки, связанные с принятым комплексным подходом специалиста-комплексотехника к описанию и проведению исследования с применением моделей объектов из других областей исследований, смежных или аналогичных по применяемым подходам к проводимым исследованиям.

Рисунок 9.

Инфографическая модель жизненного связь исследования как комплексное объединение организационно-технологических циклов исследования в областях 1 и 2.

Рисунок 10.

Модификация модели МСИ с учетом кросс-дисциплинарности исследования

Список литературы

1. Гусаков А.А., Чулков В.О., Ильин Н.И. и др. Системотехника. - М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2002. - 768 с.

2. Мохова Л.А. Комплексный подход к формированию методологической схемы исследования в диссертационной работе магистранта (аспиранта) // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» 2014. - № 6. - http://naukovedenie.ru/PDF/60PVN614.pdf Б01: 10.15862/60Р^614.

3. Мохов А.И. Моделирование исследований в естественных науках на основе комплексотехники // Вестник РАЕН. - М., 2015. -№ 1. - С. 25-30.

4. Мохов А.И. Системотехника и комплексотехника строительного переустройства // Под ред. Чулкова В.О. Переустройство, Ор-ганизационно-антропотехническая надежность строительства. - М.: СвР-АРГУС, 2005. - С. 129-163.

5. Мохов А.И. Отличие в подходе системотехники и комплексотехники к созданию технических систем // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2011. - № 1 (т. 7). - С.41-44.

6. Мохов А.И., Комаров Н.М., Мохова Л.А., Новожонов С.Г. Прикладная сервисология: использование системотехнического и комплексотехнического моделирования// Интернет-журнал «Науковедение». 2012. - № 4 (13).

7. Мохов А.И. Комплексотехника в формировании интеллектуальных кластеров // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. -№ 6 (19).

8. Болгов С.В. Автоматизированное проектирование строений с заданным уровнем безопасности функционирования. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М., 2005. - 18 с. (рукопись).

9. Чулков В.О. Инфография. Курс лекций. - М.: МИСИ, 1991. - Кн. 1-2. -Ч. 1-2. - 455 с.

10. Промохов Ю.Н. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М., 2004. - 18 с. (рукопись).

11. Мохов А.И. Методы и модели обработки документов в строительных САПР Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М., 1997. - 32 с. (рукопись).

12. Мохов А.И. Методы и модели систем обработки документированных данных // Махаллинские ансамбли. - М., 1996. - С. 85121.