Свойства и факторные пространства систем.

Понятие и классификация систем.

Термины теория систем и системный анализ, несмотря на период более 25 лет их использования, все еще не нашли общепринятого, стандартного истолкования.

Причина этого факта заключается в динамичности процессов в области человеческой деятельности и в принципиальной возможности использовать системный подход практически в любой решаемой человеком задаче.

Общая теория систем (ОТС) — научная дисциплина, изучающая самые фундаментальные понятия и аспекты систем. Она изучает различные явления, отвлекаясь от их конкретной природы и основываясь лишь на формальных взаимосвязях между различными составляющими их (явления) факторами и на характере их изменения под влиянием внешних условий, при этом результаты всех наблюдений объясняются только взаимодействием их компонентов, например характером их организации и функционирования, а не с помощью непосредственного обращения к природе вовлечѐнных в явления механизмов (физических, биологических, экологических, социологических или концептуальных).

Для ОТС объектом исследования является не «физическая реальность», а «система», т.е. абстрактная формальная взаимосвязь между основными признаками и свойствами.

При системном подходе объект исследования представляется как система. Само понятие система может быть относимо к одному из методологических понятий, поскольку рассмотрение объекта исследуется как система или отказ от такого рассмотрения зависит от задачи исследования и самого исследователя.

Существует много определений системы.

Определения понятия «система»:

1. Система есть комплекс элементов, находящийся во взаимодействии.

2. Система — это множество объектов вместе с отношениями этих объектов.

3. Система — множество элементов, находящихся в отношениях или связях друг с другом, образующих целостность или органическое единство (толковый словарь)

4. Система — это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Классификация систем.

Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающих некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации.

Система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками и соответственно ей может быть найдено место в различных классификациях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии исследования. Обычно цель классификации ограничить выбор подходов к отображению систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего класса.

По содержанию различают реальные (материальные), объективно существующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся продуктом мышления.

Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и искусственные (антропогенные).

Естественные системы: системы неживой (физические, химические) и живой (биологические) природы.

Искусственные системы: создаются человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий.

Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные (общественные).

Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в определенных целях.

К социальным системам относятся различные системы человеческого общества.

Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать свое состояние. Эти системы выступают как части более крупных, включающих людей — организационно- технических систем.

Организационная система, для эффективного функционирования которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой.

Примеры человеко-машинных систем: автомобиль — водитель; самолет — летчик; ЭВМ — пользователь и т.д.

Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, предназначенную для целенаправленных действий с задачей достижения в процессе функционирования заданного результата.

Отличительными признаками технических систем по сравнению с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными элементами является конструктивность (практическая осуществляемость отношений между элементами), ориентированность и взаимосвязанность составных элементов и целенаправленность.

1.2 Характеристика систем: элемент, связь, состав, структура и морфология.

Элементом системы является часть системы с однозначно определѐнными свойствами, выполняющая определѐнные функции и не подлежащая дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя).

Понятие элемент, подсистема и система взаимопреобразуемы, например, система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка (метасистема), а элемент при углубленном анализе, как система. То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой приводит к 2 аспектам изучения систем: на макро- и микро- уровнях.

При изучении на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой. Причѐм системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель) и условия еѐ функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.

На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.

Для изучения системы сочетаются оба компонента.

 

Структура системы.

Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы отражает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.

Связи — это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Связь — одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, т.е., иными словами, связи выражают законы функционирования системы. Связи различают по характеру взаимосвязи на прямые и обратные, а по виду проявления (описания) на детерминированные и вероятностные.

Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Открытие принципа обратной связи явилось выдающимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последствия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Основными функциями обратной связи являются:

противодействие тому, что делает сама система, когда выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);

компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависимость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математический аппарат для исследования этих связей, называемый «корреляционными зависимостями».

Состав.

Состав – это перечень компонентов системы с указанием отношений «часть – целое». Его описывают многоярусным древовидным графом, ярусы которого соответствуют эшелонам, корневые вершины – элементам, промежуточные вершины – подсистемам, наивысшая вершина – всей системе в целом, а ребра – отношения «часть – целое». На рисунке приведен иллюстративный (упрощенный) пример графового представления состава такой системы, как персональный компьютер. В практике системных исследований подобные описания иногда называют предметной иерархией.

Следует отметить, что без указания страты или слоя анализируемой системы невозможно однозначно установить ее состав. Так, в приведенном примере компьютер рассматривался на технической страте, но если тот же компьютер попытаться представить на программной страте, то его состав изменится. Компьютер будет состоять из различных операционных программ, программы – из подпрограмм, подпрограммы – из блоков, блоки – из модулей и т.д. вплоть до отдельных операций над двоичными символами.

Знание состава системы позволяет ответить на вопрос: «Из каких частей (подсистем и элементов) состоит система на каждом из выделенных уровней?».

Морфологией системы (от греч. morphe – форма + logos – понятие) называется совокупность компонентов системы с указанием отношений и связей между ними. Иначе, морфология – это характеристика системы, отражающая ее состав, иерархию и связи, реализующие отношения, между уровнями и компонентами. Морфологическое строение систем обычно отображается в виде достаточно сложных схем и формализованных описаний.

Знание морфологии еще больше расширяет представления о внутреннем устройстве изучаемой системы и позволяет получить ответы на следующие вопросы: «Из каких частей (уровней, подсистем и элементов) состоит рассматриваемая система? В каких отношениях друг к другу находятся составные части? Какими типами связей реализуются эти отношения? Каким образом управляется система и каково качество контуров управления?».

 

Свойства и факторные пространства систем.

Целостность системы проявляется в том, что в системе все элементы связаны между собой. Полное представление о системе можно получить, только рассматривая ее как единое целое.

Делимость системы проявляется в том, что все элементы системы можно объединить в самостоятельные взаимосвязанные модули, которые выполняют определенную функцию в системе. Например, в любой системе можно выделить модули ввода, обработки, вывода информации.

Изолированность системы проявляется в том, что система является самодостаточной для существования в окружающей среде и при соблюдении некоторых условий может существовать изолированно от себе подобных систем.

Идентифицируемость системы означает наличие у нее отличительных признаков, которые позволяют выделить ее из других систем. Обычно идентифицируемый признак находится в названии системы.

Неопределенность системы проявляется в том, что внешние воздействия определены неполностью. Сложные открытые системы не подчиняются вероятностным законам. В таких системах можно оценивать “наихудшие” ситуации. Этот способ обычно называется методом гарантированного результата. Он применим, когда неопределенность не описывается аппаратом теории вероятностей.

Синергия системы состоит в том, что результативность системы равна сумме результатов деятельности каждого элемента плюс синергетический эффект, равный дополнительному результату, вызванному взаимодействием их элементов. Для получения синергетического эффекта требуются затраты ресурсов, связанных с оптимизацией процессов и обучения персонала.

Эквифинальность системы [equifinality] — свойство системы приходить в некоторое состояние, определяемое лишь ее собственной структурой, независимо от начального состояния и изменений среды. Это динамическое свойство системы, осуществляющей переход из различных начальных состояний в одно и то же конечное состояние. Оно состоит в том, что при определенной системе управления, контроля и планирования процессов и сфер деятельности влияние отдельных внутренних или внешних факторов не способно в корне изменить поступательный характер результативности проводимых работ.

Оптимальность системы состоит в том, что управление процессами в системе направлено на оптимизацию затрат ресурсов для получения конечного результата. Свойством оптимальности обладают все формы живых организмов, устройства машин, конструкций и т. д.

 

Сложные системы можно подразделить на следующие факторные подсистемы:

1) решающую, которая принимает глобальные решения во взаимодействии с внешней средой и распределяет локальные задания между всеми другими подсистемами;

2) информационную, которая обеспечивает сбор, переработку и передачу информации, необходимой для принятия глобальных решений и выполнения локальных задач;

3) управляющую для реализации глобальных решений;

4) гомеостазную, поддерживающую динамическое равновесие внутри систем и регулирующую потоки энергии и вещества в подсистемах;

5) адаптивную, накапливающую опыт в процессе обучения для улучшения структуры и функций системы.