Глава 2. Строение, функционирование и развитие систем
2.1. Структура системы
Понятие структуры является одним из ключевых понятий системы. Согласно методологии Кузьмина С.А. [13] основной “клеткой” в строении системы является внутрисистемная пара – отношение «А – В», где А и В – две совокупности из одного и более элементов, а связь между ними может быть определена как двустороннее или одностороннее действие в ту или иную сторону.
Отметим, что во внутрисистемные пары могут входить объекты самых различных уровней. Например, предприятие, как объект более низкого уровня и комплекс предприятий некоторой отрасли, или вся отрасль, как группа объектов более высокого уровня. На основе этого примера ясно, что «внутрисистемные пары могут вступать в связь с другими внутрисистемными парами, образуя новые внутрисистемные пары, в том числе более высокого иерархического уровня, образовывать различные комбинации долговременного и кратковременного характера, производить какие-то новые действия по отношению к другим внутрисистемным парам или их группам. Таким образом, внутрисистемные пары, «сцепляясь» и пересекаясь с другими, образуют как саму систему (ее «тело»), так и ее функциональную основу (в чем проявляется ее существование, что она может «делать», какие внешние воздействия осуществляет и т.п.).
Итак, мы вплотную подошли к раскрытию понятия «структура». Согласно вышесказанному, внутрисистемные пары, сцепляясь и пересекаясь друг с другом, образуют материальную и функциональную основу системы, т.е. структуру системы. В отличие от самой системы, структура включает не все внутрисистемные пары, а только наиболее стабильные, устойчивые из них. Например, отношение «работник – работодатель» является устойчивым отношением для рыночного хозяйства и входит в его структуру, тогда как иногда возникающее в многоукладной рыночной экономике отношение «рабочий нанимает рабочего», не может быть в его структуре.
Как отмечает Кузьмин С.А.[13], «структура – это отнюдь не «костяк» системы (как определяют ее некоторые авторы), а, если хотите – и костяк (скелет), и мозг, и основные группы мышц, и кровеносные сосуды, если пользоваться дальше биологическими сравнениями».
Таким образом, состояние системы характеризуется ее структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Система сохраняет свою целостность под воздействием различных внешних воздействий и внутренних изменений до тех пор, пока она сохраняет неизменной свою структуру. Если структура системы меняется (например, удаляется один из элементов), то система может перестать функционировать как целое. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), компьютер выйдет из строя, то есть прекратит свое существование как система.
Из одних и тех же составляющих рынка (ресурсы, товары, потребители, продавцы) можно образовывать рыночные структуры различного типа: ОАО, ООО, ЗАО и др. При этом структура объединения может определять свойства, характеристики системы.
Структура является связной, если возможен обмен ресурсами между любыми двумя подсистемами системы (предполагается, что если есть обмен i-й подсистемы с j-й подсистемой, то есть и обмен j-й подсистемы с i-й).
Ранее было отмечено, что если структура или элементы системы плохо (частично) описываемы или определяемы, то такое множество объектов называется плохо или слабо структурированным (структурируемым).
Таково большинство социально-экономических систем, обладающих рядом специфических черт плохо структурированных систем, а именно:
мультиаспектностью и взаимосвязанностью происходящих в них процессов (экономических, социальных и т.п.), невозможностью их структурирования, так как все происходящие в них явления должны рассматриваться в совокупности;
отсутствием достаточной информации (как правило, количественной) о динамике процессов и применимостью лишь качественного анализа;
изменчивостью и многовариантностью динамики процессов и т.д.
Пример. Плохо структурируемы будут проблемы описания многих исторических эпох, проблем микромира, общественных и экономических явлений, например, динамики курса валют на рынке, поведения толпы и др.
Плохо структурируемые проблемы (системы) наиболее часто возникают на стыке различных наук, при исследовании синергетических процессов и систем.
Важное значение при описании системы имеют ее композиционные свойства. Композиционные свойства систем определяются способом объединения элементов в подсистемы. Будем различать подсистемы:
– эффекторные (способные преобразовывать воздействие и воздействовать веществом или энергией на другие подсистемы и системы, в том числе на среду);
– рецепторные (способные преобразовывать внешнее воздействие в информационные сигналы, передавать и переносит информацию);
– рефлексивные (способные воспроизводить внутри себя процессы на информационном уровне, генерировать информацию).
Будем различать следующую устойчивость структуры:
детерминированная;
вероятностная;
хаотическая.
Наиболее устойчивы детерминированные структуры, в которых отношения либо постоянны, либо изменяются во времени по детерминированным законам. Вероятностные структуры изменяются во времени по вероятностным законам. Хаотические структуры характерны отсутствием ограничений, элементы в них вступают в связь в соответствии с индивидуальными свойствами. Классификация производится по доминирующему признаку.
Структура играет основную роль в формировании новых свойств системы, отличных от свойств ее компонентов, в поддержании целостности и устойчивости ее свойств по отношению к изменению элементов системы в некоторых пределах.
Структурные свойства систем определяются характером и устойчивостью отношений между элементами. По характеру отношений между элементами структуры делятся на:
линейные;
сетевые структуры или сети;
иерархические;
матричные;
смешанные.
Примером линейной структуры является структура станций метро на одной (не кольцевой) линии:
1
2 … n
Рис. 2.
Сетевая структура или сеть представляет собой декомпозицию системы (разделение системы на части, с последующим самостоятельным рассмотрением отдельных частей) во времени. Такие структуры могут отображать порядок действия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т.п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции – сетевой график, при проектировании – сетевая модель, при планировании – сетевой план и т.д.).
Сетевая модель (график) – это графическое изображение плана выполнения комплекса работ, состоящего из нитей (работ) и узлов (событий), которые отображают логическую взаимосвязь всех операций. В основе сетевого моделирования лежит изображение планируемого комплекса работ в виде графа. Граф – схема, состоящая из заданных точек (вершин), соединенных системой линий. Отрезки, соединяющие вершины, называются ребрами (дугами) графа. Ориентированным называется такой граф, на котором стрелкой указаны направления всех его ребер (дуг), что позволяет определить, какая из двух его граничных вершин является начальной, а какая – конечной.
1-1
1-2
1-m
1
2-1
. n
.
. . q-m
.
. t-2
q-1
Рис.3
Важной характеристикой графа является число возможных путей, по которым можно пройти от одной вершины к другой. Чем больше таких путей, тем совершеннее структура, но тем она избыточнее. Избыточность обеспечивает надежность структуры. Например, разрушение 90 % нервных связей головного мозга не ощущается и не влияет на поведение. Может существовать и бесполезная избыточность, которая в структурном графе изображается в виде петель.
В качестве примера сетевой структуры приведем также структуру организации строительно-монтажных работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно.
Иерархические структуры представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Все компоненты (вершины, узлы) и связи (дуги, соединения узлов) существуют в этих структурах одновременно, т.е. не разнесены во времени.
Структуры, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называются древовидными структурами, структурами типа «дерево» или иерархическими структурами с «сильными» связями.
2-1 2-2 2-n
… … … …
m-1 m-2 m-3 m-4 m-k
Рис.4
Однако между уровнями иерархической структуры необязательно должны существовать отношения древовидного характера. Нижележащий компонент может подчиняться нескольким компонентами вышележащего уровня – это иерархические структуры со «слабыми» связями.
Примером иерархической структуры является структура управления вузом: ректор – проректора – деканы – заведующие кафедрами.
В форме матричной структуры могут быть представлены взаимоотношения между уровнями иерархической структуры. Например, древовидная иерархическая структура и иерархическая структура со «слабыми» связями, приведенные выше, могут быть представлены соответственно следующими матричными структурами:
1
1
1
1-1
1-2
. 1-n-1
1-n
2
2
2
2-1
2-2
. 2-n-1
2-n
. . . . . . .
. . . . . . .
. . . . . . .
Рис. 5
Матричная структура иногда удобнее при оформлении планов, поскольку помимо иерархической соподчиненности тематической основы плана, в нем нужно еще указать исполнителей, сроки выполнения, формы отчетности и другие сведения, необходимые для контроля выполнения плана.
Реальные системы организационного управления (особенно на уровне региона, государства) представляют собой, как правило, смешанные иерархические структуры. Они могут иметь как вертикальные связи разной силы (управление, координация), так и горизонтальные взаимодействия между элементами (подсистемами) одного уровня.
В качестве примера можно привести смешанный принцип территориально-отраслевого управления в нашей стране. В соответствии с этим принципом органы территориального и отраслевого управления не являются подчиненными дуг другу. В отдельности территориальное и отраслевое управления имеют древовидные структуры. В то же время предприятия, организации и учреждения, как правило, имеют двойное подчинение отраслевым министерствам и территориальным (региональным, республиканским) органам управления, т.е. имеет место иерархия со «слабыми» связями. В свою очередь между соответствующими органами управления при принятии решений по сложным проблемам устанавливаются горизонтальные взаимодействия для согласования решений, взаимного обмена информацией и т.п.