Понятия, характеризующие строение систем

Система может быть представлена простым перечислением элементов или «черным ящиком» (модель «вход – процесс – выход»). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят понятие «структуры». Структура (от латинского structure, означающего «строение, расположение, порядок») отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение).

Структура находится в тесной взаимосвязи с составом системы. Состав заключает в себе декомпозицию системы, расчленение единого целого на составляющие элементы. Структура, напротив, обеспечивает композицию системы, соединение отдельных составляющих в единое целое. Она устанавливает роль, место и назначение элементов в системе, их расположение и взаимоотношения между собой.

При этом в сложных системах структура включает не все элементы и связи между ними, а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы. Иными словами, структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей. В соответствии с этим структура определяется как совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях.

Существует и такой взгляд на структуру: структура больших систем есть такое их свойство, которое порождает характерное для них поведение.

Итак, структура – это организационная характеристика системы, представляющая собой совокупность устойчивых системообразующих связей и отношений, обеспечивающих стабильность и равновесие системы, взаимодействие, соподчиненность и пропорциональность между составляющими ее элементами [41, с. 139].

Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания. Понятия, входящие в определение системы и ее структуры (элементы, компоненты, подсистемы, связи), тесно связаны между собой и, по мнению Л. фон Берталанфи, не могут быть определены независимо, а определяются, как правило, одно через другое, уточняя друг друга.

Элемент – это простейшая, условно неделимая часть системы. Она выполняет определенную специфическую функцию и не подлежит дальнейшему расчленению, является как бы неделимой с точки зрения рассматриваемого процесса функционирования системы. Компоненты – это группы отдельных элементов системы, для которых невозможно определить подцель и у которых отсутствует свойство целостности. Подсистемы – это группы отдельных элементов, которые полностью обладают свойствами системы (в частности, целостностью и делимостью). По однородности входящих элементов различаются гомогенные подсистемы(в социотехнической системе: социальная, производственно-техническая и информационная) и гетерогенные (в социотехнической системе: подсистемы «человек – информация», «человек – машина» и «машина – информация»).

Расчленимость систем, или их декомпозиция на элементы не обязательно должна быть реальной. Важно иметь в виду тот факт, что существует, как правило, более одного способа расчленения данной системы. Так, для социальных организации экономист, техник, социолог, психолог найдут свои способы декомпозиции, исходя из специфических целей исследования. Вместе с тем, следует согласиться и с утверждением, что число элементов при любой рассматриваемой декомпозиции конечно. Важно иметь ввиду, что элемент системы делим не в абсолютном смысле, а лишь с позиции исследователя. Совершенно немыслима ситуация, когда, например структура промышленного предприятия изучается с точки зрения комплекса элементарных частиц, из которых состоят его здания, оборудование и т.д.

Связь – это категория управления, отражающая взаимодействие элементов системы. Понятие «связь» входит в любое определение структуры и обеспечивает возникновение и сохранение ее свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику) и функционирование (динамику) системы. Наличие связи между двумя элементами означает, что выход одного из них соединен со входом другого, и наоборот. Поэтому изменение выходных состояний одного элемента соответственно изменяет входные состояния другого (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Связь между элементами

При наличии двух связей для каждой пары элементов общее возможное количество связей в сложной системе, состоящей из n элементов, равно n (n -1).

Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.

Связи бывают:

■ по направлению: прямыми и обратными;

■ по уровню силы: сильными и слабыми;

■ по характеру (или виду): связями подчинения, генетическими, равноправными (или безразличными), связями управления;

■ по месту приложения: внутренними и внешними;

■ по пространственной ориентации: вертикальными и горизонтальными;

■ по прерывистости: непрерывные и дискретные;

■ по вариабельности: инвариантные и вариабельные.

Для кибернетических систем важную роль играет обратная связь. Посредством ее выходящая информация системы поступает на вход, образуя тем самым контур управления. Обратная связь может быть положительной — сохраняющей тенденции происходящих в системе изменении, и отрицательной — противодействующей тенденциям выходного параметра.

Основой строения структуры системы является соединение – узел связи со всей совокупностью входящих и исходящих из него каналов. Элементарными соединениями являются: последовательное (при котором элемент имеет один вход и один выход) (рис 4.2, а), конвергентное (элемент имеет несколько входов и единственный выход) (рис 4.2, б) и дивергентное (элемент имеет единственный вход и несколько выходов) (рис 4.2, в).

Кроме того, выделяют такие соединения как встречное (у элемента отсутствует выход, но имеется два или более канала входа (рис 4.2, г), расходящееся (элемент не имеет каналов входа, но имеет два и более каналов выхода (рис 4.2, д), многоканальное (элемент имеет несколько каналов входа и несколько каналов выхода) (рис 4.2, е).

(а)

(б)

(в)

(г)

(д)

(е)

Рис. 4.2. Основные типы соединений

Обычно понятие структура связывают с графическим отображением. Однако это не обязательно. Структура может быть представлена в матричной форме, в форме теоретико-множественных описаний, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем.

ВИДЫ СТРУКТУР

Способ связи элементов определяет строение структуры, ее организационную форму. Содержательная сторона связей существенного значения не имеет. Определяющим для отнесения структуры к той или иной классификационной группе является ответ на вопрос: каким образом соединены между собой отдельные компоненты системы?

Основной характеристикой, в соответствии с которой осуществляется классификация структур по способу связи, является их конфигурация. Формирование любых сколь угодно сложных структур основывается на определенных базовых типах конфигурации. Простые структуры имеют строение какой-то определенной базовой конфигурации. Сложные формируются на основе нескольких таких конфигураций.

По разновидностям возможных связей между элементами (звеньями) системы выделяются следующие виды конфигураций структур:

■ цепная (звенья связаны друг с другом последовательно, причем последнее звено напрямую с первым не связано) (рис. 4.3, а);

■ кольцевая (звенья связаны друг с другом последовательно, но выход последнего звена одновременно является входом первого) (рис. 4.3, б);

■ «колесо» (в отличие от кольцевой, в центре (на месте «оси») имеется звено, связанное со всеми остальными) (рис. 4.3, в);

■ звездная (в отличие от структуры «колесо», отсутствуют периферийные связи («обод»), а звенья связаны между собой лишь через центр) (рис. 4.3, г);

■ многозвенная (каждое звено связано со всеми остальными) (рис. 4.3, д);

■ сотовая (децентрализованная конфигурация с высоко регламентированными связями) (рис. 4.3, е);

■ сетевая (представляет собой декомпозицию системы во времени). Такие структуры могут отображать порядок действия технической системы, этапы проектирования, планирования и т.д. (рис. 4.3, ж).

■ иерархическая (каждое звено строго расположено в порядке от высшего к низшему, причем горизонтальные связи полностью отсутствуют) (рис. 4.3, з). Это один из важнейших видов структур, характерных для социальных организаций.

Рис. 4.3. Основные виды конфигураций структур