Путешествие по системному ландшафту

Существует очень мало слов, которые могут иметь столько толкований, сколько имеет слово «система». Что такое система? В значительной степени это вопрос восприятия. И тем не менее, мы все используем это слово, описывая чего-либо основополагающее. Солнечная система, климатическая система, энергетическая система, политическая система, образовательная система, система технических средств, программная система, система автомобиля, финансовая система, санитарная система, система управления, градостроительная система, законодательная система, социальная система и т. д. Совершенно ясно, что системы, хотя часто и являются абстрактными по своей природе, в некотором смысле постоянно присутствуют и воздействуют на нас. Важно отметить, что некоторые системы, в частности солнечная система и климатическая система, являются природными, в то время, как все остальные системы, приведенные в качестве примера, созданы человеком.

Наше понимание систем, в частности сложных систем, в лучшем случае поверхностно, как отмечено в цитате из Пирсига [Pirsig, 1974]. Для всех систем, за исключением тривиальных, полное понимание практически невозможно. Таким образом, мы живем с тем, что наше осмысление лежит где-то между таинством и полным постижением [Flood, 1998]. Эта неопределенность часто вызывает смешанные чувства в отношении систем. Совершив путешествие, которое предлагается в этой книге, читатель сможет открыть для себя существенную часть тайны и стать более осведомленным в отношении систем а, может быть и в какой-то мере постичь их.

Австрийский биолог Людвиг фон Берталанфи [von Bertalanffy, 1968], которого многие считают отцом современного системного мышления, указывает на тот факт, что системы находятся повсюду. Мы не всегда можем формализовать наше представление о системах, но мы определенно ощущаем их воздействие. Никто из нас никогда не забудет системное влияние международного финансового кризиса осенью 2008 года. Системы, тесно связанные между собой, могут оказывать сильное причинно-следственное влияние друг на друга. Давайте сначала рассмотрим историю определения и формализации систем, основополагающие системные понятия, а также вездесущность систем во всех сферах деятельности.

На протяжении 20-го века в области исследования систем был получен ряд ключевых результатов. В частности, во время Второй мировой войны и после нее возросло осознание важности изучения и понимания сложных сущностей, состоящих из множества элементов. Это движение становится всё более активным и привлекает всё больше внимания исследователей и практиков. Принимая во внимание сложность современного общества, можно задать вопрос: Почему для того, чтобы добиться концентрации внимания на этой жизненно важной области, понадобилось так много времени? Существует ли активное системное движение? Как оно осуществляется?

Сосредоточение внимания на целостных, холистических свойствах сущностей не является чем-то новым. В самом деле, греческие философы, в частности Аристотель, указывали на необходимость учета множества факторов для объяснения Вселенной. Так, работы Аристотеля по физике, логике, метафизике, этике, политике и биологии включали в себя наблюдения о необходимости принятия во внимание целостных свойств. Это первое представление о целостности сохранилось до 17-го века. Затем наступила научная революция. Под влиянием необходимости доказать или опровергнуть конкретную гипотезу в работах таких ученых, как Кеплер, Галилей, Бэкон и Декарт, начал развиваться научный метод.

Для научных методов, которые развивались начиная с 17-го века и в последующие годы, характерно стремление обособить один или несколько элементов изучаемого явления. Такое представление, сводящееся к элементам, которые могут быть изучены отдельно, и гипотезе, которая может быть доказана или опровергнута, фактически препятствовало развитию целостного системного мышления. Разумеется, были некоторые исключения, когда рассматривалось более широкое представление природного явления, что способствовало более широкому пониманию законов природы. Исаак Ньютон дал первое научное объяснение Вселенной с учетом движения Земли и Луны, что привело к изобретению им исчисления как математического инструмента. Ньютоновское представление превалировало вплоть до смены основной парадигмы в науке вследствие важных обобщений, представленных Альбертом Эйнштейном в его теории относительности.

В 20-х годах прошлого века Людвиг фон Берталанфи указал на аналогии между целостными свойствами биологических и других систем, и появилось современное системное движение. Л. Берталанфи применил свои научные наблюдения к большому количеству систем, в том числе к системам организационно-административного управления и к организациям [von Bertalanffy, 1968]. Чекланд [Checkland, 1993], а также Скиттнер [Skyttner, 2001] дают отличные исторические резюме системного мышления, а также научного движения, начавшегося с работ античных греков и развившихся в современные представления о системах.

Сегодня ясно, что активное системное движение существует. Это понятно, даже с учетом того, что сложно достигнуть однозначного понимания, что собой представляет системное движение, что включает в себя, и следует ли что-нибудь из него исключить. В данной книге мы рассмотрим некоторые из основных достижений системного движения с целью увидеть, как они отразились в теории и практической деятельности.

В данной главе мы вводим набор понятий и принципов, которые дадут вам возможность мыслить и действовать на языке систем. Понимание и использование понятий и принципов является наиболее важным аспектом данной книги, поскольку это влияет на нашу способность увидеть системные аспекты для систем любого типа и обсуждать с другими людьми проблемы и возможности, связанные с системами. Мы начнем с наиболее важной, фундаментальной концепции.

«Мы полагаем, что сущность системы — это целостность, соединение вместе различных частей и связей, которые они образуют, для получения нового целого…»

Джон Боардмэн и Брайан Сосер [Boardman and Sauser, 2008]

Первое фундаментальное понятие целостность^[1] позволяет нам признать, что, как это и полагал фон Берталанфи, системы находятся повсюду. Понятие целостности приводит нас к двум следующим важным понятиям, а именно: структура и поведение.

Структура и поведение являются основными свойствами всех созданных человеком систем. Структура системы — статическое свойство, относящееся к компонентам системы и их связям между собой. Поведение — динамическое свойство, относящееся к воздействию, эффекту производимому системой в процессе функционирования.

Еще одно фундаментальное свойство, приписываемое системам, — это свойство эмерджентности, т. е. появления у системы новых качеств, которых не было у компонентов системы. Эмерджентность проявляется как в предсказуемом, так и в непредсказуемом поведении системы в процессе её функционирования и/или в особенностях взаимодействия со средой, в которой находится система. Это фундаментальное понятие отражено в следующей цитате Питера Чекланда.

«Целые сущности проявляют свойства, которые имеют смысл только применительно к целому, а не к его частям…»

Питер Чекланд [Checkland, 1999]

Вездесущность систем подразумевает, что понимание системных свойств и использование систем не зависят от того, в рамках какой дисциплины рассматриваются системы. Например, в случае сложных систем коллективное понимание динамики поведения системы наряду с различными аспектами управления её жизненным циклом часто является результатом междисциплинарных усилий. Для того чтобы нейтрализовать влияние отдельной конкретной дисциплины и сосредоточиться на системном содержании, крайне важно сформировать общую, единую основу мышления и деятельности для отдельных лиц и групп, являющихся специалистами в различных областях, имеющих различную специальную подготовку и обладающих различными знаниями, квалификацией и способностями. Важные аспекты формирования такой общей, единой, унифицированной основы показаны на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Связь науки и инженерии со структурой и поведением

Отрасли знаний, связанные с наукой и инженерией, имеют дело с фундаментальными системными концепциями структуры и поведения. Применительно к научным дисциплинам ученый наблюдает за поведением (природных или созданных людьми систем), а затем пытается найти и описать структуры (с использованием специального «языка»), которые объясняют это поведение. Применительно к инженерным дисциплинам инженер на основании потребности в достижении определенного (специфицированного) поведения, разрабатывает и проектирует структуры, которые будучи изготовленными и введенными в строй демонстрируют способность отвечать поведенческим требованиям.

Для иллюстрации разницы в подходах к структурам и поведению рассмотрим перечисленные ниже дисциплины, некоторые из которых традиционно ассоциируются с естественными науками, другие имеют слово «наука» в названии, а третьи представляют широкое разнообразие инженерных дисциплин.

В качестве упражнения читатель может рассмотреть, как эти дисциплины отображаются в научном и техническом представлении структур и поведения, показанных на рис. 1.1. Дисциплины, приведенные в примерах, имеют научную или инженерную связь со структурами и поведением, однако это может быть не столь очевидно в других отраслях. Например, интересно поразмышлять о том, как искусство связано с наукой и инженерией. Есть по крайней мере две возможные связи:

• Структуры, доставляющие эстетическое наслаждение и являющиеся ценными в глазах наблюдающего за ними. Например, в природе радуга — привлекательная структура. А для математика привлекательной может быть структура доказательства. Для разработчика программного обеспечения привлекательным может быть понятный алгоритм, на основе которого легко обеспечить желаемое поведение.

• Еще одна связь вытекает из понятия «мастер». Им обычно характеризуют человека, искушенного в своей деятельности. В большинстве своем мастера могут создавать структуры, удовлетворяющие потребностям, и, таким образом, они профессионально становятся похожими на инженеров. Однако истинные мастера в большинстве случаев способны наблюдать, а затем на этой основе находить и описывать подходящие структуры.

Связь с искусством вводит важное понятие стиля в деятельность, связанную с системами. Читателю предлагается рассмотреть другие связи между наукой и искусством, а также инженерией и искусством. Затем рассмотрите структурные и поведенческие связи в таких дисциплинах, как медицина, психология, социология или других известных вам областях.

Становится ясным, что предмет всех дисциплин может быть так или иначе связан с некоторыми системными аспектами. В самом деле, у нас всех есть системное мышление и все мы системные инженеры в том смысле, что постоянно думаем и действуем в ответ на системные ситуации, которые влияют на нашу повседневную жизнь. Понимание основных концепций дисциплин «Системное мышление» и «Системная инженерия» в теории и на практике предоставляет средства для превращения систем в точку сосредоточения внимания (объект первого класса), которая может использоваться для улучшения нашей возможности разобраться со сложными системами в любой сфере деятельности.

Мышление на языке систем тесно связано с наблюдением динамического поведения систем в процессе функционирования и поэтому перекликается с научной (левой) частью рис. 1.1. Однако в противоположность научному методу, связанному с попыткой свести поведение к элементам, изучаемым изолированно друг от друга, системное мышление основано на наблюдении и описании целостного поведения множества систем и их элементов.

Совершение действий на языке систем подразумевает создание (инженерную разработку) структуры одной или нескольких систем, представляющих интерес, и поэтому тесно связано с инженерной (правой) частью рис. 1.1. Это естественным образом приводит нас к цели нашего путешествия по системному ландшафту, т. е. к объединению системного мышления и системной инженерии. Действительно, они связаны между собой. Не имеет смысла просто использовать системное мышление, не научившись оценивать альтернативные структурные улучшения и формулировать цели и составлять планы для улучшений в системах. С другой стороны, совершение действий на языке систем посредством системной инженерии без понимания причин, лежащих в основе действий и их последствий, также не имеет смысла. Итак, естественное объединение мышления и совершения действий на языке систем приводит к необходимости принятия решений и управления изменениями, что будет подробно рассмотрено в процессе нашего путешествия по системному ландшафту.

Таксономия будет полезным инструментом для структурирования системного путешествия, предпринимаемого в этой книге. Поскольку полное перечисление систем в целом невозможно, постольку точка зрения на системы в значительной степени зависит от контекста. С другой стороны, в практических целях перечисление систем, представляющих интерес для достижения конкретной цели, весьма важно и может быть сделано. Вместо исчерпывающей таксономии можно использовать классификацию Чекланда [Checkland, 1993], которая обеспечивает полезную отправную точку для того, чтобы сосредоточиться на различных типах систем. Читатель должен обратить внимание, что системы могут быть отнесены к одной или нескольким из следующих четырех категорий.

• Естественные (природные) системы. Эти системы имеют природное происхождение и являются таковыми в результате влияния сил и процессов, характеризующих Вселенную. Они не могут быть иными, чем есть, поскольку принципы и законы природы не являются переменчивыми.

• Физические системы с установленными границами (далее — физические системы). Эти системы являются результатом сознательной разработки, направленной на удовлетворение определенной цели человека. Они состоят из физических элементов, которые имеют хорошо определенные взаимосвязи.

• Абстрактные системы с установленными границами (далее — абстрактные системы). Эти системы не содержат физических артефактов, при этом они разработаны людьми, чтобы служить для некоторой разъяснительной цели. Абстрактные системы могут включать математические описания, стихи или философские системы. Подобные системы представляют собой упорядоченный продукт деятельности человеческого сознания. Определения систем, состоящих из функций и/или возможностей в качестве элементов, являются примерами абстракций, которые позднее могут быть зафиксированы в других созданных человеком системных формах, например в физической форме или в виде конкретных человеческих действий.

• Системы человеческой деятельности. Эти системы наблюдаются в мире бесчисленных видов человеческих действий, которые более или менее упорядочены с учетом некоторой цели или миссии, лежащей в основе деятельности. На одном краю здесь находится система, состоящая из человека, размахивающего молотком, а на другом — международные политические системы, необходимые для того, чтобы жизнь оставалась терпимой на нашей маленькой планете. Такие системы будут включать в себя заранее определенные множества процессов, состоящих из видов деятельности (которые в явном виде не определены Чекландом), а также множества видов деятельности, рассматриваемых с конкретной точки зрения заинтересованных сторон.

Заметим, что программные системы являются гибридом абстрактных и физических систем, поскольку из абстрактных описаний, использующих какую-то форму языка, или с помощью модели программа-транслятор генерирует код программы, который, будучи объединенным с компьютером (физическая система) и будучи исполненным, порождает эмерджентное поведение. Также используется термин «программно-интенсивная система», который применяется для описания систем, состоящих главным образом из программного обеспечения, но помимо этого содержащих и другие элементы: физические элементы и часто элементы человеческой деятельности.

В этой книге основное внимание уделяется системам, созданным человеком, и системным ситуациям, которые важны как для отдельных людей, так и для групп людей, в том числе частных и государственных организаций и их предприятий, важны для развития способностей к обучению мыслить и действовать на языке систем. Таким образом, понимание физических систем, абстрактных систем, программных систем и систем человеческой деятельности одинаково важно для достижения данной цели. Естественно, не исключаются и природные системы, поскольку природные элементы могут быть включены в состав систем, создаваемых человеком, в качестве её элементов или как элементы среды, в которой функционирует рукотворная система.

Существует две фундаментальных системных топологии, которые закладывают основу обеспечения целостности: иерархия и сеть, показанные на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Иерархическая и сетевая системные топологии

Иерархическая топология — это результат применения определенного принципа, который используется для удовлетворения определенной потребности. Этот принцип предполагает выполнение анализа, в процессе которого система подвергается декомпозиции на отдельные составляющие элементы на двух или более уровнях. В результате подобной декомпозиции формируется логическая основа для понимания, а также для разбиения на составляющие, разработки, компоновки и управления системой надлежащим образом. Подобная топология является типичной при плановой разработке продукции (физической и/или абстрактной), она также может быть использована при планировании развития организации, предприятия и даже проекта. В частности, использование иерархии применительно к организационной структуре человеческой деятельности вполне обычно для объяснения того, кто несет ответственность за части системы, за работу, которая должна быть выполнена в системе, а также для установления субординации (кто кому подчиняется).

Сетевая топология может быть использована для того, чтобы отразить основные свойства различных физических систем; например, коммунальных сетей, сетей автомобильных дорог, железнодорожных путей, сетей передачи электроэнергии, связи и, разумеется, Интернета. На более высоком уровне сетевые топологии могут отражать определенные абстракции, такие, как, например, возможности или функции, которые должны быть обеспечены, и, как утверждалось ранее, могут затем составить основу при выборе способов физической реализации системы. Такие физические или абстрактные системы обычно разрабатываются с учетом возможных изменений; т. е. топология меняется с течением времени по мере добавления или устранения узлов и/или связей.

Сетевая топология также связана с системами человеческой деятельности, в том числе с социальными системами, где с её помощью могут отражаться различные формы отношений между людьми (отдельными лицами и/или группами) как элементами системы. Подобные системы могут возникать как в плановом порядке, так и без плана как ответ на вновь возникшую ситуацию. Если система человеческой деятельности спланирована как сетевая, то она может использоваться для регулирования отношений. С другой стороны, сетевая топология может возникнуть при появлении новых элементов или взаимосвязей, и в таком случае с её помощью можно пытаться проиллюстрировать даже сложные, конфликтные межличностные отношения. Сети возникают как ответ на проблемные ситуации, когда множество элементов опасно взаимодействуют. Например, террорист, бомба, метро и пассажиры становятся элементами опасной сети элементов и взаимоотношений.

Эти две системные топологии сами по себе не являются исключительными. Совершенно ясно, что организация, описанная как иерархия, не всегда функционирует в соответствии со строго установленными отношениями подчиненности. Сети, даже если они не определены формально, возникают в отношениях между отдельными лицами и группами, которые обеспечивают необходимые элементы и связи для того, чтобы сделать дело. Кроме того, вполне понятно, что отдельные элементы в физической сети, такие, как, например, трансформатор в электросети, являются изделиями, оказывающими услуги, и они были задуманы и разработаны как системы для достижения конкретной цели или удовлетворения конкретной потребности. Эти элементы сами по себе являются системами, которые могут быть подвергнуты декомпозиции, построены и находиться под управлением в соответствии с некоторой иерархией.

«Система — это способ смотреть на мир…, любая система является точкой зрения одного или нескольких наблюдателей».

Джеральд Уэйнберг [Weinberg, 2001]

В соответствии со свойством целостности, сформулированным Боардмэном и Сосером, а также с представлением Уэйнберга, любая совокупность элементов (частей), находящихся во взаимосвязи между собой, может быть определена как система. С учетом представлений, интересов и целей заинтересованных сторон (т. е. точек зрения), отдельные лица, группы, команды, организации и предприятия будут видеть системы по-разному. Пример подобного калейдоскопического, многократно и быстро меняющегося представления о системах приведен на рис. 1.3.

Физические системы, абстрактные системы, программные системы и даже некоторые системы человеческой деятельности могут рассматриваться одними лицами как активы, другими как изделия или продукция, третьими как услуги с добавленной стоимостью. В соответствии с этими представлениями и на основе понимания своих ролей и зон ответственности как отдельных лиц, групп, команд, организаций и предприятий стороны имеют точки зрения на определенную систему, отражающие их интересы (как собственника, приобретателя, разработчика, пользователя или специалиста по техническому обслуживанию). Такие системы планируются, разрабатываются и используются для достижения какой-то определенной цели.

В отличие от планируемых систем ситуационные системы возникают в результате динамических взаимодействий нескольких систем (включая природные системы) в процессе работы. В этих системах за основу может быть взята деятельность человека, подобная работе молотком, политическая ситуация, чрезвычайная ситуация или кризис (например, пожар, цунами, ураган, террористический акт и т. д.). Как показано на рисунке, могут возникнуть различные представления, отражающие различные точки зрения, которые связаны с интересами, обусловленными системной ситуацией (например, точки зрения, ответственных за возникновение ситуации, ответственных за реагирование на ситуацию, участников ситуации или находящихся под влиянием ситуации).

Рис. 1.3. Множество точек зрения и представлений

Независимо от точек зрения и представлений, связанных с системами или их топологиями, кто-то может задать интересный вопрос: Существуют ли системы на самом деле?

Вопрос может показаться философским, но попробуем использовать этот ракурс для иллюстрации точки зрения на системы. В приведенной выше классификации Чекланда отмечалось, что естественные (природные) системы являются такими, как они есть. Тем не менее, все другие формы планируемых или ситуационных систем, а именно различные физические системы, абстрактные системы и системы человеческой деятельности либо являются продукцией, созданной в результате творческой деятельности людей, либо порождены возникшей ситуацией.

Более конкретно, продукция, созданная людьми, например самолет, система двигателя, фюзеляж и другие, могут воскресить в памяти представление о чем-то, что реально существует и что можно потрогать. С другой стороны, политическую систему, школьную систему, систему права, систему градостроительства, несмотря на то, что они представляют абстрактно нечто весьма важное, потрогать нельзя. Итак, что же такое система? Потенциально спорная точка зрения заключается в следующем: Системы, созданные человеком, существуют только в виде описаний.

Ваш автор часто использовал элементы, изображенные на рис. 1.4., в качестве основы для привлечения внимания к этой спорной точке зрения. А теперь вам брошен вызов. Предлагаю сейчас подумать над следующими вопросами: являются ли эти элементы системой? Почему да или почему нет?

Рис. 1.4. Болт, гайка и шайба

Поразмыслив над этим вопросом, обратитесь к следующему. Определите, имеют ли эти элементы в том порядке, в котором они разложены, какую-либо цель? Удовлетворяют ли они какую-либо потребность?

Затем подумайте об отдельной личности или группе, отвечающей за разработку и изготовление каждого из отдельных элементов, изображенных на рисунке. Видят ли они эти элементы как системы? Видят ли они их как продукцию? Или видят ли они их как услуги, которые они теоретически оказывают? Или они видят их и как первое, и как второе, и как третье?

Затем рассмотрим соединение этих элементов с двумя или более дополнительными объектами (имеющими соответствующие отверстия) для того, чтобы скрепить эти объекты. Была ли создана система? Можно подумать, что да, однако обратите внимание на тот факт, что для того, чтобы создать данную конструкцию, были определены элементы (в том числе и объекты, которые должны быть скреплены) и эти экземпляры объектов — болты, гайки и шайбы — были изготовлены в соответствии с некоторым описанием (техническими требованиями). При этом также должно иметься описание порядка сборки, проводимой для соединения физических элементов между собой. В зависимости от того, что считается элементами и связями между ними, а также от того, какова процедура сборки, могут быть реализованы различные способы сборки. Разве мы не изготовили продукты на основании описания системы? Таким образом, если мы хотим использовать термины продукт и система для обозначения двух различных концепций, мы должны принять, что система на самом деле является описанием, и поэтому система не существует. Давайте рассмотрим данную цепочку рассуждений.

Спланированные и созданные человеком иерархические или сетевые системы состоят из определенных элементов и связей. В лучшем случае аппаратные средства, программное обеспечение или человеческие элементы системы могут быть представлены как материальные объекты, которые в каком-то смысле можно потрогать. Однако наличие элементов в спланированной системе основано только на их описании, как элементов, представляющих собой аппаратные средства, программное обеспечение или людей, а также на описании взаимосвязей между элементами.

В случае продукта с добавленной стоимостью системное описание служит шаблоном, на основании которого производятся экземпляры продуктов (из одной крайности — производства в единственном экземпляре в другую — массовое производство). Аналогично, услуги с добавленной стоимостью, например банковские услуги, являются результатом типовой операции обслуживания в соответствии с системным описанием услуги в виде шаблона.

С целью дальнейшей иллюстрации данной точки зрения на системы рассмотрим конкретный пример. Компактный портативный компьютер (лэптоп), на котором была написана эта книга, является продуктом. Системным описанием этого продукта владеет изготовитель, который объединяет элементы компьютера в единое целое, он же осуществляет управление жизненным циклом данного продукта. Отдельными аппаратными средствами данной системы могут владеть другие стороны, которые осуществляют управление жизненными циклами этих элементов, как системных продуктов, которые они поставляют интеграторам компьютерных систем. Кроме того, существует большое разнообразие программных продуктов, работающих на данных аппаратных средствах, системными описаниями которых владеют организации-поставщики, также осуществляющие управление их жизненными циклами. Эти программные системы также поставляются, как продукты, системному интегратору.

Таким образом, определенное представление активов, продуктов и услуг отличается в разных точках на протяжении жизненного цикла. На ранних стадиях жизненного цикла описываемая система обычно представляется как абстрактная система, состоящая из набора функций и/или возможностей, между которыми имеются определенные взаимосвязи. По мере воплощения проекта в конечный продукт и/или услугу описание системы становится более конкретным и принимает вид или физических элементов, или определенной деятельности для людей (процедур или процессов), или является сочетанием и того и другого.