Общие понятия систем, признаки, свойства, классификация. Понятие и признаки системы

Объектные и формальные системы

Понятие «система» может рассматриваться в качестве уточнения и конкретизации понятия «сложное». Альтернативой понятию «сложное» является понятие «простое». Он применяется к тем сущностям, в отношении которых неприменимы вопросы: «Из чего состоит?» или «Как устроено?». Простое не состоит из чего-либо и никак не устроено – это конечный уровень проникновения вглубь строения. Другими словами, простое – исходные «кирпичи», из которых складывается нечто сложное. Для обозначения этих исходных простейших сущностей будем использовать термин объект.

Объект – простейшая составляющая сложного объединения, обладающая следующими качествами:

• в рамках данной задачи он не имеет внутреннего устройства и рассматривается как единое целое;
• у него имеется набор свойств (атрибутов), которые изменяются в результате внешних воздействий;
• он идентифицирован, т.е. имеет имя (название).

Комментарии к определению:

1. «…в рамках данной задачи…» означает, что одна и та же сущность в одних задачах может рассматриваться в качестве простой (т.е. объекта), а в других – нет. Например, отдельное предприятие в рамках экономики государства может считаться простым элементом, т.е. объектом, с некоторым набором параметров, для государства существенных: характер и объем выпускаемой продукции, местонахождение, потребности в ресурсном обеспечении, количество работников и т.д. При этом не включается в рассмотрение структура производства, количество производственных помещений, личности руководителей, цвет знаний и пр. В другой же задаче, где требуется найти оптимальную схему производства конкретного предприятия рассматривать его как простой элемент, безусловно, нельзя. Проникновение вглубь устройства чего-либо, вообще говоря, безгранично, поэтому всегда приходится останавливаться на некотором «уровне простоты», который приемлем для данной задачи. Таким образом, отнесение каких-то составляющих сложного объединения к объектам есть ни что иное, как упрощение реальной ситуации, т.е. моделирование. Объект – модельное представление. Выделение объектов из составляющих сложного объединения производится на этапе построения модели при решении практической задачи.

2. Объекты, безусловно, могут обладать свойствами. Понятие свойства определим следующим образом:

Свойством (атрибутом) называется качество объекта, для которого установлена мера; сама мера называется значением атрибута.

Наличие меры означает, что, во-первых, имеется качественная или количественная шкала, в соответствии с которой атрибуту приписывается значение (величина); во-вторых, определен порядок соотнесения атрибута с этой шкалой (порядок измерения). Например, цвет объекта мы определяем по качественной шкале с использованием градаций «красный», «черный», «зеленый» и пр., относя цвет к определенной части спектра; соотнесение со шкалой в данном случае производится по субъективному восприятию и, следовательно, не является строгим и однозначным, т.е. необъективно. Другим подобным примером является отметка, которую преподаватель выставляет учащемуся; отметку можно считать атрибутом знаний, отнесенным к принятой шкале («2», «3», «4», «5»); поскольку процедура измерения не определена однозначно, значение атрибута также необъективно. Примерами объективной (т.е. одинакового для всех) установки значения атрибута является определения меры нагретости тела посредством термометра или размеров тела посредством линейки – в обоих случаях имеется шкала, позволяющая однозначно охарактеризовать атрибут количественно. Даже из приведенных примеров видно, что свойства объекта могут определяться различными величинами: цвет задается словом, школьная отметка – целым числом, температура и длина – числом вещественным. Таким образом, мы приходим к необходимости использования различных типов величин (типов данных) для описания свойств объекта.

3. Набор свойств объекта будем называть состоянием , или полем свойств . В поле свойств выделяются две составляющие: свойства индивидуальные и общие. К индивидуальным свойствам относятся те, которые выделяют данный объект из множества ему подобных. Например, если в качестве объектов рассматривать автомобили одной марки, то индивидуальными атрибутами оказываются цвет, год выпуска, пробег. К общим свойствам относятся те, которые обеспечивают принадлежность данного объекта к некоторому множеству ему подобных. В приведенном примере общим свойством является марка автомобиля.

Класс – это множество объектов, обладающих одним или несколькими одинаковыми атрибутами; эти атрибуты называются полем свойств класса.

Класс – это механизм группировки и предоставления свойств. Свойство распространяется через класс.

Среди атрибутов объекта всегда имеются те, которые определяют характер его связей (взаимодействия) с другими объектами и, следовательно, оказываются существенными для объединения объектов; и, наоборот, часть атрибутов объекта для объединения может быть несущественной. Например, учебная группа объединяет людей, поступивших в одно время в данное учебное заведение; несущественными оказываются рост, цвет глаз и волос и прочие индивидуальные качества.

4. Свойства объекта могут изменяться с течением времени. Изменение свойства – это процесс. Любой процесс имеет причину («движущую силу»). Для объекта причины протекающих процессов могут быть только внешними по отношению к нему, поскольку, согласно определению, внутреннее устройство и, соответственно, какие-либо внутренние воздействия и причины, у объекта отсутствуют. Внешние воздействия (причины) могут носить постоянный (непрерывный во времени) характер (например, притяжение к Земле) или быть дискретными – в этом случае их называют событиями (например, толчок тела или поступление порции информации). Реакцией объекта на внешнее воздействие является изменение его свойств.

5. Важной характеристикой процесса является его скорость протекания, т.е. изменение свойства за единицу времени. Изменяются, вообще говоря, все свойства объекта, однако, скорости процессов, безусловно, различны. При этом если относительное изменение некоторого свойства за время наблюдения незначительно, то говорят о постоянстве свойства, т.е. независимости его от времени. Например, цвет одежды в течение первых нескольких недель носки, практически, не изменяется. Однако в результате длительной носки и стирки цвет претерпевает изменение. Таким образом, постоянство (неизменность) свойства – это, безусловно, модельное представление, принимаемое в рамках данной задачи.

6. Описание любого объекта начинается с присвоения ему идентификатора, т.е. имени – без него невозможно указать, какая сущность рассматривается. Имя (название) объекта (No) является его индивидуальным признаком, который, однако, нельзя считать свойством, поскольку оно не имеет меры. Имя (название) класса является общим признаком для группы объектов. Например, в электронных схемах можно выделить классы с именами «резистор», «конденсатор», «микросхема» и др. Именем отдельного объекта будет «резистор 470 кОм». Имя объекта или класса не может изменяться с течением времени; изменение имени (переименование) следует рассматривать как прекращение существования одного объекта (класса) и возникновение другого.

Вернемся к соотнесению понятий «простое» – «сложное». Если нечто мы определяем как «сложное», то подразумеваем, что оно имеет какое-то строение, т.е. из чего-то состоит. В дальнейшем эту составную часть сложного будем называть компонентом. Очевидно, компоненты могут быть двух типов:

• те, которые в данной задаче можно считать простыми, т.е. объекты;
• сложные, т.е. те, которые в свою очередь состоят из чего-то еще.

Теперь можно попытаться определить понятие система.

Система – совокупность взаимодействующих компонентов, каждый из которых в отдельности не обладает свойствами системы в целом, но является ее неотъемлемой частью.

Комментарии к определению:

1. Системой может называться не любая совокупность (объединение) неких сущностей, а только сущностей взаимодействующих, т.е. связанных друг с другом. Например, груду кирпичей или набор радиодеталей считать системами нельзя; если же эти кирпичи разместить в определенном порядке и связать раствором, а радиодетали нужным образом соединить между собой, то получатся системы – дом и телевизор. Следствием взаимодействия оказывается то, что компоненты системы определенным образом организованы, т.е. система имеет структуру, отражающую ее организацию (устройство). Взаимодействия (связи) могут быть различной природы: механические, физические, информационные и др. К способам описания структуры необходимо отнести языковый (с использованием естественного или формализованного языка) и графический.

2. Любая система обладает двумя качествами: системности и единства.

• системность означает, что при объединении компонентов возникает некоторое новое качество – системное свойство – которым изначально не обладали отдельные компоненты; в рассмотренном выше примере с телевизором совершенно очевидно, что никакая его деталь (компонент) по отдельности не обладают свойством демонстрации изображения и звука, перенесенных радиоволнами;
• единство или, по-другому, целостность системы означает, что удаление из нее какого-либо компонента приводит фактически к ее уничтожению, поскольку меняется (или исчезает) системное свойство (в этом легко убедиться, если из телевизионной схемы убрать какую-либо деталь).

3. Уточним терминологию: предельно простые компоненты системы далее будем называть объектами; сложные, которые также состоят из связанных простых (и, следовательно, подпадают под определение системы), будем называть подсистемами. Например, двигатель является подсистемой автомобиля, а болт – объектом.

4. Понятия «система» и «модель» неразрывно связаны друг с другом. Выделение, изучение и описание каких-либо систем неизбежно сопровождается моделированием, т.е. упрощениями, причем, моделирование осуществляется на двух уровнях. На внешнем уровне производится выделение самой системы: поскольку любое реальное объединение (прототип системы) включает множество составляющих и связей между ними, на этапе постановки задачи приходится какие-то из них включать в систему и рассматривать далее, а какие-то отбрасывать как второстепенные. На внутреннем уровне моделирование состоит в том, что часть составляющих системы принимаются и рассматриваются в качестве объектов, что также является упрощением. Кроме того, пренебрегается некоторыми внутренними взаимосвязями. Таким образом, в задачах, связанных с изучением и описанием сложных объединений, система – это модельное представление. Однако это утверждение не будет справедливым для задач, в которых системы создаются искусственно (т.е. человеком) – технические конструкции и механизмы, здания, художественные произведения, компьютерные программы и пр. – порождаемые фантазией автора, они не имеют прототипов и, следовательно, не могут быть моделями, хотя подпадают под определение системы. С другой стороны, модель сложного прототипа также представляет собой объединение связанных составных частей, т.е. модель является системой. Однако модель объекта, очевидно, системой быть не может. Следовательно, несмотря на связь понятий «система» и «модель», их нельзя отождествлять; соотношение этих понятий определяется характером решаемой задачи.

Прототип понимается как реальный прообраз, или идея, которая однажды была практически реализована и может быть использована в будущем с различными модификациями.

5. Приведенное определение является инвариантным по отношению к области знаний или технологий, в которой система исследуется или создается. Другими словами, степень общности определения высока.

На практике необходимость выделения систем связаны с постановкой и решением следующих задач:

• изучение прототипа системы, т.е. выяснение строения природного или искусственного прототипа системы, особенностей связей между компонентами, влияния внешних и внутренних факторов на характер протекающих процессов;
• описание системы, т.е. представление системы языковыми или графическими средствами;
• построение системы – создание новой системы из компонентов;
• использование системы – решение с помощью системы каких-то проблем практики.

При решении перечисленных системных задач используются два метода – анализ и синтез.

Анализ – метод исследования, основанный на выделении отдельных компонентов системы и рассмотрении их свойств и связей.

Анализ – это декомпозиция (расчленение) сложного объединения на составные части и рассмотрение их и связей между ними по отдельности. В информатике имеется раздел (это и самостоятельная наука) – системный анализ, в котором изучаются способы выделения, описания и исследования систем. В то же время, анализ является универсальным методом познания, применяемым во всех без исключения научных и прикладных дисциплинах. Его альтернативой и дополнением является синтез.

Синтез – (1) метод исследования (изучения) системы в целом (т.е. компонентов в их взаимосвязи), сведение в единое целое данных, полученных в результате анализа; (2) создание системы путем соединения отдельных компонентов на основании законов, определяющих их взаимосвязь.

Синтез – это объединение составляющих для получения нового качества (системного свойства). Такое объединение возможно только после изучения свойств компонентов и закономерностей их взаимодействий, а также изучения влияния различных факторов на системные свойства. Синтез – целенаправленная деятельность человека, следовательно, его результатом будет искусственная система (в отличие от природных естественных). Создание системы может производиться с конечной целью изучения и описания ее прототипа – подобную систему, как было сказано выше, следует считать моделью. Примером может служить упоминавшаяся ранее имитационная модель процессов в атмосфере Земли, на основании которой прогнозируется погода. Другой целью создания (построения) системы может быть ее практическое использование для удовлетворения каких-либо потребностей человека, например, сооружения, транспортные средства, электронные устройства. Эти системы нельзя считать моделями, поскольку отсутствуют их прототипы. Однако они сами являются прототипами для чертежей и схем, по которым создаются. К этой же категории искусственных систем необходимо отнести художественные произведения, компьютерные программы и другие построения, выполненные посредством некоторого языка (естественного или формализованного) и имеющие смысловую завершенность.

Использование системы – это конечная цель ее изучения или создания. Часто использование связано с управлением системой; общие законы управления системами изучает раздел информатики под названием кибернетика.

Прежде чем выделить различные классы систем, произведем ряд терминологических уточнений. Полный набор свойств системы – состояние (поле свойств) системы – составляют состояния (поля свойств) ее отдельных компонентов, а также системные свойства. В дальнейшем из индивидуальных свойств компонентов будем включать в поле свойств системы лишь те, которые оказываются существенными для системы, т.е. определяют характер связей (отношений) с другими компонентами или внешними по отношению к системе телами. Таким образом, мы можем каждой системе поставить в соответствие три множества: множество компонентов {A}, множество отношений между ними {R}, а также множество (поле) свойств системы {P}.

Рассмотрим некоторые признаки, которые могут быть положены в основу классификации систем.

Системы статические и динамические

Система называется статической, если множества {A}, {R} и {P} не меняются с течением времени.

Неизменность {A} и {P} означает постоянство состава системы и поля ее свойств. Неизменность {R} означает постоянство структуры системы.

Если любое из перечисленных множеств изменяется, то система будет динамической; изменение всегда сопровождается процессом (или несколькими процессами).

Статическую систему иногда рассматривают как мгновенное состояние системы динамической.

Примером статической системы может служить организационная структура учреждения; динамической – само предприятие в его развитии.

Частным случаем статических систем являются системы равновесные; их особенность в том, неизменность системы достигается за счет нескольких процессов, идущих в противоположных направлениях и уравновешивающих друг друга. Примерами могут служить система «вода–насыщенный пар», равновесие в которой достигается процессами испарения и конденсации; экологическая система с равновесием хищных и нехищных животных; система «человек» или «животное» с уравновешивающими друг друга процессами ассимиляции и диссимиляции; предприятие или целое государство, в которых сбалансированы доходы и расходы. Таким образом, статичность системы не тождественно отсутствию в ней процессов.

Системы замкнутые и незамкнутые

Совершенно очевидно, что помимо объектов и других компонентов, входящих в систему, имеются иные сущности, которые в систему не включены и являются внешними по отношению к ней. Компоненты системы могут взаимодействовать с внешним окружением или этого взаимодействия может не быть (в этом случае взаимодействие осуществляется только между компонентами системы).

Система называется замкнутой (изолированной), если ее компоненты не взаимодействуют с внешними сущностями, а также отсутствуют потоки вещества, энергии и информации из системы или в нее.

Примером физической замкнутой системы может служить горячая вода и пар в термосе. В замкнутой системе количество вещества и энергии остается неизменным. Количество же информации может изменяться как в сторону уменьшения, так и увеличения – в этом просматривается еще одна особенность информации как исходной категории мироздания. Замкнутая система является некоторой идеализацией (модельным представлением), поскольку полностью изолировать какую-то совокупность компонентов от внешних воздействий невозможно.

Построив отрицание приведенному выше определению, мы получим определение системы незамкнутой. Для нее должно быть выделено множество внешних воздействий {E}, оказывающих влияние (т.е. приводящих к изменениям) на {A}, {R} и {P}. Следовательно, незамкнутость системы всегда связана с протеканием процессов в ней. Внешние воздействия могут осуществляться в форме каких-то силовых действий либо в форме потоков вещества, энергии или информации, которые могут поступать в систему или выходить из нее. Примером незамкнутой системы является какое-либо учреждение или предприятие, которые не могут существовать без материальных, энергетических и информационных поступлений. Очевидно, исследование незамкнутой системы должно включать изучение и описание влияния на нее внешних факторов, а при создании системы должна предусматриваться возможность появления этих факторов.

Системы естественные и искусственные

Различие производится по тому, имеется ли у системы природный протопит или нет.

Естественными называются системы, имеющие прототип природного происхождения.

Искусственные – это системы, созданные человеком.

Выделение системы из природного образования неизбежно связано с принятием упрощающих и ограничивающих положений; по этой причине естественная система является моделью и отражает свойства прототипа неточно. Искусственная система строится в соответствии с замыслом человека и может точно этому замыслу соответствовать.

Обсуждавшее выше понятие системы является общим и универсальным, т.е. может использоваться в различных отраслях человеческого знания. Наряду с ним в информатике и ряде других приложений используется понятие «формальная система»; оно отличается от общего понятия системы, подобно тому, как понятие математической модели отличалось от понятия модели вообще.

Формальная система – это математическая модель, задающая множество дискретных компонентов путем описания исходных объектов и правил построения новых компонентов из исходных и уже построенных.

Уточнения к определению:

1. Компонентами формальной системы является информационные представления материальных объектов, состояний, отношений и пр. Представления могут быть знаковыми (символическими) или графическими. Таким образом, формализация (или построение формальной системы) – это замена реального прототипа ее формальным описанием, т.е. ее информационной моделью.

2. Компоненты формальных систем могут представлять комбинацию конечного числа исходных объектов – неделимых (простейших) элементов с определенным набором свойств. Множество видов таких элементов называется алфавитом системы. Число экземпляров элементов каждого вида может быть любым (в том числе бесконечным).

3. Правила построения новых компонентов могут иметь вид «условие – действие» («если имеющиеся объекты или компоненты удовлетворяют некоторым условиям, то для построения нового компонента необходимо выполнить такое-то действие»). Другим видом правил является «посылка – заключение» («если уже построены компоненты вида A1…An-1, то компонент An также считается построенным»). Новые компоненты называются выводимыми объектами (правильнее было бы их называть «выводимыми компонентами»).

Рассмотрим несколько примеров формальных систем.

Пример 1. Множество арифметических формул, которые могут содержать цифровые или буквенные выражения с целочисленными коэффициентами. Алфавит: цифры 0…9; буквы a…z; знаки +, -, ?, /; скобки (,). Любой символ может считаться исходной формулой, любая комбинация цифр с первой ненулевой называется числом и считается формулой. Правила построения новых формул следующие:

• если A и B – числа, то AB также число (т.е. частный вид формул – числа – получаются приписыванием одних к другим таким образом, чтобы слева был не 0);
• если F1 и F2 – формулы, то (F1 + F2), (F1 – F2), (F1 ? F2) и (F1 /F2) также являются формулами.

В описанной формальной системе выводимыми оказываются формулы типа:
3215, (z - 15), (((15?a) + (1 - c))/(d + 2)).

Пример 2. Множество возможных шахматных позиций, которые могут быть получены в процессе игры. Алфавит системы – клетки шахматной доски (черные и белые, как свободные, так и занятые той или иной фигурой). Исходное состояние – начальная шахматная позиция. Формальными правилами вывода новых позиций являются правила шахматной игры.

Пример 3. Множество высказываний в математической логике. Алфавитом служат буквы, обозначающие переменные, символы логических операций, скобки. Исходными компонентами являются аксиомы; правилами – правила исчисления высказываний. Множеством выводимых объектов оказываются все тождественно истинные высказывания.

Основные признаки системы

Существует, по крайней мере, четыре основных признака, которыми дожжен обладать объект, явление или их отдельные грани (срезы), чтобы их можно было считать системой.

Первая пара признаков – это признаки целостности и членимости . С одной стороны, система – это целостное образование, и представляет целостную совокупность элементов, а с другой стороны, в системе четко можно выделить ее элементы (целостные объекты). Для системы главным является признак целостности, т.е. она рассматривается как единое целое, состоящее из взаимодействующих или взаимосвязанных частей (элементов), часто разнокачественных, но совместимых.

Второй признак – это наличие более или менее устойчивых связей (отношений) между элементами системы, превосходящих по своей силе (мощности) связи (отношения) этих элементов с элементами, не входящими в данную систему. Связанность рассматривается как признак, свидетельствующий о том, что целостные свойства изучаемого объекта и особые свойства его частей формируются за счет межкомпонентных (внутриуровневых и межуровневых) отношений, связей и взаимодействий.

В системах любой природы между элементами существуют те или иные связи (отношения). При этом с системных позиций определяющими являются не любые связи, а только лишь существенные связи (отношения), которые определяют интегративные свойства системы . Именно интегративные свойства отличают систему от простого конгломерата и выделяют систему в виде целостного образования из окружающей среды.

Третий признак – это наличие интегративных свойств (качеств), присущих системе в целом, но не присущих ее элементам в отдельности. Интегративные свойства системы обуславливает тот факт, что свойство системы, несмотря на зависимость от свойств элементов, не определяется ими полностью. Простая совокупность элементов и связей между ними еще не система, и поэтому, расчленяя систему на отдельные части (элементы) и изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства хорошо организованной системы в целом. Интегративное свойство (качество) – это то новое, которое формируется при согласованном взаимодействии объединенных в структуру элементов и которым элементы до этого не обладали.

Синонимом интегративности является неаддитивность.

Неаддитивность (от лат. additivus - получаемый путем сложения) как признак системы проявляется в том, что свойства изучаемого объекта невозможно свести к свойствам его частей, а также вывести лишь из них. Этот признак в несколько иной интерпретации можно выразить формулой: если изучаемый объект представляется в данном исследовании как система, то при любом способе разделения такого объекта на части невозможно выявить его целостные свойства.

Четвертый признак – это организация (организованность) развивающихся систем. Этот признак характеризует наличие в системе определенной организации, что проявляется в снижении степени неопределенности системы или ее энтропии, по сравнению с энтропией системообразующих факторов, определяющих возможность создания системы. Системообразующими факторами являются: число элементов системы; число существенных связей, которыми может обладать элемент; число системозначных свойств элемента; число квантов пространства и времени, в которых может находиться и существовать элемент, связь и их свойства. Организация охватывает только те свойств элементов, которые связаны с процессами сохранения и развитя целостности, т.е. существования системы. Организация возникает в том случае, когда между некоторыми исходными объектами (явлениями) возникают закономерные устойчивые связи или/и отношения, актуализирующие какие-то свойства элементов и ограничивающие иные их свойств. Организация связана с упорядоченностью и согласованностью функционирования автономных частей системы.

Дескриптивный и конструктивный подходы к определению системы

Существует два принципиально разных подхода к определению системы: дескриптивный и конструктивный. Рассмотрим их специфику.

Дескриптивный подход основывается на признании того, что системность свойственна действительности, что окружающий мир, Вселенная представляют собой некоторую совокупность систем, всеобщую систему систем, что каждая система принципиально познаваема, что внутри системы существует неслучайная связь между ее элементами, структурой и функциями, которые эта система выполняет.

Отсюда дескриптивный подход к системе заключается в том, что характер функционирования системы объясняют ее структурой, элементами, что находит отражение в определениях системы, которые называются дескриптивными. К ним относятся почти все определения, которые анализировались ранее. В соответствии с дескриптивным подходом, любой объект выступает как система, но только в том аспекте, в каком его внешнее проявление (свойство, функция) задается его внутренним устройством (отношением, структурой, взаимосвязями). Идеология этого подхода проста: все в мире есть системы, но лишь в определенном отношении.

Дескриптивный подход лежит в основе системного анализа, который состоит в том, что обоснованно выделяется и осмысливается структура системы, из которой выводятся ее функции. Схема может быть такой:

• выделение элементов, имеющих некоторую пространственно-временную определенность;
• определение связей между элементами;
• определение системообразующих свойств, связей и отношений;
• определение структур, т.е. законов композиции;
• анализ функций системы.

Итак, если наблюдаются связи между объектами, то эти объекты могут образовывать некоторую систему. Состав организации будет проявляться в структуре системы.

Организация определяется всей совокупностью связей, их пространственно-временными, причинно-следственными и другими динамическими зависимостями. Наличие инвариантных связей дает основания для построения систем. Система является способом описания отдельных аспектов организации, представленных лишь определенной группой инвариантных связей. Эти связи выступают в качестве системообразующих факторов. По мере повышения сложности организации, т.е. увеличения числа различных видов связей, проявляется и обостряется проблема выявления системообразующих факторов. Использование в качестве факторов целей и результатов может быть затруднено тем, что объекты, претендующие на роль элементов системы, могут быть многоцелевыми, выдавать множество различных результатов. Аналогично, одна совокупность объектов может проявлять целый ряд интегративных качеств. Поэтому применение дескриптивного подхода может вызывать немало сложностей.

Конструктивный подход носит обратный характер. В нем по заданной функции конструируется соответствующая ей структура. При этом используется не просто функциональный, но и функционально-целевой подход, потому что система должна соответствовать некоторым целям конструирования. Выделение и построение системы осуществляется так:

• ставится цель (или намерение), которую должна обеспечивать система;
• определяется функция (или функции), обеспечивающая(ие) достижение этой цели;
• подыскивается или создается структура, обеспечивающая выполнение функции.

Цель представляет собой состояние, к которому направлена тенденция движения объекта. В неживой природе существуют объективные цели, а в живой дополнительно – субъективные цели. Образно говоря, объективная цель – это мишень для поражения, а субъективная цель – желание стрелка поразить ее. Цель обычно возникает из проблемной ситуации, которая не может быть разрешена наличными средствами. И система выступает средством разрешения проблемы. Схематично это представлено на рисунке.

Конструирование системы

Теперь дадим следующее конструктивное определение системы: система есть конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделяемое из среды, в соответствии с заданной целью (или назначением) в рамках определенного временного интервала.

Конструктивный подход идеально применим ко всем видам производственной деятельности. Процесс производства всегда является системой. Рассмотрим самый тривиальный пример, который ярко демонстрирует системность производства.

Пусть имеются два станка. Первый станок делает операцию А, а второй – операцию В. На вход первого станка поступает определенная заготовка, из которой в результате операции А получается полуфабрикат. Это полуфабрикат поступает на второй станок, и после операции В из него получается готовое изделие. Готовое изделие является целью производства. Это изделие можно получить, имея заготовку и применяя к ней последовательно операции А и В. Эта последовательность определяет структуру производства.

Конструктивный подход идет от постановки цели (или намерения). В приведенном примере целью является определенное изделие. Конструктор проектирует систему, подбирая заготовку, операции (функции) ее обработки, устанавливая последовательность операций. Цель определяет структуру системы.

Итак, производство создано. Теперь представим, что по тем или иным причинам его начинают исследовать аналитики. Техническая документация производства им не представлена (что на практике встречается очень часто), поэтому аналитики могут воспользоваться только дескриптивным подходом. Они начинают с выявления существенных элементов производства, и определяют заготовки, готовое изделие, станок с операцией А и станок с операцией В. Далее аналитики выясняют связи между элементами. Они проявляются в виде последовательности обработки заготовки от операции А к операции В. В итоге, аналитики делают вывод, что исследуемое производство является системой, целью которой является выпуск изделия. Цель реализуется последовательной обработкой определенной заготовки.

В нашем примере дескриптивный подход дает хорошие результаты. Однако имеется огромное число сложных объектов, явлений, процессов, для которых практически невозможно применение дескриптивного подхода так, как это было сделано в примере с производством. Может оказаться невозможным выделение всех элементов и связей в силу их огромного количества. Также может возникнуть неоднозначность в определении элементов в силу комплексности, многофункциональности исследуемого объекта. Тогда прибегают к декомпозиции. Объект начинают рассматривать поаспектно. По каждому аспекту применяют дескриптивный подход. В результате получается ряд систем, каждая из которых отражает определенный аспект исследуемого объекта. Далее пытаются применить дескриптивный подход к этой совокупности систем, т.е. построить суперсистему из имеющихся систем. Удачно построенная суперсистема наиболее порлно отражает исследуемый объект.

Система в бэкмологии

Итак, классическое определение системы гласит следующее.

Под системой обычно понимают совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных единством цели (или назначения) и функциональной целостностью. При этом свойство самой системы не сводится к сумме свойств составных элементов. Любая система образуется в результате взаимодействия составляющих ее элементов, причем это взаимодействие придает системе новые свойства, отсутствующие у отдельно взятых элементов. Как правило, объединение элементов в систему осуществляется в результате формирования согласованного взаимодействия в нечто новое, обладающее интегративным качеством, которым эти элементы до объединения не обладали.

Такое определение четко разграничивает совокупность взаимосвязанных элементов и функциональную целостность с целями. То есть в системе различают конструктивный и утилитарный (функциональный) аспекты.

Можно считать, что исходное определение системы как совокупности элементов, находящихся во взаимосвязи, дал Л. Берталанфи. Несмотря на содержательность этой формулировки, она обладает существенной ограниченностью, т.к. не указывает на связь системы со средой. Среда же является не только праматерью системы, но в окружении среды живет и функционирует любая система, она испытывает на себе воздействия среды и в свою очередь оказывает влияние на среду. Часто система создается только для того, чтобы изменить свойства окружающей среды. По этой причине взаимосвязь среды и системы можно считать одной из основных особенностей функционирования системы, внешней характеристикой системы, в значительной степени определяющей ее свойства, т.е. внутренние характеристики.

Системное мышление не акцентируется на изучении организационного аспекта взаимодействия системы и среды, без которого наше представление о реальности будет крайне ограниченным.

Поэтому следует расширить определение системы организационным аспектом.

Проявления объективных законов можно исследовать и познавать, используя концепцию системы. На6людая процессы в системе, мы видим частную реализацию действия закона, описывающую изменение состояния системы.

Организация конкретизируется в системах. Под системой понимается совокупность объектов, имеющих ту или иную устойчивую организацию. Иными словами, система представляет собой группу объектов, объединенную какими-либо инвариантными (т.е. неизменными) внутренними взаимодействиями (связями). Инварианты взаимодействий определяют проявления законов.

Используя понятие системы, человек исследует различные зависимости между состояниями объектов и их взаимодействиями. Взаимосвязанность объектов означает, что все они участвуют во внутренней организации системы и доступны для взаимодействия друг с другом непосредственно или опосредованно через другие объекты.

Организация, рассматриваемая как необходимое фундаментальное качество любого проявления системы, является первоосновой, ибо система не может существовать в ином виде, кроме как организованном.

Система – это устойчивая организация. Устойчивость проявляется в длительной неизменности организованных взаимодействий, в их продолжительной повторяемости, воспроизводимости. Если правила постоянно меняются, то о системе речь идти не может. Система всегда фиксирует некоторый набор правил, по которым действуют объекты.

Выявить структуру системы - значит упомянуть ее объекты и организованные взаимодействия.

Концепция системы важна, поскольку позволяет выделять в вечно меняющемся мире относительно стабильные образования.

Система всегда является плодом сознания. В природе не существует систем. Понятие «материальная система» отражает только лишь факт, что элементами системы выступают материальные объекты. Эти объекты объединяются сознанием в соответствии с некоторым набором целей, критериев анализа объективной реальности. Основой такого объединения всегда выступает определенная организация данных объектов, т.е. наличие между ними устойчивых связей. Неорганизованные объекты никогда не будут объединены в систему.

Присутствие организации является основанием возможности формирования систем. Сформированная система позволяет изучать эту организацию.

Является ли организация объективным явлением, или же она также субъективна, как и система, - это вопрос, относящийся к безрезультатным спорам о первичности бытия или сознания.

Даже если организация субъективна, то ее первичность по отношению к системе позволяет сформулировать аксиому, в соответствии с которой не может быть сформирована система там, где нет какой-либо организованности.

Система может быть сформирована только на основе организации.

Следствием данной аксиомы является следующее утверждение.

Система формируется для изучения и использования имеющейся или возможной организации.

Итак, первоначальная модель, представленная четырьмя сущностями: объект, взаимодействие, свойство, состояние, расширяется сущностями организация и система.

Последние две сущности необходимы для представления целостной картины мира.

Системы возникают (проявляются, существуют) как инвариантный результат взаимодействий (с нелинейностями на границах). Инвариантные взаимодействия выступают системообразующим фактором. НЕ-инвариантные взаимодействия называются «хаотическими» и никаких систем проявить не могут. Но это еще большой вопрос, существуют ли вообще НЕ-инвариантные взаимодействия, т.е. такие взаимодействия, в которых в принципе нельзя выделить однозначного, воспроизводимого результата? Ведь тогда это означало бы, что взаимодействовало нечто «в принципе бесструктурное» - а такого не может быть - любая материя структурна!

В большинстве случаев система включает в себя некую группу взаимодействий, имеющую какую-либо симметрию. Объекты практически всегда имеют какую-либо симметрию внутренних взаимодействий (связей). Чаще всего они центрально-симметричны и имеют центрально-симметричные нелинейности на границах. Можно даже попытаться выдвинуть более сильное предположение - объекты отличаются от «не-объектов» наличием какой-либо симметрии внутренних процессов. И границей объекта является область, где эта симметрия (внутренних связей) нарушается. Не все процессы одного объекта «обязаны» иметь границы в пределах этого объекта. Некоторые процессы, инициированные в данном объекте, вообще могут не иметь явных границ – например, процесс излучения фотона электроном...

Также считается, что неотъемлемым и решающим компонентом системы, системообразующим фактором, создающим упорядоченное взаимодействие между всеми другими ее компонентами, является результат. Результат, будучи недостаточным, активно влияет на отбор именно тех степеней свободы у компонентов системы, которые при их интегрировании определяют в дальнейшем получение полноценного результата. Однако в онтологическом понимании «результат» (впрочем, как и «цель») является, прежде всего, связью (отношением). Говоря о результате, мы имеем в виду наличие связи, которая направляет некоторый процесс к определенному состоянию. Таким образом, результат, или нацеленность, будучи видом связи, представляет некоторый аспект организации.

В традиционном определении системы указывается, что она обладает функциональной целостностью. Система есть сущность, которая в результате взаимодействия ее частей может поддерживать свое существование и функционировать как единое целое.

При этом свойство самой системы не сводится к сумме свойств составных элементов. Любая система образуется в результате взаимодействия составляющих ее элементов, причем это взаимодействие придает системе новые свойства, отсутствующие у отдельно взятых элементов. Как правило, объединение элементов в систему осуществляется в результате формирования согласованного взаимодействия в нечто новое, обладающее интегративным качеством, которым эти элементы до объединения не обладали.

Однако, наличие интегративного качества – это опять же таки всего лишь аспект организации, который представляется определенным видом взаимодействия. Данный вид связи используется в качестве системообразующего фактора, поскольку создаваемое им интегративное качество – это характерная отличительная черта организации, которая достойна исследования и использования в практической деятельности.

Если отвлечься от специфики организации, т.е. от характера закономерности, цели, результата, интегративного качества и др., то можно дать общее определение системы, которое будет исходить из организации как таковой. Система – это имеющая устойчивый характер совокупность объектов и организованных взаимодействий (отношений) между ними.

Организация базируется на начальных условиях и ограничениях, накладываемых на возможные взаимодействия, таких, что взаимодействия приобретают форму закономерности. Организация описывается ее законами – правилами, порядком или описанием, посредством которых организованы определенные объекты и отношения (взаимодействия) между ними.

Организация появляется не в результате образования системы, а система формируется, чтобы проявить, зафиксировать имеющуюся или желаемую организацию.

Система появляется на основании правила или закона, т.е. сначала появляется идея организации, а затем уже эта идея воплощается в системе. Поэтому не вполне корректно говорить, что определенная система создается с целью организации. Это можно трактовать так, что без данной системы организация невозможна. Однако это не так – организация, в принципе, может быть достигнута путем формирования других систем. Корректнее сказать, что в целях организации создается система.

Часто под организацией понимают процесс создания, поддержания и развития системы. Иными словами, система представляется продуктом некоторого процесса организации.

Поскольку такая точка зрения существует и широко распространена, то ее следует прокомментировать.

Под процессом понимается последовательная смена состояний, последовательность действий для достижения какого-либо результата.

Тогда систему можно рассматривать как некоторый результат достижение определенной организации, а собственно процесс достижения этого результата можно называть процессом организации. При этом никогда не следует забывать, что система не является целью. Целью является организация. Цель может конкретизироваться в различных результатах, т.е. в данном случае системах.

Когда говорят, что организация представляет собой процесс создания, поддержания и развития системы, следует понимать, что не имеется в виду определенная система, а предполагается создание некоторой системы (что в реальных условиях получится), которая будет отвечать требуемой организации.

Следует еще раз подчеркнуть, что система всегда является плодом сознания. Понятие системы обобщает представление о некоторой организованности. Называя нечто системой, мы подразумеваем некую совокупность определенным образом взаимодействующих объектов. Там, где наблюдаются взаимодействия по правилам (законам), можно усматривать систему. Причем сами правила (законы) человеку могут быть не ясны. Сам факт определенности поведения предусматривает присутствие организованности, т.е. наличие правил (законов). И человека в первую очередь интересует фиксирование именно определенности, поскольку уже само по себе это имеет практическую ценность. Составляется неформальное описание зафиксированной определенности, и ее называют системой. В дальнейшем человек по мере возможности пытается понять основополагающие правила (законы) системы. Чтобы как-то компенсировать незнание правил, там, где это возможно, прибегают к формулированию целей функционирования системы. Говорят, что система целенаправленна, т.е. результат ее действия соответствует определенной цели. Иными словами, при помощи целей дают грубое описание организованности.

Таким образом, мыслительная деятельность человека осуществляется в соответствии со следующей последовательностью. Сначала выявляется некоторая организованность. Далее ее называют системой, описывают цели этой системы, дают ее неформальное описание в идее структуры и т.п. Затем пытаются выявить правила (законы) той организации, которая была названа системой. Последний шаг представляется наиболее сложным.

Главная заслуга А.Эйнштейна состояла именно в том, что он сделал попытку сформулировать правила организации пространства-времени. Переход от системы к законам организации раскрывает широчайшие возможности создания различных искусственных систем.

Искусственные системы создают в обратной последовательности. На основе правил или целей создают соответствующую им некоторую организацию. Процесс создания организации, как правило, ведется методом проб и ошибок. Подбирается такая структура системы, которая в наибольшей степени соответствует поставленным целям. Этот процесс тем эффективнее, чем больше известно правил организации.

Введение понятия «система» имеет очень важные последствия. После образования системы ее начинают рассматривать как объект. Ясно, что система является совокупностью взаимодействующих объектов. Однако человек, сформировав систему, представляет ее новым объектом со всеми вытекающими из этого последствиями, а именно: наличием свойств, состояний и взаимодействий. Естественно, свойства, состояния и взаимодействия системы-объекта будут отличаться от свойств, состояний и взаимодействий объектов, входящих в систему.

Определение свойств, состояний и взаимодействий системы-объекта становится возможным при введении понятия «окружающая среда». Под окружающей (внешней) средой понимают всю совокупность объектов, не принадлежащих системе. Предполагается, что объекты среды могут взаимодействовать с системой. Здесь обязательно следует подчеркнуть, что объекты среды взаимодействуют именно с системой, как объектом, а не с элементами системы, т.е. составляющими систему объектами. При таком подходе, называемым системным, появляется возможность применять к системе все уже существующие подходы и методы исследования. Иными словами, человек допускает, что систему можно исследовать на основе тех же принципов, которые применялись к исследованию ее элементов. Правомерно ли данное допущение, показывает только практика. Вряд ли стоит говорить о достоинствах и недостатках такого подхода, поскольку иного подхода у человека просто нет.

Конечно, свойства, состояния и взаимодействия системы определяются на основе неких упрощений, усреднений, допущений. Для системы они будут выражаться в виде неких коллективных, обобщенных описаний. Но ведь, по сути, точно также определяются свойства, состояния и взаимодействия элементов системы – строительного материала системы! Этот аргумент и использует человек для оправдания использования системного подхода.

Именно здесь и появляется понятие «иерархия». Иерархия – это расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему.

Термин «иерархия» рождает множество ассоциаций; он имеет и структурные, и функциональные оттенки. Под иерархической системой мы, вообще говоря, понимаем ансамбль взаимодействующих частей, который состоит из последовательности вложенных одна в другую взаимодействующих субъединиц (или может быть разложен или разделен на такие субъединицы).

Каждое множество взаимодействующих компонент (образующих отдельный иерархический уровень) допускает свое характерное описание на языке пространства состояний с переменными и свойствами (параметрами), принадлежащими данному конкретному уровню. Взаимодействующие переменные (и/или параметры) на более высоком иерархическом уровне являются «коллективными свойствами» (статистическими моментами или свертками) динамики, происходящей на нижнем уровне. Следовательно, переход на более высокий уровень обычно сопровождается значительным уменьшением числа степеней свободы.

Более высокий уровень получает «снизу» селективную информацию и в свою очередь управляет динамикой на более низком уровне с помощью упреждающей связи. Сложность любой системы обусловлена числом ее компонент и способом их взаимосвязи.

Теперь становится понятным, почему человек представляет все то, что его окружает, в виде иерархий систем. Последовательное применение системного подхода «обречено» на такой результат.

Применительно к трем основным сферам объективной действительности уровни иерархии выглядят удивительно единообразно. Все системы оказываются построенными по одним и тем же основным правилам «игры», и получается, что окружающий нас мир построен по эволюционному принципу «от простого - к сложному». Формируя сложные многоуровневые системы по одним и тем же правилам, человек начинает верить, что эти правила являются проявлением общей закономерности, присущей природе.

Неорганическая природа	Живая природа	Общество
1. Субмикроэлементарный	Биологический микромолекулярный
2. Микроэлементарный	Клеточный
3. Ядерный	Микроорганический	Коллектив
4. Атомный	Органы и ткани	Большие социальные группы (классы, нации)
5. Молекулярный	Организм в целом	Государство
6. Макроуровень	Популяция	Системы государства
7. Мегауровень(планеты, звездные системы, галактики)	Биоценоз	Человечество в целом
8. Метауровень (мегагалактики)	Биосфера	Ноосфера

Каждая из сфер объективной действительности включает в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Внутри этих уровней доминирующими являются отношения координации, а между уровнями - субординации. Процесс эволюции иерархических систем может быть описан в рамках некоторой общей теории иерархических систем, позволяющей получать не только качественное, но и количественное описание.

Отношения субординации характеризуют порядок, в соответствии с которым осуществляется распределение элементов системы по уровням иерархии. Тогда элементы, занимающие одну и ту же позицию в отношениях субординации, будут относиться к одному и тому же уровню иерархии и характеризоваться отношениями координации. Отношения субординации являются главным признаком, определяющим принадлежность определенной совокупности элементов к системе. Между элементами с отношениями субординации существуют тесные связи подчиненности, а между элементами, находящимися в отношениях координации, такие связи отсутствуют. Эти элементы находятся в отношениях, которые можно назвать равноправными. Если отношения субординации сравнить с последовательным соединением элементов, то отношения координации можно характеризовать как параллельное соединение элементов. Совокупность элементов системы с отношениями координации и имеющих один и тот же уровень иерархии системы, будем называть оболочкой иерархической системы. Оболочки могут иметь более сложную структуру, характеризующуюся соответствующими отношениями суб-субординации. Тогда мы будем говорить, что имеет место расщепление оболочки на подоболочки, и т.д. Подоболочка всегда является внутренней по отношению к любой содержащей ее оболочке. В случае, если оболочка системы состоит из вложенных друг в друга подоболочек, то такую оболочку будем называть вложенной. Вложенные друг в друга подоболочки будут находиться в отношениях субординации. Если же все подоболочки (оболочки) системы будут соединены параллельно, то такую систему будем называть развернутой. Как правило, такие подоболочки (оболочки) будут связаны друг с другом в одну системную оболочку через их сенсорные подоболочки.

Система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое. Система образует особое единство со средой; как правило, любая исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка; элементы любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкого порядка. Это определение является основой закономерности коммуникативности .

Среда есть совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения систем.

Выделяет систему из среды наблюдатель, который отделяет (отграничивает) элементы, включаемые в систему, от остальных, т.е. от среды, в соответствии с целями исследования (проектирования) или предварительного представления о проблемной ситуации.

При этом возможно три варианта положения наблюдателя, который: 1) может отнести себя к среде и, представив систему как полностью изолированную от среды, строить замкнутые модели (в этом случае среда не будет играть роли при исследовании модели, хотя может влиять на ее формирование); 2) включить себя в систему и моделировать ее с учетом своего влияния и влияния системы на свои представления о ней (ситуация, характерная для экономических систем); 3) выделить себя и из системы, я из среды, и рассматривать систему как открытую, постоянно взаимодействующую со средой, учитывая этот факт при моделировании (такие модели необходимы для развивающихся систем). В последнем случае практически невозможно учесть все объекты, не включенные в систему и отнесенные к среде; их множество необходимо сузить с учетом цели исследования, точки зрения наблюдателя путем анализа взаимодействия системы со средой, включив этот «механизм» анализа в методику моделирования.

Уточнение или конкретизация определения системы в процессе исследования влечет соответствующее уточнение ее взаимодействия со средой и определения среды. В этой связи важно прогнозировать не только состояние системы, но и состояние среды. В последнем случае следует учитывать неоднородность среды, наряду с естественно-природной средой существуют искусственные - техническая среда созданных человеком машин и механизмов, экономическая среда, информационная, социальная среда.

В процессе исследования граница между системой и средой может деформироваться. Уточняя модель системы, наблюдатель может выделять в среду некоторые составляющие, которые он первоначально включал в систему. И, наоборот, исследуя корреляцию между компонентами системы и среды, он может посчитать целесообразным включить в систему составляющие среды, имеющие сильные связи с элементами системы.

Проведение границы между системой и средой носит субъективный характер и определяется целями проводимого исследования. Если мы выделяем в организме те или иные органы, то только ради удобства изучения соответствующих функций, заведомо упрощая истинное положение дел. И, строго говоря, любая модель является имитационной, поскольку принципиально отражает не абсолютно все элементы объекта, представляемого в виде системы, а лишь те, которые помогут понять изучаемые особенности, в противном случае модель стала бы необозримой по размерности.

Иными словами, система - это еще и диалектический синтез взаимно исключающих друг друга требований точности и обозримости, а задачей системного анализа является выработка средств достижения компромисса между «проклятием размерности» и высокой точностью системного моделирования актуальных задач практической деятельности человека.

Представим себе набор взаимодействующих объектов, в котором отношения между этим объектами выстроены в соответствии с некоторым набором «внутренних» правил. Правила регламентируют, как объектам себя вести. Состав объектов и отношений между ними, а также суть правил имеют устойчивый характер, т.е. остаются неизменными во времени в течение относительно длительного периода. Назовем для удобства дальнейших рассуждений данный набор объектов и их отношений ансамблем.

Ансамбль существует среди других объектов, образующих среду ансамбля. Ансамбль взаимодействует с объектами среды в соответствии с определенным набором «внешних» правил. При этом к среде предъявляется ряд требований для поддержки выполнения внешних правил, т.е. на среду накладывается ряд ограничений. Ограничения касаются состава объектов среды и взаимодействий с объектами ансамбля.

Ансамбль может существовать в среде в рамках своих внутренних правил. Он как бы «навязывает» среде свои правила, отчасти контролирует ее. Одновременно среда при соблюдении ограничений взаимодействует с объектами ансамбля по внешним правилам.

Поддержание отношений между ансамблем и средой зависит как от ансамбля, так и от среды. Иными словами, отношения между ансамблем и средой - соблюдение ограничений и выполнение внешних правил - носят характер соподчиненности. Это означает, что существование ансамбля зависит от конфигурации среды, а конфигурация среды в некоторой степени от действий ансамбля. Под конфигурацией здесь понимается состав объектов и их взаимодействий.

Внутренние правила могут отчасти создавать условия для поддержания ограничений и внешних правил. Последние, в свою очередь, могут существовать вне зависимости от ансамбля. Тогда ансамбль как бы приспосабливается к условиям среды – его внутренние правила подстраиваются под внешние правила.

Ограничения, внутренние и внешние правила выстраиваются на основе «общих» правил. Общие правила задают базовые взаимодействия между объектами. К ним относятся все фундаментальные природные закономерности такие, как закон всемирного тяготения, законы термодинамики, электричества и т.д.

Итак, система определяется по следующей спецификации:

• набор объектов (элементов) и их отношений
• внутренние правила взаимодействия объектов между собой
• внешние правила взаимодействия объектов со средой
• ограничения среды.

Ограничения, внутренние и внешние правила, а также их соотношения позволяют подходить к ансамблю как к системе . Понятие системы здесь наполняется новым содержанием, которое взаимоувязывает классическую систему и ее среду.

Категория системы в понятийном плане имеет интегрирующее значение. Декларируя систему, мы всегда подразумеваем, что имеется ее спецификация. Спецификация системы интегрирует (объединяет) совокупность описаний связанных между собой явлений и закономерно протекающих процессов в виде ряда правил и ограничений.

Система всегда определяется относительно некоторой среды. Это означает, что система может существовать только в определенной среде, характеризуемой ее внешними правилами, а также ограничениями.

Система существует до тех пор, пока спецификация остается неизменной. Если что-либо в этой спецификации изменяется, следует определять, строго говоря, уже другую систему. Однако на практике при незначительных изменениях в спецификации этого не делают – пренебрегая деталями, системой считают то, что было определено ранее. Или называют систему самоорганизующейся.

Как видно, при данном определении системы также как и в классическом понимании системы существует граница между ее объектами и объектами среды. Однако эта граница не определяет, где кончается целостность системы. Она не делит объекты на «свои» и «чужие». Граница нужна, чтобы разделять внутренние и внешние правила. Такое разделение также не носит характер отделения «своих» от «чужих». Внутренние и внешние правила обладают одинаковой степенью важности и совместно определяют систему. Их баланс, соотношение является уникальным для каждой системы. Именно баланс внутренних и внешних правил формирует представление о системе.

Соотношение ограничений, внутренних и внешних правил может принимать различные формы. Суть этих форм и является нашей интерпретацией, или пониманием, наблюдаемых в природе закономерностей.

Приведем ряд наглядных примеров систем.

Любая фирма есть система. Ее внутренними правилами являются учредительные документы, технологии работы, должностные инструкции, стратегии в части внутреннего устройства. Внешние правила для фирмы – это прежде всего уголовное, налоговое и таможенное законодательства, отраслевые правила и нормативы. К внешним правилам также относится стратегия тактика фирмы в части работы на рынке. Внешние и внутренние правила хранятся на различных информационных носителях. К ограничениям можно отнести конкуренцию, ситуацию на ресурсных рынках, политическую обстановку. Общие правила определяются такими дисциплинами как экономика, социология, психология.

Автомобиль – это система. Внутренние правила заключены в конструкции автомобиля. Внешние правила – это инструкции по его вождению и эксплуатации, аэродинамические характеристики, функции ходовой части. К ограничениям относятся вид топлива, климатические условия, условия проходимости, срок эксплуатации. Общие правила – законы физики и химии.

Компьютерная программа. Любая программа есть система. Ее внутренние правила закодированы алгоритмом работы. К внешним правилам относятся интерфейсы взаимодействия с пользователями и другими программами. К ограничениям относятся правила операционной системы и совместимое аппаратное обеспечение.

Человек. Внутренние правила человека определяются его физиологией. Внешние правила связаны с функциями органов чувств, двигательными функциями, функциями мозга. Ограничений очень много – от неспособности человека жить в условиях радиации до социальной природы его обитания.

Методика определения системы заключается в формировании спецификации:

Шаг 1 . Определяется ансамбль объектов: состав объектов и их отношений. Особенностью этого этапа является то, что выбираются не все отношения, а только входящие в определенную область интересов, отвечающие определенной функциональности, соответствующие некоторому набору целей. В классическом понимании здесь речь идет о совокупности взаимосвязанных элементов, объединенных единством цели (или назначения) и функциональной целостностью.

Под функциональностью понимаются зависимости состояний одних объектов от состояний других объектов.

Сделаем несколько важных замечаний по данному шагу.

Во-первых, требуется отделить систему от среды, например, границей. Для этого надо ввести некоторый признак, который позволил бы осуществить разделение на уровне элементов системы. Однако обычно разграничение системы и среды не имеет смысла осуществлять только с помощью специальных классификационных признаков. Вопрос решается на более принципиальной основе: в системе действуют другие, нежели в окружающей среде законы, определяющие ее функционирование. Поэтому задача заключается в том, чтобы установить совокупность элементов, которые подчиняются этим законам. Они-то и составят систему.

Во-вторых, для замыкания системы необходимо осуществить некоторые структурные преобразования. Они сводятся к тому, что двусторонние связи объекта со средой заменяются однонаправленными. Иначе, в процесс е замыканная о6ъекта разрывается контур взаимодействий «среда-объект» и «объект-среда». Первый канал имеет не только информационную содержательность, когда по нему поступают сигналы о состоянии среды (они используются для формирования управления, обеспечивающего наилучшее взаимодействие объекта со средой), но и выступает в качестве цепи, по которой передаются воздействия на объект со стороны среды, например силовые. Второй канал («o6ъeкт-cpeдa») обычно сохраняет только силовую - в широком смысле - содержательность. Когда среда рассматривается как система, т.е. задача решается в постановке исследования взаимодействия систем (объекта и среды), то надо сохранить и информационную сущность канала.

Возможен случай наличия двусторонней связи, которая при принятой системе допущений не может быть прео6разована в две независимых однонаправленных: одна от объекта к среде, другая наоборот. Например, сигнал от объекта, поступающий в среду, прео6разуется и в виде воздействия обращается на объект. Тогда возникает потребность более точно определить характер отношений объекта и среды, а для этого необходимо расширить границу объекта, включив в объект часть среды, содержащую установленный механизм взаимодействий. Такую процедуру следует продолжать до тех пор, пока новая граница не будет удовлетворять требованиям субъекта, выраженным через свойство однонаправленности связей, которое описано выше.

Таким образом, можно сказать, что при выделении объекта из среды производится структурирование связей, им придается ориентированность и осуществляется функциональная классификация, выраженность взаимодействий - информационных, энергетических, субстанционных (вещественных). Без проведения подобной процедуры нельзя установить систему, а значит ни идентифицировать ее, ни управлять ею.

Следует говорить об образовании, включении в ансамбль минимального количества элементов, обеспечивающих качественную работу системы.

Вполне возможно вхождение в состав ансамбля самой определяемой системы.

Отделение системы от среды существенно усложняется, если в первой присутствуют мимикрирующие элементы, принадлежащие фактически среде или другой системе, а выдающие свою принадлежность за системную. Так, коррупционеры в государственной системе на самом деле состоят в уголовном сообществе, так как подчиняются законам последнего.

Шаг 2 . Определяются внутренние правила взаимодействия между собой объектов ансамбля. Выявляются функциональные правила поддержания зафиксированных на первом шаге отношений, а также правила, если таковые имеются, для поддержания выполнимости функциональных правил. В рамках этих правил формулируются возможные состояния объектов, а также зависимости состояний одних объектов от состояний других объектов.

Шаг 3 . Определяются внешние правила взаимодействия объектов ансамбля с объектами среды. В первую очередь выявляются объекты среды и правила, которые могут оказывать существенное влияние на состав ансамбля. Далее выявляются правила, оказывающие влияние на выполнимость внутренних правил. Также определяются правила, которые должны соблюдаться для выполнимости всех ранее выявленных правил.

Внутренние и внешние правила должны, как минимум, регламентировать следующие организационные аспекты:

• статику системы (поддержание ее целостности)
• динамику системы
• целевое управление системой (для искусственных систем)

Шаг4 . Выявляются ограничения среды, при которых будет сохраняться баланс выявленных внутренних и внешних правил.

До нахождения нужного баланса внутренних и внешних правил шаги 1-4 могут повторяться.

Содержательность системы может быть установлена посредством выделения элементов и определения связей между ними. Вопрос заключается в том, на каком языке выражается указанное соответствие и с какой степенью детализации описывается система. Другими словами, переходя к описанию системы, мы вынуждены довольствоваться некоторым огрублением объекта, его моделью , полученной доступными нам средствами. Модель соотносится с реальностью так же, как природный ландшафт с изображающей его картиной: их близость зависит от мастерства художника и привлекаемых нм изобразительных средств.

Моделью называется специально синтезированный для удобства исследований объект, который обладает необходимой степенью подобия исходному, адекватной целям исследования, сформулированным субъектом или лицом, принявшим решение относительно исследования системы.

В последующем, после построения модели, используя термин «система», мы подразумеваем ее модель, если противное специально не оговорено.

Для обеспечения возможности описания динамики системы (модели) фиксируются ее состояния . Под состоянием системы понимают такую совокупность параметров, характеризующих функционирование системы, которая однозначно определяет ее последующие изменения.

Так как состояние меняется, то естественно говорить о движении . Под движением понимается изменение состояния, обусловленное внешними и внутренними причинами. Движение системы составляет ее самую существенную характеристику, так как полностью раскрывает свойства системы и позволяет соотнести ее состояние с требуемым, имеющим смысл цели. Отсюда вытекает и последующая задача - научиться так воздействовать на движения системы, чтобы привести ее в требуемое состояние, т.е. управлять системой.

Для системы характерна множественность состояний, что является отражением ее динамизма, многоальтернативности развития. Именно поэтому при изучении систем в качестве адекватного математического аппарата широко привлекается теория множеств и построенный на ее базе функциональный анализ.

Вопрос фиксации состояния системы в иерархических структурах решается следующим образом. Каждый уровень иерархии может иметь собственную группу параметров состояния, взаимосвязанных между собой, а изменения в системе будет описывать совокупность всех групп. Так как эти группы также выстроены иерархически, то можно говорить о дереве состояний системы.

Сказанное позволяет наглядно связать понятия состояния и модели – зная состояние в данный момент времени и модель системы легко перейти к определению ее состояний в будущий момент времени. В возможности построения футурологических оценок и состоит главное предназначение введенного механизма.

Текущее состояние –> Модель системы –> Будущее состояние

Более того, точность предсказания будущего является оценкой успешного описания системы - выбора параметров, характеризующих состояние, и составления модели. Любое нарушение при этом означает лишение процесса исследования прогностической ценности, а значит ставит под сомнение весь смысл интерпретации явления как системы.

Элементы спецификации системы подразделяют на особо значимые (ключевые) и менее значительные (поддерживающие). Если особо значимые элементы остаются неизменными, говорят о самоорганизации.

Самоорганизующуюся систему можно определить как ансамбль объектов относительно устойчивого состава с неизменными ключевыми и частично изменяющимися поддерживающими ограничениями, внутренними и внешними правилами.

Ключевые элементы имеют тесную связь с целеполаганием. Цель – достижение желаемого состояния – является одним из системообразующих оснований. Элементы, без которых цель оказывается недостижимой, причисляют к разряду ключевых.

Цель – это совокупное представление о некоторой модели будущего результата, способного удовлетворить исходную потребность при имеющихся реальных возможностях, оцениваемых по результатам опыта.

Рассмотрим свойства цели:

• цель находится в непосредственной зависимости от потребности и является в этом процессе ее прямым следствием
• выбор цели сугубо субъективен, т.е. основан на конкретном знании индивида или сообщества
• цель конкретна
• цель всегда несет в себе элемент неопределенности, что приводит к некоторому «рассогласованию» фактически полученного результата и той модели, которая была сформирована
• наличие неопределенности в исходной модели делает цель средством оценки будущего результата.

Главной движущей силой психического развития является врожденное стремление человека осуществлять самого себя. «Самость» «представляет собой интенциональность или целенаправленность всей личности.

Сформулирована идея о четырех врожденных базальных тенденциях личности, по которым возможно развитие «самости» личности: это тенденция к удовлетворению простых жизненно важных потребностей, тенденция к адаптации к объективным условиям среды, тенденция к творческой экспансии – стремление к расширению жизненной активности, к овладению новыми предметами и тенденция к установлению внутреннего порядка. Эти основные тенденции сосуществуют во времени. Но в зависимости от возраста и индивидуальности доминирует то одна, то другая из них. Для самоосуществления признается наибольшая роль творческой экспансии, но оптимальным для психического здоровья считается развитие всех базальных мотиваций.

Вопрос о том, кем и как формируются внутренние и внешние правила, выходит за рамки определения системы. Представление, что система сама формирует свои внутренние правила, а внешние правила берутся из среды, будет не вполне корректным. Взаимозависимость объектов системы и среды может иметь комплексный характер. Так вполне возможно подавляющее воздействие как со стороны объектов системы на среду, так и наоборот. Это может привести к тому, что внутренние правила будут формироваться средой, а внешние правила – объектами системы.

Здесь мы как раз в полной мере и сталкиваемся с неформальностью концепции системы. Всегда будет существовать некоторая относительность границ системы. Закрытых систем в природе нет. А для открытой системы определение ее границ всегда носит субъективный и/или ситуационный характер.

Но для человека концепция системы в силу ее универсальности является крайне важной. Универсальность означает, что, во-первых, в системы могут объединяться как материальные объекты, так и сущности (абстрактные объекты), а во-вторых, никакие ограничения на системообразующие факторы не накладывается. С помощью анализа – разделения целого на части – и синтеза – соединения частей в целое – мы можем с достаточной легкостью определять самые разнообразные системы. Характер новой системы, или выбор системообразующего фактора, зависит от ситуации и нашего воображения. Естественно, это приводит к негативным последствиям, когда все и вся начинает называться системами, порой без достаточного на то основания.

Классическая концепция системы базируется лишь на ансамбле объектов. Определяя систему в организационном аспекте, мы считаем концепцию организации первичной, а концепцию системы – вторичной. Именно поэтому система формулируется в терминах правил, а не наоборот. Поскольку описания правил и ограничений определяют суть системы, именно они представляют практическую ценность. Их знание позволяет строить, поддерживать и разрушать соответствующую систему.

Ансамбль объектов можно рассматривать, как критерий разбиения правил на внутренние и внешние.

Рассмотрим четыре объекта А , В , С и D . Допустим объекты А , В , С постоянно между собой взаимодействуют и создают некое интегративное качество, например, совместное движение, свечение или запах и т.д. Тогда А , В и С можно объединить в ансамбль и сформулировать внутренние правила, по которым эти объекты между собой взаимодействуют. В классическом понимании данные объекты формируют систему.

Взаимодействие А , В и С с объектом D носит нечастый характер, но без этого взаимодействия может нарушиться работа системы. Например, D может доставлять системе жизненно важный ресурс или оказывать некоторый стабилизирующий эффект. Это будет внешним правилом.

Сделанное разбиение не является обязательным. Можно обойтись и без него, рассматривая объекты А , В , С и D и правила между ними без их систематизации, единым списком. Тогда картина будет более естественной, но усложнится ее восприятие. Поэтому мы прибегаем к использованию искусственного разбиения объектов на систему и среду.

В своей каждодневной практике человек, как правило, объектом D вообще пренебрегает. Абстрагируясь от объекта D , мы упрощаем картину реальности, теряя при этом возможность полноценно судить о ее организации. Такой подход можно считать оправданным лишь при поверхностном ознакомительном изучении окружающего нас мира. Однако в случае необходимости эффективной практической деятельности нам приходится восстанавливать целостность картины, обращаясь к всестороннему глубокому анализу ее организации.

Вообще, можно говорить о двух направлениях в познании реальности:

• системное мышление
• организационное мышление

Системное мышление позволяет выделять систему как фрагмент среды. Организационное мышление позволяет увидеть систему и среду как единое целое, в их взаимодействии.

На практике процесс познания выстраивается в зависимости от ставящихся целей и типа системы. Например, теоретическое исследование искусственных систем, для которых характерно наличие целенаправленности, можно разбить из методических соображений на несколько этапов:

• выделение системы из среды и установление их взаимодействий;
• анализ назначения системы и выработка допущений и ограничений;
• разработка модели системы и изучение ее динамики;
• избрание принципа управления;
• определение состава управлений, ресурсов и ограничений;
• выбор совокупности критериев и их ранжирование посредством использования системы предпочтений;
• назначение цели как требуемого конечного состояния;
• выработка концепции и алгоритма оптимального управления.

Теперь сделаем несколько замечаний по поводу правил, и в частности, общих правил.

Представим себе, что существуют самые элементарные объекты и правила взаимодействия между ними. Тогда это будет уровень самой первой системы – нулевой уровень. В ней внутренние правила эквивалентны общим правилам, а среды просто не существует. Далее элементарные объекты образуют первичные ансамбли с их внутренними правилами, а также ограничениями и внешними правилами для всего, что не входит в эти ансамбли. Образуются системы первого уровня. Затем образуются ансамбли из элементарных объектов и систем первого уровня со своими внутренними и внешними правилами. Это системы второго уровня и т.д. Система каждого следующего уровня может в качестве объектов включать объекты с любого предыдущего уровня, а также объекты своего уровня. Более того, процесс образования систем на уровнях может происходить не последовательно, а параллельно. То есть на предыдущем уровне могут образовываться новые системы одновременно с новой системой последующего уровня, и новые системы предыдущего уровня входят в систему последующего. При этом новые системы предыдущего уровня «не конфликтуют» с системами всех существующих уровней. Неконфликтность означает сохранение уже существующих систем с их внутренними и внешними правилами.

Также можно представить себе, что на одном из нижних уровней образуется система, называемая «пространством». Это эйнштейновское искривляющееся пространство, в котором внешним правилом является то, что масса – объект среды - инициирует искривление. Внутренние правила диктуют объектам пространства организовываться в соответствии с данным искривлением. Наглядно это можно представить как натянутую сетку, на которую бросают тяжелый мяч: сетка-пространство проседает под мячом-массой.

Можно представить себе в качестве системы нижнего уровня электромагнитное поле с его внутренними правилами по распространению электромагнитных волн и т.д. и т.п.

Для любой системы ее внутренние и внешние правила базируются на уже существующих правилах систем нижних уровней, которые и составляют свод общих правил этой системы. Понятно, что чем выше уровень системы, тем больше общих правил для нее имеется.

Возникает вопрос: каким образом поддерживаются общие правила? Вполне правдоподобным представляется следующий ответ, приводящий нас к понятию информация.

Вся материя на различных уровнях своего развития обладает свойством отражения (рефлексии). Отражение наличествует в механических, физических, полевых, химических, биологических и общественных процессах. Отражение является продуктом взаимодействия. Объекты реального мира, взаимодействуя между собой, претерпевают определенные изменения (взаимодействия оставляют так называемые «следы» во взаимодействующих объектах). Отражение определяется как способность материальных явлений, предметов, систем воспроизводить в своих свойствах особенности других явлений, предметов в процессе взаимодействия с ними. Взаимодействие есть процесс двусторонней направленности, т.е. содержит как прямые, так и обратные связи. Взаимодействие предполагает наличие как прямого, так и обратного воздействия, т.е. является процессом двусторонней направленности, в отличие от однонаправленной причинно-следственной связи. В этом случае явление – причина испытывает обратное воздействие со стороны собственного следствия; причина и следствие взаимно влияют друг на друга, выполняют практически одновременно роль и причины, и следствия.

Отражение можно рассматривать как информационный механизм. В памяти объектов происходит запоминание, или запечатление, продуктов взаимодействия, что позволяет объектам избирательно реагировать на последующие взаимодействия. То, что хранится в памяти объектов, обычно называют информацией.

Информация имеется в постоянном наличии в окружающем нас мире в составе электромагнитных колебаний светового диапазона волн в виде различных видов модуляции (кодирования) этих электромагнитных колебаний. Эта информация существует объективно, независимо от воли и сознания людей. Информация не является изобретением человека, человек только научился ее дополнительно кодировать и декодировать в своих практических интересах, используя это ее удивительное свойство. Электромагнитное поле не единственный носитель информации - информацию несут и другие физические поля, например гравитационное поле.

Таким образом, системные правила и ограничения кодируются и выполняются при помощи информационных свойств объектов (отражения).

Рассмотрим, как формируются информационные свойства. Стабильность возникающих структур достигается через процесс приспособления к возмущениям. Любая система находится в изменчивой среде и вынуждена реагировать на происходящие изменения.

Стимулом является то, что изменяет работу системы. За стимул следует принимать такое вмешательство, которое так или иначе отразится на действиях системы, будучи не слишком незначительным, чтобы не отразиться на ее деятельности, и не слишком сильным, чтобы ее разрушить. Динамика системы (ее поведение) определяется ее реакциями на изменения среды. Реакция системы есть ее действие, которое должно интерпретироваться в качестве следствия стимулов. В общем, это означает, что система избегает стимулов или как-то по-другому противодействует стимулам, нарушающим ее деятельность, и воспринимает или стремится усилить стимулы, способствующие ее деятельности. Если она подтверждает такое свое поведение при всех обстоятельствах, мы будем называть ее действующей. Действенность не эквивалентна самосознанию; система не обязана судить о важности стимулов. Все, что ей нужно, так это механизм, регистрирующий полезность или вредность стимулов, но эти термины в данном случае не несут этической нагрузки. Если система обладает критерием устойчивой работы, она может быть организована для работы по благоприятному для нее критерию.

Реагирование осуществляется на основе правил спецификации системы. Пока изменения в среде остаются в рамках ограничений, внутренних и внешних правил, система продолжает существовать. Если характер изменений выходит за эти рамки, система разрушается.

Реакция на изменения, или обратная связь, проявляется в различных состояниях системы. При изменении в среде система переходит в адаптирующее к этому изменению состояние.

Под состоянием системы будем понимать такую совокупность параметров, характеризующих функционирование системы, которая однозначно определяет ее последующие изменения.

Наиболее наглядно состояние системы определяется через степени свободы, т.е. параметры, которыми можно управлять. Управляемость системы определяется ее степенями свободы. Чем больше степеней свободы, тем больше имеется возможностей для управления. Это понятие введено в механике и означает число независимых координат, однозначно описывающих положение системы.

Состояние системы определяется состояниями объектов ансамбля, их пространственно-временной конфигурацией, характером взаимодействия между собой. Внутренние и внешние правила выполняются при всех состояниях системы. Прекращение выполнения правил означает прекращение существования системы, а значит уже не будет никаких ее состояний.

Ничто не запрещает системе менять свои состояния вне зависимости от среды, то есть иметь внутреннюю динамику. Таким образом, вся совокупность состояний системы определяется внешними (изменения среды) и внутренними процессами.

Состояния системы и ее элементов не определяют саму систему. Состояния являются производной от спецификации системы. Это означает, что сами по себе состояния без внутренних и внешних правил и ограничений существовать не могут. Однако состояния являются средствами кодирования и реализации правил. Иными словами, правила поддерживаются при помощи состояний.

Получается как бы замкнутый круг: без правил нет систем с их состояниями, а без состояний нет правил. Но в самой природе такой вопрос не стоит! Его появление возможно только в результате применения последовательной причинно-следственной логики, свойственной человеку. Суть такой логики состоит в следующем. Сначала появляется причина, затем следствие. Причина всегда предшествует по времени следствию.

В реальности правила формируются вместе с системой. Возникает совокупность внутренних и внешних правил – возникает и система с ее состояниями. С помощью состояний обеспечивается поддержание правил.

Процесс формирования новой системы поддерживают уже существующие системы, и он происходит по правилам этих систем. Правила формирующих систем выступают предпосылками создания правил новой системы. Но до начала данного процесса правила системы, которая будет сформирована, не известны. Сам процесс проходит по сценарию «сначала сделаем, а потом посмотрим, что получится». Процесс не является направленным, предопределенным. Природа «не знает», что получится в результате ее деятельности. Если получается нечто с устойчивой спецификацией, то можно говорить о создании новой системы. Вполне возможно, что процесс не приведет к устойчивой конфигурации. Никакой «трагедии» в этом не будет.

Прогнозирования, как такового, в природе не существует, хотя принципиальная возможность для этого имеется. Коль скоро все происходит по правилам, можно построить формальную (математическую) модель, с помощью которой будут рассчитываться все возможные последующие шаги. Но количество всех возможных комбинаций даже для небольшого числа объектов слишком велико, чтобы можно было делать оперативные вычисления. Поэтому «проще» прибегнуть к методу «проб и ошибок» или его модификации с оценкой возможных явно неблагоприятных и/или явно успешных последующих шагов.

Именно неизвестность конечного набора правил системы до окончания процесса ее формирования и является фундаментальной особенностью материи. Эта особенность дает возможность «проектировать» бесконечное многообразие форм.

Конечно, воспроизводство уже существующей системы происходит по-другому. Здесь заранее известна спецификация создаваемой системы – прототип системы был создан ранее. Спецификация закодирована в системах-строителях, и они обладают некоторой «технологией» воспроизводства ранее созданного прототипа. Допустимые отклонения от «технологии» позволяют создавать не точные клоны, а модификации системы.

Таким образом, следует четко разграничивать процесс создания новой системы и процесс воспроизводства уже существующей. Эти процессы поддерживаются принципиально разными механизмами.

Теперь можно ответить на вопрос о первичности курицы или яйца. Он распадается на два аспекта. Первый аспект – это собственно воспроизводство уже существующей системы. Второй аспект – это возникновение принципа воспроизводства системы самой системой (проблема начала). Именно второй аспект и таит в себе якобы «загадку». Однако идея реализации данного принципа достаточно проста. Необходимо всего лишь прибегнуть к рекурсии, когда система использует саму себя для продуцирования нужной организации. В живой природе этот принцип в различных модификациях используется повсеместно. Все сложные органические системы используют его для своего размножения. Тогда можно предположить, что принцип самопроизводства возник в период создания первых органических систем. Он проявился в одной из новых систем, которая и дала жизнь всему последующему органическому миру. Далее все органические системы уже развивались на основе этого принципа. Именно поэтому и прослеживается некоторая родственность у всех живых организмов. Итак, достаточно каким-то образом реализовать принцип воспроизводства и вопрос о первичности курицы или яйца отпадает.

Природа не имеет цели создания систем, и вообще она не имеет никаких целей (по крайней мере, об этом нам ничего неизвестно). Но материя имеет собственную логику, никогда не меняющиеся фундаментальные законы. Материя может существовать только в организованных формах, базирующихся на правилах. Поэтому на основе уже существующих правил могут формироваться системы с новыми правилами и т.д. Пока существует система, буду существовать и правила, поддерживаемые ее состояниями. С разрушением системы прекращают существовать и соответствующие ей правила. Разрушение происходит по внешним правилам, которые поддерживаются другими системами. Если разрушить системы нижнего уровня, то разрушатся и все системы верхних уровней. Но если системы нижнего уровня опять создаются, то появляется возможность создания вновь всех систем верхних уровней.

Существенным является то, что системы более низкой степени сложности должны стабильно существовать на своем уровне организации прежде, чем возникнет новый уровень порядка. Соответственно, формирование нового уровня заканчивается возникновением сложных самовоспроизводящихся структур. Самовоспроизводящиеся системы являются закономерным результатом (эволюционным аттрактором) в процессах самоорганизации материи на каждом уровне ее существования.

Новые системы получаются «сами собой», по-видимому, потому, что иного пути у материи нет. Все что создано в природе, имеет системно-информационный характер. Системность проявляется через спецификации систем. Информационность проявляется во множестве состояний системы и ее элементов и способности системы интерпретировать свои состояния.

Замечание . Когда говорят о системности природы, имеется в виду, что природные явления могут быть описаны с помощью системной концепции. Разбиение природы на естественные системы – это продукт человеческой деятельности.?

Любая сложная система, выполняющая целенаправленные операции, может быть представлена как информационная система, обрабатывающая информацию и использующая ее для своего внутреннего регулирования. Причиной всякого действия такой системы является некоторая существующая в ней программа. Соответственно, таким образом может быть описана и самовоспроизводящаяся система: для того, чтобы произвести свою копию, она должна иметь источник информации, содержащий описание самой себя.

Внутри системы могут быть два источника такой информации:

а) некоторый объект, элемент системы, содержащий код (описание) данной системы, который может быть также назван «инструкцией» (если понимать информацию в первую очередь как алгоритм изготовления копии)

б) сама система представляет первый и главный источник информации о себе, которая может быть получена через наблюдение

Соответственно, система может осуществлять воспроизводство самой себя через

а) исполнение инструкций, которые

• записаны, считываются и реализуются формальным, явным образом (машина, исполняющая программу);
• скрыты внутри свойств некоторого компонента системы и раскрываются в течение периода существования системы (например, «распаковка» генетической информации в новом организме в процессе онтогенетического развития, или свойства химических соединений поддерживают гетерокаталитическую реакцию);

б) различные формы самонаблюдения и самокопирования, когда исходная структура тиражируется путем последовательного отыскания в окружающей среде схожих элементов и приведение копии в соответствие с оригиналом (как при изготовлении скульптуры художник передает копии определенное сходство с моделью);

в) комбинации вариантов «а» и «б».

Таким образом, в любой самовоспроизводящейся системе, помимо структуры, предоставляющей информацию (условно назовем ее «блок инструкций»), должна существовать структура, эту информацию интерпретирующая и по ней «выстраивающая» копию системы (ее условно можно назвать «блок исполнения инструкций»). В новой скопированной системе должны, как минимум, присутствовать, такие же блок инструкций и блок исполнения инструкций.

Информация самовоспроизводящейся системы о себе самой, требуемая для самовоспроизводства, не обязательно должна быть программой конструирования в явном виде. Вполне достаточно, чтобы система была способна сохранять некоторое описание себя самой (вместо инструкций), если система обладает способностью читать это описание и превращать его в необходимую активность по конструированию. Поэтому слова «инструкция» и «блок исполнения инструкций» не следует понимать прямо; это скорее дань традиции изложения моделей.

Сложность. Понятие сложности тесно связано с такими понятиями, как комплексность, многоуровневость, размерность. Сложным становится все то, что состоит из большого числа связанных между собой объектов. Сложными считаются системы с большим числом иерархических уровней, т.е. с глубоким уровнем вложенности одних систем в другие.

Система может быть сложной как на структурном, так и на функциональном уровне. Структурная сложность возрастает с увеличением числа взаимодействующих субъединиц, процента взаимосвязей между ними, попарных или более сложных, и с изменением плотности вероятности интенсивности взаимодействия между отдельными субъединицами.

На функциональном (динамическом) уровне сложность возрастает с увеличением минимальной длины (самого сжатого) алгоритма, пользуясь которым мы можем полностью восстановить поведение системы.

К понятию сложности тесно примыкает понятие энтропии.

Традиционно представление, что там, где нет порядка, имеется беспорядок (хаос), альтернативой организации является дезорганизация. Количественной мерой беспорядка, дезорганизации, неопределенности в системе служит энтропия . Негэнтропия представляет собой количественную меру упорядоченности системы и измеряется в тех же единицах, что и энтропия. Негэнтропию можно считать эквивалентной информации.

В бэкмологии подход к беспорядку, дезорганизации несколько иной. Как такового беспорядка в системе быть не может.

Система формируется на основе организации, порядок которой устанавливается с помощью внутренних и внешних правил. Пока эти правила выполняются, система существует. Прекращение выполнения правил приводит к разрушению системы. Неисполнение части правил приводит к трансформации системы в другую систему. Разница в правилах между старой и новой системой может быть названа беспорядком, или дезорганизацией, по отношению к новой системе.

Допустим, в системе происходят нерегламентированные правилами процессы, то есть объекты системы вступают между собой и с объектами среды в «неуставные» отношения, и эти отношения не позволяют выполнять все правила системы. Тогда неисполняемые правила являются тем беспорядком, на который будет отличаться исходная система от результирующей, получаемой из исходной путем исключения из нее этих (неисполняемых) правил. Это будет деструктивным беспорядком.

Теперь допустим, в системе происходят нерегламентированные правилами процессы, то есть объекты системы вступают между собой и с объектами среды в «неуставные» отношения, и эти отношения не мешают выполнению всех правил системы. Данные отношения можно считать конструктивным беспорядком, если в результате их прекращения возникнут сложности с выполнением правил системы. Иначе говоря, «неуставные» отношения можно было бы включить в состав правил системы, получив теоретическую систему. Разница в правилах между теоретической и фактической системами составляют конструктивный беспорядок по отношению к фактической системе.

С ростом сложности системы увеличивается вероятность ее дезорганизации, поскольку большее число объектов системы может вступать в «неуставные» отношения.

Структурная иерархическая теория (известная так же, как раздел «теории сложности») изучает способы сочетания компонент системы (а) для достижения компромисса в конфликте между сложностью и устойчивостью и (б) для проектирования действующей системы с заранее заданным функциональным репертуаром из возможно меньшего числа компонент.

Сложность системы проявляется в ее многоцелевом характере. Сложные системы объединяют в себе совокупность различных взаимосвязанных возможностей. Уже само их описание может представлять собой нетривиальную задачу.

Сложность системы может также возникать из-за неверного ее описания. Например, можно взять фирму и перечислить все правила, по которым она действует. А можно представить фирму в виде подсистем, и отдельно перечислить правила по каждой из подсистем и правила взаимодействия подсистем. Первое описание по сравнению со вторым вызывает куда больше сложностей при управлении фирмой.

Классификация. Многообразие иерархических систем предопределяет и самые различные подходы к их классификации. Эти классификации носят многовариантный характер. В общем случае можно определить четыре основных класса иерархических систем, различие которых связано с природой системы, ее сущностью и характером.

Первый класс систем - это те, что существуют в объективной действительности, в неживой и живой природе, обществе. Ядро атома, молекула, организм, человек, общество _ это как раз те системы, которые человек не создавал, не конструировал, не решал при их создании проблемных вопросов. Они возникли, становились, совершенствовались и развивались независимо от целей, воли и сознания человека. Они просто есть в действительности, и с их существованием человек не может не считаться. Человек познает их, отражает в своем сознании.

Второй класс – системы концептуальные, идеальные, с различной степенью полноты и точности, в той или иной мере отражающие реальные системы. Иногда эти системы называют абстрактными. И самое обычное восприятие, и глубокое научное понятие, и научные дисциплины, и теории - это тоже концептуальные системы. Концептуальные системы объективны по источнику, происхождению, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность. Эти системы объективны и в том смысле, что мозг, где формируются мысли, является материальным телом, высшим продуктом природы. Кроме того, в основе мыслительных процессов лежат физиологические процессы, а они тоже материальны.

Третий класс – это системы, которые спроектированы, сконструированы и созданы человеком в определенных, нужных для человека целях. Эти системы называют искусственными или антропогенными. Они создаются человеком по заранее разработанному проекту, плану. Характерно, что искусственные системы проектируются и конструируются не произвольно, не так как этого захочется тому или иному разработчику системы, а из материалов природы (вещественных или человеческих), по законам природы (естественным или общественным). Любая созданная вопреки требованиям объективной реальности система не будет работать нормально, не будет оптимально функционировать.

Четвертый класс систем – гибридные системы, или антропотехнические. В этих системах органически слиты элементы, являющиеся продуктом естественной или общественной природы, а также элементы, созданные человеком. Эти системы весьма близки и к естественным, и к искусственным. В подавляющих случаях это системы типа «человек-машина».

Разумеется, эта классификация систем носит чрезвычайно общий характер. В их основу могут быть положены другие признаки, принципы и основания. Так, существуют определения простых и сложных систем, динамических и статических, механических и органических, открытых и замкнутых, управляемых и не управляемых, самоорганизованных и не организованных, организационных и социальных и т.д. В основе классификаций систем или отдельной системы может лежать функциональный, структурный, информационный или управленческий аспект. Однако общей чертой большинства классификаций систем характерна строгая иерархичность их построения. Эта многоуровневость строения и является общей чертой, объединяющей все сложные системы, независимо от их природы и принадлежности к тому или иному классу систем.

Основными признаками системы, отвечающими дескриптивному определению «система», могут быть: совокупность, связь, объект, подсистема, элемент,структура, организация, управление, цель, функция,функционирование, поведение, эффективность,оптимальность. Дадим их краткое определение.

Под совокупностью можно понимать сочетание, соединение, объединение объектов.

Связь - обязательное свойство элементов системы. Она рассматривается как способ воздействия, взаимодействия или отношение элементов между собой, обусловливающий структуру системы и ее размещение в пространстве и вo времени. Обычно рассматриваются следующие типы связей: материальные

энергетические, информационные. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь характеризуется направлением (направленные и ненаправленные), силой (сильные и слабые), характером (связи подчинения, равноправные связи), а также местом приложения (внутренние и внешние) и направленностью

процессов в системе и ее частях (прямые и обратные).

Постулируется, что связи существуют между всеми системными элементами, между системами и подсистемами и между двумя и более подсистемами.

Связями первого порядка называются связи, функционально необходимые друг другу. Связи второго порядка -это такие связи, которые являются дополнительными. Как правило, такие связи не являются функционально необходимыми, но они в значительной степени улучшают действие системы. Примером могут служить синергические связи, которые при кооперативных

действиях независимых организаций обеспечивают увеличение их общего эффекта до величины большей, чем сумма эффектов этих же независимо действующих организаций. В том случае, если связи являются излишними или противоречивыми, то они определяются как связи третьего порядка. Избыточность описывает такое состояние системы, когда она содержит

ненужные элементы. Противоречие существует тогда, когда система содержит два объекта, таких что, если один истинен то другой ложен по

определению.

Под объектом понимается то, что существует вне нас, и не зависит от нашего сознания, выступает предметом познания и воздействия.

Подсистема - часть системы, представляющая собой совокупность некоторых ее элементов, и отличающаяся подчиненностью, с точки зрения выполняемых функций. Подсистемы выделяются по функциональным и (или) технологическим признакам. Названием "подсистема" подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности).

Элемент - часть системы, обладающий некоторой самостоятельностью и имеющий связи с другими частями. Элемент системы при данном рассмотрении объекта не подлежит дальнейшему расчленению, т. е. - это предел разделения системы с точки зрения решения конкретной задачи и

поставленной цели. При исследовании элемента нас должны интересовать только те свойства, которые определяют его взаимодействие с другими элементами. Обычно рассматривают элементы однородного, разнородного и смешанного характера.

Структура - совокупность элементов системы и связи между ними. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающее строение, расположение, порядок. Выявление структуры позволяет зафиксировать объект как нечто целое. Структура под воздействием функции во многом определяет свойства системы, в том числе и общесистемные свойства

целостности, иерархичности и интегративности. Она также играет важную роль в функционировании системы, обеспечивая относительную ее устойчивость и способствуя сохранению качественной определенности системы. Со структурой системы тесно связана ее организация, нередко эти понятия отождествляются. Существуют также попытки определить организацию как сложность системы (такой взгляд был характерен для Н. Винера и JI. фон Неймана), хотя понятие организации давно определено каквзаимодействие частей целого, обусловленное его строением .

Это определение ясно показывает отличие и взаимосвязь организации и структуры. Если структура системы отражает ее устойчивые компоненты и связи, то организация – как устойчивые, так и неустойчивые объекты и связи, т.е.организация выражает и структурные, и составные аспекты системы.

На практике часто используют два понятия структуры системы: организационная структура и функциональная структура. Организационная структура понимается как взаимосвязь объектов системы, находящихся на разных уровнях управления.

При этом связь между объектами представляет собой совместное выполнение ими операций по обработке потоковой информации, идущих с верхних уровне управления вниз и на оборот.

Функциональная структура понимается как взаимосвязь объектов системы находящихся, как правило, на одном уровне управления осуществляющаяся путем совместной обработки потоков информации, материальных или энергетических потоков в интересах функционального взаимодействия для выполнения своих задач.

Управление - совокупность информационных воздействий, для достижения поставленных целей.

Цель - область состояний среды и системы, которую необходимо достичь при функционировании системы. По другому, цель - это "желаемое" состояние ее выходов, т.е. некоторое значение или подмножество значений функций системы. Цель может быть заданной как из вне и поставлена системой самой себе; в последнем случае цель будет выражать внутренние потребности системы. Поэтому, вопреки сложившемуся в экономической литературе, так и в исследованиях по теории систем мнению, цели подсистемы, если она, в свою очередь, является целенаправленной

самоуправляемой системой, не могут (и не должны) быть подчинены целям системы, в которую она входит, в силу изначального различия потребностей. Их цели должны быть непротиворечивыми, взаимно не исключающими друг друга, для чего в теории систем разработано немало эффективных процедур,

подробно описанных в соответствующей литературе. Вопреки достаточно распространенному, в частности среди тех, кто разрабатывает и осуществляет социальные реформы, волюнтаристскому взгляду, система может достичь цели не из любого состояния, не при любом начальном условии и тем более не в любой промежуток времени. Чтобы достичь цели, система должна находиться в "области достижимости ".

Основным системообразующим признаком является функция системы. Единого мнения по поводу того, что представляетсобой функция, не сложилось. Анализ научной литературыпозволяет выделить четыре основных группы взглядов на природу ипроисхождение функции системы.

Исследователи первой группы полагают, что функция системы состоит в переработке входов в выходы. Несуразность подобного подхода очевидна: если, например, рассмотреть такую систему, как фирма, выпускающая компьютеры, то ее функцией нужно назвать переработку пластмассы, интегральных схем, идей, энергии и др. в компьютеры. А зачем? Для чего это, в свою очередь, нужно? Практика СССР показала, что подобное понимание функции истощает ресурсы и приводит систему к разрушению.

Вторая точка зрения близка первой и видит функцию в сохранении системы, поддержании ее структуры, т.е. получается, что система должна существовать для того, чтобы существовать.

Третья группа исследователей отождествляет функцию и функционирование системы, определяя вторую как способ или средства достижения цели, как действия, предпринимаемые для этого, однако возможно существование нецелевых систем, осуществляющих функционирование, а значит, и имеющих функцию.

И, наконец, четвертой группой функция рассматривается как смысл существования, назначение, необходимость системы. Именно эту точку зрения и следует признать наиболее близкой к истине, ибо, по определению, функция отражает назначение системы, что исключает и споры по вопросу, каково ее происхождение.

Функция задается системе извне и показывает, какую роль данная система выполняет по отношению к более общей системе, в которую она включена составной частью наряду с другими системами, выступающими для нее средой. Это положение имеет очень важные следствия: импульс к изменению, в том числе и развитию системы, может как генерироваться внутри системы, так и вызываться внешними факторами. Если первое достаточно обосновано еще в рамках материалистической диалектики, то

второе нуждается в логическом обосновании. Во-первых, любое изменение функции, производимое средой, вызывает смену механизма функционирования системы (по определению понятий "функция" и "функционирование"), а это приводит к изменению структуры системы, которое может происходить как в направлении прогресса, так и в направлении регресса. Во-вторых, с усложнением функции в пределах старого строения происходит дифференциация, которая в будущем может вызвать обособление новой части, т.е. развитие системы. Именно то, что функцияопределяет структуру, функционирование и развитиесистемы, дает основание говорить о ней как о главномсистемообразующем факторе.

Немаловажное значение имеет вопрос о соотношении функции и цели системы, особенно для целенаправленных социальных систем, тем более что нередко цель и функция либо отождествляются, либо функцию считают подчиненной цели. По определению, функция отражает назначение системы, ее роль в среде и является объективно обусловленной средой; цель, наоборот,

выражает внутренние потребности системы, имеющей внутренний блок управления, следовательно, об отождествлении цели и функции или подчинении одного другому речь идти не может.

Может утверждаться лишь, что каждая из них в состоянии препятствовать осуществлению другой, или не препятствовать. При этом главенствующая роль принадлежит функции, поскольку именно от нее зависит возможность самого существования системы: если функция не выполняется, влияние среды может быть для системы разрушительным, в то время как обратное

верно не всегда - если система выполняет свою функцию, то недостижение (или достижение) цели, как правило, не несет непосредственной угрозы разрушения. Например, если какая-либо фирма не удовлетворяет потребностей потребителей своей, продукцией (функция), то рано или поздно она разорится. Если же, вполне удовлетворяя потребности, фирма не получает прибыль (одна из возможных целей), она вполне может существовать значительное время.

Конечно, цель оказывает огромное влияние как на структуру, так и на поведение системы и наряду с функцией должна быть признана системообразующим фактором, но при решающей роли функции.

Функционирование - осуществление различных процессов в системе при взаимодействии со средой. Функционирование системы во времени называют ее поведением . Все еще встречающуюся в литературе по теории трактовку поведения как суммы или последовательного набора состояний следует признать неверной, поскольку никакая "сумма" (если вообще можно применять это понятие к качественным категориям) дискретных статических срезов системы не в состоянии показать ее динамические характеристики, одной из которых является поведение (хотя изучение поведения системы

человеком в силу особенностей его мышления происходит так, как подмечено выше, но является отражением законов познающего субъекта, а не познаваемого объекта).

В процессе функционирования система достигает определенного результата - эффекта. Вопрос об эффективности системы, а тем более формализованном ее выражении можно считать до сих пор не разрешенным, хотя определенные высказывания на этот счет имеются.

Поскольку какой бы то ни было эффект (результат), включая, возможно, и достижение какой-либо цели, является продуктом функционирования системы, то эффективность или результативность следует понимать как степень достижения результата, заданного ее функцией, как степень соответствия действительного результата тому, который должен иметь место

при всей полноте выполнения системой своей функции. Иногда оптимум системы отождествляется с эффективностью. В литературе определение оптимума – как экстремума целевой функции системы, - страдает неопределенностью, поскольку неясно, какой экстремум функции - максимум или минимум - имеется в виду. Понятие оптимума системы можно в общем определить следующим образом.

Оптимум системы представляет собой максимально (минимально) достижимое при имеющихся ресурсах значение целевой функции системы.

Таким образом, система может быть эффективной, но не оптимальной; оптимальной, но неэффективной и как эффективной, так и оптимальной.

Как эффективность, так и оптимальность системы сильно зависят от того, насколько эффективны и оптимальны ее подсистемы, и наоборот, однако зависимость здесь не прямая: эффективность функционирования объектов способствует эффективности системы в целом, но не всегда приводит к ней в

силу системного свойства интегративности. Что касается оптимума, то здесь еще более сложная и противоречивая зависимость, которая может быть даже обратной: достижение системой глобального оптимума нарушило бы нормальное функционирование подсистем; а подсистемы не могут одновременно достичь оптимума, ибо это может вывести за допустимые пределы переменные других подсистем.

Дескриптивный подход к определению системы требует также описание основных ее свойств. В качестве общесистемных свойств могут выступать: целостность, иерархичность,интегративность, переходный процесс, устойчивость,управляемость, достижимость, обратная связь,адаптивность, открытость (закрытость).

Дадим краткое описание основным свойствам системы.

Целостность - это общесистемное свойство, заключающееся в том, что изменение любого объекта системы оказывает воздействие на все другие ее объекты и приводит к изменению системы в целом; и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех объектах системы; она означает также

преобразование компонентов, входящих в систему, соответственно ее природе.

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. И, наконец, интегративность представляет собой обладание системой свойствами, отсутствующими у ее элементов (верно и обратное - элементы обладают свойствами, не присущими системе).

Реакция системы на какой-либо входной сигнал называется переходным процессом. Переходные процессы систем изображены на рис. 1.2. Эти процессы характеризуются временем переходного процесса Т, величиной

перерегулирования σ (максимальное отклонение Y1 от Y0 за время переходного процесса).

Переходный процесс - это показатель функционирования системы во времени, указывающий как быстро и в какое новое состояние перейдет система в результате появления входного сигнала. Система находится в равновесии, если ее состояние может оставаться неизменным неограниченное время. В системе может быть несколько состояний равновесия.

Под устойчивостью системы понимается ее способность под действием входного сигнала переходить из одного состояния равновесия в другое. На рис. 1.2. переходные процессы I и II соответствуют устойчивой системе, а III - неустойчивой.

Понятие устойчивости связано с величиной воздействия, вызвавшего изменения состояния системы. Надо учитывать предельное значение входного сигнала.

Принцип управляемости выражает необходимость зависимости показателя эффективности, целевой функции от параметров управления системой (входных сигналов).

Достижимость означает что параметры, как самой системы, так и ее среды должны достичь определенных значений.

Обратная связь означает получение информации о результате управления. Обратная связь может быть отрицательной и положительной.

Отрицательная обратная связь характеризуется тем, что выходной сигнал, воздействующий на вход системы, имеет противоположный знак по отношению к входному, вызывающему изменение состояния системы. Системы с отрицательной обратной связью обычно предназначены для

поддержания ее в устойчивом состоянии.

Положительная обратная связь характеризуется тем, что выходной сигнал, подаваемый на вход в качестве обратной связи, имеет одинаковый знак с входным сигналом. Системы с положительной обратной связью неустойчивы.

Свойством адаптивности обладает система, имеющая управление с обратной связью, которая отличается наличием специального адаптивного механизма накапливающего и анализирующего информацию о прошлых управленческих ситуациях, вырабатывающего новое поведение. Адаптивное управление присуще сложным системам, которым в процессе управления приходится изменять программы и стратегии поведения путем обучения.

Теория адаптивного управления пока не получила большого развития, в следствие чрезвычайной сложности формирования процессов обучения.

Открытость - означает, что система имеет связь со средой.

Закрытость – система не имеет связи со средой.

Классификация систем

Системы могут быть разделены на классы по различным признакам. На рисунке 1.3 представлена классификация систем по наиболее общим признакам:

− по природе элементов;

− по происхождению;

− по степени сложности;

− по характеру поведения;

− по степени автоматизации управления;

− по приспособленности к среде;

− по отношению к среде;

− по длительности существования;

− по изменению свойств;

− по характеру реакции на воздействие среды.

Физические системы состоят из изделий, оборудования и машин и, вообще, из естественных или искусственных объектов. Этим системам могут быть противопоставлены абстрактныесистемы, которые не имеют прямого аналога. В абстрактных системах свойства объектов, которые могут существовать только в уме исследователя, представляют символы. Это могут быть: языки (естественные и искусственные), системы исчислений и т.п. Идеи, планы гипотезы и понятия, находящиеся в процессе исследования, могут также быть представлены как абстрактные системы.

Естественные системы - это системы, которые существуют реально, например: механические, биологические, эргодические (человеко-машинные). В свою очередь, искусственные системы являются продуктом человеческого труда и ума.

Разделение систем на простые и сложные является условным.

Мы будем относить к разряду сложных систем те, для которых характерны следующие признаки:

Наличие большого количества взаимодействующих между

собой элементов;

Возможность разбиения системы на подсистемы;

Сложность функционирования системы;

Наличие управления (обработки потоков информации);

Наличие взаимодействия с внешней средой и

функционирование в условиях воздействия случайных факторов.

Рисунок 1.3 Классификация систем управления

Любую сложную систему в соответствии с кибернетическим подходом к исследованию систем можно рассматривать как систему управления , состоящую из двух или более систем. При этом одна из них является управляющей системой , а другая управляемой системой . Адаптивная система - это система, которая способна

приспосабливаться к внешнему воздействию, или, другими словами, в которой происходит непрерывный процесс обучения или самоорганизации.

Системы существуют в определенной окружающей среде и обусловливаются ею. Открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом или энергией регулярным и понятным образом. Деловая деятельность в основном происходит в обстановке открытой системы.

Противоположностью открытым системам являются закрытые системы, у которых отсутствует взаимодействие с внешнейсредой, или которые действуют с относительно небольшимобменом энергией или веществом с окружающей средой. Лучшийпример частично закрытой системы в деловом мире - монополия,процессы и продукты которой защищены патентами или другимисредствами. Отсутствие конкуренции может позволить монополии

действовать менее открытым способом. Сделанные человеком системы являются закрытыми, если они характеризуются как полностью структурированные. Конструирование деловых систем имеет целью переход к открытым системам. Эта цель достигается с помощью обратной связи. Системы, сделанные человеком, могут быть также адаптивными.

Постоянная система - это естественная система, но на практике довольно часто некоторые искусственные системы относят к постоянным системам.

Стабильная система - это система, свойства которой не меняются во времени. В том случае, если изменения все-таки имеют место, то они носят циклический характер.

Пассивные системы не оказывают ответного воздействия на среду. В случае, если ответная реакция имеет место, то такая система является активной.

Как видно из рисунка 1.4, каждая управляемая система в свою очередь может быть представлена системой управления состоящей из управляющей и управляемой систем. Таким образом, любую сложную систему можно рассматривать каккомплекс вложенных друг в друга систем управления . Образно говоря, сложная система - это «матрешка», число, вложений в

которую зависит от целей исследования системы. Они конкретно определяют, какую по счету управляемую систему не следует далее

представлять системой управления с двумя составляющими - управляющей и управляемой.

Функционирование сложной системы как системы управления, состав которой показан на рисунке 1.4, можно представить в виде процесса управления, состоящего из последовательности следующих четырех системных операций:

− операции прогноза;

− операции принятия решения;

− операции планирования;

− операции регулирования или оперативного управления,

состоящей в свою очередь из операций контроля (учет и анализ

выполнения мероприятий плана) и управляющего воздействия в

интересах выполнения плана.

Рисунок 1.4 – Состав системы управления

В общем случае процесс управления является циклическим процессом (рисунок 1.5). Это значит, что каждая из четырех операций может выполняться в цикле в зависимости от возможностей состава системы – количества элементов и их свойств, и воздействия окружающей среды.

Первый цикл - повторение операции контроля до тех пор, пока не обнаружено отклонение мероприятий от плана.

Второй цикл - в случае обнаружения отклонений от плана повторяется операция управляющего воздействия, затем снова выполняется операция контроля.

Третий цикл - повторение операции планирования - корректировки старого плана так, чтобы операция оперативного управления в целом оставалась эффективной. При этом вначале выполняется операция принятия решения.

Четвертый цикл - повторяется операция принятия решения на разработку нового плана, если корректировка старого плана не принесла успеха. При этом, как правило, выполняется и операция прогнозирования.

Рисунок 1.5 – Циклический процесс управления

Такое циклическое повторение характерно для всех сложных систем, нас окружающих. Отличия могут заключаться лишь в той или иной конкретной детализации состава циклов. Теперь несколько слов о простых системах. Главной отличительной чертой простой системы является, как правило,

небольшое количество элементов в составе системы и отсутствие управления.

При большом количестве элементов простые системы называются большими системами .

Состояние простой системы не может меняться (структура, элементы) поскольку отсутствует управление, то есть, нет управляющей части. Состояние простой системы изменяется только под воздействием внешней управляющей системы, когда простая система превращается в управляемую, но не в систему управления.

В отличие от управляющей системы, обрабатывающей информационные потоки, простая система, превращенная в управляемую, обрабатывает материальные или энергетические потоки. На практикетакими системами является различное оборудование,управляемое людьми или автоматами. Подобные системы могутвходить в качестве элементов в состав систем управления,примером которых являются такие сложные системы какпредприятия текстильной или легкой промышленности. Этипредприятия полностью соответствуют определению сложнойсистемы, а значит, системы управления, структура которойопределяется информационными, материальными иэнергетическими связями.

1. Целостность и делимость . Система - это прежде всœего целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система - целостное образование и, с другой - в ее составе отчетливо бывают выделœены целостные объекты (элементы). При этом следует иметь в виду, что элементы существуют лишь в системе. Вне системы это в лучшем случае объекты, обладающие системнозначимыми свойствами. При вхождении и систему элемент приобретает системноопределœенное свойство взамен системнозначимого. Важно заметить, что для системы первичным является признак целостности, т. е. она воспринимается как единое целое, состоящее из взаимодействующих частей, часто разнокачественных, но одновременно совместимых.

2. Наличие устойчивых связей . Наличие существенных устойчивых связей (отношений) между элементами или (и) их свойствами, превосходящих по мощности (силе) связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему, является следующим атрибутом системы. Система существует как неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ целостное образование, когда мощность (сила) существенных связей между элементами системы на интервале времени, не равном нулю, больше, чем мощность связей этих же элементов с внешней средой. Для информационных связей оценкой потенциальной мощности может служить пропускная способность данной информационной системы, а реальной мощности - действительная величина потока информации. При этом в общем случае при оценке мощности информационных связей крайне важно учитывать качественные характеристики передаваемой информации (ценность, полезность, достоверность и т. п.).

3. Организация . Это свойство характеризуется наличием определœенной организации, что проявляется в снижении энтропии (степени неопределœенности) системы H{S} по сравнению с энтропией системоформирующих факторов H{F), определяющих возможность создания системы.

4 .Эмерджентность . Эмерджентность предполагает наличие таких качеств (свойств), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности.

Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Отсюда можно сделать выводы:

1) система не сводится к простой совокупности элементов;

2) расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них отдельности, нельзя познать всœе свойства системы в целом.

Любой объект, который обладает всœеми рассматриваемыми свойствами можно называть системой. Одни и те же элементы (в зависимости от принципа, используемого для их объединœения в систему) могут образовывать различные по свойствам системы. По этой причине характеристики системы в целом определяются не только и не столько характеристиками составляющих ее элементов, сколько характеристиками связей между ними. Наличие взаимосвязей (взаимодействия) между элементами определяет особое свойство сложных систем - организованную сложность. Добавление элементов в систему не только вводит новые связи, но и изменяет характеристики многих или всœех прежних взаимосвязей, приводит к исключению некоторых из них или появлению новых.

→

Лекция 2: Системные свойства. Классификация систем

Свойства систем.

Итак, состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.

Под свойством понимают сторону объекта, обуславливающую его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющуюся при взаимодействии с другими объектами.

Характеристика — то, что отражает некоторое свойство системы.

Какие свойства систем известны.

Из определения «системы» следует, что главным свойством системы является целостность, единство, достигаемое посредством определенных взаимосвязей и взаимодействий элементов системы и проявляющиеся в возникновении новых свойств, которыми элементы системы не обладают. Это свойство эмерджентности (от анг. emerge — возникать, появляться).

1. Эмерджентность — степень несводимости свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит.
2. Эмерджентность — свойство систем, обусловливающее появление новых свойств и качеств, не присущих элементам, входящих в состав системы.

Эмерджентность — принцип противоположный редукционизму, который утверждает, что целое можно изучать, расчленив его на части и затем, определяя их свойства, определить свойства целого.

Свойству эмерджентности близко свойство целостности системы. Однако их нельзя отождествлять.

Целостность системы означает, что каждый элемент системы вносит вклад в реализацию целевой функции системы.

Целостность и эмерджентность — интегративные свойства системы.

Наличие интегративных свойств является одной из важнейших черт системы. Целостность проявляется в том, что система обладает собственной закономерностью функциональности, собственной целью.

Организованность — сложное свойство систем, заключающиеся в наличие структуры и функционирования (поведения). Непременной принадлежностью систем является их компоненты, именно те структурные образования, из которых состоит целое и без чего оно не возможно.

Функциональность — это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же определяется цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.

Структурность — это упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структурой системы существует взаимосвязь, как между философскими категориями содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой изменение формы (структуры), но и наоборот.

Важным свойством системы является наличие поведения — действия, изменений, функционирования и т.д.

Считается, что это поведение системы связано со средой (окружающей), т.е. с другими системами с которыми она входит в контакт или вступает в определенные взаимоотношения.

Процесс целенаправленного изменения во времени состояния системы называется поведением . В отличие от управления, когда изменение состояния системы достигается за счет внешних воздействий, поведение реализуется исключительно самой системой, исходя из собственных целей.

Поведение каждой системы объясняется структурой систем низшего порядка, из которых состоит данная система, и наличием признаков равновесия (гомеостаза). В соответствии с признаком равновесия система имеет определенное состояние (состояния), которое являются для нее предпочтительным. Поэтому поведение систем описывается в терминах восстановления этих состояний, когда они нарушаются в результате изменения окружающей среды.

Еще одним свойством является свойство роста (развития). Развитие можно рассматривать как составляющую часть поведения (при этом важнейшим).

Одним из первичных, а, следовательно, основополагающих атрибутов системного подхода является недопустимость рассмотрения объекта вне его развития , под которым понимается необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания. В результате возникает новое качество или состояние объекта. Отождествление (может быть и не совсем строгое) терминов «развитие» и «движение» позволяет выразиться в таком смысле, что вне развития немыслимо существование материи, в данном случае — системы. Наивно представлять себе развитие, происходящее стихийно. В неоглядном множестве процессов, кажущихся на первый взгляд чем-то вроде броуновского (случайного, хаотичного) движения, при пристальном внимании и изучении вначале как бы проявляются контуры тенденций, а затем и довольно устойчивые закономерности. Эти закономерности по природе своей действуют объективно, т.е. не зависят от того, желаем ли мы их проявления или нет. Незнание законов и закономерностей развития — это блуждание в потемках.

Кто не знает, в какую гавань он плывет, для того нет попутного ветра

Поведение системы определяется характером реакции на внешние воздействия.

Фундаментальным свойством систем является устойчивость , т.е. способность системы противостоять внешним возмущающим воздействиям. От нее зависит продолжительность жизни системы.

Простые системы имеют пассивные формы устойчивости: прочность, сбалансированность, регулируемость, гомеостаз. А для сложных определяющими являются активные формы: надежность, живучесть и адаптируемость.

Если перечисленные формы устойчивости простых систем (кроме прочности) касается их поведения, то определяющая форма устойчивости сложных систем носят в основном структурный характер.

Надежность — свойство сохранения структуры систем, несмотря на гибель отдельных ее элементов с помощью их замены или дублирования, а живучесть — как активное подавление вредных качеств. Таким образом, надежность является более пассивной формой, чем живучесть.

Адаптируемость — свойство изменять поведение или структуру с целью сохранения, улучшения или приобретение новых качеств в условиях изменения внешней среды. Обязательным условием возможности адаптации является наличие обратных связей.

Всякая реальная система существует в среде. Связь между ними бывает настолько тесной, что определять границу между ними становится сложно. Поэтому выделение системы из среды связано с той или иной степенью идеализации.

Можно выделить два аспекта взаимодействия:

• во многих случаях принимает характер обмена между системой и средой (веществом, энергией, информацией);
• среда обычно является источником неопределенности для систем.

Воздействие среды может быть пассивным либо активным (антогонистическим, целенаправленно противодействующее системе).

Поэтому в общем случае среду следует рассматривать не только безразличную, но и антогонистическую по отношению к исследуемой системе.

Рис. — Классификация систем

Основание (критерий) классификации	Классы систем
По взаимодействию с внешней средой	Открытые Закрытые Комбинированные
По структуре	Простые Сложные Большие
По характеру функций	Специализированные Многофункциональные (универсальные)
По характеру развития	Стабильные Развивающиеся
По степени организованности	Хорошо организованные Плохо организованные (диффузные)
По сложности поведения	Автоматические Решающие Самоорганизующиеся Предвидящие Превращающиеся
По характеру связи между элементами	Детерминированные Стохастические
По характеру структуры управления	Централизованные Децентрализованные
По назначению	Производящие Управляющие Обслуживающие

Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие 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.

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, включающие людей — организационно-технических систем.

Организационная система, для эффективного функционирование 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, предназначенная 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.

Для того чтобы система была устойчивой к воздействию внешних влияний, она должна иметь устойчивую структуру. Выбор структуры практически определяет технический облик как всей системы, так ее подсистем, и элементов. Вопрос о целесообразности применения той или иной структуры должен решаться исходя из конкретного назначения системы. От структуры зависит также способность системы к перераспределению функций в случае полного или частичного отхода отдельных элементов, а, следовательно, надежность и живучесть системы при заданных характеристиках ее элементов.

Абстрактные системы являются результатом отражения действительности (реальных систем) в мозге человека.

Их настроение — необходимая ступень обеспечения эффективного взаимодействия человека с окружающим миром. Абстрактные (идеальные) системы объективны по источнику происхождения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.

Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определенные аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и эвристические модели, а ко вторым — концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.

На основе понятия внешней среды системы разделяются на: открытые, закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные. Деление систем на открытые и закрытые связано с их характерными признаками: возможность сохранения свойств при наличии внешних воздействий. Если система нечувствительна к внешним воздействиям ее можно считать закрытой. В противном случае — открытой.

Открытой называется система, которая взаимодействует с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. Открытая система является частью более общей системы или нескольких систем. Если вычленить из этого образования собственно рассматриваемую систему, то оставшаяся часть — ее среда.

Открытая система связана со средой определенными коммуникациями, то есть сетью внешних связей системы. Выделение внешних связей и описание механизмов взаимодействия «система-среда» является центральной задачей теории открытых систем. Рассмотрение открытых систем позволяет расширить понятие структуры системы. Для открытых систем оно включает не только внутренние связи между элементами, но и внешние связи со средой. При описании структуры внешние коммуникационные каналы стараются разделить на входные (по которым среда воздействует на систему) и выходные (наоборот). Совокупность элементов этих каналов, принадлежащих собственной системе называются входными и выходными полюсами системы. У открытых систем, по крайней мере, один элемент имеет связь с внешней средой, по меньшей мере, один входной полюс и один выходной, которыми она связана с внешней средой.

Для каждой системы связи со всеми подчиненными ей подсистемами и между последним, являются внутренними, а все остальные — внешними. Связи между системами и внешней средой также, как и между элементами системы, носят, как правило, направленный характер.

Важно подчеркнуть, что в любой реальной системе в силу законов диалектики о всеобщей связи явлений число всех взаимосвязей огромно, так что учесть и исследования абсолютно все связи невозможно, поэтому их число искусственно ограничивают. Вместе с тем, учитывать все возможные связи нецелесообразно, так как среди них есть много несущественных, практически не влияющих на функционирование системы и количество полученных решений (с точки зрения решаемых задач). Если изменение характеристик связи, ее исключение (полный разрыв) приводят к значительному ухудшению работы системы, снижению эффективности, то такая связь — существенна. Одна из важнейших задач исследователя — выделить существенные для рассмотрения системы в условиях решаемой задачи связи и отделить их от несущественных. В связи с тем, что входные и выходные полюса системы не всегда удается четко выделить, приходится прибегать к определенной идеализации действий. Наибольшая идеализация имеет место при рассмотрении закрытой системы.

Закрытой называется система, которая не взаимодействует со средой или взаимодействует со средой строго определенным образом. В первом случае предполагается, что система не имеет входных полюсов, а во втором, что входные полюса есть, но воздействие среды носит неизменный характер и полностью (заранее) известно. Очевидно, что при последнем предположении указанные воздействия могут быть отнесены собственно к системе, и ее можно рассматривать, как закрытую. Для закрытой системы, любой ее элемент имеет связи только с элементами самой системы.

Разумеется, закрытые системы представляют собой некоторую абстракцию реальной ситуации, так как, строго говоря, изолированных систем не существует. Однако, очевидно, что упрощение описания системы, заключаются в отказе от внешних связей, может привести к полезным результатам, упростить исследование системы. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой — открытые. Если временный разрыв или изменение характерных внешних связей не вызывает отклонения в функционировании системы сверх установленных заранее пределов, то система связана с внешней средой слабо. В противном случае — тесно.

Комбинированные системы содержат открытые и закрытые подсистемы. Наличие комбинированных систем свидетельствует о сложной комбинации открытой и закрытой подсистем.

В зависимости от структуры и пространственно-временных свойств системы делятся на простые, сложные и большие.

Простые — системы, не имеющие разветвленных структур, состоящие из небольшого количества взаимосвязей и небольшого количества элементов. Такие элементы служат для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархические уровни. Отличительной особенностью простых систем является детерминированность (четкая определенность) номенклатуры, числа элементов и связей как внутри системы, так и со средой.

Сложные — характеризуются большим числом элементов и внутренних связей, их неоднородностью и разнокачественностью, структурным разнообразием, выполняют сложную функцию или ряд функций. Компоненты сложных систем могут рассматриваться как подсистемы, каждая из которых может быть детализирована еще более простыми подсистемами и т.д. до тех пор, пока не будет получен элемент.

Определение N1: система называется сложной (с гносеологических позиций), если ее познание требует совместного привлечения многих моделей теорий, а в некоторых случаях многих научных дисциплин, а также учета неопределенности вероятностного и невероятностного характера. Наиболее характерным проявлением этого определения является многомодельность.

Модель — некоторая система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе. Это описание систем (математическое, вербальное и т.д.) отображающее определенную группу ее свойств.

Определение N2: систему называют сложной если в реальной действительности рельефно (существенно) проявляются признаки ее сложности. А именно:

1. структурная сложность — определяется по числу элементов системы, числу и разнообразию типов связей между ними, количеству иерархических уровней и общему числу подсистем системы. Основными типами считаются следующие виды связей: структурные (в том числе, иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные), информационные, пространственно-временные;
2. сложность функционирования (поведения) — определяется характеристиками множества состояний, правилами перехода из состояния в состояние, воздействие системы на среду и среды на систему, степенью неопределенности перечисленных характеристик и правил;
3. сложность выбора поведения — в многоальтернативных ситуациях, когда выбор поведения определяется целью системы, гибкостью реакций на заранее неизвестные воздействия среды;
4. сложность развития — определяемая характеристиками эволюционных или скачкообразных процессов.

Естественно, что все признаки рассматриваются во взаимосвязи. Иерархическое построение — характерный признак сложных систем, при этом уровни иерархии могут быть как однородные, так и неоднородные. Для сложных систем присущи такие факторы, как невозможность предсказать их поведение, то есть слабо предсказуемость, их скрытность, разнообразные состояния.

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 другим подсистемами;
2. информационную, которая обеспечивает сбор, переработку и передачу информации, необходимой для принятия глобальных решений и выполнения локальны 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.

Большой системой называют систему, ненаблюдаемую одновременно с позиции одного наблюдателя во времени или в пространстве, для которой существенен пространственный фактор, число подсистем которой очень велико, а состав разнороден.

Система может быть и большой и сложной. Сложные системы объединяет более обширную группу систем, то есть большие — подкласс сложных систем.

Основополагающими при анализе и синтезе больших и сложных систем являются процедуры декомпозиции и агрегирования.

Декомпозиция — разделение систем на части, с последующим самостоятельным рассмотрением отдельных частей.

Очевидно, что декомпозиция представляют собой понятие, связанное с моделью, так как сама система не может быть расчленена без нарушений свойств. На уровне моделирования, разрозненные связи заменятся соответственно эквивалентами, либо модели систем строится так, что разложение ее на отдельные части при этом оказывается естественным.

Применительно к большим и сложным системам декомпозиция является мощным инструментом исследования.

Агрегирование является понятием, противоположным декомпозиции. В процессе исследования возникает необходимость объединения элементов системы с целью рассмотреть ее с более общих позиций.

Декомпозиция и агрегирование представляют собой две противоположные стороны подхода к рассмотрению больших и сложных систем, применяемые в диалектическом единстве.

Системы, для которых состояние системы однозначно определяется начальными значениями и может быть предсказано для любого последующего момента времени, называются детерминированными.

Стохастические системы — системы, изменения в которых носят случайный характер. При случайных воздействиях данных о состоянии системы недостаточно для предсказания в последующий момент времени.

По степени организованности: хорошо организованные, плохо организованные (диффузные).

Представить анализируемый объект или процесс в виде хорошо организованной системы означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения. Решение задачи при представлении ее в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы.

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца; отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравнений, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, нестабильности источников питания и т. п.).

Описание объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детерминированное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач плохо удаются: они требуют недопустимо больших затрат времени, практически нереализуемы и неадекватны применяемым моделям.

Плохо организованные системы. При представлении объекта в виде плохо организованной или диффузной системы не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенной с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой доверительной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслуживания, определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, исследовании документальных потоков информации в системах управления и т. д.

С точки зрения характера функций различаются специальные, многофункциональные, и универсальные системы.

Для специальных систем характерна единственность назначения и узкая профессиональная специализация обслуживающего персонала (сравнительно несложная).

Многофункциональные системы позволяют реализовать на одной и той же структуре несколько функций. Пример: производственная система, обеспечивающая выпуск различной продукции в пределах определенной номенклатуры.

Для универсальных систем: реализуется множество действий на одной и той же структуре, однако состав функций по виду и количеству менее однороден (менее определен). Например, комбайн.

По характеру развития 2 класса систем: стабильные и развивающиеся.

У стабильной системы структура и функции практически не изменяются в течение всего периода ее существования и, как правило, качество функционирования стабильных систем по мере изнашивания их элементов только ухудшается. Восстановительные мероприятия обычно могут лишь снизить темп ухудшения.

Отличной особенностью развивающихся систем является то, что с течением времени их структура и функции приобретают существенные изменения. Функции системы более постоянны, хотя часто и они видоизменяются. Практически неизменными остается лишь их назначение. Развивающиеся системы имеют более высокую сложность.

В порядке усложнения поведения: автоматические, решающие, самоорганизующиеся, предвидящие, превращающиеся.

Автоматические: однозначно реагируют на ограниченный набор внешних воздействий, внутренняя их организация приспособлена к переходу в равновесное состояние при выводе из него (гомеостаз).

Решающие: имеют постоянные критерии различения их постоянной реакции на широкие классы внешних воздействий. Постоянство внутренней структуры поддерживается заменой вышедших из строя элементов.

Самоорганизующиеся: имеют гибкие критерии различения и гибкие реакции на внешние воздействия, приспосабливающиеся к различным типам воздействия. Устойчивость внутренней структуры высших форм таких систем обеспечивается постоянным самовоспроизводством.

Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и другие подклассы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т.е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

Если устойчивость по своей сложности начинает превосходить сложные воздействия внешнего мира — это предвидящие системы: она может предвидеть дальнейший ход взаимодействия.

Превращающиеся — это воображаемые сложные системы на высшем уровне сложности, не связанные постоянством существующих носителей. Они могут менять вещественные носители, сохраняя свою индивидуальность. Науке примеры таких систем пока не известны.

Систему можно разделить на виды по признакам структуры их построения и значимости той роли, которую играют в них отдельные составные части в сравнение с ролями других частей.

В некоторых системах одной из частей может принадлежать доминирующая роль (ее значимость >> (символ отношения «значительного превосходства») значимость других частей). Такой компонент — будет выступать как центральный, определяющий функционирование всей системы. Такие системы называют централизованными.

В других системах все составляющие их компоненты примерно одинаково значимы. Структурно они расположены не вокруг некоторого централизованного компонента, а взаимосвязаны последовательно или параллельно и имеют примерно одинаковые значения для функционирования системы. Это децентрализованные системы.

Системы можно классифицировать по назначению. Среди технических и организационных систем выделяют: производящие, управляющие, обслуживающие.

В производящих системах реализуются процессы получения некоторых продуктов или услуг. Они в свою очередь делятся на вещественно-энергетические, в которых осуществляется преобразование природной среды или сырья в конечный продукт вещественной или энергетической природы, либо транспортирование такого рода продуктов; и информационные — для сбора, передачи и преобразования информации и предоставление информационных услуг.

Назначение управляющих систем — организация и управление вещественно-энергетическими и информационными процессами.

Обслуживающие системы занимаются поддержкой заданных пределов работоспособности производящих и управляющих систем.

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.