1ostroshenko_v_v_ostroshenko_l_yu_sistemnyy_analiz_i_modeliro

как единый организм с учетом внутренних связей между отдельными элементами и внешних связей с другими системами и объектами.

В зависимости от их природы различают системы: естественнофизические (климат, почва), искусственно-физические, технические (самолет, трактор), логические (проект, чертеж), биологические (растения,

животные, человек как живое существо), социально-экономические (отрасль, хозяйственный комплекс, предприятие) и т.д. Различают также системы:

физические и абстрактные, естественные и искусственные.

2. Основные части системы

Основными частями любой системы являются вход, процесс

(структура) и выход.

Первая часть системы, вход – комплексное понятие. Во-первых, это субстанция (сырье, материалы, энергия, информация и др.), поступающая в систему и подвергающаяся в ней различным преобразованиям. Во-вторых,

это внешняя (окружающая) среда, представленная совокупностью факторов и явлений, которые воздействуют на систему (природные условия, внешнепо - литическая обстановка и т.д.). Под входом имеют в виду и установленные способы функционирования элементов системы: инструкции, положения, приказы, определяющие порядок, правила, ограничительные условия, цели действия системы.

Вторая часть системы представляет собой внутреннюю ее структуру. Это – каналы, по которым проходит вещество, энергия и информация, поступающие в систему через входы, а также процессы или операции их преобразования.

Третья часть системы – выход, являющийся продуктом или результатом ее деятельности. Например, для выращивания сеянцев на лесном питомнике как системы, входными элементами будут семена, солнечная радиация, температура воздуха, почвенная влага, минеральные элементы, агротехнический уход и т.д., на выходе – стандартный посадочный материал.

51

Глубина исследования системы зависит от степени детализации переменных на входе и выходе, которую называют разрешающим уровнем исследования системы. Минимальным является разрешающий уровень, при котором исследователь различает один вход и один выход (на входе – внесение общей дозы удобрений, на выходе – посадочный материал) и т.п.

Если при изучении состояния системы рассматривают только входные

ивыходные величины, без учета протекающих при этом процессов, говорят, что систему изучают «методом черного ящика».

По степени связи с внешней средой системы подразделяются на открытые и закрытые.

Открытые системы интенсивно обмениваются веществом, энергией

и(или) информацией с окружающей средой. Закрытые системы функционируют при относительно небольшом обмене или его отсутствии (например, замкнутый технологический цикл). Элементы здесь взаимодействуют друг с другом. Существенно, что система может быть открытой или закрытой только для вещества, энергии или информации.

По степени сложности системы подразделяются на простые, сложные

иочень сложные. Сложность определяется числом элементов, образующих систему, степенью разветвленности ее внутренней структуры, характером функционирования (одноцелевое или многоцелевое). Простыми называют системы, состоящие из небольшого числа элементов, с простыми взаимосвязями и неразветвленной структурой, предназначенные для выполнения элементарных функций, например, чередование культур в севообороте. Сложными называют системы с большим числом элементов, взаимосвязей и взаимодействий; характер их разветвленный, выполняемые функции разнообразны, например: Академия, институт, курсы, группы, подгруппы. Очень сложными называют системы, сущность взаимосвязей в которых не вполне понятна, не достаточно изучена. К таким системам относятся мозг, общество, вселенная.

52

Границы приведенных классификаций условны. Жестких критериев дифференциации систем по сложности нет.

Для любых сложных систем характерны многоуровневые (иерархические) структуры; они могут быть вертикальными и горизонтальными в зависимости от выбранной точки отсчета и критерия разделения. Иерархические структуры распространены повсеместно и носят универсальный характер. Наличие таких структур обеспечивает системе высокую надежность функционирования благодаря возможности создания элементной избыточности. Эффективность функционирования иерархической структуры зависит от ее структуры и формы связей в иерархии.

3. Компоненты системы

Понятие система объединяет такие компоненты (термины), как «объекты», «свойства» и «связи».

Объекты представляют собой части или компоненты системы. Таких частей может быть неограниченное множество. Большинство систем, с которыми приходится оперировать, состоит из физических частей: атомов, звезд, переключателей, массы, мышц, газов, электронных и полупроводниковых приборов и т.д. К объектам относят и математические переменные, уравнения, правила и законы, технологические процессы, производственные подразделения, станки и т.д.

Свойства – являют собой качества параметров объектов. Качества – это внешние проявления того способа, посредством которого формируется знание об объекте, ведется наблюдение за ним или осуществляется его ввод в

процесс. Свойства позволяют описывать объекты системы количественно,

выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. В результате действия системы свойства объектов могут меняться.

Однако, свойства, которыми обладает система в целом, отличаются от свойств образующих ее элементов (подсистем). Любой системе присущи собственные, специфические законы, не вытекающие из способов действия

53

ее элементов, т.е. проявляется свойство эмерджентности, согласно которому целое всегда обладает качественно иными свойствами, не выводимыми из свойства отдельных элементов. Эмерджентность присуща всем сложным системам (например: лес обладает свойствами, которыми не обладают отдельные деревья и т.д.).

Система должна обладать рядом отличительных свойств (Черников и др., с.273), такими как:

1.Целостность - т.е. комплекс объектов, рассматриваемых в качестве системы, должен представлять собой определенную целостность, обладающую общими свойствами и поведением.

2.Делимость: для того, чтобы представлять собой систему, целостный объект должен быть изображен разделенным на части.

3.Изолированность – т.е. комплекс объектов, образующих систему, и связи между ними можно отграничить от их окружения и рассматривать изолированно.

4.Относительность изолированности: для систем она является относитель-

ной, поскольку комплекс объектов, образующих систему, общается со средой через входы и выходы.

5.Определенность – т.е. каждая составная часть системы может быть отделена от других составляющих.

6.Множественность – т.е. каждый элемент системы обладает своим собственным поведением и состоянием, отличным от других элементов и системы в целом и т.д.

Связи – это то, что соединяет объекты и свойства в системном процес-

се в целое. Связи существуют между всеми элементами системы, системами и подсистемами. Связи, функционально необходимые друг другу, относятся к связям первого порядка. Дополнительные связи называют связями второго порядка. Наличие их значительно улучшает действие системы, но они не являются функционально необходимыми. Излишние или противоречивые связи характеризуют как связи третьего порядка. Исследователь, занятый

54

решением проблемы, сам определяет, какие связи существенны, а какие тривиальны.

К важнейшим понятиям системного анализа относится фундаментальное кибернетическое понятие обратной связи. Это понятие способствовало установлению сходства между организацией управления в таких качест-

венно различных системах, как биологические, технические и социальноэкономические, к выработке общих подходов к построению и функционированию систем, к методам их изучения и анализа.

Обратная связь означает наличие канала связи между входом и выхо - дом системы прямо или через другие элементы системы (например, через орган управления).

Посредством обратной связи данные о функционировании управляемой системы с ее выхода передаются в систему управления. Здесь эти данные сравниваются с данными, задающими содержание и объем работы. При несоответствии между фактическим и заданным состоянием системы вырабатываются меры по его устранению.

4. Характеристика отношений и поведения систем

Элементы, относящиеся к данной системе, обладают особым характером отношений – связностью, которая проявляется в специфических взаимосвязях между системными элементами. Именно это свойство позво - ляет выделить систему из окружающей среды. Связность реализуется в форме определенной упорядоченности отношений между элементами определенной внутренней структуры.

Со свойством связности сопряжено понятие разнообразия. Степень разнообразия зависит от числа элементов системы. Максимальное разнообразие определяется как H = log2N, где N – число элементов системы. Оно соответствует тому случаю, когда поведение одного элемента не зависит от поведения других (элементы не связаны между собой). Число независимых характеристик называют числом степеней свободы. В любой системе

55

оно ограничено. Целенаправленное функционирование системы возможно только благодаря ограничению ее разнообразия. Ограничение разнообразия лежит в основе управления системой.

Если число элементов в системе слишком велико, чтобы продуктивно оперировать ими, следует применить специальный прием упорядочения этих элементов – ввести структуру. Понятие «слишком велико» относительно. Например, когда задачу решает человек, не вооруженный какими-либо специальными приспособлениями обработки информации, слишком большим будет число элементов, больше семи (до конца еще не установлено, почему именно семь. Полагают, что это связано с механизмом работы клеток головного мозга, которые, предположительно, имеют восемь различных состояний (Черников, с. 274).

Понятно, что число семь настолько мало, что теряется смысл рассматривать системы с меньшим числом элементов. Так что в каждой системе необходимо определять ее структуру (частичное упорядочение элементов системы). Структура системы – совокупность связей, по

которым обеспечивается массо-, энерго- и информационный обмен между элементами системы, определяющей функционирование системы в целом и способы ее взаимодействия с внешней средой. Одну и ту же систему можно структурировать по разным признакам, например по однородности элементов. Признаки структуризации задаются человеком согласно здравому смыслу и в зависимости от решаемой задачи. Если исследуется структура реально существующего объекта, то структура системы как бы «восстанавливает чертеж», по которому данный объект был создан людьми или природой. Если создается новый объект, то для него формируется структура, оптимально способствующая решению поставленной задачи.

Важной характеристикой поведения систем (особенно динамических)

является их устойчивость. Устойчивость – это постоянство состояния

системы или последовательности некоторых ее состояний по времени и

56

в процессе ее преобразований. Понятие устойчивости в живых организмах связано с понятием гомеостаза (способность живых организмов обеспечивать оптимальный режим внутренней среды путем поддержания постоянства существенных переменных: температуры, состава клеточной жидкости и т.д.). Постоянство существенных параметров системы в живых организмах достигается путем саморегулирования, благодаря чему устраняются последствия воздействия случайных влияний среды на отдельные подсистемы организма. Понятие устойчивости относ ится не к системе в целом, а к какому-либо свойству ее поведения, причем поведения системы в целом, а не отдельных ее частей.

Устойчивость динамических систем обусловлена тем, что отклонения некоторых параметров системы от заданных не превышают допустимых значений. Система, устойчивая по одному признаку, может быть неустойчивой по другому.

Одно из существенных понятий, используемых в системном анализе, -

фактор неопределенности, который присутствует при решении многих сложных задач, относящихся к различным областям деятельности. Встречающаяся в процессе системного анализа неопределенность может быть результатом недостаточного познания изучаемого явления или обусловлена тем, что последствия принимаемых решений сказываются через длительное время и не могут быть предсказаны с достаточной точностью. Неопределенность связана и с невозможностью количественной оценки многих явлений, нечеткой постановкой задач и др.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте пояснения и ответьте на вопросы:

1.Какое понятие является центральным в многообразии и многоплановости системных исследований?

2.Чем характерна логика процесса использования понятия системы?

3.Дайте определение понятию «Система». Назовите составные части

57

системы.

4.Как подразделяются системы по степени связи с внешней средой?

5.Как подразделяются системы по степени сложности?

6.Назовите и охарактеризуйте составляющие компоненты системы.

7.Какими отличительными свойствами обладает система?

8.Поясните понятия, применяемые в характеристике элементов системы: «разнообразие», «число степеней свободы», «структура системы», «устойчивость», «неопределенность».

2. Постройте схему:

-подразделения системы по основным частям;

-подразделения системы по компонентам и отличительным свойствам;

-подразделения элементов в системе по характеру отношений.

58

Вместе с тем, поставив вопрос о механизмах эволюции, эта теория подвела к необходимости более обстоятельного понимания процессов жизни,

которые неразрывны с экологией. Материализация такого понимания проявилась, с одной стороны, в расширении сферы исследований за пределы организма (формирование и развитие учения о биогеоценозах), с другой – в переходе от изучения отдельно проявляющихся процессов к изучению их взаимодействия. Оказалось, что основные сложные проявления жизни, длительное время не получавшие объяснения на основе прежних

60