Поняття системи як наукового терміну

Поняття системи, як наукового терміна

У самому загальному й широкому змісті слова під системним дослідженням предметів і явищ навколишнього нас миру розуміють такий метод, при якому вони розглядаються як частини або елементи певного цілісного утворення. Ці частини або елементи, взаємодіючи один з одним, визначають нові, цілісні властивості системи, які відсутні в окремих її елементів. Однак це правило застосовано лише для характеристики систем, що складаються з однорідних частин і мають цілком певну структуру. Проте, на практиці нерідко до систем відносять сукупності різнорідних об'єктів, об'єднаних в одне ціле для досягнення певної мети.

Головне, що визначає систему, — це взаємозв'язок і взаємодія частин у рамках цілого. Якщо така взаємодія існує, то припустимо говорити про систему, хоча ступінь взаємодії її частин може бути різної. Варто також звернути увагу на те, що кожний окремий об'єкт, предмет або явище можна розглядати як певну цілісність, що складається із частин, і досліджувати як систему.

Поняття системи, як і системний метод у цілому, формувалося поступово, у міру того як наука й практика опановували різними типами, видами й формами цілісних об'єднань предметів і явищ. Тепер нам має бути докладніше ознайомитися з різними спробами уточнення як самого поняття системи, так і становлення системного методу.

Специфіка системного методу дослідження

Наведене вище інтуїтивне визначення системи досить для того, щоб відрізняти системи від таких сукупностей предметів і явищ, які системами не є. У нашій літературі для назви останніх не існує спеціального терміна. Тому ми будемо позначати їх запозиченим з англомовної літератури терміном агрегати. Купу каменів навряд чи хто-небудь назве системою, у той час як фізичне тіло, що складається з великої кількості взаємодіючих молекул, або хімічна сполука, утворена з декількох елементів, а тим більше живий організм, популяцію, вид і інші співтовариства живих істот усякий буде інтуїтивно вважати системою. Чим ми керуємося при віднесенні одних сукупностей до систем, а інших — до агрегатів? Очевидно, що в першому випадку ми зауважуємо певну цілісність, єдність системи елементів, у другому випадку така єдність і взаємозв'язок відсутні й установити їх важко, тому мова повинна йти про просту сукупність, або агрегаті, елементів. Таким чином, для системного підходу характерно саме цілісний розгляд, установлення взаємодії складових частин або елементів сукупності, незвідність властивостей цілого до властивостей частин. Так, наприклад, довжина тіла, що складає з декількох частин, так само як і його вага, можуть бути знайдені підсумовуванням відповідно довжини й ваг його частин. На відміну від цього температуру води, отриману шляхом змішання різних її обсягів, нагрітих у різному ступені, не можна обчислити таким способом. Нерідко тому говорять, що якщо властивості простих сукупностей адитивні, тобто підсумуються або складаються із властивостей або величин їхніх частин, то властивості систем як цілісних утворень неадитивні.

Треба, однак, відзначити, що розходження між системами й агрегатами, або простими сукупностями, має неабсолютний, а відносний характер і залежить від того, як підходять до дослідженню сукупності. Адже навіть купу каменів можна розглядати як деяку систему, елементи якої взаємодіють за законом всесвітнього тяжіння. Проте, тут ми не виявляємо виникнення нових цілісних властивостей, які властиві справжнім системам. Ця відмітна ознака систем, що полягає в наявності в них нових системних властивостей, що виникають внаслідок взаємодії тридцятилітніх їхніх частин або елементів, завжди варто мати на увазі при їхньому визначенні.

В останні роки вживало чимало спроб дати логічне визначення поняття системи. Оскільки в логіку типовим способом є визначення через найближчий рід і видову відмінність, остільки як родове поняття звичайно вибиралися найбільш загальні поняття математики й навіть філософії. У сучасній математиці таким поняттям уважається поняття безлічі, уведене наприкінці минулого століття німецьким математиком Георгом Кантором (18 451 918), що позначає будь-яку сукупність об'єктів, що володіють деякою загальною властивістю. Тому Р. Фейджин і А. Хол скористалися поняттям безлічі для логічного визначення системи.

Система — це безліч об'єктів разом з відносинами між об'єктами й між їхніми атрибутами (властивостями).

Таке визначення не можна назвати коректним хоча б тому, що всілякі сукупності об'єктів можна назвати безлічами й для багатьох з них можна встановити певні стосунки між об'єктами, так що видова відмінність для систем (differentia specified), не зазначена. Справа, однак, не стільки у формальній некоректності визначення, скільки в його змістовній невідповідності дійсності. Справді, у ньому не відзначається, що об'єкти, що становлять систему, взаємодіють між собою таким чином, що обумовлюють виникнення нових, цілісних, системних властивостей. Очевидно, таке гранично широке поняття, як систему, не можна визначити чисто логічно через інші поняття. Його варто визнати вихідним і невизначуваним поняттям, зміст якого можна пояснити за допомогою прикладів. Саме так звичайно надходять у науці, коли доводиться мати справа з вихідними, первісними її поняттями, наприклад, з безліччю в математику або масою й зарядом у фізику.

Для кращого розуміння природи систем необхідно розглянути спочатку їхню будову й структуру, а потім їхню класифікацію.

Будова системи характеризується тими компонентами, з яких вона утворена. Такими компонентами є: підсистеми, частини або елементи системи залежно від того, які одиниці приймаються за основу розподілу.

— Підсистеми становлять найбільші частини системи, які мають певну автономність, але в той же час вони підлеглі й управляються системою. Звичайно підсистеми виділяються в особливим образом організовані системи, які називаються ієрархічними.

— Елементами часто називають найменші одиниці системи, хоча в принципі будь-яку частину можна розглядати як елемент, якщо відволіктися від їхнього розміру. Як типовий приклад можна привести людський організм, що складається з нервової, дихальної, травної й іншої підсистем, часто називаних просто системами. У свою чергу підсистеми містять у своєму складі певні органи, які складаються із тканин, а тканини — із клітин, а клітини — з молекул. Багато живих і соціальних систем побудовані по такому ж ієрархічному принципі, де кожний рівень організації, маючи відому автономність, у той же час підлеглий попередній, більше високому рівню. Такий тісний взаємозв'язок, взаємодія між різними компонентами забезпечують системі як цілісному, єдиному утворенню найкращі умови для існування й розвитку.

Структурою системи називають сукупність тих специфічних взаємозв'язків і взаємодій, завдяки яким виникають нові цілісні властивості, властивій тільки системі й відсутні в окремих її компонентів. У західній літературі такі властивості називають емерджентними, що виникають у результаті взаємодії й властиві тільки системам. Залежно від конкретного характеру взаємодії між компонентами ми розрізняємо різні типи систем: електромагнітні, атомні, ядерні, хімічні, біологічні й соціальні. У рамках цих типів можна у свою чергу розглядати окремі види систем. У принципі до кожного окремого об'єкта можна підійти із системної точки зору, оскільки він являє собою певне цілісне утворення, здатне до самостійного існування. Так, наприклад, молекула води, утворена із двох атомів водню й одного атома кисню, являє собою систему, компоненти якої взаємозалежні силами електромагнітної взаємодії. Весь навколишній нас мир, його предмети, явища й процеси виявляються сукупністю найрізноманітніших по конкретній природі й рівню організації систем. Кожна система в цьому світі взаємодіє з іншими системами.

Для більше ретельного дослідження звичайно виділяють ті системи, з якими дана система взаємодіє безпосередньо і які називають оточенням або зовнішнім середовищем системи. Всі реальні системи в природі й суспільстві є, як ми вже знаємо, відкритими й, отже, взаємодіючими з оточенням шляхом обміну речовиною, енергією й інформацією. Уявлення про закритий, або ізольованої, системі є далеко, що йде абстракцією, і тому що не відбиває адекватно реальність, оскільки ніяка реальна система не може бути ізольована від впливу інших систем, що становлять її оточення. У неорганічній природі відкриті системи можуть обмінюватися з оточенням або речовиною, як це відбувається в хімічних реакціях, або енергією, коли система поглинає свіжу енергію з оточення й розсіює в ній «відпрацьовану» енергію у вигляді тепла. У живій природі системи обмінюються з оточенням, крім речовини й енергії, також і інформацією, за допомогою якої відбувається керування, а також передача спадкоємних ознак від організмів до їхніх нащадків. Особливе значення обмін інформацією здобуває в соціально-економічних і культурно-гуманітарних системах, де він є основою для всієї комунікативної діяльності людей.

Класифікація систем може вироблятися по самих різних підставах розподілу. Насамперед, всі системи можна розділити на матеріальні й ідеальні, або концептуальні. До матеріальних систем ставиться переважна більшість систем неорганічного, органічного й соціального характеру. Всі матеріальні системи у свою чергу можуть бути розділені на основні класи відповідно до тій формі руху матерії, що вони представляють. У зв’язку із цим звичайно розрізняють гравітаційні, фізичні, хімічні, біологічні, геологічні, екологічні й соціальні системи. Серед матеріальних систем виділяють також штучні, спеціально створені суспільством, технічні й технологічні системи, що служать для виробництва матеріальних благ.

Всі ці системи називаються матеріальними тому, що їхній зміст і властивості не залежать від суб'єкта, що пізнає, що може усе глибше, повніше й точніше пізнавати їхні властивості й закономірності в створювані їм концептуальних системах. Останні називаються ідеальними тому, що являють собою відбиття матеріальних, що об'єктивно існують у природі й суспільстві систем.

Найбільш типовим прикладом концептуальної системи є наукова теорія, що виражає за допомогою своїх понять, узагальнень і законів об'єктивні, реальні зв’язки й відносини, що існують у конкретних природних і соціальних системах. Системний характер наукової теорії виражається в самій її побудові, коли окремі її поняття й судження не просто перераховуються як потрапило, а поєднуються в рамках певної цілісної структури. У цих цілях звичайно виділяються трохи основних, або первісних, понять, на основі яких за правилами логіки визначаються інші - похідні, або вторинні, поняття. Аналогічно цьому серед всіх суджень теорії вибираються деякі вихідні, або основні, судження, які в математичних теоріях називаються аксіомами, а в природничо-наукових — законами або принципами. Так, наприклад, у класичній механіці такими основними судженнями є три основних закони механіки, у спеціальній теорії відносності - принципи сталості швидкості світла й відносності. У надомних теоріях фізики відповідні закони часто виражаються за допомогою систем рівнянь, як це здійснено англійським фізиком Д. К. Максвеллом (18 311 879) у його теорії електромагнетизму. У біологічних і соціальних теоріях звичайно обмежуються словесними формулюваннями законів. На прикладі еволюційної теорії Ч. Дарвіна ми бачили, що її основний зміст можна виразити за допомогою трьох основних принципів або навіть єдиного принципу природного добору.

Все наше знання не тільки в галузі науки, але й в інших сферах діяльності ми прагнемо певним чином систематизувати, щоб став ясної логічний взаємозв'язок окремих суджень, а також всієї структури знання в цілому. Окреме, ізольоване судження не представляє особливого інтересу для науки. Тільки тоді, коли його вдається логічно зв’язати з іншими елементами знання, зокрема із судженнями теорії, воно набуває певного сенсу й значення. Тому найважливіша функція наукового пізнання складається саме в систематизації всього накопиченого знання, при якій окремі судження, що виражають знання про конкретні факти, поєднуються в рамках певної концептуальної системи.

Інші класифікації як підстава розподілу розглядають ознаки, що характеризують стан системи, її поводження, взаємодія з оточенням, цілеспрямованість і передбачуваність поводження й інші властивості.

Найбільш простою класифікацією систем є розподіл їх на статичні й динамічні, котре у відомій мері умовно, тому що все у світі перебуває в постійній зміні й русі. Оскільки, однак, у багатьох явищах ми розрізняємо статику й динаміку, то здається доцільним розглядати спеціально також статичні системи.

Серед динамічних систем звичайно виділяють детерміністські й стохастичні (імовірнісні) системи. Така класифікація ґрунтується на характері пророкування динаміки поводження систем. Як відзначалося в попередніх главах, пророкування, засновані на вивченні поводження детерміністських систем, мають цілком однозначний і достовірний характер. Саме такими системами є динамічні системи, досліджувані в механіку й астрономії. На відміну від них стохастичні системи, які найчастіше називають ймовірносно-статистичними, мають справу з масовими або повторюваними випадковими подіями і явищами. Тому пророкування в них мають не достовірний, а лише імовірнісний характер.

По характері взаємодії з навколишнім середовищем розрізняють, як відзначалося вище, системи відкриті й закриті (ізольовані), а іноді виділяють також частково відкриті системи. Така класифікація носить в основному умовний характер, тому що уявлення про закриті системи виникло в класичній термодинаміці як певна абстракція, що виявилася не відповідної об'єктивної дійсності, у якій переважна більшість, якщо не всі системи, є відкритими.

Багато систем, що зустрічаються в соціальному світі, є цілеспрямованими, тобто орієнтованими на досягнення однієї або декількох цілей, причому в різних підсистемах і на різних рівнях організації ці мети можуть бути різними й навіть прийти в конфлікт один з одним.

Класифікація систем дає можливість розглянути безліч існуючих у науці систем ретроспективно й тому не представляє для дослідника такого інтересу, як вивчення методу й перспектив системного підходу в конкретних умовах його застосування.

Метод і перспективи системного дослідження

У неявній формі системний підхід у найпростішому виді застосовувався в науці із самого початку її виникнення. Навіть тоді, коли вона займалася нагромадженням і узагальненням первісного фактичного матеріалу, ідея систематизації і єдності лежала в основі її пошуків і побудови наукового знання. Однак виникнення системного методу як особливого способу дослідження багато хто відносять вчасно Другої світової війни, коли вчені зштовхнулися із проблемами комплексного характеру, які вимагають обліку взаємозв'язку й взаємодії багатьох факторів у рамках цілого. До таких проблем ставилися, зокрема, планування й проведення воєнних операцій, питання постачання й організації армії, прийняття рішень у складних умовах і т.п. На цій основі виникла одна з перших системних дисциплін, названа дослідженням операцій. Застосування системних ідей до аналізу економічних і соціальних процесів сприяло виникненню теорії ігор і теорії прийняття рішень. Мабуть, самим значним кроком у формуванні ідей системного методу була поява кібернетики як загальної теорії керування в технічних системах, живих організмах і суспільстві. У ній найбільше чітко видний новий підхід до дослідження різних по конкретному змісті систем керування. Хоча окремі теорії керування існували й у техніку, і в біології, і в соціальних науках, проте єдиний, міждисциплінарний підхід дав можливість розкрити більше глибокі й загальні закономірності керування, які затулялися масою другорядних деталей при конкретному дослідженні приватних систем керування. У рамках кібернетики вперше було ясно показане, що процес керування із самої загальної точки зору можна розглядати як процес нагромадження, передачі й перетворення інформації. Саме ж керування можна відобразити за допомогою певної послідовності точних приписань — алгоритмів, за допомогою яких здійснюється досягнення поставленої мети. Після цього алгоритми були використані для рішення різних інших завдань масового характеру, наприклад, керування транспортними потоками, технологічними процесами в металургії й машинобудуванні, організації постачання й збуту продукції, регулювання руху й численних подібних процесів.

Поява швидкодіючих комп’ютерів з’явилося тією необхідною технічною базою, за допомогою якої можна обробляти різноманітні алгоритмічно описані процеси. Алгоритмізація й комп’ютеризація цілого ряду виробничо-технічних, управлінських і інших процесів з’явилися, як відомо, одним зі складених елементів сучасної науково-технічної революції, що зв’язала воєдино нові досягнення науки з результатами розвитку техніки.

Щоб краще зрозуміти сутність системного методу, необхідно із самого початку відзначити, що поняття, теорії й моделі, на які він опирається, застосовні для дослідження предметів і явищ всілякого конкретного змісту. У цих цілях доводиться абстрагуватися від цього конкретного змісту окремих, часток систем і виявляти те загальне, істотне, що властиво всім системам певного роду. Найбільш загальним прийомом для реалізації цієї мети служить математичне моделювання. За допомогою математичної моделі відображаються найбільш істотні кількісні й структурні зв’язки між елементами деяких родинних систем. Потім ця модель розраховується на комп’ютері й результати обчислень рівняються з даними спостережень і експериментів. Виникаючі розбіжності усувається внесенням доповнень і змін у первісну модель.

Звертання до математичних моделей диктується самим характером системних досліджень, у процесі яких доводиться мати справа:

— з найбільш загальними властивостями й відносинами різноманітних конкретних, часток систем;

— на відміну від традиційного підходу, що оперує двома або декількома змінними, системний метод припускає аналіз цілої безлічі змінних. Зв’язок між цими численними змінними, вираженою мовою різних рівнянь і їхніх систем, і являє собою математичну модель. Ця модель спочатку висувається як деяка гіпотеза, що надалі повинна бути перевірена за допомогою досвіду.

Очевидно, що перш ніж побудувати математичну модель якої-небудь системи, необхідно виявити те загальне, якісно однорідне, що властиво різним видам однотипних систем. Доти поки системи не будуть вивчені на якісному рівні, ні про яку кількісну математичну модель не може бути мови. Адже для того щоб виразити будь-які залежності в математичній формі, необхідно знайти в різних конкретних систем, предметів і явищ однорідні властивості, наприклад, розміри, обсяг, вага й т.п. За допомогою обраної одиниці виміру ці властивості можна представити у вигляді чисел і потім виразити відносини між властивостями як залежності між їхніми математичними рівняннями, що відображають, і функціями. Побудова математичної моделі має істотна перевага перед простим описом систем у якісних термінах тому, що дає можливість робити точні прогнози про поводження систем, які набагато легше перевірити, чим досить невизначені й загальні якісні пророкування. Таким чином, при математичному моделюванні систем найбільше яскраво проявляється ефективність єдності якісних і кількісних методів дослідження, що характеризує магістральний шлях розвитку сучасного наукового пізнання.

Звернемося тепер до питання про переваги й перспективи системного методу дослідження.

Насамперед помітимо, що виникнення самого системного методу і його застосування в природознавстві й інших науках знаменують значно зрослу зрілість сучасного етапу їхнього розвитку. Перш ніж наука змогла перейти до цього етапу, вона повинна була досліджувати окремі сторони, особливості, властивості й відносини тих або інших предметів і явищ, вивчати частини у відволіканні від цілого, простої окремо від складного. Такому періоду відповідав дисциплінарний підхід, коли кожна наука зосереджувала всю увагу на дослідженні специфічних закономірностей досліджуваного нею кола явищ. Згодом стало очевидним, що такий підхід не дає можливості розкрити більше глибокі закономірності, властивому широкому класу взаємозалежних явищ, не говорячи вже про те, що він залишає в тіні взаємозв'язок, що існує між різними класами явищ, кожний з яких був предметом відособленого вивчення окремої науки.

Міждисциплінарний підхід, що перемінив дисциплінарний, став, як ми бачили, усе ширше застосовуватися для встановлення закономірностей, властивим різним областям явищ, і одержав подальший розвиток у різних формах системних досліджень як у процесі свого становлення, так і в конкретних додатках. Системний метод пройшов різні етапи, що відбилося на самій термінології, що, на жаль, не відрізняється єдністю. З погляду практичної значимості можна виділити:

— системотехнікові, що займається дослідженням, проектуванням і конструюванням новітніх технічних систем, у яких ураховуються не тільки робота механізмів, але й дії людини-оператора, керуючого ними. Цей напрямок розробляє деякі принципи організації й самоорганізації, виявлені кібернетикою, і в цей час здобуває все більше значення у зв’язку із впровадженням систем, у тому числі й комп’ютерів, що працюють у режимі діалогу з дослідником;

— важливою областю застосування системних ідей є системний аналіз, що займається вивченням комплексних і багаторівневих систем. Хоча такі системи звичайно складаються з елементів різнорідної природи, але вони певним чином зв’язані й взаємодіють один з одним і тому вимагають цілісного, системного аналізу. До них ставиться, наприклад, система організації сучасної фабрики або заводу, у яких у єдине ціле об'єднані виробництво, постачання сировиною, збут товарів і інфраструктура;

Системи в точному змісті слова, що вивчають специфічні властивості об'єктів єдиної природи, наприклад, фізичні, хімічні, біологічний і соціальні, становлять особливий інтерес для науки.

Якщо системотехніка й системний аналіз фактично є додатками деяких системних ідей в області організації виробництва, транспорту, технології й інших галузей народного господарства, то теорія систем досліджує загальні властивості систем, досліджуваних у природних, технічних, соціально-економічних і гуманітарних науках.

Може виникнути питання: якщо конкретні властивості згаданих вище систем вивчаються в окремих науках, те навіщо потрібний особливий системний метод? Щоб правильно відповісти на нього, необхідно ясно вказати, що саме вивчають конкретні науки й теорія систем, коли застосовуються до однієї й тій же області явищ. Якщо для фізика, біолога або соціолога важливо розкрити конкретні, специфічні зв’язки й закономірності досліджуваних систем, то завдання теоретика систем полягає в тому, щоб виявити найбільш загальні властивості й відносини таких систем, показати, як проявляються в них загальні принципи системного методу. Інакше кажучи, при системному підході кожна конкретна система виступає як окремий випадок загальної теорії систем.

Говорячи про загальну теорію систем, варто віддавати собі ясний звіт про характер її спільності. Справа в тому, що в останні роки висувається чимало проектів побудови такої загальної теорії, принципи й твердження якої претендують на універсальність. Один з ініціаторів створення подібної теорії австрійський біолог-теоретик Л. фон Берталанфі, який зробив значний внесок у поширення системних ідей, формулює її завдання в такий спосіб: предмет цієї теорії становить установлення й висновок тих принципів, які справедливі для «систем» у цілому… Ми можемо задатися питанням про принципи, застосовних до систем взагалі, незалежно від їх фізичної, біологічної або соціальної природи. Якщо ми поставимо таке завдання й підходящий образ визначимо поняття системи, то виявимо, що існують моделі, принципи й закони, які застосовні до узагальнених систем незалежно від їхнього приватного виду, елементів або сил.

Який характер повинна мати не просто загальна, а по суті справи універсальна теорія систем? Очевидно, щоб стати застосовної така теорія повинна абстрагуватися від будь-яких конкретних, приватних і особливих властивостей окремих систем. Але в такому випадку з її понять і принципів неможливо логічно вивести конкретні властивості окремих систем, як на цьому наполягають прихильники загальної, або краще сказати, універсальної теорії. Інша справа, що деякі загальні системні поняття й принципи можуть бути використані для кращого розуміння й пояснення конкретних систем.

Література

1. Вонсовський С. В. Сучасна природничо-наукова картина миру. — К., 2003

2.Беклей А. Кратка історія природних наук. — К., 1997

3.Бернал Дж. Наука в історії суспільства. — К., 1998

4.Даннеман Ф. Історія природознавства. Природничі науки в їхньому розвитку й взаємодії. — К., 1998

5.Степин В. С. Становление научной теории. — Минск., 1976