Тема 2. Системные свойства. Классификация 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 определённые 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.

Ещё одним свойством является свойство роста (развития). Развитиеможно 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»

Сенека

Поведение системы определяется характером реакции на внешние воздействия.

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

Простые системы имеют пассивные формы устойчивости: прочность, сбалансированность, регулируемость, гомеостаз. А для сложных определяющими являются активные формы: надёжность, 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.

Надёжность – свойство сохранения структуры систем, несмотря на гибель отдельных её элементов с помощью их замены или дублирования, а живучесть – как активное подавление вредных качеств. Таким образом, надёжность 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 неопределённости 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.

Термин «система» употребляется в различных науках. Соответственно, разных ситуациях применяются различные определения системы: от философских до формальных. Для целей курса лучше всего подходит следующее определение: система – совокупность элементов, объединённых связями и функционирующих совместно для достижения цели.

Системы характеризуются рядом свойств, основные из которых делятся на три группы: статические, динамические и синтетические.

1.1 Статические свойства систем

Статическими свойствами называются особенности некоторого состояния системы. Это то чем обладает система в любой фиксированный момент времени.

Целостность. Всякая система выступает как нечто единое, целое, обособленное, отличающееся от всего остального. Это свойство называется целостностью системы. Оно позволяет разделить весь мир на две части: систему и окружающую среду.

Открытость. Выделяемая, отличаемая от всего остального система не изолирована от окружающей среды. Наоборот, они связаны и обмениваются различными видами ресурсов (веществом, энергией, информацией и т.д.). Эта особенность обозначается термином «открытость».

Связи системы со средой носят направленный характер: по одним среда влияет на систему (входы системы), по другим система оказывает влияние на среду, что-то делает в среде, что-то выдаёт в среду (выходы системы). Описание входов и выходов системы называется моделью чёрного ящика. В такой модели отсутствует информация о внутренних особенностях системы. Несмотря на кажущуюся простоту, такой модели зачастую вполне достаточно для работы с системой.

Во многих случаях при управлении техникой или людьми информация только о входах и выходах системы позволяет успешно достигать цели. Однако для этого модель должна отвечать определённым требованиям. Например, пользователь может испытывать затруднения, если не будет знать, что в некоторых моделях телевизоров кнопку включения нужно не нажимать, а вытягивать. Поэтому для успешного управления модель должна содержать всю информацию, необходимую для достижения цели. При попытке удовлетворить это требование может возникнуть четыре типа ошибок, которые проистекают из того, что модель всегда содержит конечное число связей, тогда как у реальной системы количество связей неограниченно.

Ошибка первого рода возникает в том случае, когда субъект ошибочно рассматривает связь как существенную и принимает решение о её включении в модель. Это приводит к появлению в модели лишних, ненужных элементов. Ошибка второго рода, напротив, совершается тогда, когда принимается решение об исключении из модели якобы несущественной связи, без которой, на самом деле, достижение цели затруднено или вообще невозможно.

Ответ на вопрос о том, какая из ошибок хуже, зависит от контекста, в котором он задаётся. Понятно, что использование модели, содержащей ошибку, неизбежно ведёт к потерям. Потери могут быть небольшими, приемлемыми, нетерпимыми и недопустимыми. Урон, наносимый ошибкой первого рода связан с тем, что информация, внесённая ею, лишняя. При работе с такой моделью придётся тратить ресурсы на фиксацию и обработку лишней информации, например, тратить на неё память ЭВМ и время обработки. На качестве решения это, возможно, и не скажется, а на стоимости и своевременности скажется обязательно. Потери от ошибки второго рода – урон от того, что информации для полного достижения цели не хватит, цель не может быть достигнута в полной мере.

Теперь ясно, что хуже та ошибка, потери от которой больше, а это зависит от конкретных обстоятельств. Например, если время является критическим фактором, то ошибка первого рода становится гораздо более опасной, чем ошибка второго рода: вовремя принятое, пусть не наилучшее, решение предпочтительнее оптимального, но запоздавшего.

Ошибкой третьего рода принято считать последствия незнания. Для того, чтобы оценивать существенность некоторой связи, нужно знать, что она вообще есть. Если это не известно, то вопрос о включении связи в модель вообще не стоит. В том случае, если такая связь несущественна, то на практике её наличие в реальности и отсутствие в модели будет незаметно. Если же связь существенна, то возникнут трудности, аналогичные трудностям при ошибке второго рода. Разница состоит в том, что ошибку третьего рода сложнее исправить: для этого необходимо добывать новые знания.

Ошибка четвёртого рода возникает при ошибочном отнесении известной существенной связи к числу входов или выходов системы. Например, точно установлено, что в Англии 19-го века здоровье мужчин, носящих цилиндры, значительно превосходило здоровье мужчин, носящих кепки. Навряд ли из этого следует, что вид головного убора можно рассматривать как вход для системы прогнозирования состояния здоровья.

Внутренняя неоднородность систем, раличимость частей. Если заглянуть внутрь «чёрного ящика», то выяснится, что система неоднородна, не монолитна. Можно обнаружить, что различные качества в разных частях системы отличаются. Описание внутренней неоднородности системы сводится к обособлению относительно однородных участков, проведению границ между ними. Так появляется понятие о частях системы. При более детальном рассмотрении оказывается, что выделенные крупные части тоже неоднородны, что требует выделять ещё более мелкие части. В результате получается иерархическое описание частей системы, которое называется моделью состава.

Информация о составе системы может использоваться для работы с системой. Цели взаимодействия с системой могут быть различными, в связи с чем могут различаться и модели состава одной и той же системы. На первый взгляд различить части системы нетрудно, они «бросаются в глаза». В некоторых системах части возникают произвольно, в процессе естественного роста и развития (организмы, социумы и т.д.). Искусственные системы заведомо собираются из заранее известных частей (механизмы, здания и т.д.). Есть и смешанные типы систем, такие как заповедники, сельскохозяйственные системы. С другой стороны, с точки зрения ректора, студента, бухгалтера и хозяйственника университет состоит из разных частей. Самолёт состоит из разных частей с точки зрения пилота, стюардессы, пассажира. Трудности создания модели состава можно представить тремя положениями.

Во-первых, целое можно делить на часть по-разному. При этом способ деления определяется поставленной целью. Например, состав автомобиля по разному представляют начинающим автолюбителям, будущим профессиональным водителям, слесарям, готовящимся к работе в автосервисе, продавцам в автомагазинах. Естественно задать вопрос о том, существуют ли части системы «на самом деле»? Ответ содержится в формулировке рассматриваемого свойства: речь идёт о различимости, а не о разделимости частей. Можно различать нужные для достижения цели части системы, но нельзя разделять их.

Во-вторых, количество частей в модели состава зависит и от того, на каком уровне остановить дробление системы. Части на конечных ветвях получающегося иерархического дерева называются элементами. В различных обстоятельствах прекращение декомпозиции производится на разных уровнях. Например, при описании предстоящих работ приходится давать опытному работнику и новичку инструкции разной степени подробности. Таким образом, модель состава зависит от того, что считать элементарным. Встречаются случаи, когда элемент имеет природный, абсолютный характер (клетка, индивид, фонема, электрон).

В-третьих, любая система является частью большей системы, а иногда и нескольких систем сразу. Такую метасистему также можно делить на подсистемы по-разному. Это означает, что внешняя граница системы имеет относительный, условный характер. Определение границ системы производится с учётом целей субъекта, который будет использовать модель системы.

Структурированность. Свойство структурированности заключается в том, что части системы не изолированы, не независимы друг от друга; они связаны между собой, взаимодействуют друг с другом. При этом свойства системы существенно зависят от того, как именно взаимодействуют её части. Поэтому так частот важна информация о связях элементов системы. Перечень существенных связей между элементами системы называется моделью структуры системы. Наделённость любой системы определённой структурой и называется структурированностью.

Понятие структурированности дальше углубляет представление о целостности системы: связи как бы скрепляют части, удерживают их как целое. Целотность, отмеченная ранее как внешнее свойство, получает подкрепляющее объяснение изнутри системы – через структуру.

При построении модели структуры также встречаются определённые трудности. Первая из них связана с тем, что модель структуры определяется после того, как выбирается модель состава, и зависит от того, каков именно состав системы. Но даже при фиксированном составе модель структуры вариабельно. Связано это с возможностью по-разному определить существенность связей. Например, современному менеджеру рекомендуется наряду с формальной структурой его организации учитывать существование неформальных отношений между работниками, которые тоже влияют на функционирование организации. Вторая трудность проистекает из того, что каждый элемент системы, в свою очередь, представляет собой «маленький чёрный ящичек». Так что все четыре типа ошибок возможны при определении входов и выходов каждого элемента, включаемого в модель структуры.

Система (греческое systema - целое, составленное из частей, соединения) – совокупность взаимодействия элементов, объединенных единством целей и образующих определенную целостность; это целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы; это объект, который определяется множествами элементов, преобразований, правил образования последовательностей элементов; это объект, состоящий из элементов, свойства которых не сводятся к свойству самого объекта.

Основные свойства систем : 1. Организованная сложность системы характеризуется наличием взаимосвязи между элементами (существует три типа связи: функционально-необходимые, избыточные (резервные), сингерические (дающие увеличение эффекта системы за счет взаимодействия элементов)). 2. Декомпоризуемость. 3. Целостность системы - принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов, и, в то же время, зависимость свойств каждого элемента от его места и функций внутри системы. 4. Ограниченность системы. Ограниченность системы связана с внешней средой. В понятие внешняя среда включают все системы элементов любой природы, оказывающие влияние на систему или находящиеся под ее воздействием. Возникает задача локализации системы (определения ее границ и существенных связей). Выделяют открытые и замкнутые системы. Открытые системы имеют связи с внешней средой, закрытые не имеют. 5. Структурность системы. Структурность - группирование элементов внутри системы по определенному правилу или принципу в подсистемы. Структура системы – совокупность связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Разделяют связи двух типов: горизон­тальные и вертикальные. Внешние связи, направленные внутрь системы называют входами, из системы во внешнюю среду - выходами. Внутренние связи - связи между подсистемами. 6. Функциональная направленность системы, функции системы можно представить в виде набора некоторых преобразований, которые делятся на две группы.

Виды систем: 1. Простая система – это система, которая состоит из небольшого числа элементов, не имеющая разветвленной структуры (нельзя выделить иерархические уровни). 2. Сложная система – это система с разветвленной структурой и значительным количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (подсистем). Под сложной динамической системой следует понимать развивающиеся во времени и в пространстве целостные объекты, состоящие из большого числа элементов и связей и обладающие свойствами, которые отсутствуют у элементов и связей, их образующих. Структура системы – совокупность внутренних, устойчивых связей между элементами системы, определяющих ее основные свойства. Системы бывают: социальные, биологические, механические, химические, экологические, простые, сложные, вероятностные, детерминированные, стохастические. 3. Централизованная система – система, в которой некоторый элемент (подсистема) играет доминирующую роль. 4. Децентрализованная система – система, в которой нет доминирующей подсистемы. 5. Организационная система – система, которая представляет собой набор людей или коллективов людей. 6. Открытые системы – такие, в которых внутренние процессы существенно зависят от условий среды и сами оказывают на ее элементы значительное влияние. 7. Замкнутые (закрытые) системы – такие, в которых внутренние процессы слабо связаны с внешней средой. Функционирование закрытых систем определяется внутренней информацией. 8. Детерминированные системы – системы, в которой связи между элементами и событиями носят однозначный, предопределенный характер. 9. Вероятностная (стохастическая) система – такая система, в которой связи между элементами и событиями носят неоднозначный характер. Связи между элементами носят вероятностный характер и существуют в виде вероятностных закономерностей. 10. Детерминированные системы являются частным случаем вероятностных (Рв=1). 11. Динамичная система – система, характер которой непрерывно меняется. При этом переход в новое состояние не может совершаться мгновенно, а требует некоторого времени.

Этапы построения систем: постановка цели, декомпозиция цели на подцели, определение функций, обеспечивающих достижение цели, синтез структуры, обеспечивающий выполнение функций. Цели возникают, когда существует так называемая проблемная ситуация (проблемная ситуация – это ситуация, которую нельзя разрешить имеющимися средствами). Цель – состояние, к которому направлена тенденция движения объекта. Среда – совокупность всех систем, кроме той, которая реализует заданную цель. Ни одна система не является абсолютно замкнутой. Взаимодействие системы со средой реализуется через внешние связи. Элемент системы – часть системы, имеющая определенное функциональное значение. Связи могут быть входными и выходными. Они подразделяются на: информационные, ресурсные (управляющие).

Структура системы : представляет собой устойчивую упорядоченность элементов системы и их связей в пространстве и во времени. Структура может быть материальной и формальной. Формальная структура – совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой заданных целей. Материальная структура – реальное наполнение формальной структуры.Типы структур систем: последовательный или цепочечный; иерархический; циклически замкнутая (типа кольцо); структура типа «колесо»; «звезда»; структура типа «решетка».

Сложная система характеризуется : единой целью функционирования; иерархической системой управления; большим количеством связей внутри системы; комплексным составом системы; устойчивостью к воздействию внешних и внутренних воздействующих факторов; наличием элементов саморегуляции; наличием подсистем.

Свойства сложных систем : 1. Многоуровневость (часть системы сама является системой. Вся система, в свою очередь, является частью более крупной системы); 2. Наличие внешней среды (всякая система ведет себя в зависимости от того, в какой внешней среде она находится. Нельзя механически распространять выводы, полученные о системе в одних внешних условиях, на ту же систему, находящуюся в других внешних условиях); 3. Динамичность (в системах нет ничего неизменного. Все константы и статические состояния - это только абстракции, справедливые в ограниченных пределах); 4. У человека, длительное время работавшего с какой-либо сложной системой, может сложиться уверенность, что те или иные "очевидные" изменения, если их внести в систему, приведут к тем или иным "очевидным" улучшениям. Когда же изменения реализуются, система отвечает совсем не так, как предполагалось. Это случается при попытках реформы управления большим предприятием, при реформировании государства и т.д. Причиной подобных ошибок является недостаток информации о системе как результат неосознанного механистического подхода. Методологический вывод по таким ситуациям состоит в том, что сложные системы не меняются за один круг, нужно совершить много кругов, на каждом из которых в систему вносятся небольшие изменения, и выполняются исследования их результатов с обязательными попытками выявления и анализа новых типов связей, проявляющихся в системе; 5. Устойчивость и старение (устойчивость системы - это ее способность компенсировать внешние или внутренние воздействия, направленные на разрушение или быстрое изменение системы. Старение - это ухудшение эффективности и постепенное разрушение системы за длительный период времени. 6. Целостность (система имеет целостность, которая есть самостоятельная новая сущность. Эта сущность само организуется, влияет на части системы и на связи между ними, заменяет их для сохранения себя как целостности, ориентируется во внешней среде и т.д.); 7. Полиструктурность - это наличие у одной и той же системы большого количества структур. Рассматривая систему с разных точек зрения, мы будем выявлять в ней разные структуры. Полиструктурность систем можно рассматривать как их многоаспектность. Функциональный аспект отражает поведение системы и ее частей только с точки зрения того, что они делают, какую исполняют функцию. При этом не принимаются во внимание вопросы о том, как они это делают и что они из себя представляют физически. Важно только лишь, чтобы из функций отдельных частей складывалась функция системы в целом. Конструкторский аспект охватывает только вопросы физической компоновки системы. Здесь важна форма составных частей, их материал, их размещение и стыковка в пространстве, внешний вид системы. Технологический аспект отражает то, как исполняются функции частями системы.

Свойства, определяемые взаимодействием части и целого, включают:

целостность;

интегративность;

коммуникативность;

иерархичность.

Свойство целостности предполагает, что:

целое не является простой суммой частей, поскольку систему необходимо рассматривать как единство;

целостная система – это такая система, в которой внутренние связи частей между собой являются преобладающими по отношению к движению этих частей и к внешнему воздействию на них;

для того, чтобы что-либо целостное воспринималось как система, оно должно иметь границы, отделяющие его от внешней среды.

Свойство целостности проявляется в возникновении у системы новых интегративных качеств, не свойственных ее компонентам, т.е. в эмерджентности . При этом объединенные в систему элементы могут терять ряд свойств, присущих им вне системы, т.е. система как бы подавляет некоторые свойства своих элементов.

Например, система производства в рабочее время использует только те знания и умения рабочих (элементов системы), которые нужны для осуществления процесса производства и подавляет другие их способности (вокальные, хореографические).

Свойство целостности связано с целью, для реализации которой создается система. При этом объекты (части) функционируют во времени как единое целое – каждый объект, подсистема, ячейка, работают ради единой цели, стоящей перед системой в целом.

Двойственной по отношению к свойству целостности выступает свойство физической аддитивности (или независимости, или суммативности). Свойства физической аддитивности проявляются у системы, как бы распавшейся на независимые элементы. Строго говоря, любая система находится всегда между крайними состояниями абсолютной целостности и абсолютной аддитивности. При этом термином «прогрессирующая факторизация» называется стремление системы к возрастанию степени независимости элементов, а термином «прогрессирующая систематизация» - стремление системы к уменьшению самостоятельности элементов, т.е. к большей целостности.

Свойство интегративности означает наличие системообразующих, системосохраняющих факторов, в числе которых важную роль играют неоднородность и противоречивость элементов, с одной стороны, и стремление их вступить в коалиции, с другой.

Коммуникативность означает, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, которая, в свою очередь, является сложным и неоднородным образованием. Данная среда содержит:

систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения объекту;

нижележащие системы;

системы одного уровня с рассматриваемым объектом.

Коммуникативность характеризует сложное единство системы со средой.

Иерархичность является необходимым свойством систем и проявляется в существовании нескольких уровней взаимодействия:

каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения в вышележащим и нижележащим уровнями. Если даже между элементами одного уровня иерархии нет явных связей между собой (горизонтальных связей), то они все равно проявляются через вышестоящий уровень. В частности, от вышестоящего уровня зависит, например, какое из подразделений будет поощрено, а какому поручат непрестижную работу. Эта конкретизация свойства иерархичности объясняет неоднородность использования в сложных организационных системах понятий «цель» и «средства», «система» и «подсистема».

более высокий иерархический уровень оказывает направляющее воздействие на нижележащий уровень, подчиненный ему. Это воздействие проявляется в том, что подчиненные члены иерархии приобретают новые свойства, отсутствующие у них в изолированном состоянии, т.е. свойство эмерджентности проявляется на каждом уровне иерархии;

для систем с неопределенностью иерархичность означает как бы расчленение «большой» неопределенности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию и оценке. При этом даже если эти мелкие неопределенности не удается полностью раскрыть и объяснить, то все же иерархическое упорядочение частично снимает общую неопределенность, обеспечивает по крайней мере управляемый контроль над принятием решения.

К другим свойствам систем относятся:

историчность , основанная на том, что время является непременной характеристикой системы, что выражается в оценке жизненного цикла продукта, технологии, предприятия и т.д.;

самоорганизация , т.е. способность системы противостоять энтропийным тенденциям, адаптироваться к внешним возмущениям, изменяя при необходимости свою структуру. Информация теряется различными способами, что ведет к увеличению энтропии системы, но чтобы приобрести новую информацию и уменьшить энтропию, следует произвести новые измерения, т.е. затратить энергию. Энтропия и информация служат, таким образом, выражением двух противоположных тенденций в процессах развития. Если система эволюционизирует в направлении упорядоченности, то ее энтропия уменьшается, но это требует целенаправленных усилий, внесения информации, т.е. управления;

гомеостаз - означает свойство системы поддерживать свои параметры и функции в определенном диапазоне. Оно основано на устойчивости внутренней среды объекта по отношению к воздействию внешней среды. То есть в гомеостате управляемая переменная поддерживается на требуемом уровне механизмом саморегулирования. Здесь орган управления встроен непосредственно в систему, являясь неотъемлемой частью ее. Это идеальное сочетание, свойственное естественным, в первую очередь биологическим, системам, к которому стремятся системы, создаваемые человеком.

эквифинальность ,характеризующая предельные возможности систем. Сложность структуры системы определяет сложность ее поведения, что в свою очередь означает предельность надежности, помехоустойчивости, управляемости и других качеств системы, т.е. предельность жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем, в данном случае систем управления и их организационных структур.

Проблема целостности с давних времен привлекает внимание философов. Аристотель, вероятно, первым обратил внимание на тот факт, что целое «больше» суммы частей, и попытался показать относительную независимость целого как сущности от изменений, происходящих в его частях. Дальнейшее развитие концепции целостности связано с именами Лейбница, Канта и особенно Гегеля.

Резкое повышение интереса к проблеме целостности в рамках кибернетики и общей теории систем обусловлено развитием функционального подхода и концепции открытых систем. Анализу понятия целостности в философии и специальных науках, выявлению его роли в научном познании посвящен ряд монографий советских философов.

Целостность обычно рассматривают с точки зрения ее отношения к частям, при этом стремятся раскрыть неразрывность и взаимообусловленность частей и целого. Рассмотрим целостность в ее отношении к внешнему окружению, к среде, т.е. в функциональном аспекте. Такую целостность называют функциональной . С этой точки зрения она выступает, прежде всего, как фактор, обусловливающий индивидуализацию предмета, вещи. Благодаря целостным свойствам, предмет есть то, что он есть. Вне целостных свойств, вся совокупность внешних отношений и связей предмета разрушается. Исчезает, следовательно, и сам предмет. Целостные свойства объектов реальной действительности в их функциональном аспекте делают эти объекты принципиально познаваемыми.

В общей теории систем понятие функциональной целостности с самого начала кладется в основу теории. Оно играет здесь фундаментальную роль наряду с принципом иерархичности. Анализируя понятие системы, В. Н. Садовский рассматривает целостность и иерархичность как равноправные компоненты и ставит их рядом с точки зрения основополагающего значения для теории систем. Он пишет: «Исходными при метатеоретическом анализе понятия «система» являются принципы целостности и иерархичности, согласно которым утверждается первичность системы как целого над ее элементами и принципиальная иерархическая организация любой системы» , Тем самым указывается, что между принципом целостности и принципом иерархичности существует органическая связь.

Иерархическое строение систем в методологическом контексте выступает как следствие функционального характера целостности. Действительно, анализируя природу иерархии в каждом конкретном случае, можно убедиться, что целостность как характеристика связи системы со средой изначально выступает в форме иерархообразующего фактора.

С этой точки зрения относительно обособленный объект, рассматриваемый в рамках более широкой системы «объект-среда», может трактоваться как уровень иерархии в этой последней системе.

Вторым уровнем является окружающая среда. Соответственно этому систему «объект–среда» можно изобразить двумя концентрическими окружностями.

Если часть среды, в которой функционирует система (а точнее, ее ближайшее окружение), в свою очередь может быть описана как целостность, то получаем уже трехуровневую иерархическую структуру, которую можно изобразить соответственно тремя концентрическими окружностями. И так далее.

Функциональная целостность обусловливает относительную самостоятельность, автономность отдельных подсистем в рамках иерархической структуры. Эта автономность в известном смысле неизбежна, как неизбежно то, что всякий объект, раз он существует, обладает целостными характеристиками, некоторым собственным поведением.

Впрочем, сразу же надо оговориться. Эти целостные характеристики и это собственное поведение можно приписывать объекту лишь в рамках внешнего, феноменологического описания. При более строгом, сущностном подходе так называемые собственные характеристики объекта обнаруживают гораздо более сложную природу, выступая как синтетический результат отношения между объектом и средой, как структурные свойства этого отношения.

Таким образом, автономность, целостность, поведенческие характеристики какого-либо уровня в иерархической системе невозможно понять, изучая структуру только этого уровня.

Функции уровня имеют межуровневую природу, выступая как структурные свойства всей иерархической системы, и с этой точки зрения представляют собой основу для проведения структурного анализа системы. Одновременно структура системы может рассматриваться как результат функционального синтеза, т.е. синтеза целостных свойств элементов и уровней системы.

Рассмотрим более детально проблему порождения целостных свойств в системе. В конструктивном плане целостность всегда возникает в процессе формирования системы.

Усиление факторов, обусловливающих функциональную целостность элементов системы, целесообразно лишь при условии, что одновременно происходит усиление межуровневых отношений и связей. При этом растет степень выраженности иерархической структуры системы. Если усиления межуровневых отношений и связей не происходит, то факторы функциональной целостности системы ослабляются и система может распасться.

Одна из наиболее распространенных причин усиления факторов функциональной целостности в биологической и социально-экономической системах – специализация элементов. В этом случае целостность всей системы обеспечивается существованием четких связей между элементами, специализация которых делает их совершенно необходимыми друг для друга в интересах системы.

Возникновение иерархической структуры экономики в результате общественного разделения труда может служить примером, который опровергает широко распространенное мнение, будто иерархические структуры образуются исключительно как следствие ограниченных возможностей элементов системы по переработке информации. Конечно, нельзя отрицать того, что информационный фактор играет определенную роль при формировании иерархических структур, но он, по-видимому, не является решающим. Опыт практического конструирования систем управления производством показывает, что попытки заменить первичные регуляторы одним централизованным регулятором и достаточно производительной (по объему перерабатываемой информации) ЭВМ обычно кончаются неудачей.

Отмечая недостаточность информационного подхода для объяснения природы иерархических структур, В. Л. Хартон пишет: «Применением управляющих устройств с любым быстродействием любая сложная иерархическая система, по-видимому, не может быть преобразована в простую, одноуровневую. Минимальное число уровней определяется разнообразием алгоритмов управления, разной степенью взаимосвязи этих алгоритмов». При этом разнообразие алгоритмов управления связывается с разнообразием, разнокачественностью элементов системы, что порождает разнообразие, разнохарактерность связей между элементами. В организмах и производственных системах разнокачественность элементов как раз и появляется в результате их функциональной дифференциации и специализаций. Сам процесс построения информационных систем переработки данных для принятия решений использует функциональную целостность как фундаментальный иерархообразующий фактор. Таким образом, понятие целостности и иерархичности неразрывно связаны между собой.

Целостность– основной общий признак, который присутствует практически во всех определениях и теоретических моделях понятия «система». Этот признак стремятся явно или хотя бы неявно выразить во всех определениях понятия системы.

Определение 1.35 . Под целостностью системы понимается внутреннее единство и принципиальная не сводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов.

Однако средства, которыми пытаются выразить целостность, бывают различными и не всегда однозначными.

В простейшем случае считается, что наличие связей и отношений между элементами системы как раз и выражает ее целостность, так что никаких специальных средств, кроме задания этих отношений, не требуется. При этом признак целостности не вводится в определение системы. Это характерно для определений, сложившихся вне системного подхода. Понятно, что не всякие отношения придают множеству элементов целостность. Поэтому выделяются специальные отношения, которые называются системообразующими.

Для выделения системы в сложном объекте выбираются такие отношения, которые существенны в данной задаче. В качестве признаков, которые характеризуют именно целостность систем, используют такие, как единство цели, функциональное назначение, определенные функции, наличие окружающей среды, с которой система взаимодействует как целое. Подчеркнем, что все эти признаки, не являются всеобщими.

Из свойства целостности вытекают следующие два положения:

· система по отношению к окружающей среде будет восприниматься как целое (целостное) и в системе должно преобладать взаимодействие внутренних связей над внешними связями, причем возмущающему воздействию среды должна противостоять интеграция элементов среды;

· в рамках данного целого определяются свойства и функции элементов системы, и всякая декомпозиция системы может осуществляться до минимальных элементов системы, которые еще сохраняют свойство целостности системы.

Закономерность целостности проявляется в системе в возникновении новых интегративных качеств, не свойственных образующим ее компонентам. Чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо рассмотреть две ее стороны:

· свойства системы (целого) не являются суммой свойств элементов или частей (несводимость целого к простой сумме частей);

· свойства системы (целого) зависят от свойств элементов, частей (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе).

Существенным проявлением закономерности целостности являются новые взаимоотношения системы как целого со средой, отличные от взаимодействия с ней отдельных элементов.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой предназначена система.

Весьма актуальным является оценка степени целостности системы при переходе из одного состояния в другое. В связи с этим возникает двойственное отношение к закономерности целостности. Ее называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью , обособленностью. Свойство физической аддитивности проявляется у системы, как бы распавшейся на независимые элементы.

Строго говоря, любая система находится всегда между крайними точками условной шкалы:

абсолютная целостность – абсолютная аддитивность .

Рассматриваемый этап развития системы можно охарактеризовать степенью проявления в ней одного или другого свойства и тенденцией к его нарастанию или уменьшению.

Для оценки этих явлений А. Холл ввел такие закономерности, как «прогрессирующая факторизация» (стремление системы к состоянию со все более независимыми элементами) и «прогрессирующая систематизация» (стремление системы к уменьшению самостоятельности элементов, т. е. к большей целостности). Существуют методы введения сравнительных количественных оценок степени целостности, коэффициента использования элементов в целом с точки зрения определенной цели.

Как правило, объединение элементов в систему осуществляется в результат формирования согласованного взаимодействия (сложения усилий) в нечто новое, обладающее интегративным качеством, которым эти элементы до объединения не обладали. Функциональная целостность системы характеризует завершенность ее внутреннего строения. Именно система выступает как нечто целое относительно окружающей среды: при возмущающем воздействии внешней среды проявляются внутренние связи между ее элементами и чем эти связи сильнее, тем устойчивее система к внешним возмущениям. Другими словами, совокупность взаимосвязанных структурных элементов образует систему только в том случае, когда отношения между элементами порождают новое особое качество целостности, называемое системным.

Свойства системы как целого определяются не только свойствами его отдельных элементов, но и свойствами структуры системы.

Целостность представляет собой многоаспектное явление. Одна из важнейших составляющих целостности – интегрированность обеспечивает сплоченность частей в целое, причем в результате такой сплоченности свойства частей модифицируются и проявляются как качественно иные свойства, характерные для наличной целостности и отличные от свойств отдельных элементов (в некоторых источниках используют термин «эмерджентность»). Интегрированность проявляется также в функциональной ориентированности взаимодействий элементов системы на сохранение и развитие целостности путем снятия актуальных противоречий системы.

Существенным признаком целостностиявляется относительная обособленность системы от окружающей среды. Это свидетельствует о наличии у системы некоей внешней границы (отделяющей ее от среды), которая обусловлена функциональной отделимостью системы из среды, причем контакты со средой осуществляются избирательно, что позволяет обмениваться со средой веществом, энергией и информацией, не смешиваясь со средой и сохраняя качественную индивидуальность системы.

Под средой понимается множество объектов вне данной системы.

Часто выделяют ближнюю среду, которая определяется как подмножество объектов, оказывающих существенное влияние на систему и/или испытывающих ее воздействие.

Таким образом, понятие целостности, так или иначе, входит почти во все определения системы и определяет ее свойства.

Свойства системы можно подразделить на четыре типа.

1. Целостные свойства системы (интегративные). Это свойства, принадлежащие рассматриваемой системе в целом, но не принадлежат ее составным частям.

2. Нецелостные свойства системы. Это свойства, принадлежащие составным частям, но не принадлежат системе в целом.

3. Целостно-нецелостные свойства. Это свойства, которые принадлежат как системе в целом, так и ее элементам.

4. «Небытийные» свойства системы. Это такие свойства, которые не принадлежат ни системе в целом, ни ее элементам.

На рис.1.17 представлена структура системы с учетом ее связей с внешней средой и элементами, обеспечивающими ее целостность.

Целостность системы любой природы обеспечивают следующие четыре элемента: энергия, вещество, информация, знания . Они являются попарно сопряженными компонентами. Информация и знание представляют содержательную сущность системы, энергия и вещество составляют форму системы. Энергия как некое физическое поле представляет динамическую компоненту системы, а вещество, обладающее массой покоя, представляет статическую компоненту системы. Знание как системная компонента представляет структурированную или стратегическую информацию, а информация, со своей стороны, представляет актуализированное знание.

Рис.1.17. Структура системы в общем виде

С формальной точки зрения любая система может пониматься как некоторая математическая модель. К примеру, представление системы в виде «черного ящика» в абстрактном виде может быть определено следующим образом.

Определение 1.36. Система в широком смысле – эквивалент понятия математичес­кой модели и задается пар множествU, Y (U – множество входов; Y – множество выходов) и отношением, формализующим связь (зависимость) между входами и выходами.

Соединение систем также является системой и задается отно­шением. Например, последовательное соединение систем , есть отношение , такое, что существуют такие , , удовлетворяющие условиям , , где отношение, опреде­ляющее связь между и . Таким образом, можно определять сколь угодно сложные системы исходя из простых.

Приведенное определение отражает в абстрактном виде атрибуты (свойства), присущие нашему интуитивному представлению о сис­теме.

Имеет место определение системы, связанное с конкретизацией понятия модели, путем наделения ее некоторыми свойствами. Одним из этих свойств является целостность.

Определение 1.37 . Система это модель – обладающая свойствами целостности, структурированности и целенаправленности.

Дадим еще одно определение целостности.

Определение 1.38. Целостность (единство) означает, что система отделена от внешней среды: среда может оказывать на нее действие (акцию) только через ее входы и воспринимать отклики (реакцию) на эти действия через выходы.

Цель. Применение понятия «цель» и связанных с ней понятий целенаправленности, целеустремленности, целесообразности сдержи-ваются трудностью их однозначного толкования в конкретных условиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей в организованных системах очень сложен и не до конца изучен. Его исследованию большое внимание уделяется в психологии, философии, кибернетике.

Можно дать следующее определение цели.

Определение 1.39 . Цель – это субъективный образ не существую-щего состояния среды или объекта, который бы решил возникшую проблему.

В практических применениях цель – это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к идеальным устремлениям.

Связь цели и системы неоднозначна: различные системы могут быть ориентированы на одну цель; одна система может иметь и часто имеет несколько различных целей. Если расширить понятие цели, считая любое будущее состояние системы объективной целью, то можно сказать о целеустремленности природных систем.

Примеры систем, которые реализуют определенные цели, представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Особый класс образуют социально-технические системы, в состав которых входят не только техника, но индивидуумы и коллективы, связанные с работой системы. Одним из самых распространенных классов таких систем есть организационные системы или организации, состоящие из групп людей, деятельность которых сознательно координируется для выполнения определенных функций или для достижения общих целей с использованием определенных технических способов или технологий. Идеологическую основу для определения цели социально-технической системы представляет система ее ценн остей. Она является объектом системного анализа на стадии выявления соответствующей действительности целей лиц, которые входят в систему, ибо официально декларированные цели могут не совпадать с соответствующей действительностью.

Целенаправленность - требует задания некоторой цели, дости-жение которой свидетельствует о правильной работе системы.

Как уже, указывалось выше важным свойством системы является структурированность.

Структурированность означает, что система разделена внутри на несколько подсистем, связанных и взаимодействующих между со­бой также, как целая система взаимодействует с внешней средой.

Среда. Среда есть окружение с которым система взаимодействует . Взаимодействующие со средой системы называют открытыми (в отличие от закрытых, которые среды не имеют).

Средой для одной из подсистем могут служить остальные подсистемы или часть из них. Типология среды показана на рис.1.18.

Определение 1.40 . Под средой понимается множество объектов вне данного элемента (системы), которые оказывают влияние на элемент (систему) и сами находятся под воздействием элемента (системы) .

Среда тоже – система.

Углубление понимания среды показывает, что среда представляется неоднородной.

Для нее свойственны следующие характеристики:

· некоторая совокупность организованных систем и хаотических образований. При этом организованные системы придают среде организованность, предопределенность, а хаотические образования – непредсказуемость, случайность;

· множество факторов, воздействующих на систему. Средой являются не все объекты, которые окружают систему, а лишь имеющие отношение к ее жизнедеятельности. Либо это объекты и системы, которые попадают, что называется, в сферу «интересов систем», либо те, в сферу интересов которых попадает данная система;

· система воздействует на среду посредством своих функций. При этом внешние функции организующее воздействуют на окружающую среду, а внутренние – на внутреннюю;

· система использует среду в качестве источника, хранилища и средства переработки ресурсов, средств жизни. Среда пополняет систему, обеспечивает ее обновление, сферу жизни, проявление функций;

· система постоянно меняет свои границы по отношению к средам.

В этом проявляется ее динамизм. Она может получать или захватывать из окружающей среды элементы и присваивать их, вводить во внутреннюю среду.

Система отделена от среды границами.

Рис.1.18. Типология среды

Границы системы можно определить как любые объекты, в которых не существует данный объект и которые обладают наименьшим отличием от них.

Определение границ системы принципиально важно как для ее познания, так и управления. При этом границы системы, прежде всего, устанавливаются в пространстве. Чтобы найти границы системы и построить ее план, необходимо приложить к каждому объекту системы своеобразную линейку – системообразующий фактор. Построение пространственной модели системы с определением границ изучается специальной отраслью знания, называемой топологией систем.

Модель системы. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу свойств. Углубление описания – детализация модели системы. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие системы. Процессы, происходящие в системах, как правило, не удается представить в виде математических соотношений или хотя бы алгоритмов. Поэтому для того, чтобы хоть как-то охарактеризовать функционирование системы, используют специальные термины, заимствованные теорией систем из теории автоматического регулирования, биологии, философии.

К таким понятиям относятся:

· состояние;

· поведение;

· равновесие;

· устойчивость;

· развитие;

· модель функционирования системы.

Состояние. Состояние обычно характеризует мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии.

Состояние системы определяют либо:

· через входные воздействия и выходные сигналы (результаты);

· через макропараметры, макросвойства системы.

К макропараметрам системы относятся: давление, скорость, ускорение – для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль – для экономических систем.

Определение 1.41. Под состоянием системы понимается упорядоченная совокупность значений параметров внутренних и внешних, определяющих ход процессов происходящих в системе.

Более полно состояние системы можно определить, если рассмотреть элементы (компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние, учесть, что «входы» можно разделить на управляющие и возмущающие (неконтролируемые) и что «выходы» «выходные результаты, сигналы) зависят от элементов, управления и неконтролируемых воздействий.

Таким образом, состояние системы – это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Множество состояний системы может быть счетным, континуальным или конечным.

Поведение. Если системаспособна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что система обладает поведением.

Определение 1.42. Поведение системы есть развернутая во времени последовательность реакций системы на внешние воздействия.

Понятием «поведение» пользуются, когда неизвестны закономерности (правила) перехода из одного состояния в другое. Если говорят о поведении системы, то выясняют его характер, алгоритм.

Модель функционирования системы – это такая модель, которая предсказывает изменение состояния системы во времени.

Равновесие. Понятие равновесия определяют как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называется состоянием равновесия.

Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном управляющем воздействии, если отклонения не превышают некоторого предела.

Определение 1.43. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться называют устойчивым состоянием равновесия.

Равновесие и устойчивость в экономических и организованных системах – гораздо более сложные понятия, чем в технике, и до недавнего времени ими воспользовались только для некоторого предварительного описания представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организованных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.

Развитие. Это понятие помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе. Исследование процесса развития, соотношения развития и устойчивости, изучение механизмов, лежащих в их основе, – наиболее сложные задачи теории систем. Выделяют особый класс развивающихся систем , обладающих особыми свойствами и требующих разработки и использования специальных подходов и их моделированию.

Приведенные выше формальные определения системы являются достаточно об­щими. Под них попадают практически все виды математических моде­лей систем: дифференциальные и разностные уравнения, регрессион­ные модели, модели массового обслуживания, конечные и стохасти­ческие автоматы, дедуктивные системы и т.д.