Любая система обладает рядом основных признаков.

Во-первых, она представляет собой набор элементов (отдельных частей), выделенных по тому или иному принципу и играющих роль подсистем. Последние относительно самостоятельны, но различным образом взаимодействуют в рамках системы (находятся рядом и граничат друг с другом; порождают друг друга; оказывают друг на друга влияние). Для сохранения целостности системы любое взаимодействие должно быть гармоничным.

Во-вторых, каждая система имеет структуру, то есть определенное строение, взаимное расположение элементов (в рамках одного и того же состава элементов возможны те или иные модификации структуры). Структурой называется также совокупность связей между элементами системы. Она может в той или иной степени зависеть не только от их расположения, но и от особенностей (например, взаимоотношения в чисто женском, мужском и смешанном коллективах, занятых одним и тем же делом, будут различны). Иногда в обиходе понятие структура используется как синоним понятия организация. Структура является основой системы, придает ей целостность и внутреннюю организованность, в рамках которой взаимодействие элементов подчиняется определенным законам. Системы, где организованность минимальна, называются неупорядоченными, например, толпа на улице.

В-третьих, система имеет границы, отделяющие ее от окружающей среды. Эти границы могут быть прозрачными, допускающими проникновение внешних влияний, и непрозрачными, наглухо отделяющими ее от остального мира. Системы, осуществляющие свободный двусторонний обмен энергией, веществом, информацией со средой, получили название открытых; в противном случае говорится о закрытых системах, функционирующих относительно независимо от среды. Если в систему вообще не поступают ресурсы извне, ее жизнь имеет тенденцию к затуханию и прекращению (например, часы, если их не завести, останавливаются). Открытые системы, самостоятельно черпающие необходимые для своего функционирования ресурсы из внешней среды и преобразующие их соответствующим образом, в принципе, неиссякаемы. Недостаточно или, наоборот, чрезмерно активный обмен со средой может систему разрушить (по причине нехватки ресурсов или неспособности их ассимилировать ввиду избыточного количества и разнообразия). Поэтому система должна находиться в состоянии внутреннего и внешнего равновесия, что обеспечивает оптимальное приспособление к окружению и успешное развитие.

Основные признаки системы:

• · целостность, связность или относительная независимость от среды и систем (наиболее существенная количественная характеристика системы). С исчезновением связности исчезает и система, хотя элементы системы и даже некоторые отношения между ними могут быть сохранены;
• · наличие подсистем и связей между ними или наличие структуры системы (наиболее существенная качественная характеристика системы). С исчезновением подсистем или связей между ними может исчезнуть и сама система;
• · возможность обособления или абстрагирования от окружающей среды, т.е. относительная обособленность от тех факторов среды, которые в достаточной мере не влияют на достижение цели;
• · связи с окружающей средой по обмену ресурсами;
• · подчиненность всей организации системы некоторой цели (как это, впрочем, следует из определения системы);
• · эмерджентность или несводимость свойств системы к свойствам элементов.

Системные признаки, свойства, характеристики. Основные положения системного анализа. Особенности анализа редких событий Системное мышление и управление. Эффективность функционирования и развития систем. Основные принципы системного управления. Энтропийные закономерности.

СИСТЕМНЫЕ ПРИЗНАКИ, СВОЙСТВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ

Общесистемные закономерности - это закономерности, характеризующие принципиальные особенности построения, функционирования и развития сложных систем.

Поскольку не существует достаточно корректного определения системы, анализ различных системных понятий показывает, что существует несколько основных признаков, свойств и характеристик, которыми должен обладать объект или явление, чтобы их можно было считать системой .

Прежде всего, это признаки целостности и членимости. Основным здесь является признак целостности, так как система рассматривается как единое целое, состоящее из взаимодействующих и (или) взаимосвязанных элементов.

Целостность - первичность целого по отношению к частям, появление у системы новой функции, нового качества, органично вытекающих из составляющих ее элементов, но не присущих ни одному из них, взятому изолированно. Под целостностью понимают внутреннее единство и принципиальную несводи- мость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов. Целостная система определяется как множество элементов {к R с фиксированным свойством R

S - предикат «...быть системой*.

Наличие це,юстности подразумевает, что изменение состояния любого элемента системы оказывает воздействие на другие элементы и может вести к изменению состояния всей системы. Поэтому часто невозможно провести декомпозицию системы так, чтобы не потерять ее интегративных свойств.

• Ко второй группе относятся признаки наличия устойчивых связей (отношений) между элементами системы, превосходящих по своей силе (мощности) связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему. Следует учитывать, что среди любых связей главные - системообразующие. Их формирование определяет интегративные свойства системы, ее специфику. При этом отдельные свойства ряда элементов могут усиливаться, а другие подавляться. Однако степень подавления, как правило, никогда не бывает полной, в связи с чем при формировании системы возникают не только «полезные» функции, обеспечивающие эффективность большинства состояний и сохранение качественных особенностей, но и дисфункции, негативно влияющие на функционирование системы. Но с системных позиций определяющими являются лишь существенные связи, определяющие интегративные свойства.
• Третья группа признаков определяет наличие интегративных свойств (качеств), присущих системе в целом, но отсутствующих у элементов. Интегративные свойства обусловливает тот факт, что свойства ее, несмотря на зависимость от свойств элементов, не определяются ими полностью. Интегративное свойство - это то новое, что формируется при согласованном взаимодействии объединенных в структуру элементов и чем элементы до этого не обладали.

Возникновение новых качеств (связей, свойств) при объединении элементов в подсистемы, а подсистем в систему носит название эмерджентности.

Эмерджентность - степень несводимое™ свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит. Это свойство, обусловливающее появление новых качеств, не присущих элементам, входящих в состав системы. Сущность эмерджентности заключается в накоплении и усилении одних свойств компонентов одновременно с нивелированием, ослаблением и скрытием других свойств за счет их взаимодействия. Поэтому оказывается невозможным предсказать свойства системы в целом, разбирая и анализируя ее по частям.

Каждый элемент системы к , как правило, обладает совокупностью собственных свойств (состояний , режимов функционирования , поведенческих возможностей и т.п.) О Однако количество свойств системы N всегда больше, чем сумма свойств отдельно взятых элементов 0 этой системы. При этом у системы появляется

новых, особых системных свойств, обеспечивающих ее целостность (интегра - тивность) - внутреннее единство и несводимое™ свойств системы к сумме свойств, составляющих се элементов. Хотя свойства сложных систем не сводятся к сумме свойств элементов, они имеют важную особенность своего развития: элементы их с течением времени приобретают все более специализированные функции при одновременном возрастании целостности и устойчивости исходной системы. Этим тоже определяется наличие интегративных свойств (качеств), присущих системе в целом.

Одним из системных признаков является неаддитивность , поскольку свойства изучаемого объекта невозможно свести к свойствам его частей, а также вывести только на их основании.

Неаддитивность - принципиальная несводимое™ свойств системы к сумме свойств состаатяющих её компонентов. Поэтому попытка оценить эффективность системы Э с в виде суммы взвешенных частных эффективностей ее компонентов Эi является грубым приближением и справедлива только для вырожденной системы, распавшейся на отдельные элементы. Только тогда становится справедливым равенство, определяющее физическую аддитивность".

к(- нормированные коэффициенты, учитывающие «вклад» каждого /-го компонента в эффективность системы -

Четвертая группа - это признаки, характеризующие наличие в системе определенной организации , что проявляется в снижении неопределенности (энтропии), охватывая только те свойства элементов, которые связаны с процессами сохранения и развития целостности, т.е. существования системы. Организация возникает в том случае, когда между элементами (объектами, явлениями) возникают закономерные устойчивые связи или (и) отношения, актуализирующие одни свойства элементов и ограничивающие другие. Организация проявляется в структурных особенностях системы, сложности, способности развития и сохранения системы. Организованность системы является более высокой ступенью ее упорядоченности. Для повышения организованности и самоорганизации необходимо извне или изнутри (из подсистем) получить дополнительную энергию и негэнтропию.

Свойство системы определяет ее отличие или сходство ее с другими системами, проявляющееся при их взаимодействии.

Характеристика - то, что отражает некоторое свойство системы.

Свойства системы порождаются ее структурными закономерностями. В зависимости от вида организации из комбинации элементов и их связей можно образовать различные структуры.

В хорошо организованной системе взаимодействия структурных элементов /ь h> > tm системы S взаимосогласованы, целенаправленны и синхронизированы на достижение общей цели. Потенциал 0(5) такой системы больше суммы потенциалов всех составляющих элементов (подсистем)

Таким образом, структурные закономерности это наиболее общие закономерности, которые порождают свойства системы как целого.

Одним из основных системных свойств является иерархическое строение системы. Ото связано с потенциальной членимостью системы и наличием для каждой системы многообразия связей и отношений. Иерархическое строение может быть присуще и отношениям (связям), так как они тоже могут быть разложены на элементарные, и на этой основе сформирована система более низкого уровня. В результате система выступает как сложное иерархическое образование, в котором выделяются различные уровни и типы взаимосвязей.

Иерархия - принцип структурной организации многоуровневых систем, состоящий в упорядочении взаимодействий между уровнями и предусматривающий подчиненность системы надсистеме (гиперсистеме) и подсистемы - системе. При этом каждый компонент системы может рассматриваться как система (подсистема) более широкой глобальной системы. Цель каждого элемента нижнего уровня - подчинение цели более высокого уровня. Только тогда сложная иерархическая система может функционировать как единое целое. На рис. 3.1 схематично представлена иерархическая система, в которой подлежащие детальному исследованию системы A t А 2 , А$ входят в надсистсму (гиперсистему) D. Система А состоит из трех подсистем В { , В 2 , By Если исследователя заинтересуют характеристики одной из подсистем, например, В } то уже В будет исследуемой системой, y-fi - ее надсистемой (гиперсистемой), a Q, С2, С3 - подсистемами.

Рис. 3.1.

В результате иерархического строения появляется возможность последовательного включения систем более низкого уровня в системы более высокого уровня. Иерархия систем хорошо иллюстрируется древовидными структурами теории графов. Понятие уровень употребляется в нескольких значениях.

Во-первых, уровень трактуется в организационном плане.

Например, уровень организации работ Системного оператора (ЦДУ) по типам решаемых задач существенно отличается от задач, решаемых на уровне РДУ и уровне диспетчерских служб потребителей.

Во-вторых, уровнем фиксируется определенная общность законов функционирования, единство пространственно-временной топологии построения компонентов системы. С этих позиций любой производственный объект может рассматриваться на технологическом, информационно-управленческом, экономическом, социальном или иных уровнях. Уровни такого типа принято называть стратами. Стратифицированное представление можно использовать как средство последовательного углубления представлений о системе, ее детализации. Идея стратификации и Si с заданными на них отношениями R и /?2 считаются изоморфными, если:

а) их элементы попарно взаимооднозначно соответствуют друг другу;

б ) если некоторое подмножество элементов первой системы связано отношением /?!, то подмножество соответствующих элементов второй системы связано отношением Ri и наоборот.

Например. между элементами Х, *2 и у у, У 2 первой системы Si существуют отношения R. Аналогично во второй системе Si соотносятся Rj соответствующие им элементы (рис. 3.4, а).

Рис. 3.4.

Наличие изоморфизма двух анализируемых систем и Si означает, что если система S является изоморфной системе Si, то S может рассматриваться как

модель M(S) системы Si и наоборот. Тогда изучение свойств системы 5*2 сводится к изучению свойств модели системы S - M(S{) или к использованию ее известных свойств.

Например, изоморфной является структура радиальной электрической сети, обеспечивающая питание группы разнородных потребителей.

Практика показывает выполняется некоторое отношение R t то для соответствующих элементов второй системы выполняется соответствующее отношение Ri (рис. 3.4, б).

При гомоморфизме аналогия между двумя системами меньше, чем при изоморфизме, сходство с оригиналом неполное, а реальная система может иметь различные гомоморфные ей модели. Таким образом изоморфизм является частным случаем гомоморфизма.

Такие показатели, как количество элементов (объем оборудования), составляющих систему; структура связей между ними; квалификация персонала, осуществляющего создание системы, ее монтаж, наладку, эксплуатацию; удобство эксплуатации и т.п. уже дают интуитивное представление о сложности системы , которая является одной из основных системных характеристик. Объективная характеристика сложности системы зависит от качественных и количественных различий компонентов и связей системы (ее разнообразия).

Сложность:

• 1) относительное понятие, зависящее от уровня исследования (анализа) системы;
• 2) характеристика системы, нелинейно зависящая от множества составляющих ее элементов (подсистем), качественных различий между ними, количества, вида и формы связей;
• 3) свойство, обусловленное внутренней закономерностью системы, которое определяет ряд наиболее существенных ее параметров, включая пространственную структуру и свойства протекающих в этой структуре процессов.

Сложные системы нельзя описать на языке простых законов. Сложность в большей степени зависит от разнообразия элементов и связей, чем от их количества. Число элементов, сила межэлсментных связей, их локализация могут неконтролируемо меняться, что делает поведение сложных систем плохо предсказуемым. Опыт наблюдения за реальными объектами показывает, что они функционируют в условиях действия большого количества случайных факторов. Поэтому предсказание поведения сложной системы может иметь смысл только в рамках вероятностных категорий. Для ожидаемых событий могут быть указаны лишь вероятности их наступления, а относительно целого ряда величин приходится анализировать законы распределения, средние значения, дисперсии и другие вероятностные характеристики.

Для изучения процесса функционирования каждой конкретной сложной системы с учетом случайных факторов необходимо иметь достаточно четкое представление об источниках случайных воздействий и надежные данные об их количественных характеристиках. Поэтому расчету или теоретическому анализу, связанному с исследованием сложной системы, предшествует накопление статистического материала, характеризующего поведение отдельных элементов и системы в целом в реальных условиях эксплуатации.

В большинстве исследований различают:

• - структурную, или статическую сложность, определяемую структурой и связностью элементов и подсистем;
• - динамическую сложность (сложность поведения) системы во времени;
• - эволюционную сложность (сложность развития), включающую качественно различные состояния, стадии, фазы, этапы и уровни развития системы.

Сложность системы определяет и нелинейность се переменных параметров, структуры, связей. Нелинейность приводит к тому, что многие переменные зависят не только от времени, но и являются функциями других переменных, влияют друг на друга. Поэтому одна из задач оптимизации системы - достижение максимальной организованности при той же сложности или уменьшение сложности при данном уровне организованности. В процессе познания любой системы необходимо ставить вопросы, яатяющиеся критериальными парами, взаимосвязи которых представлены на рис. 3.5.

Рис. 3.5.

Система, состоящая даже из относительно небольшого количества элементов способна обладать большой динамической сложностью. Следует учитывать, что появление даже одного дополнительного элемента может привести к созданию множества дополнительных связей. Причём добавление каждого последующего элемента увеличивает количество связей в большей степени, чем при добавлении предыдущего.

Например, имеется два элемента А и В. Здесь возможны только две связи и два направления (рис. 3.6, а).

Добавление ещё одного элемента С увеличивает число возможных связей до 6 (рис. 3.6, 6 ). Если два элемента А и В вступают в коалицию, и она начинает влиять на С, то число связей увеличивается до 8 (рис. 3.6, в). А если таких коалиций может быть 3 (АВ, АС, ВС), то число связей достигнет 12.

Формальное понятие сложности можно представить следующим образом.

Пусть имеется п типов элементов и к - число элементов каждого типа. Для каждого типа элементов методом экспертных оценок или интуитивно (с учетом накопленного опыта) устанавливается величина сложности элемента, измеряемая некоторым числом sy. Тогда сложностью s системы, состоящей из элементов со сложностью Sj (/" = 1, 2, я), будем называть величину

kj (j - [, 2, m) - число элементов /-го типа, входящих в систему.

Рис. 3.6.

Так как при наличии пк = L элементов в системе максимальное число связей между ними N = L(L -1), то при достаточно большом L число фактических

связей - N При этом относительное число реализованных связей а = .

Тогда сложность системы оценивается как

где

v - коэффициент, учитывающий сложность связей по сравнению со сложностью элементов системы.

Есть немало предложений по представлению большой технической системы в виде «черного ящика». Однако еще С. Лем 1 в «Сумме технологии» отмечал: черный ящик нельзя запрограммировать с помощью алгоритма.

Алгоритм:

• 1) раз и навсегда составленная программа действий, в которой все заранее предусмотрено;
• 2) точное, воспроизводимое, поддающееся исполнению предписание, определяющее - шаг за шагом, - каким путем надлежит решать поставленную задачу.

Имея алгоритм некоторого процесса, можно исследовать - в заданных границах - все последовательные фазы, все этапы этого процесса.

Применительно к очень сложным системам подобное исследование невозможно. Черный ящик, как очень сложная система, не поддается описанию; алгоритм его никому неизвестен и не может быть известен, его действия имеют вероятностный характер, и, значит, поставленный дважды в одну и ту же ситуацию, он вовсе нс обязан поступать одинаково. Кроме того - и это, наверное, самое важное, - черный ящик есть машина, которая учится на собственных ошибках в процессе предпринимаемых ею конкретных действий.

1 Лем С. Сумма технологии. М.: Изд-во ACT; СПб.: Terra Fantastica, 2002. 668 с.

Реальная сложность проблемы не позволяет замкнуться и в вероятностных схемах. Даже там, где имеются системы с высокой степенью организации, весьма малые структурные изменения могут вызвать значительные перемены, далеко не всегда сопровождающиеся положительными последствиями. Поэтому можно отметить, что простых систем в действительности не существует. Однако на практике этой сложностью можно пренебречь, если она не влияет на то, что нас интересует. В современной теории систем эта процедура называется - выделение уровня исследования : исследователь переходит от исходной системы, имеющей бесконечно сложную структуру, к модели , структура которой содержит ограниченное число связей и переменных. Все исследование сводится к выявлению существенных перемешцдх и одновременному (научно обоснованному) отбрасыванию несущественных.

Одной из характеристик сложности может быть способность системы к самоорганизации.

Самоорганизация - свойство системы изменять свою внутреннюю структуру и функцию для адаптации к воздействию окружающей среды. Самоорганизация связана с образованием новой структуры и снижением энтропии системы. Порядок в системе может поддерживаться не только управлением из единого центра, а и с помощью самоорганизации.

Самоорганизующиеся системы делают возможной адаптацию к окружающей среде, и именно такие системы гибки и устойчивы к возмущениям внешних условий. Самоорганизация выражается в возможности прогнозировать изменения структуры и функций системы при выборе цели с адаптацией к окружающей среде и выполнять управление с определенной целью. В самоорганизующихся системах фиксируется опыт о прошлом, настоящем и возможном будущем, как системы, так и окружающей среды. На основании этих знаний формируются прогнозы будущего, которые определяют стратегические цели и траектории движения к ним. Самоорганизующиеся системы наследуют «родовые признаки» и приобретают новые свойства, адекватные изменениям внешней среды, в том числе путем мутации, что свидетельствует о творческой сущности природы в се эволюции.

Основоположниками современной теории самоорганизации систем считаются лауреат Нобелевской премии И. Пригожий и Ю А. Урманцев, которыми показано, что только в диссипативных системах возможно возникновение новых структур и, следовательно, самоорганизация. Основным признаком диссипатив- ности системы и ее самоорганизации является необратимость процесса, происходящего в системе.

Если система физическая, то благодаря диссипации (рассеянию энергии или переходу энергии движения в тепловую) процессы, происходящие в ней, необратимы.

Если система социальная, экономическая и т.п., в ней не вводится классическое понятие энергии. Необратимость происходящего в таких системах процесса - условна. Диссипативность в них понимается в более широком смысле, чем простое рассеяние энергии, а именно как свойство, отвечающее за необратимость происходящих процессов. С этой точки зрения рассеяние энергии (диссипация) - частное проявление данного свойства в физических системах.

Необратимость процесса является главным свойством самоорганизации системы, так как только при необратимых процессах, происходящих в системе, возможна ее самоорганизация и снижение энтропии. В обратимых процессах, характерных для консервативных систем, самоорганизация невозможна, и энтропия всегда постоянна или растет.

Рассмотрим систему А , взаимодействующую с внешней средой и выполняющую возложенную на ее функцию. Другая система - В контролирует качество работы системы А, путем оценки тех воздействий, которые внешняя среда оказывает на систему А. Если воздействия внешней среды на систему А находятся в допустимых пределах, зафиксированных в памяти системы В, она выдает подтверждающий сигнал. В противном случае система В вырабатывает команды, способные изменять значения параметров некоторых элементов и (или) структуру за счет разрыва некоторых связей или включения новых, отключения ненужных в данный момент или включения резервных элементов системы А. Процесс последовательного изменения свойств системы А заканчивается попаданием воздействий внешней среды уже в допустимые пределы параметров функционирования системы А. Это означает, что качество работы системы А удовлетворяет заданным требованиям, и свойства ее не подлежат дальнейшему изменению до тех пор, пока условия внешней среды вновь не выйдут за допустимые пределы, тогда процесс управления продолжится.

Такой подход позволяет объединить системы А и В в единую систему. Если в этой новой системе процессы последовательного изменения свойств, параметров, показателей за конечное время приводят к тому, что воздействия внешней среды попадают в допустимые пределы, то эта система называется самоорганизующейся. Другими словами, самоорганизующимися называют такие системы, которые за счет изменения своих свойств обладают способностью устойчиво сохранять характер взаимодействия с внешней средой, несмотря на возможные изменения внешних и внутренних факторов.

Одним из условий существования любой системы является ее устойчивость к возмущающим воздействиям, которым она постоянно подвергается. Термин устойчивость, как и многие другие термины теории систем многозначен и представляется в нескольких редакциях в зависимости от вида системы и ее состояния, цели исследования и других факторов и параметров.

Устойчивость:

• 1) способность системы сохранять динамическое равновесие со средой как способность к изменению и адаптации;
• 2) способность системы реагировать на возмущения внутренних и внешних параметров, сохраняя одно и то же, или близкое к нему состояние (поведение), на протяжении определенного периода времени;
• 3) способность системы самостоятельно поддерживать свой гомеостазис.

Увеличение устойчивости иногда прямо связано с увеличением сложности

системы (общего числа элементов и их резервированием), усложнением реакции на возмущения. Для ясности изложения вводятся понятия классической (по A.M. Ляпунову !) и структурной устойчивости. Первое используется в задачах исследования результатов внешних воздействий на фиксированные системы, второе - для выявления качественных изменений в траекториях движения (поведении) системы при изменениях ее структуры.

В функционировании и трансформации нелинейных систем с неустойчивым равновесием (или в области неустойчивого равновесия) важную роль играют случайные события. При этом даже ничтожное по своему значению и величине событие из-за положительной нелинейной обратной связи может вызвать существенные и неожиданные по своей эффективности воздействия (часто отрицательные) на систему. В точках бифуркации начинается процесс ветвления возможных

1 Александр Михайлович Ляпунов (1857-1918) - русский математик и механик, академик Петербургской АН, в фундаментальной работе «Общая задача об устойчивости движения» он всесторонне рассмотрел проблему устойчивости движения систем с конечным числом степеней свободы.

путей развития системы, прогноз хода которого с достаточной точностью невозможен. Эти вопросы находят отражение в «теории хаоса».

Часть параметров системы являются системными (основными, жизненно важными). Они могут быть не только количественными, но и качественного характера. От их значения зависит ответ на вопрос: возможно ли длительное, устойчивое существование системы, ее живучесть , сохранение ее гомеостаза.

Гомеостаз - функциональное состояние системы, при котором обеспечивается поддержание динамического постоянства в допустимых пределах жизненно важных функций и параметров системы при изменениях внутренней и внешней среды. Он сохраняет жизненно важные функции и параметры, поддерживая тем самым существование самой системы с интегративными свойствами. Предполагается, что гомеостаз достигается за счет действия систем управления. В более широком смысле можно говорить о наличии гомеостаза при резервировании элементов системы.

Влияние изменения жизненно важных параметров на систему неодинаково и зависит от множества факторов внешнего (состояние среды, связи с другими системами) и внутреннего (диапазон изменений параметров) характера. Как уже отмечалось (раздел 2), последовательная смена состояний системы, связанная с изменением параметров режима и (или) параметров системы во времени, определяет ее поведение.

Пример. Определим (рис. 3.7) область допустимого изменения общесистемного параметра X как {а, 0}.

Рис. 3. 7.

Пока его значение не выходит за пределы а X

При выходе X за пределы области системного гомеостаза (пунктир на рис. 3.7) система утрачивает свое интегративное качество, и по определению при / > *5 перестает существовать. Однако критические значения частных компонент общесистемного параметра X могут принимать значения {у > а, 6 частичного гомеостаза у X X или 5 X 0 система обычно переходит в новое качественное состояние, но не прекращает существовать как целое. Это происходит в диапазонах времен {/,/ 2 } и {/ 3 ,/ 4 }.

Приближение системных параметров к предельно допустимым значениям (области А и В на рис. 3.7) может порождать ситуацию системного кризиса - стадии жизни системы, когда длительное дальнейшее функционирование системы оказывается под вопросом.

Системный кризис может привести к распаду, разрушению и даже прекращению существования системы, если вовремя не принять соответствующие меры. Здесь система вступает в зону бифуркации и будущее ее состояние становится непредсказуемым. Под влиянием малейших флуктуаций даже какого-либо одного фактора, внутреннего или внешнего, она может начать процесс случайного движения в нескольких альтернативных направлениях, крайние из которых - возврат в нормальное состояние или прекращение существования.

В качестве иллюстрации на рис. 3.8 приведены траектории движения системы с точками возможной бифуркации .

Рис. 3.8.

Под действием ряда факторов в некоторой точке р, происходит разветвление траектории движения системы. В этой точке система сама принимает решение и случайным образом выбирает новое направление своего дальнейшего движения до следующей точки бифуркации pj+. Там снова происходит выбор и процесс повторяется. Точно предсказать моменты бифуркаций и результаты выбора направления движения невозможно ни при каком сколь угодно глубоком и полном знании системы, ни при каком сколь угодно длительном наблюдении за ее поведением.

Особый вид кризисов представляют собой внезапные, резкие, лавинообразные изменения параметров систем из-за дезорганизующих внешний воздействий или внутренних противоречий. Сущность любого скачкообразного преобразования заключается в таких резких изменениях отдельных структурных элементов системы (или системы в целом), которые приводят к внезапному изменению путей ее дальнейшего развития. Некоторые формы таких скачков рассматриваются как катастрофы (штрих-пунктир на рис. 3.7).

Лавинообразный процесс (рис. 3.9) обусловлен накоплением факторов (энергии) деградации еще до возникновения «взрыва*. Постоянно накапливаемая энергия деградации образует негативный фон Э Н ф. После превышения энергией деградации значения Э Н фл при / л происходит интенсивное, лавинообразное развитие процесса, которое в момент / в достижения величины Э Н ф„ приводит к катастрофе («взрыву*). Частным случаем развитием лавинообразного процесса является экспоненциальный рост , который обладает характерным свойством, называемым «время удвоения *. Время удвоения - интервал, за который происходит удвоение значения соответствующей переменной величины системы.

Катастрофа, «взрыв»

Пороговое значение энергии деградации

Рис. 3.9. Развитие лавинообразного процесса за счет накопления негативного фона деградации

Пример. Экспоненциальный рост нагляден при сравнении его с некоторым пределом. Предположим, что один из системных параметров, начиная со значения Я - 0,1. удваивается каждый год (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Кризисный уровень этого системного параметра примем П кр = 10,0. Быше его конфликтные взаимодействия между его ростом и принятым ограничением становятся существенными. Для более наглядной иллюстрации при построении зависимости Я(/) масштаб следует выбирать так, чтобы кризисный уровень находился примерно на середине вертикальной оси, поскольку при этом наглядно видно крутизну кривой и «взрывной* характер процесса.

Если внутри системы наблюдается напряженное состояние, то достаточно появления спускового (три герного) механизма , способного перевести систему в другое состояние. В зависимости от величины напряженности требуется разный уровень спускового механизма для освобождения внутренней энергии системы и ее преобразования.

Примерами развития аварийных лавинообразных процессов в электроэнергетике, приводящих к нарушению ее устойчивости, являются «лавина напряжения» и «лавина частоты*.

Чтобы остановить любой лавинообразно развивающийся процесс необходимо выполнить четыре основных условия:

• 1) уменьшить рост (снижение) определяющего системного параметра;
• 2) уменьшить время нахождения определяющего параметра в критических областях А и В (см. рис. 3.7);
• 3) повысить вероятность результативного воздействия на определяющий параметр при приближении к области системного гомеостаза а р (см. рис. 3.7);
• 4) эффективно прогнозировать поведение определяющего параметра.

В эволюции развития сложных систем существенную роль играет системная интеграция. Она основана на механизме отбора, сохраняющем, координирующем и усиливающем те связи и отношения, которые увеличивают структурное и функциональное соответствие элементов системы, разрушая и ослабляя неустойчивые соотношения. При этом наблюдается совершенствование организации системы и ее структуры, что, как правило, сопровождается изменением (часто увеличением) количества элементов и разнообразия связей с окружающей средой. Такое явление представляется как системный прогресс.

Системный прогресс характеризуется возникновением структурных и функциональных изменений, ведущих к совершенствованию организации системы. Он состоит в увеличении количества полезной информации, заключенной в ее структуре и может сопровождаться усложнением организации, хотя процесс развития социальных структур, научных теорий часто приводит к их упрощению. Однако в целом продвинутые системы в виде современных технологий, экономики, общественных структур обычно становятся сложнее.

Резюмируя приведенные рассуждения, отметим, что изучаемый объект представлен в данном исследовании как система, если он идентифицируется по признакам членимости, целостности, связанности и неаддитивности, а само исследование относится к классу системных, если оно процедурно строится без нарушения положений этих признаков.

Отличительными признаками системы выступают:

Наличие взаимосвязных частей в объекте;

Взаимодействие между частями объекта;

Упорядоченность данного взаимодействия для достижения общей цели системы.

Существуют два основных типа систем:

Открытые

Закрытые.

Закрытая система, имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы от окружающей систему среды. Часы – пример закрытой системы. Открытая система – это система, взаимодействующая с внешней средой, приспосабливающаяся к изменениям в ней. Энергия, информация, материалы – это объекты обмена с внешней средой через проницаемые границы системы. Такая системы не является само обеспечивающейся, она зависит от внешних факторов (энергии, информации, материалов и т.д.). Руководители, в основном, занимаются открытыми системами, потому что все организации являются открытыми системами. Выживание любой организации зависит от внешнего мира. Все сложные системы, как правило состоят из подсистем. Понятие подсистемы – это важное понятие в управлении. Основное различие подсистем одной системы – в функциональности, т.е. каждая подсистема выполняет особую функцию. Путем подразделения организации на отделы руководство намеренно создает внутри организации подсистемы – управленческие, кадров, маркетинга, финансов и т.д.

Подсистемы, в свою очередь, могут состоять из более мелких подсистем. Поскольку они взаимосвязаны, неправильное функционирование даже самой маленькой подсистемы может повлиять на систему в целом. Понимание того, что организации представляют собой сложные открытые системы, состоящие из нескольких взаимосвязных подсистем, помогает объяснить, почему каждая из школ в управлении оказалась практически приемлемой лишь в ограниченных пределах. Каждая школа стремилась сосредоточить внимание на какой-то одной подсистеме организации. Бихейвиористская школа в основном занималась социальной подсистемой. Школы научного управления и науки управления, главным образом, - техническими подсистемами. В результате они часто не могли правильно определить все основные компоненты организации. Ни одна из школ серьезно не задумывалась над воздействие среды на организацию. В настоящее время широко распространена точка зрения, что внешние силы могут быть основными детерминантами успеха организации, которые предопределяют, какое средство из арсенала управления может оказаться подходящим и, вероятнее всего, успешным.

Системный подход к управлению операциями

Теория систем впервые была применена в точных науках и в технике. Применение теории систем в управлении в конце 50-х годов явилось важнейшим вкладом школы науки управления. Системный подход – это не есть набор каких-то руководств или принципов для управляющих – это способ мышления по отношению к организации и управлении. Системный подход в управлении рассматривает управленческую деятельность как систему, т.е. как совокупность элементов, взаимодействующих между собой в пространстве и времени, функционирование которых направленно на достижение общей цели. Системный подход включает следующие этапы деятельности исследователя:

1. Выделение объекта внимания их общей массы явлений и процессов, очертание контура и пределов системы, ее основных частей, элементов, связей с окружающей средой. Выявление главных или важных свойств составных элементов и системы в целом.

2. Определение основных критериев целесообразного действия системы, а также основных ограничений и условий существования.

3. Определение вариантов структур и элементов, выявление главных факторов, влияющих на систему.

4. Разработка модели системы.

5. Оптимизация работы системы по достижению цели.

6. Определение оптимальной схемы управления системой.

7. Установление надежной обратной связи по результатам функционирования, определение надежности функционирования системы. Выделяются три основных принципа системного подхода:

целостность (характеристика самой системы не сводится к сумме характеристик составляющих ее элементов);

структурность (возможность описания системы через установление связей и отношений ее элементов);

иерархичность (соподчиненность элементов).

Основные понятия системного подхода можно представить в виде следующей логической последовательности:

Цель - Элементы - Связи элементов - Структура - Состояние системы - Функционирование - Взаимодействие с окружающей средой - Организация - Управляющее воздействие - Результат

Управление с позиций системного подхода есть осуществление совокупности воздействий на объект, выбранных из множества возможных воздействий на основании информации о поведении объекта и состоянии внешней среды для достижения заданной цели.

Виды управленческих решений

Управленческие решения можно рассматривать с разных точек зрения.

1. По степени влияния на будущее организации они делятся на стратегические и тактические. Первые определяют основные пути ее развития, вторые – конкретные способы продвижения по ним. Обычно стратегические решения (скажем, о выходе на новый рынок) принимаются на высшем уровне управления, а тактические (например, о ремонте оборудования) – на низовых.

2. По степени самостоятельности решения подразделяются на инициативные и предписанные . Первые принимаются руководством организации под воздействием обстоятельств, вторые конкретизируют поступающие сверху решения.

3. По масштабам решения могут быть глобальными , затрагивающими всю организацию в целом, и локальными , касающимися только одной ее части (стороны деятельности).

4. В соответствии с временным горизонтом можно говорить о перспективных решениях, последствия которых будут ощущаться длительное время (например, об инвестировании), и текущих , ориентированных на нужды сегодняшнего дня (об изыскании средств для выплаты заработной платы).

5. В зависимости от продолжительности периода реализации принято выделять долгосрочные (свыше 5 лет), среднесрочные (от года до 5 лет), и краткосрочные (до одного года) решения.

6. В соответствии со степенью предопределенности результата различают вероятностные и детерминированные (однозначные) решения, которые сравнительно редки.

7. По степени регламентированности выделяют контурные решения (предоставляют широкую свободу исполнителям); структурированные (допускают инициативу во второстепенных вопросах); алгоритмизированные , где инициатива исключена.

8. По направленности воздействия решения могут быть внешние (касаются окружения) или внутренние.

9. По степени обязательности исполнения они подразделяются на директивные , рекомендательные и ориентирующие , что зависит, например, от уровня, сроков действия, степени важности.

10. По функциональному назначению можно выделить организационные , координирующие, регулирующие , активизирующие и контролирующие решения.

11. По степени сложности решения разделяются на простые, сложенные и уникальные .

12. По методам выработки различаются шаблонные и творческие .

13. В зависимости от числа разработчиков решения делятся на индивидуальные и коллективные.

14. По широте охвата выделяются общие и специальные решения. Первые касаются одинаковых для всех вопросов (например, о времени начала и окончания рабочего дня) и вносят в деятельность организации элемент стабильности. Вторые относятся к узким проблемам, присущим только одному субъекту.

15. С точки зрения предопределенности решения принято делить на запрограммированные и незапрограммированные .

16. По способу влияния на объект решения можно разделить на прямы е и косвенные . Первые воздействуют непосредственно на него, вторые – на создание таких условий, под влиянием которых он сам изменит в нужную сторону свое поведение.

17. По сфере реализации решения могут быть связаны с производством, сбытом, научными исследованиями и пр.

18. По форме решения бывают правовыми и неправовыми .

20. По степени полноты и достоверности используемой информации выделяют:

Решения, принимаемые в условиях полной определенности;

Решения, принимаемые в условиях частичной определенности;

Решения, принимаемые в условиях полной неопределенности.

21. По способам принятия выделяют интуитивные, адаптационные и рациональные решения.

Природа управления

Природа современного менеджмента двояка: с одной стороны, управление – это производительный труд, возникающий в условиях комбинированного производства с высоким уровнем специализации работников, обеспечивающий связь и единство всего производительного процесса, а с другой стороны, управление – это деятельность по надзору и контролю. в основе которой лежит противоположность между наемным трудом как непосредственным производителем и собственником средств производства. Труд по управлению предполагает выполнение общественно необходимых задач по регулированию, организации, координации и контролю социально-экономических процессов.

Существует множество понятий системы. Рассмотрим понятия, которые наиболее полно раскрывают ее существенные свойства (рис. 1).

Рис. 1. Понятие системы

«Система – это комплекс взаимодействующих компонентов».

«Система – это множество связанных действующих элементов».

«Система – это не просто совокупность единиц... а совокупность отношений между этими единицами».

И хотя понятие системы определяется по-разному, обычно все-таки имеется в виду, что система представляет собой определенное множество взаимосвязанных элементов, образующих устойчивое единство и целостность, обладающее интегральными свойствами и закономерностями.

Мы можем определить систему как нечто целое, абстрактное или реальное, состоящее из взаимозависимых частей.

Системой может являться любой объект живой и неживой природы, общества, процесс или совокупность процессов, научная теория и т. д., если в них определены элементы, образующие единство (целостность) со своими связями и взаимосвязями между ними, что создает в итоге совокупность свойств, присущих только данной системе и отличающих ее от других систем (свойство эмерджентности).

Система (от греч. SYSTEMA, означающего «целое, составленное из частей») представляет собой множество элементов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, образующих определенную целостность, единство и целенаправленность. Практически каждый объект может рассматриваться как система.

Система – это совокупность материальных и нематериальных объектов (элементов, подсистем), объединенных какими-либо связями (информационными, механическими и др.), предназначенных для достижения определенной цели и достигающих ее наилучшим образом. Система определяется как категория, т.е. ее раскрытие производится через выявление основных, присущих системе свойств. Для изучения системы необходимо ее упростить с удержанием основных свойств, т.е. построить модель системы.

Система может проявляться как целостный материальный объект, представляющий собой закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих элементов.

Важным средством характеристики системы являются ее свойства . Основные свойства системы проявляются через целостность, взаимодействие и взаимозависимость процессов преобразования вещества, энергии и информации, через ее функциональность, структуру, связи, внешнюю среду.

Свойство – это качество параметров объекта, т.е. внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте. Свойства дают возможность описывать объекты системы. При этом они могут изменяться в результате функционирования системы . Свойства – это внешние проявления того процесса, с помощью которого получается знание об объекте, ведется за ним наблюдение. Свойства обеспечивают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. Свойства объектов системы могут изменяться в результате ее действия.

Выделяют следующиеосновные свойства системы :

· Система есть совокупность элементов . При определенных условиях элементы могут рассматриваться как системы.

· Наличие существенных связей между элементами . Под существенными связями понимаются такие, которые закономерно, с необходимостью определяют интегративные свойства системы.

· Наличие определенной организации , что проявляется в снижении степени неопределенности системы по сравнению с энтропией системоформирующих факторов, определяющих возможность создания системы. К этим факторам относят число элементов системы, число существенных связей, которыми может обладать элемент.

· Наличие интегративных свойств , т.е. присущих системе в целом, но не свойственных ни одному из ее элементов в отдельности. Их наличие показывает, что свойства системы, хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Система не сводится к простой совокупности элементов; декомпозируя систему на отдельные части, нельзя познать все свойства системы в целом.

· Эмерджентностъ – несводимость свойств отдельных элементов и свойств системы в целом.

· Целостность – это общесистемное свойство, заключающееся в том, что изменение любого компонента системы оказывает воздействие на все другие ее компоненты и приводит к изменению системы в целом; и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех компонентах системы.

· Делимость – возможна декомпозиция системы на подсистемы с целью упрощения анализа системы.

· Коммуникативность . Любая система функционирует в окружении среды, она испытывает на себе воздействия среды и, в свою очередь, оказывает влияние на среду. Взаимосвязь среды и системы можно считать одной из основных особенностей функционирования системы, внешней характеристикой системы, в значительной степени определяющей ее свойства.

· Системе присуще свойство развиваться , адаптироваться к новым условиям путем создания новых связей, элементов со своими локальными целями и средствами их достижения. Развитие – объясняет сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.

· Иерархичность . Под иерархией понимается последовательная декомпозиция исходной системы на ряд уровней с установлением отношения подчиненности нижележащих уровней вышележащим. Иерархичность системы состоит в том, что она может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, а каждый ее элемент, в свою очередь, является системой.

· Важным системным свойством является системная инерция, определяющая время, необходимое для перевода системы из одного состояния в другое при заданных параметрах управления.

· Многофункциональность – способность сложной системы к реализации некоторого множества функций на заданной структуре, которая проявляется в свойствах гибкости, адаптации и живучести.

· Гибкость – это свойство системы изменять цель функционирования в зависимости от условий функционирования или состояния подсистем.

· Адаптивность – способность системы изменять свою структуру и выбирать варианты поведения сообразно с новыми целями системы и под воздействием факторов внешней среды. Адаптивная система – такая, в которой происходит непрерывный процесс обучения или самоорганизации.

· Надежность – это свойство системы реализовывать заданные функции в течение определенного периода времени с заданными параметрами качества.

· Безопасность – способность системы не наносить недопустимые воздействия техническим объектам, персоналу, окружающей среде при своем функционировании.

· Уязвимость – способность получать повреждения при воздействии внешних и (или) внутренних факторов.

· Структурированность – поведение системы обусловлено поведением ее элементов и свойствами ее структуры.

· Динамичность – это способность функционировать во времени.

· Наличие обратной связи .

Любая система имеет цель и ограничения. Цель системы может быть описана целевой функцией U1 = F (х, у, t, ...), где U1 – экстремальное значение одного из показателей качества функционирования системы.

Поведение системы можно описать законом Y = F(x), отражающим изменения на входе и выходе системы. Это и определяет состояние системы.

Состояние системы – это мгновенная фотография, или срез системы, остановка ее развития. Его определяют либо через входные взаимодействия или выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы. Это совокупность состояний ее n элементов и связей между ними. Задание конкретной системы сводится к заданию ее состояний, начиная с зарождения и кончая гибелью или переходом в другую систему. Реальная система не может находиться в любом состоянии. На ее состояние накладывают ограничения – некоторые внутренние и внешние факторы (например, человек не может жить 1000 лет). Возможные состояния реальной системы образуют в пространстве состояний системы некоторую подобласть Z СД (подпространство) – множество допустимых состояний системы.

Равновесие – способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий или при постоянных воздействиях сохранять свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость – это способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних или внутренних возмущающих воздействий. Эта способность присуща системам, когда отклонение не превышает некоторого установленного предела.

3. Понятие структуры системы .

Структура системы – совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.Структура системы означает строение, расположение, порядок и отражает определенные взаимосвязи, взаимоположение составных частей системы, т.е. ее устройства и не учитывает множества свойств (состояний) ее элементов.

Система может быть представлена простым перечислением элементов, однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, т.к. требуется выяснить, что представляет собой объект и что обеспечивает выполнение поставленных целей.

Рис. 2. Структура системы

Понятие элемента системы. По определению элемент – это составная часть сложного целого. В нашем понятии сложное целое – это система, которая представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов.

Элемент – часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению ко всей системе и неделимая при данном способе выделения частей. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения.

Сам элемент характеризуется только его внешними прояв­лениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элемен­тами и внешней средой.

Понятие связи. Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – это значит выявить наличие зависимостей их свойств. Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний характер.

Взаимосвязи – совокупность двухсторонних зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы.

Взаимодействие – совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Понятие внешней среды. Система существует среди других материальных или нематериальных объектов, которые не вошли в систему и объединяются поняти­ем «внешняя среда» – объекты внешней среды. Вход характеризует воздействие внешней среды на систему, выход – воздействие системы на внешнюю среду.

По сути дела, очерчивание или выявление системы есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система – объект анализа (синтеза), а другая – как внешняя среда.

Внешняя среда – набор существующих в пространстве и во времени объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на систему.

Внешняя среда – это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Типы структур

Рассмотрим ряд типовых структур систем, использующихся при описании организационно-экономических, производственных и технических объектов.

Обычно понятие "структура" связывают с графическим отображением элементов и их связей. Однако структура может быть представлена и в матричной форме, форме теоретико-множественного описания, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем .

Линейная (последовательная) структура (рис. 8) характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними При выходе из строя хотя бы одного элемента (связи) структура разрушается. Примером такой структуры является конвейер.

Кольцевая структура (рис. 9) отличается замкнутостью, любые два элемента обладают двумя направлениями связи. Это повышает скорость общения, делает структуру более живучей.

Сотовая структура (рис. 10) характеризуется наличием резервных связей, что повышает надежность (живучесть) функционирования структуры, но приводит к повышению ее стоимости.

Многосвязная структура (рис. 11) имеет структуру полного графа. Надежность функционирования максимальная, эффективность функционирования высокая за счет наличия кратчайших путей, стоимость - максимальная.

Звездная структура (рис. 12) имеет центральный узел, который выполняет роль центра, все остальные элементы системы являются подчиненными.

Графовая структура (рис. 13) используется обычно при описании производственно-технологических систем.

Сетевая структура (сеть) - разновидность графовой структуры, представляющая собой декомпозицию системы во времени.

Например, сетевая структура может отображать порядок действия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т. п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции - сетевой график, при проектировании - сетевая модель, при планировании - сетевая модель, сетевой план и т. д.).

Иерархическая структура получила наиболее широкое распространение при проектировании систем управления, чем выше уровень иерархии, тем меньшим числом связей обладают его элементы. Все элементы кроме верхнего и нижнего уровней обладают как командными, так и подчиненными функциями управления.

Иерархические структуры представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Все вершины (узлы) и связи (дуги, ребра) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени).

Иерархические структуры, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами (структурами типа "дерева"; структурами, на которых выполняются отношения древесного порядка, иерархическими структурами с сильными связями) (рис 14, а).

Структуры, в которых элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего уровня, называют иерархическими структурами со слабыми связями (рис 14, б).

В виде иерархических структур представляются конструкции сложных технических изделий и комплексов, структуры классификаторов и словарей, структуры целей и функций, производственные структуры, организационные структуры предприятий.

В общем случае термин иерархия шире, он означает соподчиненность, порядок подчинения низших по должности и чину лиц высшим, возник как наименование "служебной лестницы" в религии, широко применяется для характеристики взаимоотношений в аппарате управления государством, армией и т.д., затем концепция иерархии была распространена на любой согласованный по подчиненности порядок объектов.

Таким образом, в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между уровнями и компонентами в пределах уровня могут быть любые взаимоотношения. В соответствии с этим существуют структуры, использующие иерархический принцип, но имеющие специфические особенности, и их целесообразно выделить особо.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

Система: Определение и классификация

Понятие системы относится к числу основополагающих и используется в различных научных дисциплинах и сферах человеческой деятельности. Известные словосочетания «информационная система», «человеко-машинная система», «экономическая система», «биологическая система» и многие другие иллюстрируют распространенность этого термина в разных предметных областях.

В литературе существует множество определений того, что есть «система». Несмотря на различия формулировок, все они в той или иной мере опираются на исходный перевод греческого слова systema - целое, составленное из частей, соединенное. Будем использовать следующее достаточно общее определение.

Система - совокупность объектов, объединенных связями так, что они существуют (функционируют) как единое целое, приобретающее новые свойства, которые отсутствуют у этих объектов в отдельности.

Замечание о новых свойствах системы в данном определении является весьма важной особенностью системы, отличающей ее от простого набора несвязанных элементов. Наличие у системы новых свойств, которые не являются суммой свойств ее элементов называют эмерджентностью (например, работоспособность системы «коллектив» не сводится к сумме работоспособности ее элементов - членов этого коллектива).

Объекты в системах могут быть как материальными, так и абстрактными. В первом случае говорят о материальных (эмпирических) системах ; во втором - о системах абстрактных. К числу абстрактных систем можно отнести теории, формальные языки, математические модели, алгоритмы и др.

Системы. Принципы системности

Для выделения систем в окружающем мире можно использовать следующие принципы системности .

Принцип внешней целостности - обособленность системы от окружающей среды. Система взаимодействует с окружающей средой как единое целое, ее поведение определяется состоянием среды и состоянием всей системы, а не какой-то отдельной ее частью.

Обособление системы в окружающей среде имеет свою цель, т.е. система характеризуется назначением. Другими характеристиками системы в окружающем мире являются ее вход, выход и внутреннее состояние.

Входом абстрактной системы, например некоторой математической теории, является постановка задачи; выходом - результат решения этой задачи, а назначением будет класс задач, решаемых в рамках данной теории.

Принцип внутренней целостности - устойчивость связей между частями системы. Состояние самой системы зависит не только от состояния ее частей - элементов, но и от состояния связей между ними. Именно поэтому свойства системы не сводятся к простой сумме свойств ее элементов, в системе появляются те свойства, которые отсутствуют у элементов в отдельности.

Наличие устойчивых связей между элементами системы определяет ее функциональные возможности. Нарушение этих связей может привести к тому, что система не сможет выполнять назначенные ей функции.

Принцип иерархичности- в системе можно выделить подсистемы, определяя для каждой из них свой вход, выход, назначение. В свою очередь, сама система может рассматриваться как часть более крупной системы.

Дальнейшее разбиение подсистем на части приведет к тому уровню, на котором эти подсистемы называются элементами исходной системы. Теоретически систему можно разбивать на мелкие части, по-видимому, бесконечно. Однако практически это приведет к тому, что появятся элементы, связь которых с исходной системой, с ее функциями будет трудно уловима. Поэтому элементом системы считают такие ее более мелкие части, которые обладают некоторыми качествами, присущими самой системе.

Важным при исследовании, проектировании и разработке систем является понятие ее структуры. Структура системы - совокупность ее элементов и устойчивые связи между ними. Для отображения структуры системы наиболее часто используются графические нотации (языки), структурные схемы. При этом, как правило, представление структуры системы выполняется на нескольких уровнях детализации: сначала описываются связи системы с внешней средой; потом рисуется схема с выделением наиболее крупных подсистем, далее - для подсистем строятся свои схемы и т.д.

Подобная детализация является результатом последовательного структурного анализа системы. Метод структурного системного анализа является подмножеством методов системного анализа вообще и применяется, в частности, в инженерии программирования, при разработке и внедрении сложных информационных систем. Основной идеей структурного системного анализа является поэтапная детализация исследуемой (моделируемой) системы или процесса, которая начинается с общего обзора объекта исследования, а затем предполагает его последовательное уточнение.

В системном подходе к решению исследовательских, проектных, производственных и других теоретических и практических задач этап анализа вместе с этапом синтеза образуют методологическую концепцию решения. В исследовании (проектировании, разработке) систем на этапе анализа производится разбиение исходной (разрабатываемой) системы на части для ее упрощения и последовательного решения задачи. На этапе синтеза полученные результаты, отдельные подсистемы соединяются воедино путем установления связей между входами и выходами подсистем.

Важно отметить, что разбиение системы на части даст разные результаты в зависимости от того, кто и с какой целью выполняет это разбиение. Здесь мы говорим только о таких разбиениях, синтез после которых позволяет получить исходную или задуманную систему. К таким не относится, например, «анализ» системы «компьютер» с помощью молотка и зубила. Так, для специалиста, внедряющего на предприятии автоматизированную информационную систему, важными будут информационные связи между подразделениями предприятия; для специалиста отдела поставок - связи, отображающие движение материальных ресурсов на предприятии. В итоге можно получить различные варианты структурных схем системы, которые будут содержать различные связи между ее элементами, отражающие ту или иную точку зрения и цель исследования.

Представление системы , при котором главным является отображение и исследование ее связей с внешней средой, с внешними системами, называется представлением на макроуровне. Представление внутренней структуры системы есть представление на микроуровне.

Классифкация систем

Классификация систем предполагает разделение всего множества систем на различные группы - классы, обладающие общими признаками. В основу классификации систем могут быть положены различные признаки.

В самом общем случае можно выделить два больших класса систем: абстрактные (символические) и материальные (эмпирические).

По происхождению системы делят на естественные системы (созданные природой), искусственные, а также системы смешанного происхождения, в которых присутствуют как элементы природные, так и элементы, сделанные человеком. Системы, которые являются искусственными или смешанными, создаются человеком для достижения своих целей и потребностей.

Дадим краткие характеристики некоторых общих видов систем.

Техническая система представляет собой взаимосвязанный, взаимообусловленный комплекс материальных элементов, обеспечивающих решение некоторой задачи. К таким системам можно отнести автомобиль, здание, ЭВМ, систему радиосвязи и т.п. Человек не является элементом такой системы, а сама техническая система относится к классу искусственных.

Технологическая система - система правил, норм, определяющих последовательность операций в процессе производства.

Организационная система в общем виде представляет собой множество людей (коллективов), взаимосвязанных определенными отношениями в процессе некоторой деятельности, созданных и управляемых людьми. Известные сочетания «организационно-техническая, организационно-технологическая система» расширяют понимание организационной системы средствами и методами профессиональной деятельности членов организаций.

Другое название - организационно-экономическая система применяют для обозначения систем (организаций, предприятий), участвующих в экономических процессах создания, распределения, обмена материальных благ.

Экономическая система - система производительных сил и производственных отношений, складывающихся в процессе производства, потребления, распределения материальных благ. Более общая социально-экономическая системаотражает дополнительно социальные связи и элементы, включая отношения между людьми и коллективами, условия трудовой деятельности, отдыха и т.п. Организационно-экономические системы функционируют в области производства товаров и/или услуг, т.е. в составе некоторой экономической системы. Эти системы представляют наибольший интерес как объекты внедрения экономических информационных систем (ЭИС), являющихся компьютеризированными системами сбора, хранения, обработки и распространения экономической информации. Частным толкованием ЭИС являются системы, предназначенные для автоматизации задач управления предприятиями (организациями).

По степени сложности различают простые, сложные и очень сложные (большие) системы. Простые системы характеризуются малым числом внутренних связей и относительной легкостью математического описания. Характерным для них является наличие только двух возможных состояний работоспособности: при выходе из строя элементов система или полностью теряет работоспособность (возможность выполнять свое назначение), или продолжает выполнять заданные функции в полном объеме.

Сложные системы имеют разветвленную структуру, большое разнообразие элементов и связей и множество состояний работоспособности (больше двух). Эти системы поддаются математическому описанию, как правило, с помощью сложных математических зависимостей (детерминированных или вероятностных). К числу сложных систем относятся практически все современные технические системы (телевизор, станок, космический корабль и т.д.).

Современные организационно-экономические системы (крупные предприятия, холдинги, производственные, транспортные, энергетические компании) относятся к числу очень сложных (больших) систем. Характерными для таких систем являются следующие признаки:

сложность назначения и многообразие выполняемых функций;

большие размеры системы по числу элементов, их взаимосвязей, входов и выходов;

сложная иерархическая структура системы, позволяющая выделить в ней несколько уровней с достаточно самостоятельными элементами на каждом из уровней, с собственными целями элементов и особенностями функционирования;

наличие общей цели системы и, как следствие, централизованного управления, подчиненности между элементами разных уровней при их относительной автономности;

наличие в системе активно действующих элементов - людей и их коллективов с собственными целями (которые, вообще говоря, могут не совпадать с целями самой системы) и поведением;

многообразие видов взаимосвязей между элементами системы (материальные, информационные, энергетические связи) и системы с внешней средой.

В силу сложности назначения и процессов функционирования построение адекватных математических моделей, характеризующих зависимости выходных, входных и внутренних параметров для больших систем является невыполнимым.

По степени взаимодействия с внешней средой различают открытые системы и замкнутые системы . Замкнутой называют систему, любой элемент которой имеет связи только с элементами самой системы, т.е. замкнутая система не взаимодействует с внешней средой. Открытые системы взаимодействуют с внешней средой, обмениваясь веществом, энергией, информацией. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой и являются открытыми.

По характеру поведения системы делят на детерминированные и недетерминированные. К детерминированным относятся те системы, в которых составные части взаимодействуют между собой точно определенным образом. Поведение и состояние такой системы может быть однозначно предсказано. В случае недетерминированных систем такого однозначного предсказания сделать нельзя.

Если поведение системы подчиняется вероятностным законам, то она называется вероятностной. В таком случае прогнозирование поведения системы выполняется с помощью вероятностных математических моделей. Можно сказать, что вероятностные модели являются определенной идеализацией, позволяющей описывать поведение недетерминированных систем. Практически отнесение системы к детерминированным или недетерминированным часто зависит от задач исследования и подробности рассмотрения системы.