18

Понятие системы

1. Признаки системы

Слово «система» - древнегреческого происхождения. Оно образовано от глагола synistemi - ставить вместе, приводить в порядок, основывать, соединять [Дворецкий, 1958]. В античной философии им подчеркивалось, что мир не есть хаос, а обладает внутренним порядком, собственной организацией и целостностью. В современной науке существует достаточно много различающихся между собой определений и трактовок понятия система, которые обстоятельно проанализированы в работах В.И. Садовского и А.И. Уемова [Садовский, 1974; Уемов, 1978]. Вот некоторые из них.

Система - изложение науки в строгой последовательности; соединение нескольких предметов, действующих по одним и тем же законам [Словарь иностранных слов Михельсона, 1877].

Система - совокупность взаимодействующих разных функциональных единиц (биологических, человеческих, машинных, информационных, естественных), связанная со средой и служащая достижению некоторой общей цели путем действия над материалами, энергией, биологическими явлениями и управления ими [В.И. Вернадский, 1926].

Система - множество объектов вместе с отношениями между ними и между их атрибутами [А. Холл, Р. Фейджин, 1975].

Система - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство [Советский энциклопедический словарь, 1979].

Приведенные определения являются типичными и отражают в том или ином виде аристотелевское утверждение, что целое есть нечто большее, чем сумма частей, и каждое из них обладает очевидной ограниченностью и неполнотой.

В теории системного анализа утверждается, что сущность такого предельно широкого и ёмкого понятия, как система, невозможно раскрыть через другие более частные сущности, и соответственно сформулировать его определение в виде одной сколь угодно сложной синтагмы. Вероятно, и стремиться к этому нет особой необходимости. С практической точки зрения его следует признать открытым, непрерывно развивающимся понятийным объектом, не определяемым исчерпывающим образом в рамках каких бы то ни было логических или формальных построений. Нильс Бор по такому случаю писал: «Существуют первообразные понятия. Априори они не определены, но всякий раз нам необходимо удостовериться в том, что наши описания согласуются с их существованием» [Пригожин, 1985].

Мы будем исходить из того, что при проведении системных аналитических исследований сущность таких первообразных понятий может быть раскрыта только через выработанные практикой неформальные признаки, характеристики и классификации. Причем их не следует воспринимать как догму – в зависимости от целей и задач исследования они могут пополняться, уточняться и модифицироваться.

В настоящее время общепринято, что неформальными, содержательными признаками системы являются: расчленимосгь, целостность, связанность и неаддитивность.

1.1. Расчленимость

Изучаемый объект расчленим, если существует возможность выделить в нём фиксированное число составных частей первого уровня, а в них – части второго уровня и так далее вплоть до последнего уровня, состоящего из неделимых далее частей. Составные части представленного таким образом объекта, кроме частей последнего уровня, называются подсистемами. Части последнего или низшего уровня принято именовать элементами (от лат. elementum - первоначальное вещество). Элементы и подсистемы обозначаются обобщающим термином «компоненты» (от лат. componens – составляющий).

Понятие элемента играет в системном анализе ключевую роль, подобную роли математической точки в геометрии или бесконечно малой величины в дифференциальном исчислении. Этим сходство понятий и ограничивается. Элементом системы считается такой её компонент, который в рамках данного исследования не разделяется на составные части, но задаётся своими внешними характеристиками без описания того, как и за счёт чего они получаются. Таким образом, элемент системы в отличие от математической точки или бесконечно малой величины не есть абстракция. Это вполне реальный объект, который можно, если на то существует необходимость и возможность, вскрыть и представить в виде сколь угодно сложной системы. Все объекты материального мира бесконечно структурируемы – в нём не существует неделимых объектов и невозможно найти первооснову строения.

Во все времена ученые и философы пытались отыскать первоэлемент – «кирпич мироздания». Долгое время считалось, что таким элементом является атом вещества (от греч. atomos – неделимый). Только в начале двадцатого столетия выяснилось, что атом делим и представляет собой сложную систему, состоящую из положительно заряженной частицы – ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных частиц – электронов. Ученые-позитивисты пытались трактовать эти частицы как наконец-то найденные действительно «последние кирпичи мироздания». Их ждало глубокое разочарование – оказалось, что компоненты атома имеют достаточно сложную структуру и обладают способностью делиться. Сегодня известно более двухсот элементарных частиц, и физики продолжают открывать новые. Но, пожалуй, самое удивительное достижение современной физики – это открытие новой формы (или точнее – уровня) существования материи – физического вакуума, того самого «ничто», «пустоты небытия между атомами бытия», чьи свойства волновали философов и естествоиспытателей еще со времен античности. Физический вакуум оказался «пустотой» лишь до некоторого энергетического, пространственно-временного и временного порога. Но как только этот порог пройден, вакуум видится разбушевавшимся океаном процессов порождения и исчезновения всевозможных элементарных частиц от самых лёгких – фотонов и электронов – до самых тяжелых ядерных частиц – нуклонов и гипперонов. Оказалось, что физический вакуум обладает сложнейшим строением, до сегодняшнего дня скрытым от нас и наших приборов. Представление о нем можно получить пока только по косвенным признакам или с помощью теоретических моделей.

Уже первый шаг членения системы может привести к ситуации, когда каждая из частей будет элементом. Например, когда дальнейшее расчленение не требуется для решения конкретной научной или познавательной задачи либо когда этого еще не умеют делать. В этом случае говорят, что такая система обладает элементарной организацией. Примерами таких систем могут служить: простые числа в арифметике; гелиоцентрическая система Коперника в ее первоначальном варианте; механистическая «планетарная» модель атома вещества.

Однако вера в простоту устройства нашего мира ушла ныне в невозвратное прошлое. Все объекты окружающей нас действительности демонстрируют многоуровневый принцип своей организации. С пониманием этого стала очевидной иллюзорность попыток объяснить мироустройство с помощью простых и изящных моделей типа гамильтоновых уравнений классической механики, волновых уравнений квантовой механики или уравнений электромагнитной динамики.

П онятие «уровень» употребляется в системном анализе в четырех значениях (рис. 1). Во-первых, уровень трактуется в организационном плане. Так, рассматривая какое-либо производственное предприятие, выделяют следующие организационные уровни: предприятие в целом, службы, отделы, цеха, бригады, отдельные специалисты. Анализируя какое-либо техническое устройство, мы приходим к выводу, что оно состоит из комплексов, комплексы – из блоков, блоки – из модулей, модули – из плат, платы – из деталей и т.д. Такого типа уровни называются эшелонами.

Во-вторых, уровнем фиксируется определенная общность законов функционирования, единство пространственно-временной топологии и субстанционального построения определенных компонентов изучаемой системы. С этой позиции то же самое производственное предприятие может рассматриваться на социальном, экономическом, информационно-управленческом, технологическом и иных уровнях. Другой пример. Для обычного персонального компьютера характерны как минимум два уровня представления и анализа: технический и программный. На техническом уровне компьютер представляет собой систему, образованную электронными платами, блоками, микросхемами, конденсаторами, резисторами, соединительными шинами и другими устройствами, обеспечивающими преобразование электрических сигналов. На программном уровне тот же компьютер выглядит иначе, а именно как совокупность программ, подпрограмм, программных модулей и блоков, выполняющих логические операции над двоичными символами, несущими определённую информацию. Уровни такого типа принято называть стратами (от лат. stratum – настил).

В-третьих, понятием уровня выражается точка зрения исследователя (по выражению У. Эшби – наблюдателя) на различные аспекты изучаемой системы. В этом случае говорят о слоях. Уровни-слои не обязательно свойственны реальным объектам, они скорее отражают отношение исследователя к данному объекту, фиксируя способы познания его характеристик, глубину проникновения в сущность изучаемого объекта. В качестве типового примера можно назвать детерминистический и вероятностный слои представления одного и того же явления.

Зачастую слоями называют структурные компоненты системы, выделенные по временному признаку или по типу решаемых задач. Такими слоями могут быть: прогнозирование, текущее планирование, оперативное управление и регулирование [Алиев, Либерзон, 1987]. В частном случае эшелоны, страты и слои могут совпадать.

Кроме того, понятием уровня часто выражается оценочная характеристика анализируемого объекта или явления. Например, «уровень образования», «уровень духовного развития», «жизненный уровень». Такого рода уровни принято называть уровнями-оценками.

Принятая в системном анализе концепция многоуровневого представления изучаемых объектов предопределяет комплексный многоаспектный характер постановки и решения проблем. При этом принципиальным является положение о взаимосвязанности различных уровней. Еще Гегель отмечал, что «...мы должны рассматривать природу как систему ступеней, каждая из которых необходимо вытекает из другой и является ближайшей истиной той, из которой она проистекала» [Ге- гель, 1934]. Выделение уровней в изучаемой системе с учетом взаимосвязей между ними называется стратификацией.

В системном анализе не ставится задача определения фундаментальных уровней организации живой и неживой природы. Выделение эшелонов, страт и слоев в изучаемом объекте производится, исходя из целей и задач исследования, и не формализуется, а осуществляется на основе опыта и знаний исполнителей. При этом, производя стратификацию изучаемого объекта, можно руководствоваться следующим спорным, но полезным правилом (рис. 3.2).

П усть N_y - количество уровней-страт (слоев), которые удалось выделить в изучаемой системе исходя из тех или иных соображений. Тогда, если окажется, что N_y = 7, то проведённая стратификация объекта исследования устойчива. Исследовательская модель соответствует общепринятым нормам, и можно надеяться на получение достаточно корректных результатов и обоснованных рекомендаций, воплощение которых в практику, скорее всего, не приведёт к негативным последствиям.

При 3<N_y<7 проблемная ситуация стратифицирована недостаточно полно, вероятнее всего, в изучаемом объекте пропущены какие-то важные уровни его организации, что впоследствии обязательно повлияет на обоснованность выдаваемых рекомендаций. Может оказаться, что некоторые теоретические выводы как бы повиснут в воздухе, опираясь на весьма сомнительную и недостаточно исчерпывающую аксиоматику. Скорее всего, возникнут трудности при защите и внедрении научных результатов.

Если N_y<3, то проблема практически не стратифицирована или стратифицирована минимально возможным образом. Не выявлено место изучаемой системы в надсистеме, или не вскрыто ее внутреннее устройство. Исследования нельзя в полной мере признать системными.

Когда N_y>7, возможны два варианта: либо один и тот же уровень выделен несколько раз, но под разными названиями, либо сделан существенный шаг в познании структурного устройства изучаемой системы. Такая ситуация должна стать предметом более глубокого и обстоятельного изучения.

В основе этого правила лежит принцип семеричности, известный еще со времен античности (семь дней в неделе, семь музыкальных нот, семь цветов радуги, семь кругов ада, семь раз отмерь – один раз отрежь и т.п.). Согласно этому принципу, возможности человека по одновременному и согласованному восприятию наблюдаемых явлений ограничиваются семиуровневым порогом. Явления, представленные числом уровней, большим семи, воспринимаются и, следовательно, осознаются плохо, а явления, описанные менее чем на трех уровнях, считаются недоопределенными.

Фактически, принципом семеричности фиксируется развитость мыслительного аппарата человека по восприятию и осмысливанию структурных свойств окружающего мира. Как известно, психологи различают у человека кратковременную и долговременную память, причем вся информация о внешнем мире поступает в долговременную память через кратковременную [Линдсей, Норман, 1974]. Это означает, что целостное восприятие базируется на информации, содержащейся в кратковременной памяти. Экспериментально установлено, что у современного человека она имеет семь блоков, которые обеспечивают хранение не более семи структурных массивов однородной информации [Миллер, 1964; Кладки, 1970].