Лекция 2.(Системный анализ) Система как понятие. Системообразующие факторы.

Темы: система как понятие; системообразующие факторы.

1. Система как понятие

Любой закон, любая наука в целом есть обобщенная функциональная модель действительности, способная предсказывать поведение реальных объектов в определенном диапазоне условий. Однако построение моделей, использование функциональных схем и математических соотношений требует точной характеристики и строгого определения понятий.

Одним из самых общих понятий, применяемых для описания объектов при системных исследованиях, является понятие «система». В литературе встречается более 40 различных определений этого понятия. Все они в зависимости от подхода могут быть разделены на три группы. Первая группа определяет систему через понятия системного подхода — «элементы», «отношения», «связи», «целое», «целостность». Во второй группе системы рассматриваются через понятия «вход», «выход», «переработка информации», «закон поведения», «управление». В третьей группе система определяется как некоторый класс математических моделей.

Наиболее «прикладным» является следующее определение из первой группы: система – совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой для выполнения заданных целевых функций. Рассматриваемая совокупность становится системой лишь тогда, когда нарушение места или функции одного из составляющих элементов оказывает влияние на одно из свойств, характеризующих качественно совокупность в целом.

Элемент системы — это объект, выполняющий определенные функции и не подлежащий дальнейшему разбиению в рамках поставленной задачи.

Примеры. Элементы системы могут представлять собой понятия. Например, язык как средство общения представляет собой понятийную систему. Элементами системы могут являться объекты, так в приборе объектами являются его детали. Элементами системы могут быть субъекты, например, студенты в группе. Наконец, система может состоять из понятий, объектов и субъектов, как в системе «человек—машина».

Выделяют гомогенные (однородные по содержанию; Например: газ или популяция) и гетерогенные (неоднородные по содержанию; Например: организм человека или компьютер) элементы. Различают существенные (их изменение влияет на поведение всей системы; Например: материнская плата ПК) и несущественные (не оказывают влияния или оно незначительно; Например: клавиатура ПК) элементы.

Под «целевой функцией» понимается некоторая (возможно и воображаемая) внешняя по отношению к системе ситуация, к осуществлению которой стремится система. Часто понятие целевой функции совмещается с понятием «назначение». Неживые системы не имеют явного назначения. Они получают специфическое назначение, или наделяются функцией, когда вступают во взаимоотношения с другими подсистемами в рамках большой системы.

В общем случае для сложной системы характерна система целей , где — одна из целей (назначений), которую может выполнять (или выполняет) данная система. Заметим, что реализация каждой из целей возможна, если составляющие систему элементы выполняют свои функции — подцели, которые формируют свою систему подцелей.

Система целей может быть определена как множество целей и отношений между ними. Цели из множества V реализуются вне системы — во внешней среде, где представлены другие системы того же или иного типа. При реализации целей каждой из систем и осуществляется взаимодействие между ними.

Типичным примером определения понятия «система» из второй группы может служить следующее: система — объект, характеризующийся составом элементов, структурой их связей, параметрами и имеющий хотя бы один вход и один выход, которые обеспечивают связь с внешней Средой, характеризующийся законами поведения и изменяющий поведение при поступлении управляющих воздействий. В общем случае систему можно изобразить в виде «черного» ящика, имеющего входы для управляющих воздействий ; выходы для проявления реакции системы. Кроме управляющих входов, на систему поступают воздействия от внешней Среды (Внеш. С).

В это определение включены понятия, которые, будут определены далее. Другое определение системы из этой же группы формулируется следующим образом: система — совокупность, образованная из конечного множества элементов, между которыми существуют определенные отношения.

В общем случае могут существовать системы, которые содержат изолированные элементы или группы элементов, не имеющих отношений с другими элементами системы. Да и сами понятия «система» и «элемент» являются относительными, так как система всегда является элементом другой системы (метасистемы) более высокого порядка, а элемент (подсистема) сам состоит из элементов (подсистем) другого более низкого уровня.

В последнем определении понятия «система» используется понятие — «отношение», которое характеризует взаимосвязь или взаимодействие двух или более объектов либо явлений абстрактного или конкретного типов. Используя это понятие, «вход» системы можно определить как внешнее отношение «окружающая Среда система», т. е. такой элемент системы, через который окружающая Среда воздействует на систему. Под «выходом» системы понимается внешнее отношение «система  окружающая Среда», т. е. элемент системы, через который система может оказывать воздействия на окружающую среду. Входные или выходные величины — это действие, связь или параметр, а совокупность всех входов и всех выходов задает обобщенные вход и выход системы, через которые система и окружающая Среда строят свои отношения.

Осталось определить только понятие «внешняя Среда», в которую теоретически включают все системы, которые не входят в рассматриваемую систему. Реальная внешняя Среда как надсистема (метасистема) состоит из систем, включающих хотя бы один элемент, выход которого является в то же время входом некоторого элемента данной системы, либо элемент, вход которого является одновременно выходом некоторого элемента данной системы.

Целесообразно выделить несколько составляющих окружения — внешней Среды так называемых «сфер»: геосфера, атмосфера, биосфера, техносфера и астросфера. Из гео-, био- и атмосфер строятся экосистемы.

Все рассмотренные выше определения понятия «система» вполне пригодны для практического использования, хотя и не отличаются максимально возможной общностью. В теории систем предприняты попытки дать такие определения. Примером этого может быть определение этого понятия с позиций теоретико-множественного подхода (третья группа определений). Здесь «система» определяется как некоторый класс множеств:

,

где M_s – подкласс множеств элементов системы S; L_S – подкласс множеств, образующихся в результате деления элементов системы S на подэлементы; K_S — подкласс таких множеств, в которые рассматриваемая система S сама входит в качестве элемента.

Это определение фиксирует некоторое множество элементов M_s и их взаимоотношения, подчеркивая, что любая система состоит из набора взаимосвязанных элементов (т. е. подсистем), в глубь которых анализ не распространяется, причем каждый из них в свою очередь может быть представлен в виде взаимосвязанной совокупности элементов (подэлементов) L_S. В то же время исходная система S сама является элементом систем более высокого порядка (метасистем) K_S.

Данные определения хорошо отражают существующие представления о системах, однако целям анализа и синтеза систем они не удовлетворяет. Для более точного определения понятия «система» используют следующий прием.

Перечислим свойства, которыми должна обладать система. Тогда, если удастся доказать, что какой-либо объект обладает этой совокупностью свойств, то можно утверждать, что данный объект является системой.

Целостность означает, что система отделена от внешней среды и взаимодействует с ней через входы и выходы.

Делимость означает, что в составе системы могут быть выделены другие, более простые целостные объекты — элементы. Они существуют только в системе. Вне ее это лишь объекты, обладающие потенциальной способностью образования системы.

Разнообразие означает наличие качественно различных, но одновременно совместимых элементов системы, выполняющих различные функции.

Устойчивость (гомеостаз) означает способность сохранения свойств при достаточно широком изменении параметров среды.

Связность означает наличие существенных устойчивых зависимостей между элементами и (или) их свойствами, превосходящих по мощности связи этих элементов с другими элементами, не входящими в данную систему. Благодаря этому осуществляется обмен между элементами системы и обмен системы с окружающей средой (веществом, энергией и информацией).

Структурированность означает, что система включает в себя множество подсистем, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой.

Интегративность означает, что системе в целом присущи те качества, которые не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности. Отсюда следует, что хотя свойства системы зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью, то есть:

• система не сводится к простой совокупности элементов;

• расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них в отдельности, нельзя понять все свойства системы в целом.

Иерархичность означает, что элемент исследуемой системы можно рассматривать как подсистему более низкого уровня (первый нижний уровень иерархии) и, наоборот, подсистема более низкого уровня превращается в элемент системы более высокого уровня.

Целенаправленность означает наличие цели, в соответствии с которой функционирует система.