План лекции:
1. Понятие системы, свойства системы.
2. Классификация системы.
СИСТЕМА – ЭТО СОВОКУПНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБЪЕДИНЁННЫХ ОБЩЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СРЕДОЙ И ЦЕЛЬЮ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.
Термин система употребляется очень широко не только в научных исследованиях, но и в любой области практической деятельности и в бытовом разговоре. Повседневно мы употребляем выражения ”солнечная система”, ”система взглядов”, ”система машин”, ”система севооборотов”, ”система земледелия” и т. д. Система – одно из фундаментальных, универсальных понятий современной научной методологии познания. Содержательное определение сущности понятия системы, как научной категории, требует уровня определённых абстракций.
В первом приближении самое простое определение понятия системы следует из его происхождения от греческого слова (system) – нечто целое, составленное из частей. Определение системы, как некоторого целостного множества элементов, предполагает наличие следующих основных признаков:
Наличие множества структурных элементов, образующих систему (рассматривается некоторое множество);
Связность, упорядоченность элементов;
Целенаправленный и целесообразный характер взаимодействия элементов системы, то есть наличие общесистемной цели;
Относительная обособленность системы от внешней среды (то есть, возможность её идентифицировать как единое целое);
Способность реализовать определённые функции (способность достижения цели системы), что обеспечивается информационными процессами управления.
Системе любой природы присущи 3 свойства.
1. Важнейшим и определяющим свойством системы является её свойство целостности . Свойство целостности возникает из специфических особенностей взаимодействия структурных элементов для достижения общесистемных целей. Система как целое всегда обладает качественно новыми свойствами, которых не было у первичных элементов системы, и эти новые свойства не являются простой суммой характеристик составляющих частей системы. Появление качественно новых свойств, не присущих отдельным элементам системы, получило название эмерджентности .
Например, биологическая система ”лес” обладает свойствами, которые невозможно получить как сумму свойств и характеристик отдельных деревьев, кустарников, трав, произрастающих в этом лесу, а также животного мира, обитающего здесь же.
2. Свойства организованности системы. Существенное значение в оценке организованности системы имеет характер структуры и сложности взаимосвязей между элементами. Чем более высоко организована система, тем сложнее в ней взаимосвязи. Свойство организованности системы проявляются в изменении соотношения между нарастающей сложностью системы и совершенствованием её структуры. Совершенствование структуры осуществляется путём организации новых форм взаимосвязей и взаимодействий между элементами системы. Управление системой требует её соответствующей организации. Благодаря совершенствованию структуры и организованности системы повышается её управляемость.
3. Каждой системе свойственна определённая степень сложности. Степень сложности определяется числом элементов, составляющих систему, степенью разветвления её внутренней структуры, характером функционирования системы, возможностью описания системы на некотором языке исследования. По степени сложности принято различать системы: простые, сложные, очень сложные.
К основным системным понятиям можно отнести: функциональную среду, элементы системы, компоненты системы, структуру системы.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СРЕДА СИСТЕМЫ – ЭТО ХАРАКТЕРНАЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ СОВОКУПНОСТЬ ЗАКОНОВ, АЛГОРИТМОВ И ПАРАМЕТРОВ, ПО КОТОРЫМ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (ОБМЕН) МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ СИСТЕМЫ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ (РАЗВИТИЕ) СИСТЕМЫ В ЦЕЛОМ.
ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ – ЭТО УСЛОВНО НЕДЕЛИМАЯ, САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИОНИРУЮЩАЯ ЧАСТЬ СИСТЕМЫ.
КОМПОНЕНТ СИСТЕМЫ – ЭТО МНОЖЕСТВО ОТНОСИТЕЛЬНО ОДНОРОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБЪЕДИНЁННЫХ ОБЩИМИ ФУНКЦИЯМИ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ВЫПОЛНЕНИЯ ОБЩИХ ЦЕЛЕЙ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ – ЭТО СОВОКУПНОСТЬ СВЯЗЕЙ, ПО КОТОРЫМ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЭНЕРГО-, МАССО- И ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБМЕН МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ СИСТЕМЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ В ЦЕЛОМ И СПОСОБЫ ЕЁ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ.
Функциональную среду организма составляет совокупность законов физиологии. Эти законы ограничивают возможную динамику взаимосвязей между элементами организма некоторыми правилами, не позволяющими данным элементам развиваться во вред целому – организму. Нарушение функциональной среды вызывает болезнь организма.
Основная цель функционирования любого организма очевидна – выживание и обеспечение размножения (способствующего выживанию, но не индивидуальному, а групповому).
Элементами системы в рассмотренном примере являются клетки различных органов и тканей организма.
Компоненты системы – различные органы, в свою очередь состоящие из клеток, основу которых составляют так называемые специализированные клетки, обеспечивающие функционирование данных органов.
Структуру рассматриваемой системы – организма, составляет совокупность связей между органами и тканями. Осуществляются эти связи в процессе функционирования дыхательной, кровеносной, нервной, выделительной и других систем организма.
Любая система, независимо от её природы, существует в определённой среде – физической, социальной, экономической и т. д., постоянно взаимодействуя с ней. Чтобы исследовать систему, вначале её нужно вычленить из среды. Определение системы означает её распознавание (идентификация), выделение из окружающей среды как целого, относительно обособленного и самостоятельного, способностью достигать заданные цели.
Вычленение системы из окружающей среды равнозначно разбиению явления на две части – систему и внешнюю по отношению к ней среду. Постоянное взаимодействие системы и среды конкретно выражается в обмене веществом, энергией, информацией. Так, засеянное клевером поле севооборота, как система, испытывает влияние таких факторов внешней среды, как солнечная радиация, выпадающие осадки, обработка ядохимикатами и т. д. В свою очередь, совокупность растений данного поля оказывает влияние на среду, поглощая и отражая солнечный свет и т. д. Поскольку взаимодействие системы и среды носит всеобщий универсальный характер, рассмотрим формализованные подходы к анализу и оценки их взаимодействия, введя некоторые общие понятия и методические приёмы.
Среда оказывает вещественные, энергетические и информационные взаимодействия на систему через соответствующие элементы системы, которые будем называть входами системы , а факторы внешней среды, осуществляющие эти взаимодействия, входными величинами, или импульсами. Так, для вегетирующего растения входными величинами (факторами внешней среды) являются солнечная радиация, температура окружающего воздуха, наличие углекислого газа и кислорода, почвенной влаги, растворённых в ней элементов минерального питания, различные механические взаимодействия (ветра, насекомых и т. д.). Эти входные величины оказывают воздействие на систему “растение” через соответствующие элементы системы, образующие вход.
Система в свою очередь оказывает влияние на среду через определённые элементы, образующие выход системы .
Факторы, определяющие воздействие системы на среду, называются выходными величинами или реакциями системы на соответствующие импульсы на входе. Так, выходными величинами системы “растение” являются факторы, определяющие нарастание органической массы, плодоношение, выделение кислорода при фотосинтезе и углекислого газа в процессе дыхания и т. п.
Понятие “вход” и ”выход” системы, “импульс” и “реакция” являются общепринятыми, универсальными для любых систем, независимо от их природы и предметной области исследований.
При исследовании системы входные и выходные величины целесообразно рассматривать как математические переменные, могущие принимать конкретные значения.
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).
- Эмерджентность — степень несводимости свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит.
- 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:
- 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;
- 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;
- сложность выбора поведения — в многоальтернативных ситуациях, когда выбор поведения определяется целью системы, гибкостью реакций на заранее неизвестные воздействия среды;
- 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:
- решающую, которая принимает глобальные решения во взаимодействии с внешней средой и распределяет локальные задания между всеми другим подсистемами;
- информационную, которая обеспечивает сбор, переработку и передачу информации, необходимой для принятия глобальных решений и выполнения локальны задач;
- управляющую для реализации глобальных решений;
- гомеостазную, поддерживающую динамическое равновесие внутри систем и регулирующую потоки энергии и вещества в подсистемах;
- 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.
В этой статье мы рассмотрим определение системы как устройства, составленного из различных структурных элементов. Здесь будет затронут вопрос о классификации систем и их характеристике, а также постановка закона Эшби и понятие об общей теории.
Введение
Определение системы представляет собой множественный ряд элементов, которые находятся в определенной связи между собой и образуют целостность.
Использование системы как термина обуславливается необходимостью подчеркнуть различные характеристики чего-либо. Речь, как правило, идет о сложном и огромном устройстве объекта. Разобрать такой механизм чаще всего сложно однозначно, что является еще одной причиной для эксплуатации термина «система».
Определение системы имеет характерное отличие от «множества» или «совокупности», которое проявляет себя в том, что основной термин статьи говорит нам об упорядоченности и целостности в определенном объекте. В системе всегда присутствует определенная закономерность ее построения и функционирования, а также она обладает спецификой развития.
Определение термина
Существуют различные определения системы, которые могут классифицироваться по самым разнообразным характеристикам. Это очень широкое понятие, которое может использоваться по отношению практически ко всему и в любых науках. Содержание контекста о системе, области знания и цели изучения и анализа также сильно влияет на определение этого понятия. Проблема исчерпывающей характеристики заключается в использовании термина как объективного, так и субъективного.
Рассмотрим некоторые дескриптивные определения:
- Система - это комплексное образование взаимодействующих фрагментов целостного «механизма».
- Система - общее скопление элементов, пребывающих в некотором отношении друг по отношению к другу, а также связанным со средой.
- Система - это набор взаимосвязанных компонентов и деталей, обособленных от среды, но взаимодействующих с ней и работающих как единое целое.
Первые определения системы дескриптивного характера относятся к раннему периоду развития науки о системах. В такую терминологию включались лишь элементы и набор связей. Далее стали включать различные понятия, например функции.
Система в повседневности
Человек использует определение системы в самых различных сферах жизни и деятельности:
- При наименовании теорий, например философской системы Платона.
- При создании классификации.
- При создании конструкции.
- При наименовании совокупности установившихся жизненных норм и поведенческих правил. Примером служит система законодательства или моральных ценностей.
Исследование систем - это ход развития в науке, который изучается в самых разнообразных дисциплинах, например в инженерии, теории систем, системном анализе, системологии, термодинамике, системной динамике и т. д.
Характеристика системы посредством ее составных компонентов
Основные определения системы включают в себя ряд характеристик, посредством анализа которых можно так или иначе дать ей исчерпывающее описание. Рассмотрим главенствующие:
- Пределом расчленения системы на фрагменты является определение элемента. С точки зрения рассматриваемых аспектов, решаемых задач и поставленной цели они могут по-разному классифицироваться и различаться.
- Компонентом называют подсистему, которая представлена нам в виде относительно независимой частицы системы и обладает при этом ее некоторыми свойствами и подцелью.
- Связью именуют взаимоотношение между элементами системы и тем, что они ограничивают. Связь позволяет снижать степень свободы фрагментов «механизма», но приобретать при этом новые свойства.
- Структура - перечень самых существенных компонентов и связей, мало изменяемых в процессе текущего функционирования системы. Она отвечает за наличие главных свойств.
- Основным понятием в определении системы также является понятие цели. Цель - это многогранное понятие, которое можно определять в зависимости от данных контекста и этапа познания, на котором система находится.
Подход к определению системы также зависит от таких понятий, как состояние, поведение, развитие и жизненный цикл.
Наличие закономерностей
При разборе основного термина статьи важно будет обратить внимание на наличие некоторых закономерностей. Первой является наличие ограниченности от общей среды. Другими словами, это интегративность, которая определяет систему как абстрактную сущность, обладающую целостностью и четко поставленными пределами своих границ.
Система обладает синергичностью, эмерджентностью и холизмом, а также системным и сверхаддитивным эффектом. Элементы системы могут быть взаимосвязаны между конкретными компонентами, а с некоторыми никак не взаимодействовать, однако влияние в любом случае оказывается всеохватывающим. Оно производится посредством косвенного взаимодействия.
Определение системы - это термин, тесно связанный с явлением иерархичности, которое представляет собой определение различных деталей системы как отдельных систем.
Классификационные данные
Практически все издания, изучающие теорию систем и системный анализ, занимаются обсуждением вопроса о том, как их правильно классифицировать. Самое большое разнообразие среди перечня мнений о таком различии относится к определению сложных систем. Преобладающая часть классификаций относится к произвольным, которые также называют эмпирическими. Это означает, что чаще всего авторы произвольно используют данный термин в случае потребности охарактеризовать определенную решаемую задачу. Различие чаще всего осуществляется по определению предмета и категориального принципа.
Среди главных свойств чаще всего обращают внимание на:
- Количественную величину всех компонентов системы, а именно на монокомпонентность или поликомпонентность.
- При рассмотрении статичной структуры необходимо брать в расчет состояние относительного покоя и наличие динамичности.
- Отношение к закрытому или открытому типу.
- Характеристику детерминированной системы в конкретный момент времени.
- Необходимо учитывать гомогенность (например, популяцию организмов в виде) или гетерогенность (наличие различных элементов с различными свойствами).
- При анализе дискретной системы всегда четко ограничивают закономерности и процессы, а в соответствии с происхождением выделяют: искусственную, естественную и смешанную.
- Важно обращать внимание на степень организованности.
Определение системы, видов систем и системы в целом связано еще и с вопросом о восприятии их как сложных или простых. Однако здесь находится наибольшее количество разногласий при попытке дать исчерпывающий перечень характеристик, в соответствии с которыми необходимо их разграничивать.
Понятие вероятностной и детерминированной системы
Определение термина «система», созданное и предложенное Ст. Биром, стало одним из самых широко известных и распространенных по всему миру. В основу фундамента различия он вложил сочетание уровней детерминированности и сложности и получил вероятностные и детерминированные. Примером последних могут служить простые структуры, например оконные задвижки и проекты механизированных мастерских. Сложные представлены компьютерами и автоматизацией.
Вероятностным устройством элементов в простой форме может послужить подбрасывание монеты, передвижение медузы, наличие статистического контроля по отношению к качеству продукции. Среди сложных примеров системы можно вспомнить о хранении запасов, условных рефлексах и т. д. Сверхсложные формы вероятностного типа: понятие экономики, структура мозга, фирма и т. д.
Закон Эшби
Определение понятия системы тесно связано с законом Эшби. В случае создания определенной структуры, в которой компоненты обладают связями между собой, необходимо обусловить наличие проблеморазрешающей способности. Важно, чтобы система обладала разнообразием, превышающим этот же показатель у проблемы, над которой идет работа. Второй чертой является наличие у системы возможности создать такое разнообразие. Другими словами, устройство системы необходимо регулировать так, чтобы она могла изменять свои свойства в ответ на изменение условий решаемой задачи или проявление возмущения.
В случае отсутствия подобных характеристик в изучаемом явлении система не сможет удовлетворять требования к управленческим заданиям. Она станет малоэффективной. Важно также обращать внимание на наличие разнообразия в перечне подсистем.
Понятие об общей теории
Определение системы - это не только ее общая характеристика, но и набор различных важных аспектов. Одним из них является понятие об общей теории систем, которое представлено в виде научной и методологической концепции исследований объектов, образующих систему. Она взаимосвязана с такой терминологической единицей, как «системный подход», и является перечнем его конкретизированных принципов и методологий. Первую форму общей теории выдвинул Л. Фон Берталанфи, а идея его основывалась на признании изоморфизма основополагающих утверждений, отвечающих за управление и функциональные возможности объектов системы.
В силу того, что системный анализ направлен на решение любых проблем понятие системы должно быть очень общим, применимым к любым ситуациям. Выход видится в том, чтобы обозначить, перечислить, описать такие черты, свойства, особенности систем, которые, во-первых, присущи всем системам без исключения, независимо от их искусственного или естественного происхождения, материального или идеального воплощения; а во-вторых, из множества свойств были бы отобраны и включены в список по признаку их необходимости для построения и использования технологии системного анализа. Полученный список свойств можно назвать дескриптивным (описательным) определением системы.
Необходимы нам свойства системы естественно распадаются на три группы, по четыре свойства в каждой.
Статические свойства системы
Статическими свойствами назовем особенности конкретного состояния системы. Это как бы то, что можно разглядеть на мгновенной фотографии системы, то, чем обладает система в любой, но фиксированный момент времени.Динамические свойства системы
Если рассмотреть состояние системы в другой, отличный от первого, момент времени, то мы вновь обнаружим все четыре статических свойства. Но если наложить эти две "фотографии" друг на друга, то обнаружится, что они отличаются в деталях: за время между двумя моментами наблюдения произошли какие-то изменения в системе и ее окружении. Такие изменения могут быть важными при работе с системой и, следовательно, должны быть отображены в описаниях системы и учтены в работе с нею. Особенности изменений со временем внутри системы и вне ее и именуются динамическими свойствами систем. Если статические свойства - это то, что можно увидеть на фотографии системы, то динамические-то, что обнаружится при просмотре кинофильма про систему. О любых изменениях мы имеем возможность говорить в терминах перемен в статических моделях системы. В этой связи различаются четыре динамических свойства.Синтетические свойства системы
Этот термин обозначает обобщающие, собирательные, интегральные свойства, учитывающие сказанное раньше, но делающие упор на взаимодействия системы со средой, на целостность в самом общем понимании.Из бесконечного числа свойств систем выделено двенадцать присущих всем системам. Они выделены по признаку их необходимости и достаточности для обоснования, построения и доступного изложения технологии прикладного системного анализа.
Но очень важно помнить, что каждая система отличается от всех других. Это проявляется, прежде всего, в том, что каждое из двенадцати общесистемных свойств в данной системе воплощается в индивидуальной форме, специфической для этой системы. Кроме того, помимо указанных общесистемных закономерностей, каждая система обладает и другими, присущими только ей свойствами.
Прикладной системный анализ нацелен на решение конкретной проблемы. Это выражается в том, что с помощью общесистемной методологии он технологически направлен на обнаружение и использование индивидуальных, часто уникальных особенностей данной проблемной ситуации.
Для облегчения такой работы можно употребить некоторые классификации систем , фиксирующие тот факт, что для разных систем следует использовать разные модели, разную технику, разные теории. Например, Р. Акофф и Д. Гарайедаги предложили различать системы по соотношению объективных и субъективных целей у частей целого: системы технические, человеко-машинные, социальные, экологические. Другая полезная классификация, по степени познанности систем и формализованности моделей, предложена У. Чеклендом: "жесткие" и "мягкие" системы и, соответственно, "жесткая" и "мягкая" методологии, обсужденные в гл. 1.
Итак, можно сказать, что системное видение мира состоит в том, чтобы, понимая его всеобщую системность, приступить к рассмотрению конкретной системы, уделяя основное внимание ее индивидуальным особенностям. Классики системного анализа сформулировали этот принцип афористически: "Думай глобально, действуй локально".
Тарасенко Ф. П. Прикладной системный анализ (наука и искусство решения проблем): Учебник. - Томск; Издательство Томского университета, 2004. ISBN 5-7511-1838-3. Фрагмент
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.
В современной научно-технической литературе дается множество определений понятию «система». Наиболее полное определение звучит следующим образом:
Система – совокупность элементов, связанных между собой и с внешней средой упорядоченным образом, выбранных с определенной целью и выполняющих заданную функцию, направленную на получение конкретного полезного результата. Это определение требует дополнительного пояснения:
… совокупность элементов … - понимается в прямом смысле, т.е. различные элементы сведены вместе, чтобы сформировать систему;
… связанных между собой … - предполагает, что элементы имеют некоторое влияние друг на друга, проистекающее из принадлежности к системе;
… с внешней средой … - предполагается наличие границ в системе, устанавливающих деление на внешнюю и внутреннюю среду;
…упорядоченным образом … - подразумевает, что взаимодействия между элементами не случайные, а подчиняются некоторым правилам, которые можно познать;
…выбранных с определенной целью … - сосредотачивает внимание на роли наблюдателя, который определил систему, установив границу так, что какие-то элементы входят в систему, а какие-то относятся к внешней среде, при этом границы устанавливаются на основе какой-то идеи;
…выполняющих заданную функцию … - системы не существуют просто так, они обычно имеют свое предназначение (функции);
… направленную на получение конкретного полезного результата … - любая система любого масштаба функционирует с целью получения заданного результата.
В соответствии с этим определением практически каждый экономический объект можно рассматривать как систему, стремящуюся в своем функционировании к достижению определенной цели. В качестве примера можно назвать систему образования, энергетическую, транспортную, производственную систему и т.д.
Для системы характерны следующие основные свойства :
· сложность;
· делимость;
· целостность;
· многообразие элементов;
· структурированность.
Сложность системы зависит от множества входящих в нее компонентов, их взаимодействия, а также от сложности внешних и внутренних связей.
Делимость системы означает, что в зависимости от точки зрения на нее она может быть разделена на подсистемы, каждая из которых выполняет свою функцию.
Целостность системы означает, что множество подсистем функционирует с единой общей целью.
Многообразие элементов означает, что в систему могут быть объединены элементы различной природы. Например, производственная система может состоять из таких элементов, как сырье, готовая продукция, средства производства, финансовые, трудовые ресурсы и т.д.
Структурированность системы означает наличие определенных связей между элементами, распределение элементов по уровням иерархии.
Для того чтобы система выполняла заданную функцию и при этом достигала требуемого результата, необходимо ею управлять. Для управления сложными системами существуют системы управления. Важнейшими функциями этих систем являются:
· прогнозирование;
· планирование;
· анализ;
· контроль;
· регулирование.
Рисунок. – Схема системы управления с обратной связью.
Управление связано с обменом информацией между компонентами системы, а также системы с внешней средой. В процессе управления получают сведения о состоянии системы в каждый момент времени, о достижении (или не достижении) заданной цели с тем, чтобы воздействовать на систему и обеспечить выполнение управленческих решений.
Таким образом, любой системе управления экономическим объектом соответствует своя информационная система, называемая экономической информационной системой .
Экономический объект– это объект управления, представляющий собой совокупность взаимодействующих, относительно автономных систем, выполняющих множество преобразований экономической информации.
Экономическая информация – совокупность сведений экономического характера, которые можно подвергать обработке в процессах планирования, учета, анализа, контроля на всех уровнях управления экономическим объектом.
Экономическая информация обладает рядом особенностей по сравнению с общей массой информации:
1. в основной своей массе она имеет дискретную форму представления; выражается в цифровом или алфавитно-цифровом виде;
2. отражается на материальных носителях (документах, магнитных лентах и дисках);
3. ее большие объемы обрабатываются в установленных временных пределах, зависящих от конкретных функций, чаще всего циклическая регулярная обработка;
4. исходная информация, возникающая в одном месте, находит свое отражение в различных функциях управления и в связи с этим подвергается различной обработке несколько раз, что требует многократной перегруппировки данных;
5. объемы исходной информации достигают больших размеров при относительно малом числе операций ее обработки;
6. исходные данные и результаты расчета, а иногда и промежуточные результаты подлежат длительному хранению.
Исходя из особенностей экономической информации она характеризуется следующими свойствами:
· достоверность,
· полнота,
· ценность,
· актуальность,
· однозначность.
Таким образом, можно дать следующее определение экономической информационной системы.
ЭИС – совокупность внутренних и внешних информационных потоков экономического объекта, методов, средств, специалистов, участвующих в процессах обработки экономической информации и принятия управленческих решений.
Информационная система является системой информационного обслуживания работников управленческих служб и выполняет технологические функции по накоплению, хранению, передаче и обработке информации. Она формируется в соответствии с регламентом, принятым на конкретном экономическом объекте, оказывает помощь в реализации целей и задач, стоящих перед ним.
Для повышения эффективности систем управления экономическими объектами используются новейшие технические, технологические и программные средства. Следует заметить, что ЭИС можно реализовать и без использования вышеупомянутых средств, но отдача от такой системы будет значительно ниже. Если же применять такие средства, то следует говорить об автоматизированной экономической информационной системе (АЭИС).
АЭИС – совокупность информации, экономико-математических методов и моделей, технических, технологических и программных средств и специалистов, предназначенная для обработки экономической информации и принятия управленческих решений.
Создание АЭИС способствует повышению эффективности экономического объекта и обеспечивает повышение качества управления.
