Введение

Междисциплинарное изучение систем

Теория систем – это трансдисциплинарное изучение систем, то есть сплоченных групп взаимосвязанных, взаимозависимых компонентов, которые могут быть как естественными, так и искусственными. Каждая система имеет причинно-следственные границы, подвержена влиянию контекста, определяется своей структурой, функцией и ролью и проявляется через отношения с другими системами. Система является "большим, чем сумма её частей", когда демонстрирует синергию или эмерджентное поведение. Изменение одного компонента системы может повлиять на другие компоненты или на систему в целом. Возможно предсказать эти изменения в паттернах поведения. Для систем, способных к обучению и адаптации, рост и степень адаптации зависят от того, насколько эффективно система взаимодействует со средой и другими контекстами, влияющими на её организацию. Некоторые системы поддерживают другие, обеспечивая их функционирование для предотвращения сбоев. Цели теории систем – моделировать динамику, ограничения, условия и взаимосвязи системы, а также выявлять принципы (такие как цель, мера, методы, инструменты), которые можно распознать и применить к другим системам на любом уровне вложенности и в широком спектре областей для достижения оптимизированной эквифинальности. Общая теория систем направлена на разработку широко применимых концепций и принципов, в отличие от концепций и принципов, специфичных для конкретной области знаний. Она различает динамические или активные системы и статические или пассивные системы. Активные системы – это структуры деятельности или компоненты, взаимодействующие в поведении и процессах или связанные через формальные контекстные граничные условия (аттракторы). Пассивные системы – это структуры и компоненты, подвергаемые обработке. Например, компьютерная программа пассивна, когда она является файлом, хранящимся на жестком диске, и активна, когда выполняется в памяти. Данная область связана с системным мышлением, машинной логикой и системной инженерией.

Обзор

Теория систем проявляется в работе практиков во многих дисциплинах, например, в трудах врача Александра Богданова, биолога Людвига фон Берталанфи, лингвиста Белы Х. Банати и социолога Талкотта Парсонса; в изучении экологических систем Говардом Т. Одумом и Юджином Одумом; в исследовании теории организации Фрицёфом Капрой; в изучении менеджмента Питером Сенге; в междисциплинарных областях, таких как развитие человеческих ресурсов в работах Ричарда А. Свонсона; и в трудах педагогов Деборы Хаммонд и Альфонсо Монтуори. Как трансдисциплинарное, междисциплинарное и многоперспективное начинание, теория систем объединяет принципы и концепции из онтологии, философии науки, физики, компьютерных наук, биологии и инженерии, а также географии, социологии, политологии, психотерапии (особенно семейной системной терапии) и экономики. Теория систем способствует диалогу между автономными областями исследования, а также внутри самой системной науки. В связи с этим, с оговоркой о возможности неверных интерпретаций, фон Берталанфи полагал, что общая теория систем «должна служить важным регулятивным механизмом в науке», чтобы предохранить от поверхностных аналогий, которые «бесполезны в науке и вредны в их практических последствиях». Другие придерживаются более прямых системных концепций, разработанных первоначальными теоретиками систем. Например, Илья Пригожин из Центра сложных квантовых систем при Техасском университете изучал эмерджентные свойства, предполагая, что они предлагают аналоги для живых систем. Разграничение автопоэзиса, предложенное Хумберто Матураной и Франсиско Варелой, представляет собой дальнейшее развитие в этой области. Важными именами в современной системной науке являются Рассел Аккофф, Рузена Байкси, Бела Х. Банати, Грегори Бейтсон, Энтони Стаффорд Бир, Питер Чекленд, Барбара Гросс, Брайан Уилсон, Роберт Л. Флуд, Аллена Леонард, Радхика Нагпал, Фритджоф Капра, Уоррен МакКаллох, Кэтлин Карли, Майкл С. Джексон, Катя Сикара и Эдгар Морин, среди прочих. Сформировавшись после Первой мировой войны, современная основа для общей теории систем побудила Эрвина Ласло, в предисловии к книге Берталанфи «Перспективы общей теории систем», отметить, что перевод «общей теории систем» с немецкого на английский язык «нанес определенный урон»: Эта разница с традиционными моделями, ориентированными на индивидов, структуры, отделы и подразделения, отделяет часть от целого, вместо того чтобы признавать взаимозависимость между группами индивидов, структур и процессов, обеспечивающих функционирование организации. Ласло объясняет, что новый системный взгляд на организованную сложность вышел «на один шаг за пределы ньютоновского взгляда на организованную простоту», который сводил части к целому или понимал целое без связи с частями. Отношения между организациями и их средой можно рассматривать как главный источник сложности и взаимозависимости. В большинстве случаев целое обладает свойствами, которые невозможно узнать из анализа составляющих элементов по отдельности. Бела Х. Банати, который утверждал, что «благо человечества» является целью науки, внес значительный и далеко идущий вклад в область теории систем. Для группы Primer при Международном обществе системных наук Банати определяет перспективу, которая повторяет этот взгляд: Системный взгляд – это мировоззрение, основанное на дисциплине СИСТЕМНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ. Центральным для системного исследования является концепция СИСТЕМЫ. В самом общем смысле система означает конфигурацию частей, связанных и объединенных вместе сетью взаимосвязей. Группа Primer определяет систему как совокупность взаимосвязей между членами, действующими как единое целое. Фон Берталанфи определил систему как «элементы, находящиеся в устойчивых взаимосвязях».

Экология

Системная экология – это междисциплинарная область экологии, применяющая целостный подход к изучению экологических систем, в особенности экосистем; её можно рассматривать как применение общей теории систем к экологии. Ключевым в системно-экологическом подходе является представление об экосистеме как о сложной системе, проявляющей эмерджентные свойства. Системная экология фокусируется на взаимодействиях и процессах обмена внутри и между биологическими и экологическими системами, и особенно уделяет внимание влиянию антропогенного воздействия на функционирование экосистем. Она использует и развивает концепции термодинамики, а также разрабатывает другие макроскопические описания сложных систем.

Химия

Системная химия – это наука об изучении сетей взаимодействующих молекул с целью создания новых функций из набора (или библиотеки) молекул, обладающих различными иерархическими уровнями и эмерджентными свойствами. Системная химия также связана с происхождением жизни (абиогенезом).

Инженерная

Системотехника — это междисциплинарный подход и набор средств, обеспечивающих создание и развертывание успешных систем. Её можно рассматривать как применение инженерных методов к разработке систем, а также использование системного подхода в инженерной деятельности. Системотехника объединяет различные дисциплины и специализированные группы в единую команду, формируя структурированный процесс разработки, который охватывает этапы от концепции до производства, эксплуатации и вывода из эксплуатации. Системотехника учитывает как бизнес-, так и технические потребности всех заинтересованных сторон, с целью создания качественного продукта, отвечающего потребностям пользователей.

Процесс проектирования, ориентированный на пользователя

Системное мышление является ключевым элементом в процессах проектирования, ориентированных на пользователя, и необходимо для понимания общего влияния новой информационной системы взаимодействия человека и компьютера (HCI). Игнорирование этого и разработка программного обеспечения без учета мнения будущих пользователей (получаемого через UX-дизайнеров) – серьезный недостаток проектирования, который может привести к полному провалу информационной системы, увеличению стресса и психических расстройств у пользователей, а также к росту затрат и огромным потерям ресурсов. В настоящее время удивительно редко организации и правительства анализируют решения по управлению проектами, приводящие к серьезным ошибкам проектирования и недостаточной удобству использования. По оценкам Института инженеров электротехники и электроники (IEEE), около 15% от примерно 1 триллиона долларов, ежегодно выделяемых на разработку информационных систем, полностью расходуется впустую, а созданные системы отбрасываются до внедрения из-за полностью предотвратимых ошибок. Согласно отчету CHAOS, опубликованному в 2018 году компанией Standish Group, подавляющее большинство информационных систем, согласно их опросу, терпят неудачу или частичный провал: безусловный успех – это сочетание высокой удовлетворенности клиентов и высокой отдачи от вложенных средств для организации. Данные за 2017 год: успешные – 14%, проблемные – 67%, неудачные – 19%.

Математика

Системная динамика — это подход к пониманию нелинейного поведения сложных систем во времени, основанный на использовании запасов, потоков, внутренних петель обратной связи и временных задержек.

Психология

Системная психология – это раздел психологии, изучающий поведение и переживания человека в сложных системах. Она возникла под влиянием теории систем и системного мышления, а также теоретических работ Роджера Баркера, Грегори Бейтсона, Умберто Матураны и других. Это психологический подход, в котором группы и индивидуумы рассматриваются как системы, находящиеся в состоянии гомеостаза. Системная психология "охватывает область инженерной психологии, но при этом проявляет больший интерес к общественным системам и изучению мотивационного, аффективного, когнитивного и группового поведения, которое также относится к сфере инженерной психологии". В системной психологии характеристики организационного поведения (такие как индивидуальные потребности, вознаграждения, ожидания и характеристики людей, взаимодействующих с системами) "учитываются в этом процессе с целью создания эффективной системы".

Информатика

Теория систем находит применение в области нейроинформатики и коннекционистской когнитивной науки. В нейрокогниции предпринимаются попытки объединить коннекционистские когнитивные нейроархитектуры с подходами теории систем и теории динамических систем.

Кибернетика

Кибернетика – это изучение связи и управления регуляторной обратной связью как в живых, так и в неживых системах (организмах, организациях, машинах), а также в их комбинациях. Она фокусируется на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) контролирует свое поведение, обрабатывает информацию, реагирует на информацию и изменяется или может быть изменено для более эффективного выполнения этих трех основных задач. Термины «теория систем» и «кибернетика» часто используются как синонимы. Некоторые авторы используют термин «кибернетические системы» для обозначения собственного подмножества класса общих систем, а именно тех систем, которые включают в себя контуры обратной связи. Однако различия, предложенные Гордоном Паском в отношении вечно взаимодействующих контуров агентов (создающих конечные продукты), делают общие системы собственным подмножеством кибернетики. В кибернетике сложные системы математически исследовались такими учеными, как У. Росс Эшби, Норберт Винер, Джон фон Нейман и Хайнц фон Фёрстер. Зачатки кибернетики появились в конце 1800-х годов и привели к публикации основополагающих работ (таких как «Кибернетика» Винера в 1948 году и «Общая теория систем» Берталанфи в 1968 году). Кибернетика возникла скорее из инженерных областей, а общая теория систем – из биологии. Вероятно, эти два направления взаимно влияли друг на друга, но кибернетика оказала большее влияние. Берталанфи специально подчеркивал различие между этими областями, отмечая влияние кибернетики: теорию систем часто ошибочно отождествляют с кибернетикой и теорией управления. Кибернетика, как теория механизмов управления в технике и природе, основана на понятиях информации и обратной связи, но в рамках общей теории систем эта модель имеет широкое применение и не должна отождествляться с «теорией систем» в целом. Необходимо избегать ее неосторожного расширения на области, для которых ее концепции не предназначены. Кибернетика, теория катастроф, теория хаоса и теория сложности преследуют общую цель – объяснить сложные системы, состоящие из большого числа взаимодействующих и взаимосвязанных частей, с точки зрения этих взаимодействий. Клеточные автоматы, нейронные сети, искусственный интеллект и искусственная жизнь – смежные области, но они не стремятся описать общие (универсальные) сложные (сингулярные) системы. Наиболее подходящий контекст для сравнения различных «C»-теорий о сложных системах – исторический, который подчеркивает различные инструменты и методологии, начиная с чистой математики и заканчивая чистой информатикой сегодня. С момента возникновения теории хаоса, когда Эдвард Лоренц случайно обнаружил странный аттрактор с помощью компьютера, компьютеры стали незаменимым источником информации. Сегодня невозможно представить изучение сложных систем без использования компьютеров.

Комплексные адаптивные системы

Сложные адаптивные системы (CAS), получившие название благодаря работам Джона Х. Холланда, Мюррея Гелл-Манна и других исследователей в междисциплинарном Институте Санта-Фе, являются частным случаем сложных систем: они сложны благодаря своему разнообразию и составу из множества взаимосвязанных элементов; они адаптивны, поскольку обладают способностью изменяться и извлекать уроки из опыта. В отличие от систем управления, где отрицательная обратная связь подавляет и устраняет дисбаланс, в CAS часто преобладает положительная обратная связь, которая усиливает и поддерживает изменения, превращая локальные отклонения в глобальные характеристики.