Дипломная работа: История системного подхода в науке и технике

Дипломная работа: История системного подхода в науке и технике

Уральская Академия Государственной службы

Кафедра философии

Дипломная работа

По курсу "История и философия науки"

ТЕМА "История системного подхода в науке и технике"

Зав. кафедрой Ю.Г. Ершов

Преподаватель Ю.Г. Ершов

СоискательВ.Б. Колесов

Екатеринбург 2005г.

Оглавление

1. Введение

2. Определение "системы" и "системного подхода"

2.1 Общее представление о системах и системном подходе

2.2 Возникновение систем

2.3 Системное представление о мире

2.4 Системность живой природы

2.5 Ограничения при системном подходе

3. Развитие системного подхода в науке

3.1 Ранние попытки систематизации физических знаний

3.2 Леонардо да Винчи, его открытие строения человеческого организма

3.3 Становление гелиоцентрического мировоззрения

3.4 Классическая механика и механистическая картина мира

3.5 Универсальный закон сохранения количества вещества, открытий М.В. Ломоносовым

3.6 Феномен электричества и его истолкование в классическом естествознании

3.7 Основные достижения постклассической физики

3.8 Корпускулярно-волновой дуализм (волны де Бройля)

3.9 Специальная теория относительности Эйнштейна (теория электромагнитного поля)

3.10 Теория гравитационного поля (общая теория относительности) Эйнштейна

3.11 Эквивалентность инертной и гравитационной массы

3.12 Открытие элементарных частиц

3.13 Физика и космология

3.14 Концепции современной химии и их формирование в ходе великих химических открытий

3.15 Закон сохранения массы Ломоносова

3.16 Закон постоянства состава веществ Пруста

3.17 Закон эквивалентов Рихтера

3.18 Закон кратных отношений Дальтона

3.19 Закон Авогадро о постоянстве количества молекул в данном объеме

3.20 Периодический закон и периодическая система химических элементов Менделеева

3.21 Особенности постклассической химии

3.22 Эволюционная химия

3.23 Биологические явления. Формы и уровни жизни

3.24 Специфика феномена жизни

3.25 Теория эволюции Дарвина и ее синтез с генетикой

3.26 Селекция, экология, клонирование, генетический код

3.27 Цитология, биохимия, физико-химическая биология

3.28 Возникновение жизни на Земле

3.29 Проблема возникновения и эволюции человека

3.30 Исследования поведения животных и человека

3.31 Междисциплинарный характер современной биологии

3.32 Взаимосвязь человека и природы

3.33 Современный уровень знаний в науках о Земле

3.34 Учение Вернадского о биосфере и ноосфере

3.35 Понятие ноосферы

3.36 Неизбежность перехода биосферы в ноосферу

3.37 Рациональное использование природных ресурсов и охрана биосферы

3.38 Нелинейная динамика

4. Развитие системного подхода в технике

4.1 Техническая деятельность в эпоху Древнего мира и античности

4.2 Техническая деятельность в Европе Х-XII в.

4.3 Становление инженерной деятельности

4.4 Инженерная деятельность в эпоху машинного производства

4.5 Инженерная деятельность и проблемы возникающие перед ней на современном этапе ее развития

5. Заключение

Литература

К IV в. до н.э. наука и цивилизация созрели в достаточной мере для того, чтобы возникла потребность в придании знаниям о природе связанного и дифференцированного по отраслям характера; в том, чтобы систематизировать эти знания, а также применить к ним математические и экспериментальные методы. Вся история человечества говорит о том, что для человека всегда было свойственно стремление понять мир и законы, им управляющие, причем, не только исходя из обеспечения потребностей обеспечения безопасности и обеспечения продовольствием.

Известно, что системность - одна из важнейших характеристик научного знания. Ее идеи были высказаны еще в работах античных авторов (греков и римлян) на основе анализа огромного эмпирического материала. И с тех пор продолжалось стихийное, неосознанное использование элементов системности, и то лишь в отдельных отраслях познания. Это составило первый этап исторического развития системного подхода.

Однако с середины ХХ в. при появлении сложных и больших технических систем (ТС) потребовалось специальное теоретическое обоснование методологического характера. Резко возросли комплексность и сложность проблем, некоторые из них стали глобальными (например, связь с помощью спутников). Усилилась зависимость между отдельными вопросами, которые раньше казались не связанными между собой. Актуальность решения проблем значительно возросла. Затраты на реализацию того или иного решения стали достигать многих десятков, сотен миллионов и даже миллиардов долларов, а риск неудачи становился все ощутимее. Потребовался учет все большего числа взаимосвязанных обстоятельств, а времени на решение становилось все меньше. Особенно это касалось разработки новой военной техники. Если раньше относительные затраты на вооружение были невелики, возможностей для выбора было мало, то фактически использовался принцип "ничего, кроме самого лучшего". Но с началом "атомного века" расходы на создание оружия возросли во много раз, и этот подход стал неприемлемым. Его постепенно заменял другой: "только то, что необходимо и за минимальную стоимость". Однако для реализации нового принципа нужно было уметь находить, оценивать и сравнивать альтернативы оружия. Потребовались методы, которые позволили бы анализировать сложные проблемы как целое, обеспечивали рассмотрение многих альтернатив, каждая из которых описывалась большим числом переменных; методы, обеспечивающие полноту каждой альтернативы, помогающие вносить измеримость, имеющие возможность отражать объективные и субъективные неопределенности. Получившаяся в результате развития и обобщения широкая и универсальная методология решения проблем была названа ее авторами "системный анализ". Новая методология, созданная для решения военных проблем, была прежде всего использована в этой области. Однако очень скоро выяснилось, что не только проблемы необоронной промышленности, но и проблемы организационного развития и управления фирмами, проблемы маркетинга, аудита и пр. не только допускают, но и требуют обязательного применения этой методологии. Системный подход довольно быстро превратился в важный метод познания, в отличие от специальных приемов, характерных для разработки техники XVI-XIX в. Это составило второй этап исторического развития системного подхода в технике.

Если при стихийном использовании системного подхода главной целью было изучение конечных результатов, то для второго этапа характерно переключение внимания на начальные стадии, связанные с выбором и обоснованием целей, их полезности, условий осуществления, связей с предыдущими процессами. Это потребовало знаний о структуре и функциях ТС, что обусловило возрастание роли теоретических знаний. Если теоретическая деятельность первого этапа была направлена на описание и классификацию изучаемых объектов, то главным моментом второго этапа стало выявление механизмов функционирования ТС, а также знание условий, нарушающих их нормальную деятельность. Механизм функционирования включает исследования функций системы, определение связей функции со множеством взаимодействующих элементов, рассмотрение структуры ТС не как отношения (взаимосвязь, взаимодействие), а как определенным образом упорядоченного расположения одних элементов ТС относительно других (отношения между отношениями). Но хотя знание структуры и функций ТС является важным, но в дальнейшем и оно стало недостаточным условием для эффективного решения современных проблем. Надо обязательно соотнести цели субъекта с целями системы и выяснить, как скажется их реализация на функционировании ТС.

Сначала системный анализ базировался главным образом на применении сложных математических приемов. Спустя некоторое время ученые пришли к выводу, что математика неэффективна при анализе широких проблем со множеством неопределенностей, которые характерны для исследования и разработки техники как единого целого. Поэтому стала вырабатываться концепция такого системного анализа, в котором упор делается преимущественно на разработку новых диалектических принципов научного мышления, логического анализа ТС с учетом их взаимосвязей и противоречивых тенденций.

Пристальный анализ показывает, что множество рассматриваемых в системном движении вопросов принадлежит не только науке, типа общей теории систем, но охватывают обширную область научного познания как такового. Системное движение затронуло все аспекты научной деятельности, а в его защиту выдвигается все большее число аргументов [1].

В основе системного подхода, как методологии научного познания, лежит исследование объектов как систем. Системный подход способствует адекватному и эффективному раскрытию сущности проблем и успешному их решению в различных областях науки и техники.

Системный подход направлен на выявление многообразных типов связи сложного объекта и сведения их в единую теоретическую картину.

В различных областях науки центральное место начинают занимать проблемы организации и функционирования сложных объектов, изучение которых без учета всех аспектов их функционирования и взаимодействия с остальными объектами и системами просто немыслимо. Более того, многие из таких объектов представляют сложное объединение различных подсистем, каждая из которых в свою очередь тоже является сложным объектом.

Системный подход не существует в виде строгих методологических концепций. Он выполняет свои эвристические функции, оставаясь совокупностью познавательных принципов, основной смысл которых состоит в соответственном ориентировании конкретных исследований.

Несколько лет назад Илья Пригожин, лауреат Нобелевской премии и глава так называемой "брюссельской школы", объединяющей представителей различных естественнонаучных направлений, был одним из самых почетных иностранных гостей на международном симпозиуме в Центре биологических исследований в Пущине под Москвой. Темой встречи были достижения нового междисциплинарного направления, получившего название "синергетика", или теория самоорганизации. В интервью, которое дал тогда бельгийский ученый [2], он говорил, что, с его точки зрения, создание теории самоорганизации, описывающей новые, недавно открытые свойства материи, - самая актуальная проблема современной науки.

Самый простой и наглядный пример радикального изменения научных взглядов - это отношение к обратимости природных процессов. Динамика Ньютона утверждала, что мир построен по обратимым законам, и не задавалась вопросом, отчего, к примеру, можно развести спирт водой, но нельзя проделать обратную операцию. Законы Ньютона независимы от времени, для них не существует понятие "до" и "после". Но сегодня вполне ясно, что обратимость и жесткий детерминизм - это частные случаи. Напротив, необратимость и случайность не отдельные исключения, а общее правило. "Бог играет в кости", если использовать крылатое выражение Эйнштейна, который сам-то как раз и отказывался в это верить, полемизируя с создателями квантовой механики.

Предыстория инженерной деятельности разворачивается в недрах технической деятельности длительного периода ремесленного творчества (первобытного, античного рабовладельческого, средневекового феодального обществ). Но только в условиях раннего капиталистического общества создаются условия для того, чтобы она постепенно стала особой профессией, имеющую ориентацию на научную картину мира и целенаправленное применение в технической практике научных знаний.

Существенное место в современной науке занимает системный метод исследования или (как часто говорят) системный подход.

Этот метод и стар и нов. Он достаточно стар, поскольку такие его формы и составляющие, как подход к объектам под углом зрения взаимодействия части и целого, становления единства и целостности, рассмотрения системы как закона структуры данной совокупности компонентов существовали, что называется от века, но они были разрозненны. Специальная разработка системного подхода, инициированная Л. Фон Берталанфи, началась с середины ХХ века с переходом к изучению и использованию на практике сложных многокомпонентных систем.

Системный подход - это способ теоретического представления и воспроизведения объектов как систем. В центре внимания при системном подходе находится изучение не элементов как таковых, а прежде всего структуры объекта и места элементов в ней.

Так вот, в "Трактате о системах" Кондильяк обсуждал проблему системности знания. Он показал, что знание всегда образует систему. Мы не можем указать на какое-то знание и сказать: вот оно, вот его границы; мы не можем трактовать его как вещь. И следовательно, он утверждал в этом трактате, что знания суть не вещи, а системы. Если нам кажется, что мы сталкиваемся с каким-то определенным знанием, как бы одиночным, отдельным, вырванным из контекста, то это ошибочное представление, потому что реально в каждом таком случае нам приходится восстанавливать его многочисленные связи с другими знаниями.

Вообще первоначально, когда говорили о системах, то никогда не говорили о вещах или объектах, а говорили только о знаниях.

наука техника системный подход

Позже, скажем, когда Бернулли рассматривал определенное количество газа под поршнем как множество частичек, он никогда не рассматривал такую совокупность как систему, потому что не было понятия связи. Множество не есть система. И механика того времени была механикой точки - кинематикой точки, динамикой точки. Правда, позднее, где-то на рубеже XVIII-XIX веков, в механике перешли к обсуждению систем точек, заимствовав это понятие у Кондильяка. Начали представление о системах знаний переносить на объекты.

Что же понимается под “системным” познанием материи и ее свойств? Известно, что человек осваивает мир различными способами, Прежде всего он осваивает его чувственно, т.е. непосредственно воспринимая его через органы чувств. Характер такого познания, заключающийся в памяти и определяемый эмоциональным состоянием субъекта, является нам как целостным так и дробным - представляющим картину целиком или дробно, выделяя какие либо моменты. На основе эмоциональных состояний в человеке складывается представление об окружающем мире. Но чувственное восприятие есть свойство так же всех животных, а не только человека. Спецификой человека является более высокая ступень познания - рациональное познание, позволяющее обнаруживать и закреплять в памяти законы движения материи.

Рациональное познание системно. Оно состоит из последовательных мыслительных операций и формирует мыслительную систему, более или менее адекватную системе объективной реальности. Системна и практическая деятельность человека, причем уровень системности практики повышается с ростом знания и накопления опыта. Системность различных видов отражения и преобразования действительности человеком есть в конечном счете проявление всеобщей системности материи и ее свойств [3].

Системное познание и преобразование мира предполагает:

Рассмотрение объекта деятельности (теоретической и практической) как системы, т.е. как ограниченного множества взаимодействующих элементов.

Определение состава, структуры и организации элементов и частей системы, обнаружения главных связей между ними.

Выявление внешних связей системы, выделения из них главных.

Определение функции системы и ее роли среди других систем.

Анализ диалектики структуры и функции системы.

Обнаружение на этой основе закономерностей и тенденций развития системы.

Познание мира, а “научное познание” в частности, не может осуществляться хаотически, беспорядочно; оно имеет определенную систему и подчиняется определенным закономерностям [4]. Эти закономерности познания определяются закономерностями развития и функционирования объективного мира.

С современной точки зрения системы классифицируются на целостные, в которых связи между составляющими элементами прочнее, чем связи элементов со средой, и суммативные, у которых связи между элементами одного и того же порядка, что и связи элементов со средой; органические и механические; динамические и статические; “открытые" и “закрытые”; “самоорганизующиеся" и “неорганизованные" и т.д. Отсюда может возникнуть вопрос о неорганизованных системах, например - куча камней, правильнее сказать - совокупностях - являются ли они системами? Да, и этому можно привести доказательства исходя из следующих посылок:

1) неорганизованные совокупности состоят из элементов;

2) эти элементы определенным образом между собой связаны;

3) эта связь объединяет элементы в совокупность определенной формы (куча, толпа и т.п.);

4) поскольку в такой совокупности существует связь между элементами, значит неизбежно проявление определенных закономерностей и, следовательно, наличие временного или пространственного порядка. Таким образом все совокупности являются системами, более того материя вообще проявляется в форме “систем”. Т.е. система есть форма существования материи [5].

С материалистической точки зрения существующий мир в целом не возникает и не исчезает, он существует вечно, представляя собой взаимосвязь, взаимодействие конкретных материальных систем. Возникновение - есть одна из форм движения материи. Это понятие отражает процессы присущие всем конкретным явлениям органической и неорганической природы, общества и мышления [4]. Эта универсальность дает полное право считать “возникновение” философской категорией.

Возникновение невозможно без разрушения. Эти два процесса органически связаны друг с другом и не имеют преимущества перед друг другом.

Причины возникновения как и причины разрушения кроются в вечном взаимодействии взаимосвязанных противоречивых сторон, явлений, процессов. Существует представление [3] о возникновении как акте слияния, соединения двух и более качеств в одно, или разделения одного качества на два (или более) новых. Кроме того образование системы может происходить путем обмена элементов, но это не третий путь, а сочетание соединения и разъединения взаимодействующих объектов.

Возникновение системы есть одновременно и возникновение новой формы движения или нового вида определенной формы движения и связано с тем, что прежняя форма движения исчерпала себя. Это выражается в том, что любая дальнейшая организационная перестройка элементов системы в рамках данной формы движения ведет не к укреплению и совершенствованию этой системы, а к ее преобразованию.

Система считается возникшей, когда между элементарными носителями новой формы движения образуется взаимосвязь, однако в начале связь носит неустойчивый характер, т.е. новая система находится на грани перехода из возможности в действительность. Иначе говоря, новое качество должно еще утвердиться, проявиться, обрести устойчивость, т.е. новая система, возникнув, должна стать.

Из природных примеров можно сделать вывод о непрерывном возникновении нового, но не каждое возникшее оказывается соответствующим внешним условиям [6].

Сегодня специальные науки убедительно доказывают системность познаваемых ими частей мира. Вселенная предстает перед нами как система систем. Конечно понятие “система” как бы подчеркивает ограниченность, конечность и можно прийти к выводу, что поскольку Вселенная это “система”, то она имеет границу, т.е. конечна. Но с диалектической точки зрения как бы ни представлять себе самую большую из систем, она всегда будет элементом другой, более обширной системы. Это справедливо и в обратном направлении, т.е. Вселенная бесконечна не только “вширь”, но и “вглубь”.

До сих пор все имеющиеся в распоряжении науки факты свидетельствуют о системной организации материи.

Системность неорганической природы

Согласно современным физическим представлениям, неорганическая природа в общем виде делится на две системы - поле и вещество. Материальная сущность физического поля в настоящее время еще четко не определена, но что бы из себя не представляло поле, общепризнанно, что оно проявляется в различных сосуществующих, взаимодействующих и взаимопроникающих видах. Физическое поле, как обобщающее понятие, включает в себя физический “вакуум”, электронно-позитронное, мезонное, ядерное, электромагнитное, гравитационное и другие поля. Иначе говоря, представляет собой систему конкретных материальных полей.

Каждое конкретное поле в свою очередь тоже системно. Но сейчас нельзя с уверенностью сказать о том, что является элементом конкретного поля. Очевидно, каждое конкретное поле имеет свои определенные уровни, иначе говоря, оно как система развивается, например, от “вакуума” до четко выраженного квантового состояния. Сам же квант поля представляет собой элементарную частицу. Поэтому квант вряд ли может быть элементом конкретного поля. Скорее всего такими элементами являются узловые “точки” структуры элементарных частиц [3]. Существуют ясные экспериментальные доказательства существования такой структуры и масса различных способов ее изучения [7]. Но что представляет собой структура элементарной частицы, а тем более ее узловые “точки”, остается пока неясным.

Если допустить мысль о частице как высшей форме развития материи поля, то естественно предположить существование определенных “кирпичиков" которые образуют такую частицу, и являются тем, из чего состоит физическое поле вообще, т.е. элементами системы физического поля. Их взаимодействие (полевая форма движения) и приводит к образованию элементарной частицы того или иного типа.

Такая идея о сложности элементарных частиц, о том, что каждая из них это система, состоящая из различного количества разнообразно взаимодействующих и по разному пространственно расположенных элементарных частиц, но тождественных по своей сущности “кирпичиков" материи, позволяет объяснить взаимопревращаемость частиц и открывает путь к проникновению вглубь материи. Элементарная частица - это не только квант поля, но и то, что может лежать в основе качественно иной системы - вещества.

Вещество - чрезвычайно сложная, глубоко дифференцированная многоуровневая система. Если элементарная частица выступает и как элемент качественно иной, вещественной системы, то две и более взаимодействующие элементарные частицы представляют собой систему, которая может быть названа частичкой вещества [3].

Так, взаимодействие протона и электрона образует простейший атом легкого водорода, внутренне динамическую систему, элементы которой подчинены целому ряду параметров, и вследствие этого отличающиеся от свободных частиц. Атом как система развивается усложняясь по составу и структуре вплоть до такого состояния, когда начинается самопроизвольный распад атомного ядра.

Взаимодействующие атомы образуют различные системы: молекулы, макромолекулы, ионы радикалы, кристаллы.

Молекула представляет собой материальную систему, состоящую из определенным образом расположенных в пространстве и взаимосвязанных атомов одного или нескольких химических элементов. Связь атомов в молекуле прочнее связи атомов со средой, что обеспечивает целостность системы. Молекула является качественно новым материальным образованием по отношению к составляющим ее атомам. Молекулы могут быть простыми и сложными, содержащими один, два и тысячи атомов. Гигантские группы атомов образуют макромолекулы, качественно отличающиеся от других молекул. [5]

Однако не все вещества состоят из систем типа молекул. Ряд химических соединений, например хлорид натрия (поваренная соль), не имеют молекул в обычном понимании этого слова, и являются открытыми системами в которых ионы относительно независимы друг от друга. Такой тип вещественной системы называют кристаллом. Ионами называют как отдельные заряженные атомы, так и группы химически связанных атомов с избытком или недостатком электронов. Группа атомов, переходящая без изменения из одного химического соединения в другое, определяется как радикал. Все эти группы являются системами.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7