Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Предпосылки функционального подхода в научном познании: методологический анализ
Методологический анализ условий структурного представления объектов исследования (на примере классической физики) 25
Единство объекта и среды как важная предпосылка функционального подхода в научном познании 4-7
Взаимосвязь структурного и функционального представления объекта в научном познании 74
Глава II. Функциональный подход и его концептуальные средства Концепция целостности: функциональный аспект 92
Принцип функциональной замкнутости и его роль при описании процессов управления 122
Концепция функциональной сложности систем 139
Пространство возможностей и его методоло гическое значение для функциональной трактовки информационных явлений . 163
Целенаправленность как функциональная характеристика систем 180
Глава III. Методологическое значение функционального подхода в теории и практике управления большими системами
1 Функциональный подход и принцип оптимальности 202
2 Проблема агрегирования оптимальных решений и функциональный редукционизм 236
3. Особенности пространственно-временного описания больших систем . , 254
4. Методологическое значение функционального подхода в управлении взаимодействием общества и природы 279
5. Программно-целевой подход и функциональный синтез в организации социально-экологических исследовании 309
Литература
- Методологический анализ условий структурного представления объектов исследования (на примере классической физики)
- Единство объекта и среды как важная предпосылка функционального подхода в научном познании
- Принцип функциональной замкнутости и его роль при описании процессов управления
- Функциональный подход и принцип оптимальности
Введение к работе
Современное научное познание характеризуется быстрыми и всё ускоряющимися темпами развития. Развитие это происходит как вширь, так и вглубь и сопровождается резким усилением роли научных идей и теорий в жизни общества, что позволяет с полным правом говорить о науке как о непосредственной производительной силе,как о важном двигателе общественного прогресса.
Сегодняшняя наука об управлении большими системами является стержнем исключительных по глубине и значимости процессов преобразования действительности, в которых происходит сращивание в одно неразрывное целое научно-технического потенциала общества с практической производительной деятельностью людей. Эти процессы определяют содержание происходящей на наших глазах научно-технической революции.
В рамках сегодняшнего научно-технического прогресса проблемы управления и автоматизации занимают видное место, что нашло отражение в материалах ХХУ-го и ХХУ1-го съездов КПСС. Теоретические методы исследования больших систем способствуют совершенствованию управления производственными и социально-экономическими процессами, лежат в основе создания автоматизированных систем управления.
Теория управления большими системами является важной составной частью кибернетики. Предметом её исследования являются процессы управления такими сложными объектами как предприятие, отрасль, город, территориально-производственный комплекс, народное хозяйство в целом и т.д. Особенность всех этих объектов, именуемых большими системами, состоит в том, что они включают в себя
большое число взаимосвязанных и вместе с тем разнокачественных компонент, имеют иерархическую структуру, сложный, как правило, вероятностный характер функционирования. В отличие от сложных технических или биологических систем большие системы включают в себя человека в качестве одного из важных элементов, определяющих особенности функционирования больших систем. Поэтому большие системы всегда выступают как процессы взаимодействия человека с различного рода объектами живой и неживой природы. Мы говорим, например, о человеко-машинных, социально-технических, социально-экономических, социально-экологических системах.
Понятие большой системы иногда употребляют в качестве синонима сложной системы. Однако, как видно из предыдущих замечаний, не всякая сложная система является большой, но почти всякая большая система является сложной.
Важная особенность больших и сложных систем - тесная взаимосвязь с окружающей средой. Окружающая среда выступает как источник информации и ресурсов и как сфера деятельности систем, "потребитель" результатов функционирования. Исследуя большие системы современными методами кибернетики, мы ищем способы целостного рассмотрения систем, абстрагируясь от их внутренней разнокачествен-ности. Оказывается, что все эти способы так или иначе связаны с функциональным подходом, выступающем в качестве концептуальной основы для многих кибернетических дисциплин - теории автоматов, теории информации, теории алгоритмов, теории игр, теории оптимизации и т.д., изучающих различные аспекты функционирования систем. Действуя в рамках функционального подхода, методы кибернетики берут объект не с точки зрения его внутреннего строения, особенос-тей его субстратной основы, а с точки зрения особенностей функционирования объекта, с точки зрения связей этого объекта с окружа-
- б -
ющей средой. При этом оказывается, что в поведении самых различных систем, независимо от того, как они устроены, можно найти много общего. Это общее становится логико-эмпирической предпосылкой, отправным пунктом для исследования закономерностей функционирования больших систем и построения соответствующих теорий.
Функциональная природа кибернетики подчёркивалась многими советскими авторами и так или иначе находила отражение в большинстве исследований по философским и методологическим проблемам кибернетики (Л.Б.Баженов, Б.В.Бирюков, И.В.Блауберг, Д.И.Дубровский, И.Б.Новик, М.И.Сетров, В.С.Тюхтин, Б.С.Украинцев, А.Д.Урсул, Э.Г.Юдин и др.).
Актуальность проблемы. Актуальность темы диссертации определяется широким распространением функционального подхода в современном комплексе научных дисциплин, исследующих вопросы управления в больших и сложных системах. В этой области функциональный подход играет фундаментальную роль при построении теоретических моделей систем, а также при разработке концептуального аппарата исследования.
Функциональный подход является адекватным средством при раскрытии сущности многих процессов, протекающих в биологических и социальных системах, где процессы управления и самоуправления составляют наиболее характерную их черту. Природа понятий иерархичности, информации, специфической для больших и сложных систем целостности, целенаправленности, оптимальности и других важных понятий может быть во многом понята именно в рамках функционального подхода. Даже в области современных физических проблем (квантовая физика, теория относительности и гравитация) функциональная точка зрения оказывается полезной для философской интерпретации некоторых коренных методологических трудностей развития указанных тео-
рий, исторически сформировавшихся на иной концептуальной основе, а именно на базе структурных представлений объектов исследования.
Актуальность разработки методологии функционального подхода резко возрастает при исследовании процессов принятия решений, и, в частности, при разработке моделей планирования и управления сложными социально-экономическими системами. Требования функционального подхода оказываются здесь необходимыми и естественными условиями реализации принципа оптимальности, и находят прямое,непосредственное отражение в конструктивных особенностях моделей. В силу этого модели больших систем приобретают новую гносеологическую окраску, изменяется их роль в системе научного знания, обнаруживается тенденция к резкому сближению теоретических и прикладных аспектов научного исследования.
Отметим, наконец, что актуальность рассматриваемой в диссертации проблемы определяется и бурно развивающимися в настоящее время исследованиями в области социальной экологии. Междисциплинарный характер этих исследований, необходимость их концептуального синтеза, острота современных экологических проблем, а также явно функциональная природа большинства феноменов, с которыми здесь приходится сталкиваться, указывает на то, что развитие функционального подхода в социально-экологических исследованиях не только важно по существу, но и требует активизации усилий, является неотложной задачей сегодняшнего дня.
Методологический анализ условий структурного представления объектов исследования (на примере классической физики)
Чтобы вявить гносеологические предпосылки и условия становления функционального подхода в бурно развивающейся теории управления большими системами, немаловажно рассмотреть особенности теоретического аппарата в уже сложившихся отраслях знания, исторически предшествующих кибернетике. Естественно, что наш взгляд обращается к физике, как наиболее развитой и стройной системе знания, в которой широта охвата явлений сочетается с концептуальным единством.
В данном параграфе ставится задача показать, что это концептуальное единство достигается в физике благодаря последовательной реализации в ней так называемого структурного представления объектов исследования. То, что внимание физика обращено прежде всего к структурам, а не к функциям, лишь резче подчёркивает особенности кибернетического стиля мышления, делает поставленную задачу особенно актуальной в рамках темы данной главы и диссертации в целом.
Рассмотрим прежде общие особенности структурного описания объектов и тесно связанного с ним аналитического метода познания. Структуры в научном исследовании появляются там, где характер поставленных задач требует расчленить предмет исследования на отдельные части или элементы его составляющие. Исследование внутреннего строения различного рода природных вещей было бы невозможно без такого расчленения (действительного или мысленного). Подоб ные задачи встречаются на каждом шагу. Неудивительно поэтому,что метод разложения появляется вместе с возникновением естествознания и является одной из причин его быстрых успехов в период ХУ-ХІХ вв. В этой связи Ф.Энгельс писал: "Разложение природы на её отдельные части, разделение различных процессов природы и природных вещей на определённые классы, исследование внутреннего строения органических тел по их многообразным анатомическим формам - всё это было основным условием тех исполинских успехов,которыми ознаменовалось развитие естествознания за последние четыре столетия".
Метод разложения играл и продолжает играть громадную роль в развитии научного познания. Вместе с тем, перенесённый из области естествознания в философию Бэконом и Локком он фактически выступил в роли гносеологических корней метафизического способа мышле 2 ния.
Говоря о методе разложения, с которого начинается формирование структурного представления объектов исследования, следует отметить одну важную его особенность. А именно, расчленяя предмет исследования, мы временно нарушаем его целостность, абстрагируемся от неё. Причём, в зависимости от цели исследования это расчленение может быть различным. М.Тода и Э.Х.Шуфорд кладут этот факт в основу своей формальной теории структур, справедливо полагая, что всякую конкретную структуру невозможно однозначно определить до тех пор, пока не выбран подходящий способ декомпозиции си-Ф.Энгельс. Анти-Дюринг. - Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т.20, с. 20. стем. Сам процесс расчленения может быть представлен иерархией, где более глубокий уровень соответствует более высокой степени детализации системы.
Расчленение системы на части происходит, конечно, не для того, чтобы уничтожить её целостность. Вместе с тем, всякий раз,когда мы хотим познать устройство какого-либо сложного агрегата,мы предпочитаем разобрать его на части, и тем самым, хотим мы того или нет, уничтожаем агрегат как таковой. Мы хорошо знаем, что так же поступает и ребёнок, когда он хочет познать устройство своих игрушек.
Учёный расчленяет свой предмет исследования мысленно или,как говорят М.Тода и Э.Х.Шуфорд, концептуально. Но результат, вообще говоря, будет тот же самый: явление как целостность в сознании учёного прекращает своё существование.
Абстрагирование от целостности неизбежно при любом структурном анализе. Но далее задача заключается в том, чтобы восстановить целостность путём синтеза исследованных частей. Если нам удаётся собрать упомянутый агрегат из груды деталей, то можно считать, что мы его знаем, точнее, знаем его структуру. Точно так же учёный, который понял взаимосвязь между отдельными частями своего предмета исследования, сможет его воссоздать как целостность. Совершается акт познания, а точнее, акт познания структуры предмета.
Единство объекта и среды как важная предпосылка функционального подхода в научном познании
Чтобы понять ограниченность структурных схем построения знания, рассмотрим более внимательно природу абстракции физической (структурной) замкнутости и те условия (сложившиеся в недрах самой же физики), которые подвели нас вплотную к осознанию недостаточности этой абстракции при описании явлений действительности. а Основная наша цель в этом параграфе - покзать конкретные черты теоретико-познавательной ситуации, при которых отказ от структурного подходаУк функциональному представлению объектов исследования становится неизбежным. Иными словами, задача состоит в том, чтобы на конкретнонаучном материале выявить гносеологические корни функционального подхода, необходимые условия его включения в арсенал теоретико-познавательных средств.
Основной тезис, который нам предстоит обосновать, состоит в следующем: функциональный подход становится необходимым в условиях, когда исследователь не имеет возможности ни абстрагироваться от внешних связей, ни перевести их в разряд внутренних путём соответствующего расширения системы. Короче говоря, функциональный подход становится неизбежным в условиях единства системы и среды. Напомним, что в физике исследователь почти всегда находит возможность абстрагироваться от внешних связей системы, от окружающей среды. В классической механике система отождествляется с совокупностью материальных точек (частиц), рассматриваемых изолированно от остального мира. Концептуальным средством, позволяющем "узаконить" такой подход, является фундаментальное понятие инерциальной системы отсчёта. Действующие на частицы силы считаются принадлежащими этой системе, а сама инерциальная система считается покоющейся, либо движущейся равномерно и прямолинейно.
С точки зрения принципа инерции, утверждающего, что в отсутствии внешних воздействий всякое тело покоится либо движется равномерно и прямолинейно, все инерциальные системы оказываются равноправными в том смысле, что для любой из них справедливо допущение об отсутствии внешних воздействий. Таким образом, постулат равноправности всех инерциальных систем (принцип относительности) в определённом смысле является следствием принципа инерции. Принцип же инерции в свою очередь является следствием постулата о принципиальной возможности рассматривать механические системы независимо от окружающей среды, т.е. в рамках структурного представления.
Иными словами, принцип относительности выступает как одно из концептуальных средств структурного подхода. Математическая реализация принципа относительности в классической (ньютоновской) механике осуществляется с помощью преобразований Галилея, позволяющих соврешать переход от одной инерциальнои системы отсчёта к другой.
Открытие электромагнитного поля, уравнения которого оказались нековариантными относительно преобразований Галилея, можно было бы рассматривать как факт, ставящий под угрозу возможность последовательного проведения структурного подхода в физике. Однако, на этот раз дело оказалось поправимым. Принцип относительности удалось распространить и на электромагнитные явления. Но для этого пришлось отказаться от преобразований Галилея и ввести в употребление более сложный механизм перехода от одной инерциальнои системы отсчёта к другой - формулы Лоренца. Это явилось толчком не только к обобщению механики, но и к построению новой теории физического пространтсва и времени - специальной теории относительности А.Эйнштена.
Любопытно, что преобразования Лоренца можно вывести строго математически, не опираясь на принцип относительности. Вместо этого достаточно использовать следующие постулаты: I) Геометрия пространства Эвклидова; 2) Во всех инерциальных системах скорость света распространяется с одинаковой скоростью. Вся новизна положения связана со вторым постулатом, і Именно его добавление позволяет заменить преобразования Галилея на преобразования Лоренца. Что касается первого постулата, то он справедлив и для механики Ньютона и является необходимым условием вывода формул Галилея.
Таким образом, электромагнитное поле является специфическим объектом, для описания которого как структурно замкнутой системы эвклидовости пространства недостаточно. Дополнительно важно,чтобы величина скорости его распространения имела смысл фундаментальной постоянной физики.
Создание специальной теории относительности дало толчёк широкому распространению в физике теоретико-групповых методов исследования систем. Было установлено, в частности,что законы сохранения энергии, импульса и момента количества движения вытекают как инварианты преобразований Лоренца, образующих группу симметрии (теорема Нетер). Между понятиями сохранения и симметрии уета-новилШь прочные связи. Так, что с чисто гносеологической точки зрения законы сохранения можно рассматривать как естественный результат возможности строить теорию в рамках структурного представления объектов исследования, а теоретико-групповой подход как естественный метод исследования их структуры.
Принцип функциональной замкнутости и его роль при описании процессов управления
В современной науке, богато оснащённой логическими и методологическими средствами, иногда приходится сталкиваться с явлениями, которые можно было бы определить как попытка преждевременной формализации. Логика действий в подобных случаях такова: сначала давайте попробуем такой-то аппарат, а там посмотрим, что из этого получится. Точно так же мы поступаем, когда имея в своём распоряжении связку ключей, пытаемся открыть замок неизвестной конструкции. Известно, что подобного рода действия нередко приводят к успеху. Однако, при описании процессов управления боль« шими системами такой метод вряд ли можно признать эффективным. Слишком нетрадиционной оказывается эта новая область науки. Поэтому лучше всего идти другим, пусть более трудным, но зато более надёжным путём: отбор и систематизация фактов, содержательный анализ интересующей нас проблемной ситуации и построение концептуальной модели явления, и наконец, переход к описанию с помощью формализованных языков.
При изучении больших систем, способных к целенаправленному поведению и самоорганизации, нетерпеливость, выражающая/в попытках преждевременной формализации, противопоказана ещё и потому, что данный подход, возможно, потребует новых средств, которых ещё нет в богатом арсенале математической науки. Здесь метод последовательного, ступенчатого восхождения к вершинам теории особенно важен. Представляется несомненным, что функциональный подход и соответствующие ему концептуальные средства сыграют в этом процессе восхождения не последнюю роль. В данном параграфе мы постараемся отразить содержательный смысл и методологическое значение принципа функциональной замкнутости для моделирования больших систем.
Трудно не согласиться с тем, что в области больших систем существенными факторами являются стохастичность и неопределённость, что в человеческом поведении важную роль играют процессы целеполагания, формирование внутренних моделей-образов, память и т.д. Тем не менее введение в формальный аппарат наук понятий, не очищенных в достаточной мере от налёта антропоморфизма, не способствует пониманию существа дела и придаёт теоретическим построениям упрощённый, необратимо феноменологический характер. В сущности, мы пока не понимаем до конца, что означают слова "формирование внутреннего образа", "акткелеполагания", "самосознание" и т.д. В этой части необходим основательный понятийный анализ, подобно тому, как он проходил в физике при осмыслении явлений инерции, силового воздействия, экстремального характера физического движения. Отправной точкой в этом анализе, повидимому,должен быть принцип функциональной целостности,детально описанный в предыдущем параграфе.
В соответствии с этим принципом объект исследования берётся как принципиально неразложимая целостность. Поэтому исследо-вание объекта традиционными средствами на методе разложения, здесь не приемлем. Точнее говоря, он неприемлем к самому объекту. Было бы, однако, неверно думать, что метод разложения вообще несовместим с принципами функционального подхода. Метод разложения может и должен быть применён к отношению объект-среда, через призму которого рассматривается объект. Разложение множества различных отношений между объектом и средой на некоторые классы отношений с последующим установлением соответствия между этими классами является основой так называемого функционального моделирования.
Функциональный подход и принцип оптимальности
Основная цель исследований в этом праграфе - выявить методологическое значение функционального подхода для организации целенаправленного развития БОЛЬШИХ систем. Поскольку научные методы разработки планов развития больших систем тесно связаны с аппаратом кибернетики, то исследование естественно и логично будет вести на материале кибернетики. Прежде мы рассмотрим некоторые важные теоретические понятия и принципы кибернетики и установим их тесную связь с концептуальными средствами функционального подхода. Хотя первые шаги кибернетики связаны в основном с разработкой основ теории информации и связи, очень скоро стало ясно, что в процессах управления имеется ещё один феномен, который заслуживает самого пристального внимания - это феномен оптимальности.
Постепенно проблема оптимальности становится ядром наук об управлении. Рассматривая фундаментальную роль кибернетики в современном научно-техническом прогрессе, А.И.Берг пишет: "Основным понятием кибернетики наряду с информацией, является оптимальность. Кибернетика это наука о целенаправленном и оптимальном управлении сложными системами" .
В книге "Управление, информация, интеллект", которая явилась своеобразным итогом развития философско-кибернетической проблематики за последние 10-15 лет, можно найти такие слова: "Проблемы оптимизации - в широком смысле этого понятия - теоретические (мо-дельно-математические) и практико-технические (связанные с построением автоматических систем и применением ЭВМ) аспекты оптимизации - это в конечном счёте один из самых важных факторов в том "сознательном направлении" развития материальной и духовной культуры, о котором пиасл К.Маркс" . И несколько ниже: "Следует подчеркнуть, что проблемы оптимизации, в какой бы сфере они ни рассматривались (экономика и сфера административного управления здесь только важные частные случаи), принадлежат к числу самых тонких и трудных в теоретической кибернетике".
Между тем,проблемы оптимизации пока ещё редко становятся предметом философского и логико-методологического исследования. Такое явление явно неблагополучно, в особенности если учесть, что многие острые организационно-практические вопросы, связанные с использованием современных оптимизационных моделей и ЭВМ, порождаются, как правило, недостаточным развитием их сугубо методологических аспектов.
Исследование принципа оптимальности прежде всего на примере явлений, относящихся к области экономической кибернетики, было бы, по-видимому, наиболее естественно, поскольку эта область характеризуется наиболее интенсивным и своеобразным применением моделей и алгоритмов оптимизации для решения сложных управленческих проблем. В экономической кибернетике мы сталкиваемся с процессами управления производственно-экономическими системами. Вещественным аспектом функционирования любой производственно-экономической системы является процесс преобразования материальных предметов од ного рода (ресурсы) в материальные предметы другого рода (продукты). Продукты производства - это вещи, при помощи которых покрываются те или иные общественные потребности. Потребности же самого производства покрывается ресурсами.
Конечно, вполне мыслима ситуация, и в действительности она обычна, когда продукты производства в свою очередь выступают как ресурсы для некоторого другого производства. Современная экономика характеризуется высоким уровнем кооперативных связей. Отсюда видно, что граница между понятиями "ресурс" и "продукт" до известной степени условна. Такое разделение имеет смысл лишь для данного конкретного производственного процесса. Для описания систем экономической кибернетики оказывается содержательно оправданным и удобным использовать понятие функционально определённой системы, т.е. такой системы, которая задаётся соотношением между входными и выходными параметрами, в данном случае между ресурсами и продуктами производства.
На основе вход-выходных характеристик.могут быть вычислены различные показатели, описывающие систему с различных точек зрения. Это прибыль, товарный выпуск, производственность труда, рентабельность, фондоёмкость, себестоимость и т.д. При планировании развития больших экономических систем формируется некоторое множество возможных соотношений между входами и выходами системы, часто именуемое множеством допустимых состояний или вариантов развития системы. Для сравнения этих вариантов друг с другом вводится особая функция,именуемая критерием оптимальности. Состояние, на котором величина критерия достигает максимального (или минимального) значения, называют оптимальным состоянием.
