Теория систем и системный анализ

ТЕОРИЯ СИСТЕМ 
И СИСТЕМНЫЙ 
АНАЛИЗ

А.М. КОРИКОВ
С.Н. ПАВЛОВ

Рекомендовано
Учебно-методическим объединением по образованию 
в области прикладной информатики в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по специальности 09.03.03 «Прикладная  информатика»
(квалификация (степень) «бакалавр»)
и другим экономическим специальностям

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва
ИНФРА-М
2022

УДК 303.732.4(075.8)
ББК 87.251.4я73
К66

Кориков А.М.
К66 
 
Теория систем и системный анализ : учебное пособие / А.М. Кориков, С.Н. Павлов. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 288 с. — (Высшее 
образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/904.

ISBN 978-5-16-005770-5 (print)
ISBN 978-5-16-100291-9 (online)
Изложены методология и технология теории систем и системного анализа. 
Описано возникновение и развитие системных исследований. Рассмотрены 
основные понятия теории систем, классификация систем, модели и закономерности систем, классификация методов моделирования сложных систем 
и видов моделирования. Изложены методики системного анализа и их применение для решения широкого спектра разнородных проблем — от анализа 
экономических ситуаций до моделей управления предприятиями и организациями.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки «Прикладная информатика», «Информатика и вычислительная техника», «Системный анализ и управление» и т.п., а также аспирантов и специалистов, 
связанных с проектированием сложных технических комплексов и информационных систем, принятием решений при управлении техническими, организационно-технологическими и социально-экономическими системами.

УДК 303.732.4(075.8)
ББК 87.251.4я73

Р е ц е н з е н т ы: 
В.Г. Спицын — д-р техн. наук, профессор ФБГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»;
С.П. Сущенко — д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой ФБГОУ ВПО 
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

ISBN 978-5-16-005770-5 (print)
ISBN 978-5-16-100291-9 (online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

© Кориков А.М., 
Павлов С.Н., 2014

ПРЕДИСЛОВИЕ

О системах, системности, системном подходе, системном анали
зе, общей теории систем и т.п. пишут и говорят очень много. Cистемны 
сложные технические объекты, системно управление предприятиями 
и организациями, системны социальные и экономические явления 
и процессы, системно творческое наследие многих деятелей науки, 
техники, культуры и т.д. Многое из того, что вчера называлось единым, 
комплексным, целостным и другими подобными общими и специальными терминами, сегодня называется системным. Внешне все 
это похоже на моду. Но представители разных наук подчеркивают, 
что это явление только носит оттенок моды, а в действительности за 
ним стоит широкое научное и практическое осознание системности 
как одной из важных характеристик окружающего нас объективного 
мира, т.е. мы живем в мире систем! 

У системности свои мировоззренческие, методологические и при
кладные аспекты. Понимание всех этих аспектов оказалось принципиально важным как для теоретиков, так и для практиков. Современная наука и практика управления все шире и глубже исследуют 
и используют теоретические и практически проблемы системного 
анализа. Системными исследованиями занимаются сотни научных 
коллективов, по этим вопросам в мире издаются десятки научных 
журналов, регулярно проводятся конференции и совещания. Важность 
системных исследований подчеркивается также тем фактом, что еще 
с 1973 г. в Вене существует Международный институт прикладного 
системного анализа, работающий над глобальными и межнациональными проблемами.

В свете сказанного становится понятно, почему  лет тридцать тому 

назад в учебные планы различных специальностей (экономических, 
технических, социальных) были введены дисциплины «Теория систем» 
и «Системный анализ». Для многих направлений и специальностей 
эти дисциплины читаются раздельно, а для некоторых, например для 
направления «Прикладная информатика», — в одном учебном курсе. 
В этом учебном курсе охватывается широкий спектр разнородных 
проблем — от анализа экономических ситуаций до разработки методик и моделей управления предприятиями и организациями. Широта спектра изучаемых проблем и задач порождает и широкий спектр 
возможных подходов к учебно-методическому обеспечению (УМО) 
рассматриваемой учебной дисциплины. За прошедшие десятилетия 
по теории систем и системному анализу издано несколько десятков 
учебников и учебных пособий, среди которых и учебное пособие авторов данной книги [4]. Из анализа упомянутой учебной литературы 
следует, что их авторы придерживаются понятийного аппарата, сло

жившегося в родственной им научной школе (санкт-петербургской, 
московской, томской и др.), и ориентируются в большинстве своем 
на конкретные учебные специальности. Поэтому сохраняет свою 
актуальность проблема обоснования основного ядра общепризнанной 
терминологии, учитывающей не только различные точки зрения по 
вполне конкретным задачам, но и разнообразие (по У.Р. Эшби [14]) 
предметной области, которое пока значительно превосходит разнообразие в УМО данного учебного курса. Предлагаемое учебное пособие призвано в какой-то мере положительно разрешить сложившуюся проблемную ситуацию.

Учебное пособие содержит восемь глав (разделов). Представление 

о структуре и содержании разделов учебного пособия можно получить 
из оглавления. Дисциплина «Теория систем и системный анализ» 
является базовой для многих профессиональных и специальных дисциплин учебных планов многих направлений и специальностей. Этот 
учебный курс  призван способствовать выработке у студента системного мышления, его теоретической подготовке по теории систем 
и системному анализу. В результате изучения курса студент должен 
научиться осуществлять системный анализ сложных объектов автоматизации, информатизации и исследования, математически строго 
описывать процессы, происходящие в системах, выполнять их исследования на основе использования моделей систем. Авторы надеются, что учебное пособие поможет студенту в его стремлении овладеть основами теории систем и системного анализа. Книга адресована также аспирантам и специалистам, разрабатывающим сложные 
технические комплексы и информационные технологии поддержки 
принятия решений при управлении сложными и/или большими техническими, организационно-технологическими и социально-экономическими системами. Ограничение на объем издания не позволило авторам раскрыть многие вопросы с нужной степенью глубины 
и детальности, однако приведенный в конце книги список литературы, комментарий к литературе и соответствующие ссылки на авторов в тексте учебного пособия и литературном комментарии после 
каждого раздела помогут интересующемуся читателю найти дополнительные источники системного знания. При изложении учебных 
материалов в основных разделах пособия упоминаются ученые, внесшие наибольший вклад в разработку и исследование рассматриваемых 
вопросов учебного курса. Чтобы не отвлекать читателя от сути излагаемых вопросов, все ссылки на конкретные издания, исключая особые случаи, даются в комментариях к литературе. Там же излагаются 
рекомендации по углубленному изучению конкретных тем учебного 
курса.

Глава 1 
ВОЗНИКНОВЕНИЕ, РАЗВИТИЕ И ОСНОВНЫЕ 
ПОНЯТИЯ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. 
ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И СПЕЦИФИКА СИСТЕМНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ

Первые представления о системе возникли еще в античной фи
лософии (Аристотель Стагирит (384–322 гг. до н. э.))1, истолковывавшей систему как упорядоченность и целостность бытия. Понятие 
системы претерпело длительную историческую эволюцию и с середины ХХ в. стало одним из ключевых философско-методологических 
и специально-научных понятий. Понятие «система» сегодня широко 
используется в самых различных науках: экономических, технических, 
физико-математических, биологических и т.д. Можно встретить описание систем экономических, социальных, производственно-экономических, социально-экономических, социотехнических, человекомашинных, технических, информационных, биологических и пр. Уже 
один набор этих понятий порождает мысль о настолько расширительном толковании понятия «система», что оно становится какимто неконкретным, бессодержательным, ненаучным понятием. В то 
же время немало утверждений и доказательств того, что использование понятия «система» поднимает научные исследования на новый, 
более высокий уровень, определяет их перспективность и практический успех.

Подход к объектам исследования и управления как к системам 

выражает одну из главных особенностей современной науки. Понятия «система», «системный подход», «системное исследование», «системный анализ», «общая теория систем», «системотехника» широко 
используются в науке и технике. Их роль обусловлена тем, что системные исследования — это новое направление исследовательской 
деятельности, новый подход к объектам исследования и управления. 
Значение системных исследований объясняется тремя основными 
причинами.

1. Большинство традиционных научных дисциплин (биология, 

экономика, социология, психология, логика и т.д.) в последнее время существенно преобразовали предметы своего рассмотрения. В качестве последних теперь обычно выступает система как совокупность 
элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом и представляющих собой целостное образование, единство.

1 
Философский энциклопедический словарь. М.: СЭ, 1983. С. 35–38.

2. Научно-технический прогресс, развитие вычислительной тех
ники и информационных технологий привели к тому, что главным 
объектом современного научного исследования, технического проектирования и конструирования оказались сложные динамические 
системы, системы управления, которые являются типичными образцами системных объектов. Возникли новые дисциплины — исследование операций, кибернетика, бионика, распознавание образов, 
программирование, информатика и т.д., основная задача которых — 
исследование, автоматизация и информатизация  систем различного типа.

3. Широкое внедрение в различные области науки и техники сис
темных исследований и задач системного анализа и возникшие в связи с этим методологические трудности обусловили появление ряда 
обобщенных концепций, стремящихся построить «системную науку», 
создать «методологию системного анализа».

По мере развития системных исследований стало ясно, что речь 

идет не о какой-то единственной, претендующей на общенаучное 
значение концепции, а о выработке принципов научного мышления.

К настоящему времени получили признание научного сообщества 

следующие основные направления системных исследований:

1) теория систем;
2) системный подход;
3) системология;
4) системный анализ;
5) системотехника;
6) кибернетика;
7) исследование операций.
Данный порядок перечисления научных направлений отражает 

не хронологию их возникновения, а пропорцию (долю) концептуально-методологических (философских) представлений (данные 
представления также называют содержательными (качественными, 
слабо формализованными) методами и моделями) и формализованных методов и моделей в перечисленных семи направлениях научных 
исследований. В начале списка расположены научные направления, 
использующие в большей степени качественные методы и модели 
исследования и опирающиеся в значительной степени на «здравый 
смысл». Научные направления с более высоким номером применяют 
в большей мере количественные исследования. 

Теория систем и системология в значительной степени использу
ют философские понятия и качественные методы и модели исследования, поэтому расположены в начале обсуждаемого списка. В середине расположен системный анализ, так как он примерно в одинаковых пропорциях применяет концептуально-методологические 
представления, характерные для философии и теории систем (заме

тим, что в классификаторе научных направлений теория систем отнесена к разделу «Философские науки»), и формализованные методы и модели, что характерно для специальных дисциплин. Отметим 
также, что системный анализ иногда определяют как «формализованный здравый смысл» или «здравый смысл, на службу которому 
поставлены математические методы». Системотехника, кибернетика, 
исследование операций имеют более развитый формальный аппарат, 
но менее развитые средства качественного анализа и постановки задач с большой неопределенностью, создаваемой активными элементами системы. Итак, при изучении дисциплины «Теория систем 
и системный анализ» из двух возможных подходов к исследованию 
систем (понятийно-содержательного и формального) будем придерживаться, в основном, первого, т.е. понятийно-содержательного 
подхода, применяя там, где это необходимо, формальные определения и формальный математический аппарат.

По каждому из семи перечисленных выше научных направлений 

системных исследований имеется обширная научная и учебная литература. В нашем списке литературы и литературном комментарии, 
а тем более в Интернете, легко найти соответствующие источники.

Специфика системных исследований определяется также исполь
зуемыми ресурсами. Известны следующие основные типы ресурсов 
в природе и обществе. 

1. Вещество — наиболее хорошо изученный ресурс, который в ос
новном достаточно полно представлен таблицей Д.И. Менделеева 
и пополняется не так часто. Вещество выступает как отражение постоянства материи в природе, как мера однородности материи. 

2. Энергия — не полностью изученный тип ресурсов. К таким ре
сурсам относится, например, управляемая термоядерная реакция. 
Энергия выступает как отражение изменчивости материи, переходов 
из одного вида в другой, как мера необратимости материи. 

3. Информация — мало изученный тип ресурсов, выступает как 

отражение порядка, структурированности материи, как мера порядка, самоорганизации материи (и социума). Понятие «информация» 
тесно связано с такими общеизвестными понятиями, как «данные» 
и «знания». Между этими понятиями нет четких границ. Различие 
между ними обсудим в последнем разделе нашей книги, а пока отметим следующую, интуитивно понятную иерархию этих понятий:

 Данные — Информация — Знания.  
(1.1)

4. Человек — выступает как носитель интеллекта высшего уровня 

и является в экономическом, социальном, гуманитарном смысле 
важнейшим и уникальным ресурсом общества, рассматривается как 
мера разума, интеллекта и целенаправленного действия, мера социального начала, высшей формы отражения материи (сознания). 

5. Организация (или организованность) — форма ресурсов в соци
уме, группе, которая определяет его структуру, включая институты 
человеческого общества, его надстройки, применяется как мера упорядоченности ресурсов. Организация системы связана с наличием 
некоторых причинно-следственных связей в этой системе, может 
иметь различные формы, например биологическую, информационную, экологическую, экономическую, социальную, временную, пространственную, и определяется причинно-следственными связями 
в материи и социуме. 

6. Пространство — мера протяженности материи (события), рас
пределения ее (его) в окружающей среде. 

7. Время — мера обратимости (необратимости) материи, событий, 

неразрывно связано с изменениями действительности.

Часто говорят о различных полях, в которых находится система, 

т.е. о материальном, энергетическом, информационном и социальном 
поле, и о пространственных, ресурсных (вещество, энергия, информация) и временных характеристиках этих полей.

В качестве примера рассмотрим простую задачу, решаемую каждым 

студентом при посещении занятий в вузе: 

 
• материальный, физический аспект — студенту необходимо пере
местить некоторое вещество (например, учебники и тетради) на 
нужное расстояние; 

 
• энергетический аспект — студенту необходимо иметь и затратить 

конкретное количество энергии на перемещение; 

 
• информационный аспект — необходима информация о маршру
те движения и месторасположении вуза и обработка ее по пути 
движения студента; 

 
• человеческий аспект — перемещение, в частности, передвижение 

на автобусе невозможно без человека, например без водителя автобуса; 

 
• организационный аспект — необходимы подходящие транспорт
ные сети и маршруты, остановки и т.д.; 

 
• пространственный аспект — перемещение студента на определен
ное расстояние; 

 
• временной аспект — на данное перемещение будет затрачено вре
мя (за которое произойдут необратимые изменения в среде, в отношениях, в связях). 
Все типы ресурсов взаимосвязаны, они невозможны друг без дру
га, актуализация одного из них ведет к актуализации другого.

Социальная организация и активность людей совершенствуют ин
формационные ресурсы, процессы в обществе, последние, в свою 
очередь, совершенствуют производственные отношения.

Если классическое естествознание объясняет мир исходя из дви
жения, взаимопревращений вещества и энергии, то современная 

наука объясняет реальный мир, объективную реальность с учетом 
системных и, особенно, системно-информационных и синергетических процессов.

Системным типом мышления обладает аналитик, который хочет 

не только понять суть процесса, явления, но и управлять им. Иногда 
его отождествляют с аналитическим мышлением, но это тождество 
не полное. Аналитическим может быть склад ума, а системный анализ есть методология, основанная на теории систем.

Предметное (предметно-ориентированное) мышление — это метод 

(принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью изучения) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду частных и общих 
событий и явлений.

Системное (системно-ориентированное) мышление — это метод 

(принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью управления) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду общих и всеобщих событий и явлений. 

При системном мышлении совокупность событий, явлений (ко
торые могут состоять из различных составляющих элементов) актуализируется, исследуется как целое, как одно организованное по 
общим правилам событие, явление, поведение которого можно предсказать, прогнозировать (как правило) без выяснения не только поведения составляющих элементов, но и качества и количества их 
самих. Пока не будет понятно, как функционирует или развивается 
система как целое, никакие знания о ее частях не дадут полной картины этого развития.

Например, в соответствии с принципом системного мышления об
щество состоит из людей (и, разумеется, из общественных институтов). Каждый человек — также система (физиологическая, например). 
У человека, в свою очередь, существуют присущие ему как организму системы, например система кровообращения. Когда люди взаимодействуют с другими людьми, образуются новые системы — семья, 
этнос и др. Это взаимодействие может происходить на уровне общественных институтов, отдельных людей (например, социальные взаимодействия) и даже отдельных систем кровообращения (например, 
при прямом переливании крови).

В соответствии с принципом системного подхода каждая система 

влияет на другую систему. Весь окружающий мир — взаимодействующие системы. Цель системного анализа — выяснить эти взаимодействия, их потенциал и «направить их на службу человека».

Предметный аналитик (предметно-ориентированный или просто 

аналитик) — человек, профессионал, изучающий, описывающий 
некоторую предметную область, проблему в соответствии с принци

пами и методами, технологиями этой области. Это не означает «узкое» 
рассмотрение этой проблемы, хотя подобное часто встречается. 

Системный (системно-ориентированный) аналитик — человек, 

профессионал высокого уровня (эксперт), изучающий, описывающий 
системы в соответствии с принципами системного подхода, анализа, 
т.е. изучающий проблему комплексно. Ему присущ особый склад ума, 
базирующийся на мультизнаниях, достаточно большом кругозоре 
и опыте, высоком уровне интуиции и предвидения, умении генерировать эвристики и принимать целесообразные ресурсообеспеченные 
решения. Его основная задача — помочь предметному аналитику 
принять правильное (сообразующееся с другими системами, не «ухудшающее» их) решение при решении предметных проблем, выявление 
и изучение критериев эффективности их решения.

Для системного анализа как научного знания характерно следу
ющее:

 
• наличие предметной сферы — системы и системные процедуры; 

 
• выявление, систематизация, описание общих свойств (атрибутов) 

систем; 

 
• выявление и описание закономерностей и инвариантов в этих 

системах; 

 
• актуализация закономерностей для изучения систем, их поведения 

и связей с окружающей средой; 

 
• накопление, хранение, актуализация знаний о системах (комму
никативная функция).
Системный анализ базируется на ряде общих принципов, среди 

которых выделим следующие:

1) принцип дедуктивной последовательности — последователь
ного рассмотрения системы по этапам: от окружения и связей 
с целым до связей частей целого; 

2) принцип интегрированного рассмотрения — каждая система 

должна быть неразъемна как целое даже при рассмотрении 
лишь отдельных подсистем системы; 

3) принцип согласования ресурсов и целей рассмотрения, актуали
зации системы; 

4) принцип бесконфликтности — отсутствия конфликтов меж
ду частями целого, приводящих к конфликту целей целого 
и части.

Системно в мире все: практика и практические действия, знание 

и процесс познания, окружающая среда и связи с ней (в ней). Системный анализ как методология научного познания структурирует 
все это, позволяя исследовать и выявлять инварианты (особенно 
скрытые) объектов, явлений и процессов различной природы, рассматривая их общее и различное, сложное и простое, целое и части.