Система. Основные определения

Известен ряд определений понятия «система». Некоторые из них:

а) система есть множество связанных между собой элементов, причем элемент — это объект, внутреннее строение которого безотносительно к рассматриваемой системе при данном способе ее разложения и изучения;

б) система — обособленная сознанием часть реальности, элементы которой обнаруживают общность в процессе взаимодействия;

в) в общем, понимании система есть нечто, на что может воздействовать среда, и это нечто реагирует на возмущения, проявляя при этом свои свойства.

Эти и ряд других определений не вызывают принципиальных возражений, хотя и не поясняют всех свойств систем различной природы. Наиболее удобным является определение системы путем перечисления свойств, признаков, обязательных для любой системы.

Соответственно, системой называется совокупность элементов, обладающая следующими признаками:

а) целостностью — определенной независимостью системы от внешней среды и от других систем;

б) связностью, т.е. наличием связей, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента системы. Простейшими связями являются последовательное и параллельное соединения элементов и положительная и отрицательная обратные связи;

в) функцией — наличием целей (функций, возможностей), не являющихся простой суммой целей (функций, возможностей) элементов, входящих в систему; несводимость (степень несводимости) свойств системы к сумме свойств ее элементов называется эмерджентностью.

Система, как понятие, обладает двумя противоположными свойствами — ограниченностью и целостностью. Ограниченность — внешнее свойство системы, целостность — внутреннее.

Состояние системы — это набор значений основных параметров системы, определяющий характер ее функционирования на определенном временном интервале.

Упорядоченность отношений, связывающих элементы системы, определяет структурусистемы как совокупность элементов, функционирующих в соответствии с установившимися между элементами системы связями. Связи определяют важный для системы порядок обмена между элементами веществом, энергией, информацией. В сложных системах особое значение для организации управления имеют информационные связи. Однако не менее важны и энергетические и материальные связи.

Функции системы — это ее свойства, приводящие к достижению цели. Функционирование системы проявляется в ее переходе из одного состояния в другое или в сохранении какого-либо состояния в течение определенного периода времени. То есть, поведение системы — это ее функционирование во времени.

Целенаправленное (целеустремленное) поведение ориентировано на достижение системой предпочтительной для нее цели. В системе, состоящей из связанных между собой, взаимодействующих подсистем, оптимум для всей системы не является функцией (например, суммой) оптимумов подсистем, входящих в систему. Это положение иногда называют теоремой оптимумов системного подхода. Теорема, безусловно, допускает построение противоречивых примеров, когда оптимум системы достигается при достижении оптимума в каждой подсистеме. Подобные примеры, противоречивые основным положениям (теоремам), вполне допустимое явление в прикладной математике.

Большими системами называют системы, включающими значительное число элементов с однотипными связями. Сложными системами называют системы с большим числом элементов различного типа и с разнородными связями между ними. Определения эти весьма условны. Более конструктивным является определение большой сложной системы как системы, на верхних уровнях управления которой не нужна и даже вредна вся информация о состоянии элементов нижнего уровня. В кибернетики мера сложности связывается с понятием разнообразия. В частности, из принципа разнообразия следует, что анализ систем (процессов, ситуаций), обладающих определенным разнообразием, возможен лишь с использованием управляющих систем, способных порождать, по крайней мере, не меньшее разнообразие.

Системы, содержащие активные элементы (подсистемы), то есть такие элементы, которые имеют возможность самостоятельно принимать решения относительно своего состояния, называются организационными системами (оргсистемами, организациями). Таким образом, в оргсистемах свойством целеустремленности обладает как вся система, так и отдельные ее элементы. Этим организация отличается от системы, называемой организмом. Между отдельными элементами (органами) организма существует разделение труда (функций), но только организм в целом может быть целеустремленным.

Системы бывают открытыми и закрытыми. Закрытые системы имеют четко очерченные, жесткие границы. Для их функционирования необходима защита от воздействия среды. Открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией, информацией и веществом. Обмен с внешней средой, способность приспосабливаться к внешним условиям является для открытых систем непременным условием их существования. Все организации являются открытыми системами.

Понятие «структура системы» играет при анализе и синтезе систем ключевую роль, причем существенное значение имеет следующий тезис (закон) кибернетики.

«Существуют законы природы, которым подчиняется поведение больших многосвязных систем любого характера: биологических, технических, социальных и экономических. Эти законы относятся к процессам саморегуляции и самоорганизации и выражают именно те «руководящие принципы», которые определяют рост и устойчивость, обучение и регулирование, адаптацию и эволюцию систем. На первый взгляд, совершенно различные системы, с точки зрения кибернетики, совершенно одинаковы, поскольку они демонстрируют так называемое жизнеспособное поведение, целью которого является выживание.

Подобное поведение системы определяется не столько специфическими процессами, происходящими в ней самой, или теми значениями, которые принимают даже важнейшие из её параметров, но, в первую очередь, её динамической структурой, как способом организации взаимосвязи отдельных частей единого целого. Важнейшими элементами структуры системы являются контуры обратных связей и механизмы условных вероятностей, которые и обеспечивают саморегулирование, самообучение и самоорганизацию системы. Основной результат деятельности системы — это её исходы. Для того чтобы исходы отвечали нашим целям, необходимо соответствующим образом организовать структуру системы».То есть, для получения требуемых исходов необходимо уметь воздействовать на обратные связи и механизмы условных вероятностей, а также уметь оценивать результаты этих воздействий.

Условием успешного результата подобных воздействий является учёт следующего тезиса (закона) кибернетики.

«Системе с определённой структурой свойствен набор (интервал) состояний равновесия. Под влиянием внешних воздействий система может перейти в одно из своих возможных состояний или разрушиться».

Система в своем развитии проходит несколько этапов: возникновение, становление, преобразование.

Возникновение — сложный противоречивый процесс, связанный с понятием «нового». Этот процесс, в свою очередь, можно разделить на два этапа:

1) скрытый — появление новых элементов и новых связей в рамках старого;

2) явный, когда накопившиеся новые факторы приводят к скачку — появлению нового качества.

Процесс становления связан с дальнейшим количественном увеличением качественно тождественных множеств элементов системы и с появлением у системы новых качеств.

Противоречия между качественно тождественными элементами является одним из источников развития системы. Следствие этого противоречия — стремление элементов разойтись в пространстве. С другой стороны существуют системообразующие факторы, которые не дают системе распасться. К тому же существует граница системы, выход за которую может быть губительным для элементов системы и для системы в целом. Кроме того, на каждую систему действуют другие системы, препятствующие расширению системных границ, Все это определяет целостность как специфическое свойство зрелой системы.

Приобретаемые системой новые функциональные качества включают в себя специфические свойства, приобретенные системой в процессе ее общения с внешней средой. Наиболее перспективными оказываются те элементы системы, функции которых соответствуют потребностям существования системы в конкретной внешней среде. Система в целом становится специализированной. Она может успешно функционировать только в той среде, в которой она сформировалась. Всякий переход системы в другую среду неизбежно вызывает ее преобразование.

Система в период зрелости внутренне противоречива, вследствие двойственности своего существования как системы, завершающей одну форму движения и являющейся носителем более высокой формы движения. Даже при благоприятных внешних условиях внутренние противоречия приводят систему в состояние преобразования — неизбежному этапу развития системы.

Внешними причинами преобразования системы являются:

- изменения внешней среды;

- проникновение в систему чуждых элементов, воздействующих на структуру системы.

Внутренние причины:

- ограниченность пространства развития и обострение противоречий между элементами системы;

- накопление ошибок при развитии системы (мутации в живых организмах);

- прекращение воспроизводства элементов, составляющих систему.

Преобразование системы может привести как к гибели системы, так и к возникновению качественно иной системы, причем степень организованности новой системы может быть равным или более высоким, чем степень организованности преобразуемой системы.

Таким образом, при определенных условиях возможен скачкообразный переход системы на новый более высокий (или более низкий) уровень упорядоченности. Причём переход системы к различным свойственным ей состояниям, а также разрушение системы могут быть результатом как достаточно сильных внешних воздействий, так и относительно слабых флюктуаций длительно существующих или усиливающихся за счет положительных обратных связей. Переход системы на новый уровень организованности в определенных ситуациях представляет собой случайный процесс выбора системой одного из возможных путей эволюции. Здесь вновь нужно подчеркнуть слово «возможных», т.е. разумно говорить о создании условий перехода системы в одно из возможных, свойственных ей состояний.

Возможны два крайних варианта изменения структуры системы. Назовем их условно революционный и эволюционный. При революционном преобразовании предполагается, что созданию новой организации, новой лучшей структуры должна предшествовать насильственная ломка структуры старой. Обычно после такой насильственной ломки система переходит на более низкий уровень упорядоченности, формирование новой структуры затягивается на длительный, порой неопределенный, срок. При эволюционном преобразовании новые отношения формируются в рамках существующей структуры, возникают новые тенденций развития системы. При накоплении количественных изменений возможен и скачкообразный, и в этом смысле революционный, переход системы в новое равновесное состояние — к новой структуре, к которой система «внутренне» готова. В этом случае суть революционного преобразования сводится к уничтожению элементов, препятствующих становлению новой структуры, в социально-экономических системах такими элементами являются органы управления.

Если предположить, что состояние системы может быть представлено набором из nпараметров, то каждому состоянию системы будет соответствовать точка в n-мерномпространстве состояний системы, а функционирование системы проявится в перемещении этой точки по некоторой траектории в пространстве состояний. По-видимому, достижение желаемого состояния возможно, в общем случае по нескольким траекториям. Предпочтительность траектории определяется оценкой качества траектории и зависит также от ограничений, накладываемых на систему, в том числе внешней средой. Эти ограничения определяют область допустимых траекторий. Для определения предпочтительной траектории из числа допустимых вводится критерий качества функционирования системы — в общем случае (формально) в виде некоторых целевых функций (функционалов, отношений). На предпочтительной (оптимальной) траектории целевые функции достигают экстремальных значений. Целенаправленное вмешательство в поведение системы, обеспечивающее выбор системой оптимальной траектории, называется управлением.

Изложенные в настоящем разделе понятия, характеризующие систему, ее структуру определяют основные положения, обуславливающие разработку эффективного управления объектами.

Действительно, эффективное управление предполагает:

1) рассмотрение объекта как некоторой целостной системы, функционирующей в определенной среде;

2) наличие необходимой информации об основных характеристиках системы, прежде всего о закономерностях поведения системы в различных условиях;

3) определение стратегии развития системы, исходя из целей ее существования и функционирования;

4) обоснование эффективности достижения поставленной цели, т.е. выбор критерия для оценки качества развития системы;

5) реализацию решения при управлении системой, анализ реакции системы на управляющие воздействия.

Перечисленные положения связаны с использованием моделей для исследования систем, в том числе:

- разработку моделей, адекватных системе и решаемой задаче;

- обоснование принимаемых управленческих решений на основе «модельных экспериментов» с учетом технических, технологических, социальных и пр. факторов.

Проблемы моделирования систем подробно рассмотрены далее в разделе 3.

2.3. Системный подход — основа методологии
системного анализа.

Методология системного анализа включает определение используемых понятий, общую характеристику проблемы системных исследований и системный подход — наиболее общую часть методологии прикладных исследований, ее основу.

В самом общем виде системный подход — это рассмотрение системы любой степени сложности, как: