CC BY
27УДК 303.732
doi:10.18720/SPBPU/2/id23-36
Волкова Виолетта Николаевна 1,
д-р экон. наук, профессор; Логинова Александра Викторовна 2, канд. экон. наук, доцент; Леонова Алла Евгеньевна 3, начальник управления стратегического анализа и информационного взаимодействия;
Черный Юрий Юрьевич 4, канд. филос. наук, руководитель Центра изучения проблем информатики
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕОРИИ СИСТЕМ: СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРИМЕНЕНИЯ
1 2
' Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 1 violetta_volkova@list.ru; 2 alexandra-lo@yandex.ru; 3 Россия, Москва, АО «НИЦЭВТ», alla.leonova@nicevt.ru; 4 Россия, Москва, Институт научной информации по общественным наукам Российской академии наук (ИНИОН РАН), yuri.chiorny@mail.ru
Аннотация. Рассматриваются исследованные к настоящему времени особенности и закономерности функционирования и развития теории систем, их применение для анализа и разработки управляющих воздействий для развития объектов различного вида и назначения в условиях внедрения инновационных технологий искусственного интеллекта. Обсуждаются перспективы развития закономерностей, предлагаемые авторами статьи.
Ключевые слова: закономерности, иерархическая упорядоченность, инновационные технологии, эквифинальность, эммерджентность, теория систем.
Violetta N. Volkova 1,
Dr. of Economics, Professor; Aleksandra V. Loginova 2, Candidate of Economic Sciences, Associate professor;
Alla E. Leonova 3, Chief of Department Strategic Analysis and Information interactions;
Yuri Yu .Chernyy 4, Ph. D, Head of the Center for the Study in Informatics
REGULARITIES OF THE THEORY OF SYSTEMS: STATE OF RESEARCH AND APPLICATION
1, 2
' Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia, 1 violetta_volkova@list.ru; 2 alexandra-lo@yandex.ru; 3 АО "NICEVT", Moscow, Russia, alla.leonova@nicevt.ru; 4 Institute of Scientific Information for Social Sciences of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, yuri.chiorny@mail.ru
Abstract. The features and patterns of functioning and development of systems theory studied to date, their application for the analysis and development of control actions for the development of objects of various types and purposes in the context of the introduction of innovative artificial intelligence technologies are considered. The prospects for the development of regularities proposed by the authors of the article are discussed.
Keywords: laws, hierarchical ordering, innovative technologies, equifinality, emergence, systems theory.
Введение
В настоящее время становится все более очевидным, что активное развитие технологий Industry 4.0 в ближайшее время кардинально преобразуют условия жизни человека, приближают их к состоянию живых систем. Для управления процессами в таких системах необходимо более глубоко понимать особенности открытых систем с активными элементами закономерности, которые помогают объяснять возникающие ситуации и процессы, происходящие в таких системах, и разрабатывать модели для выработки управляющих воздействий для их развития, сохраняя при этом устойчивость и безопасность.
Исследованные к настоящему времени закономерности теории систем обобщены в 4 группы, кратко охарактеризованные в разделах 1 - 2. Исследование закономерностей функционирования и развития открытых систем продолжает изучаться и развиваться. В разделе 5 обсуждаются перспективы развития закономерностей, предлагаемые авторами статьи.
Основой теории открытых систем с активными элементами является понятая Л. фон Берталанфи закономерность, противоположная второму началу термодинамики, которая противодействует росту энтропии, обеспечивая сохранение и развитие системы с помощью негэнтро-пийных тенденции.
В работах Л. фон Берталанфи сформулированы также основные закономерности функционирования и развития систем: целостность (эмерджентность), аддитивность (суммативность), иерархичность, эк-вифинальность, закономерности прогрессирующей систематизации (стремление к большей елостности) и прогрессирующей факторизации (стремление к уменьшению целостности, которая может привести Л. Берталанфи и к распаду системы).
Эти общесистемные закономерности Л. фон Берталанфи вначале называл системными параметрами [1, 2], а А. Холл — макроскопическими свойствами или макроскопическими закономерностями [2].
Затем общесистемные закономерности упорядочил и более полно раскрыл советский философ, академик АН СССР РАН Виктор Григорьевич Афанасьев, который занимался исследованием проблемы целостности [3] и ввел в качестве самостоятельной закономерности интегративность. Этот термин часто употребляется как синоним целостности. в. г. Афанасьев Однако В. Г. Афанасьев выделяет эту закономерность как самостоятельную, стремясь подчеркнуть интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам, обусловливающим возникновение и сохранение этого свойства.
Интегративными называют системообразующие факторы, в числе которых важную роль играют неоднородность и противоречивость элементов, с одной стороны, и стремление их вступать в коалиции (на что обратил внимание А. А. Богданов [4] и исследуют А. А. Малиновский [5] и М. Месарович [6]), с другой.
На основе изучения и обобщения работ по исследованию особенностей и закономерностей систем в результате обсуждений на семинаре «Системный анализ и его применение» при Ленинградском Доме ученых им. М. Горького в 1980-е гг. сложилась группа закономерностей, которые возникали независимо друг от друга, но были ориентированы на осуществимость систем (эквифинальность, закон «необходимого разнообразия» У. Р. Эшби, закономерность потенциальной эффективности Б. С. Флейшмана), была осознана необходимость переосмысления проблем историчности и «жизненногго цикла» закономерностей самоорганизации, в результате к настоящему времени сложилась классификация закономерностей строения, функционирования и развития открытых систем с активными элементами и закономерностей целеобразования из четырех групп, охарактеризованная в разделах 1 - 4.
1. Закономерности взаимодействия части и целого
Таблица 1
Закономерности взаимодействия части и целого
Закономерности взаимодействия части и целого Характеристика
п Целостность 1) Qs Ф Е (эмерджентность) г=1 2) Qs = I( Чг ), где Q - свойства целого; чг - свойства элементов; 3) элементы, войдя в систему, утрачивают часть своих свойств, т. е. система подавляет ряд свойств элементов; но, с другой стороны, элементы в системе приобретают новые свойства: если аг е £ ^ цА и ц/Т. Появление (emerge - появляться) у системы новых свойств, отсутствующих у вошедших в нее элементов. Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой создается система. В ряде реальных ситуаций не удается выявить факторы, обусловливающие возникновение целостности. Тогда системные представления становятся средством исследования объектов и ситуаций.
Прогрессирующая систематизация. Тенденция к нарастанию целостности, уменьшению самостоятельности элементов.
Прогрессирующая факторизация. Тенденция к снижению целостности, к возрастанию самостоятельности элементов.
п Аддитивность Qs = Е Цг (суммативность) г=1 (физическая аддитивность, независимость, суммативность, обособленность). Проявляется у системы, как бы распавшейся на независимые элементы. При этом существует опасность искусственного разложения системы на независимые элементы, когда при внешнем графическом изображении они кажутся элементами системы
На основе информационного подхода А. А. Денисов ввел сравнительные количественные оценки степени целостности а и коэффициента использования свойств элементов Р в целом [7 и др.], которые помогают контролировать энтропийноОнегэнтропифные процессы в развивающихся системах.
2. Закономерности иерархической упорядоченности
Закономерность иерархичности или иерархической упорядоченности была в числе первых закономерностей теории систем, исследовал Л. фон Берталанфи [1, 2].
В этой группе закономерностей выделяют две — коммуникативность и собственно иерархичность.
Основные особенности этих закономерностей приведены в таблице 2.
Таблица 2
Закономерности иерархической упорядоченности
Характеристика Составляет основу определения системы В. Н. Садовским и Э. Г. Юдиным [2, с 12], из которого следует, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее надсистему (систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного уровня с рассматриваемой.
По метафорической формулировке А. Кёстлера 1 эта закономерность названа «Двуликим Янусом».
В развитие закономерности большой вклад внес В.А. Эн-гельгардт [8]:
1. На каждом уровне и в каждом узле иерархии проявляется закономерность целостности (т.е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компонентами нижележащего). При этом объединение компонентов в каждом узле иерархической структуры приводит к появлению новых свойств у узла, утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств и приобретению новых общесистемных свойств.
2. На каждом уровне иерархии проявляется закономерность коммуникативности, т. е. 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). Это свойство выделено в самостоятельную закономерность -коммуникативность.
3. Одну и ту же систему можно представить несколькими иерархическими структурами. Это зависит от цели, методики структуризации и лица, формирующего структуру.
4. Благодаря рассмотренным свойствам иерархические представления являются средством исследования систем с неопределенностью. «большую» неопределенность разделяют на более «мелкие», которые легче поддаются изучению.
1 A. Koestler. Beyond Atomisme and Holism // Beyond Reductionism. London, 1969. 197 p.
Закономерности
Коммуникативность
Иерархичность
Кототтыр^
Элементы6 00 0 ... 0 0
3. Закономерности осуществимости систем
Таблица 3
_ Закономерности осуществимости систем_
Закономерности Характеристика
Эквифинальность - предельные возможности, предельно возможное состояние, к которому может стремиться тот или иной вид и достигать его из любых начальных условий. Л. фон Берталанфи 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» [2, с.42]. По Берталанфи можно говорить об уровне развития крокодила, обезьяны и характеризовать их предельно возможным состоянием, к которому может стремиться тот или иной вид, даже если индивид появился на свет раньше положенного времени или провел, подобно Маугли, некоторый начальный период жизни в несвойственной ему среде. Живые организмы по мере эволюции усложняются, и в разные периоды их жизни можно наблюдать различные состояния эквифинальности. В наибольшей мере это проявляется у человека, что является предметом изучения многих исследователей - биологов, философов, инженеров, которые выделяют примерно следующие уровни (называемые по-разному): материальный, эмоциональный, семейно-общественный, социально-общественный, интеллектуальный и т. п.
Закон «необходимого разнообразия» У. Р. Эшби У. Р. Эшби доказал теорему [9], на основе которой сформулировал следующий вывод: создавая систему, способную справиться с решением проблемы, т. е. обладающей определенной способностью снижать разнообразии, нужно обеспечить, чтобы система имела еще большее разнообразие (знания методов решения, способных снизить энтропию проблемы), чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать в себе это разнообразие (владела бы методологией, могла предложить новые методы решения проблемы). Применительнок системам управления закон «необходимого разнообразия» может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей системы (системы управления) должно быть больше (или, по крайней мере, равно) разнообразию управляемого объекта Vou. ¥ш > ¥ои .
Закономерность потенциальной эффективности Б. С. Флейшмана Б. С. Флейшман, развивая идею В. А. Котельникова о потенциальной помехоустойчивости систем, 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 [10].
4. Закономерности развития систем
Все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем принципов их изменения во времени, понимать которые могут помочь закономерности рассматриваемой группы. Эти закономерности условно можно разделить на три, приведенные в таблице 4.
Таблица 4
Закономерности развития систем_
Закономерности Характеристика
И сторичность Состояние системы Этапы Основана на понятии «жизненного цикла» системы. «Жизненный цикл» - период времени от возникновения потребности в системе и ее становления до снижения эффективности функционирования и «смерти» или ликвидации системы. Пр и создании иску сств енных систем, для сложных технических комплексов и особенно организационных систем не всегда легко определить эти периоды. Этапы ЖЦ от формирования требований к продукции до окончания ее эксплуатации определяются в ГОСТах и стандартах. В теор ии систем первым на необходимость включения в ЖЦ этапа ликвидации системы обратил внимание В. И. Николаев. Для социального управления интересен подход, предложенный в конце 1980-х гг. в трудах И. Адизеса [11].
Закономерность, противоположная «второму началу» термодинамики Эту закономерность в форме возможности ввода негэнтро-пии открыл, как было показано в гл. 1, Л. фон Берталанфи, что и послужило основанием для выделения особого класса открытых систем, обладающих специфическими особенностями и закономерностями. В последующем было осознано, что негэнтропийные тенденции могут возникать не только в результате взаимодействия со средой (т. е. открытостью системы), но и инициироваться активными элементами системы. Проявляется в виде негэнтропийных тенденций, обеспечивающих развитие системы. Основой негэнтропийных тенденций является информация. В социально-экономических системах реализуется в форме инноваций.
Закономерность самоорганизации Базируется на сочетании 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. Эту особенность Дж. ван Гиг назвал «дуализмом» [12, т. 2, с. 62-64].]. Термин «самоорганизация» в СССР первоначально ввел и исследовал А. Г. Ивахненко [13]. Исследованием процессов самоорганизации занимается синергетика (Г. Хакен [14], И. Пригожин [15 и др.], С. П. Кур-дюмов [16 и др.], Г. Г. Малинецкий [17 и др.]).
5. Развитие исследования закономерностей теории систем
Приведенная классификация закономерностей складывалась постепенно.
Вначале основой закономерность эммерджентности была только одна аксиома Аристотеля, которую аккуратно можно представить следующим образом: «Сумма свойств системы не есть свойства целого». Затем было осознанно, что нужноы еще две аксиомы (табл. 1).
Иногда аксиому Аристотеля трактуют по аналогии с арифметической аксиомой «Сумма свойств целого больше суммы частей», что, как показали исследования с применением информационной теории А.А.Денисова, неверно. Напротив, у целого свойств меньше, но они другого качества, что подтверждается и практикой. Эти свойства не могут быть получены у отдельных элементов, не объединенных в систему.
Поэтому один из авторов статьи (Ю. Ю. Черный) предлагает изменить третью аксиому, которая возникла как предупреждение элементам, объединяемым в систему, о том, что они утрачивают часть своих свойств, т.е. система подавляет некоторые способности элементов. Но важнее инвертировать эту аксиому:
«Каждый элемент системы отказывается от части своей свободы,, чтобы приобрести взамен общесистемные свойства».
И для того, чтобы убедительнее пояснить полезность инвертирования третьей аксиомы, дополняет: «А люди-то думают, что если они откажутся от части своей свободы, то ее отберут другие и ничего взамен не получат».
Появление новых качеств в технических системах объясняется конструкцией изделия, идеей, положенной в основу создания этой конструкции. Но в открытых системах получить формализованное объяснение не удается. Обнаруживать новые качества можно экспериментально, оценивая их полезность или нежелательность.
Управление процессом возникновения новых качеств в системе основано на исследовании энтропийно-негэнтропийных процессов в системе. Исследования показали, что эти процессы сложно трактовать в упрощенных терминах. С одной стороны, существует представление об энтропии как о хаосе, мере неупорядоченности системы, а о негэнтропии как мере упорядоченности. Но, с другой — именно негэнтропийные тенденции являются основой развития, инноваций, и они дестабилизируют систему, вносят нестабильность («креативное разрушение» 1), а энтро-
1 Понятие «креативное (творческое) разрушение» впервые использовано немецким экономистом В. Зомбартом в книге «Война и капитализм» (1913), а широко известным стало благодаря трактовке Й. Шумпетером в его книге «Капитализм, социализм и демократия» [«Capitalism, Socialism and Democracy», 1942].
пийные тенденции, напротив, стабилизируют состояние системы, поскольку минимальное энергетическое состояние, к которому они приводят, — самое устойчивое.
Для оценки состояния энтропийно-негэнтропийных тенденций было предложено связать их проявление с оценками степени целостности и степени свободы элементов системы, поскольку негэнтропийные тенденции проявляются при наличии в системе достаточной свободы элементов. Возможность количественной оценки степени целостности системы и степени свободы ее элементов предложена и экспериментальной исследовалась А. А. Денисовым в период первого поиска путей развития экономики России Съездом народных депутатов и Верховным Советом 1988-1990 гг. [18].
Исследование глубинных причин самоорганизации, самодвижения целостности показывает, что основой рассматриваемой закономерности является диалектика части и целого в системе. Оценка степени целостности помогает найти точку начала снижения эффективности функционирования системы, в которой целесообразен переход на новый уровень эквифинальности.
При этом необходимо учитывать закономерности группы потенциальной осуществимости системы, и особенно необходимо развитие закономерности потенциальной эффективности, предложенной. Б. С. Флейшманом, и эти исследования начаты с учетом оценки устойчивости системы при возникновении негэнтропийных процессов [19].
Чтобы понять и лучше отразить в модели процесс развития, становления системы, полезно дополнить рассматриваемую группу закономерностей закономерностями, базирующимися на законах диалектики. А. А. Денисов предлагает учитывать закономерности диалектики, такие как изменчивость, единство противоположностей, переход количественных изменений в коренные качественные и др. Эти закономерности использованы при разработке формализованного аппарата информационного анализа систем [7].
Полезно также обратить внимание на исследуемые А. Л. Шами-сом [20] источники негэнтропийных тенденции, особенности «живой клетки» на основе работ Э. Бауэра.
Заключение
Изучение и применение закономерностей теории систем поможет увеличить процент сложносистемномыслящих [21], понимающих и объясняющих процессы в развивающихся системах, что будет способствовать приближению состояния общества к функционированию на основе сознательно товарищеских принципов, о котором мечтал А. А. Богданов.
Список литературы
1. Bertalanffy L. von. General System Theory. Foundations, Development, Applications. - New York: George Braziller, 1968. (IPubl. 1, FRG, 1945).
2. Исследования по общей теории систем: Сб. переводов / Общ. ред. и вступит. Статья В. Н. Садовского и Э. Г. Юдина. - М.: Прогресс, 1969. - 520 с.
3. Афанасьев В. Г. Проблема целостности в философии и биологии. - М.: Мысль, 1964.
4. Богданов А. А. Всеобщая организационная наука: Тектология. В 2-х кн. -Берлин - Санкт-Петербург, 1903-1922. (Переиздание: В 2-х кн. — М.: «Экономика», 1989).
5. Малиновский А. А. Механизмы формирования целостности систем // Системные исследования: Ежегодник, 1973. - М.: Наука, 1973. - С. 52-62.
6. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. - М.: Мир, 1973. - 270 с.
7. Денисов А. А. Современные проблемы системного анализа: учебник. - СПб.: 3-е изд. Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 304 с.
8. Энгельгардт В. А. О некоторых атрибутах жизни: иерархия, интеграция, узнавание // Вопросы философии, 1976. - № 7. - С. 65-81.
9. Ashby W. Ross. An Introduction to Cybernetics, Chapman & Hall, 1956.
10. Флейшман Б. С. Элементы теории потенциальной эффективности сложных систем. - М.: Сов. радио, 1971. - 225 с.
11. Адизес И. К. Управление жизненным циклом корпорации. - СПб.: Питер, 2012. - 383 с.
12. Гиг Дж. ван. Прикладная общая теория систем. В 2-х кн. - М.: Мир, 1981. -Кн. 1. 341 с. - Кн. 2. 342 с.
13. Ивахненко А. Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем. - Киев: Наукова думка, 1982. - 296 с.
14. Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. - М.: Мир, 1985. - 424 с.
15. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. -М.: Мир, 1979. - 512 с.
16. Курдюмов С. П. Основания синергетики: Режимы с обострением, самоорганизация, темпомиры. - СПб.: Алетейя, 2002. - 414 с.
17. Малинецкий Г. Г. Пространство синергетики: Взгляд с высоты. Изд. 4-е, испр. и сущ. доп. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2017. - 248 с.
18. Денисов А. А. Глазами народного депутата СССР. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. - 660 с.
19. Volkova V.N., Loginova A.V., Chernenkaja L.V., Chernyy Y.Y., Lankin V.E. Problems of Sustainable Development of Socio-Economic Systems in the Implementation of Innovations [Проблемы устойчивого развития социально-экономических систем при внедрении инноваций] // Proceedings of the 3rd International Conference Ergo-2018: Human Factors in Complex Technical Systems and Environments, Ergo 2018. St. Petersburg, 2018. - ID: 35737694. - DOI: 10.1109/ERG0.2018.8443843.
20. Шамис А. Л. Пути моделирования жизни и мышления. - М.: КомКнига, 2006. - 369 с.
21. Волкова В.Н., Черный Ю.Ю. Сложносистемное мышление - основа развития общества и модернизации образования // Россия: Тенденции и перспективы развития. Ежегодник. Вып. 17: Материалы XIII Междунар. научно-практич. конф. «Регионы России: стратегии развития и механизмы реализации приоритетных национальных и региональных проектов и программ». Ч. 2. РАН. ИНИОН. Отд. науч. сотрудничества; отв. ред. В.И. Герасимов. - М., 2022. - Ч. 2. - 661 с. - ISBN 978-5-24801042-4.502-504.
