Тема 4. Характеристические свойства больших систем

4.1 Системы и их свойства

При общем подходе под системой понимается совокупность взаимодействующих элементов, составляющих целостное образование, имеющее новые свойства, отсутствующие у отдельных ее элементов. В сборнике терминологии ТУ [1] используется следующее понятие системы (см. раздел 3.1):

Система - это объект, представляющий собой совокупность элементов, обладающую свойством целостности при данном рассмотрении.

Социально-экономические объекты, к которым относятся организации, предприятия, производственные комплексы и т.д., составляют класс сложных (больших) систем и характеризуются такими параметрами как, например: важность, сложность, комплексность, развитие во времени и т.д.

Всё многообразие систем, обслуживающих современное общество (общество - социальная система), можно разделить на два основных типа:

- системы типа «человек - машина»,

- системы типа «человек - человек».

В системах первого типа человек выполняет роль руководителя, принимающего решения по ходу работы системы, и одновременно является элементом, обслуживающим машинную часть системы.

В другом случае человек управляет работой системы (принимает решения) и одновременно выполняет работу, является исполнителем, исполнительным элементом системы. Машинная часть играет вспомогательную роль. Такие системы называются организационными (экономическими).

В настоящее время, несмотря на разнообразие назначений, состава и условий использования, все большие системы (БС) обладают рядом основных общих свойств, позволяющих объединять их в один класс. Эти общие свойства назовём характеристическими внешними свойствами, так как они определяют характер взаимодействия БС со средой и выражаются через внешние параметры БС.

Характеристические свойства БС обусловлены как её взаимодействием со средой, так и самим внутренним содержанием понятия «система». Перечень их постулируется на основании обобщения известной практики системного проектирования БС, при этом учитывается, что БС относится к категории систем и что это специфическая «техническая» система.

Принадлежность рассматриваемых систем (например, организаций, предприятий и других экономических объектов) к общей категории систем определяет такие их характеристические свойства как целостность, эмерджентность, иерархичность, конечность и др.

Принадлежность к классу «технических» систем характеризуется такими их особенностями как человеко-машинный характер, сложность, высокая стоимость, автоматизированность, состязательный характер использования в условиях риска и неопределённости и др.

Эффективным методом изучения свойств больших систем является их предварительная декомпозиция (расчленение на составные части).

Декомпозиция больших систем позволяет решать следующие задачи:

- во-первых, выявить специфические закономерности строения и функционирования подсистем;

- во-вторых, выявить общие и специфические закономерности управления подсистемами, сформировать специфические подсистемы управления каждой из подсистем и общую систему управления БС в целом.

Важнейшая особенность БС заключается в том, что в них любая подсистема по отношению к подсистемам низшего уровня является большой, но она не является таковой по отношению к подсистемам более высокого уровня. Так, отрасль по отношению к предприятию является большой системой, но она является подсистемой (субсистемой) по отношению к народному хозяйству.

Большие системы обладают рядом весьма специфических свойств, которые необходимо учитывать при анализе. Важно, что все эти свойства всегда проявятся комплексно, одновременно. В зависимости от целей анализа на передний план могут выступать те или иные свойства.

4.2 Характеристические свойства больших систем

Рассмотрим подробнее отдельные свойства больших систем (БС).

Иерархичность (подчинённость) определяется наличием трёх категорий систем: социальных, экономических (организационных), технических.

Первые находятся на высшем, вторые - на низшем уровне системной иерархии. В техническом плане иерархический характер структуры БС свидетельствует о том, что любая БС может быть представлена как часть БС более высокого уровня иерархии, а любая часть БС может рассматриваться как БС более низкого уровня иерархии по степени ответственности за решение задачи БС в целом. При этом подсистема высшего уровня имеет право приоритета при распределении ресурсов БС относительно подсистем более низкого уровня иерархии, имеет право вмешательства в их работу.

Способом регулирования многоуровневой иерархии является управление. Управление делает необходимым постановку проблемы, цели и целесообразного поведения.

Целостность. Свойство целостности означает, что БС существуют как организационно и функционально целостные образования, в которых каждый из элементов выполняет определенные функции. При этом нет объективной потребности дополнения БС какими-либо подсистемами без крайней необходимости. Всегда существует возможность и необходимость исключения отдельных элементов (подсистем), которые были включены в БС искусственно либо ввиду изменения функций БС оказались ей ненужными. Целостность БС является одним из качеств, которое, к сожалению, определяется скорее интуитивно, чем на строгой научной основе. По поводу целостности существует значительно больше деклараций и бездоказательных учреждений, чем научных обоснований. Целостность систем может быть определена как свойство, характеризующее устойчивость функционирования БС при ее минимальной структурной сложности и минимально необходимых ресурсах. БС могут функционировать при существенном (и часто неоправданном) усложнении или упрощении их структуры, однако с непременной потерей устойчивости и темпов развития. Целостность выражается представлением о целенаправленности и единстве БС. Она обеспечивает выполнение всеми компонентами БС целенаправленной работы и работы БС как единого целого для выполнения её назначения в процессе взаимодействия с внешней средой.

Неаддитивность - это одно из важнейших свойств БС. Присущая ей неаддитивность заключается в том, что БС не равна сумме подсистем (ПС), в нее входящих. Интуитивно ясно, что народное хозяйство не может быть сведено к простой алгебраической сумме экономических отраслей или экономик регионов, а отрасль недопустимо сводить к сумме предприятий.

Какова физическая природа появления величины эффекта неаддитивности ? Дело в том, что при декомпозиции БС происходит неизбежный разрыв не только горизонтальных, но и перекрестных связей, характеризующих целостность системы. Поэтому при декомпозиции большой системы неизбежно утрачиваются ее отдельные качества, которые почему-либо представляются исследователю малосущественными, то есть происходит неизбежное «огрубление» системы в целом. Иначе говоря, декомпозиция не может во всей полноте предусмотреть тот бесспорный факт, что на каждом последующем уровне теряется качество (или при восхождении - на каждом уровне появляется новое качество) как результат взаимодействия подсистем.

Неаддитивность в БС, таким образом, характеризует возникновение нового качества как продукта интеграции, соединения в целое многих элементов, их взаимовлияния, отражение неких общих кооперативных свойств данного множества элементов и явлений. Важно отметить, что в хорошо организованной, целостной системе целое всегда больше суммы его частей, а в дезорганизованной, разобщенной системе целое обычно существенно меньше этой суммы.

Эмерджентность. Свойство эмерджентности означает, что целевые функции отдельных подсистем, как правило, не совпадают с целевой функцией самой БС. Проиллюстрируем это свойство на следующем примере.

Пусть целевая функция народного хозяйства выражается вектором ОА, расположенным горизонтально.

Тогда целевая функция любой отрасли (как производственной, так и непроизводственной сферы) может быть представлена вектором ОВ меньшей длины и повернутым на некоторый угол против хода часовой стрелки по сравнению с вектором целевой функции народного хозяйства. Равенство этого угла нулю свидетельствовало бы о том, что отраслевая специализация полностью совпадает со специализацией всего народного хозяйства, что в принципе исключено. Если же положить угол равным 90°, то это означает, что вклад отрасли в народное хозяйство отсутствует, то есть отрасль существует как бы только для себя - проекция вектора целевой функции отрасли на вектор целевой функции народного хозяйства равна нулю. Реально значение этого угла находится в пределах от 0 до 90°.

Рассмотрим этот вопрос подробнее. Потребности государства требуют всемерного повышения вклада отрасли (это может быть и экономика региона) в удовлетворение общегосударственных интересов. Это означает уменьшение значения угла до значения, приводящего к увеличению проекции вектора ОВ (за счет вращения вектора ОВ по часовой стрелке до значения нового угла по отношению к вектору ОА) на вектор ОА. Потребности развития отрасли, напротив, требуют повышения значения этого угла до большего значения; при этом увеличивается рост затрат на потребности функционирования и развития самой отрасли (проекция на вертикальную ось).

Несовершенство условий проводимых социально-экономических преобразований нередко приводит к тому, что противоречие между целевыми установками экономики и региона (отрасли) решается волевым путем. Так, если экономически необоснованно определены централизованные отчисления из доходов региона в федеральный бюджет (зафиксировано значение угла), то увеличение этих отчислений нередко стремятся получить увеличением длины вектора ОВ за счет повышения цен и налогов, то есть за счет потребителей и снижения их жизненного уровня. Оптимальное значение угла всегда должно определяться компромиссно, с учетом конкретных условий и задач развития регионов и отраслей, а также экономики страны и, в первую очередь, на путях повышения эффективности производства.

Существует и другое понятие свойства эмерджентности.

Эмерджентность определяет наличие у БС таких свойств, которые не присущи её отдельным элементам; эмерджентность характеризует неаддитивность свойств системы, нелинейность связи между свойствами системы и свойствами составляющих её элементов. Степень эмерджентности системы может быть различной. Могут быть системы, имеющие свойства, полностью отличные от свойств элементов, могут быть системы, свойства которых совпадают со свойствами элементов (аддитивные системы). К этому понятию близко понятие синергетического эффекта, синергии.

Синергичность. Синергия (синергичность) - однонаправленность действий в системе, которая, как правило, приводит к усилению (умножению) конечного результата.

В более общем плане говорят о науке синергетике, которая изучает связи между элементами подсистемы благодаря активному обмену потоками энергии, вещества и информации в самом объекте и с окружающей средой. При согласованном поведении подсистем возрастает степень упорядоченности, самоорганизации больших систем.

В управлении фирмой синергичность означает сознательную однонаправленную деятельность всех членов коллектива, которые обязаны руководствоваться целями и задачами коллектива как большой системы: цели и задачи отдельных сотрудников, отдельных служб не могут и не должны противоречить целям и задачам фирмы. Поиску источников и способов усиления положительной синергии и предотвращения отрицательной (негативной) синергии абсолютное большинство зарубежных фирм уделяют значительное внимание, затрачивая на них 10-20% средств, идущих на организацию управления.

Положительная синергия усиливается по мере роста организационной целостности больших систем, негативная синергия усиливается с дезорганизацией большой системы.

Мультипликативность. Свойство мультипликативности, присущее всем БС, выражается в том, что эффекты, как положительные, так и отрицательные, в БС чаще обладают свойством умножения, а не сложения, как это часто считают. Умножение (а в некоторых случаях и возведение в степень) отрицательных эффектов происходит в явно «облегченных» условиях - деструктивные процессы имеют очень выраженную тенденцию к самотеку и саморазрушению систем при отсутствии должного контролирующего и регулирующего действия со стороны общества. Положительные тенденции, явления, эффекты такой способностью не обладают. Они всегда требуют организации, значительных издержек для устранения разрушительных процессов, нуждаются в преодолении сил самотека и торможения.

Обособленность - это одно из свойств, которое характеризует относительную изолированность, автономность тех или иных систем. Это свойство также является малоизученным, хотя оно определяет содержание и границы выделения подсистем, поиски специализированных форм и годов хозяйствования. Обособленность проявляется, например, как необходимость определения границ хозяйственной самостоятельности предприятий, регионов, отраслей.

Централизованность. В теории БС должны найти наиболее рациональное соотношение принципы оптимальной централизации и децентрализации управления. В этих БС один из элементов (или их некоторая совокупность) выполняет главную роль в функционировании (например, федеральный центр). Особенность современного этапа общественного развития заключается в крайне недостаточном развитии теоретических принципов и анализа практического опыта как в области централизации, так и децентрализации управления.

Адаптивность. В условиях постоянного изменения условий социально-экономической обстановки особая роль принадлежит свойству адаптивности БС - способности приспосабливаться к изменениям внутренних и внешних условий таким образом, чтобы эффективность и стабильность функционирования БС не ухудшалась. Эти качества БС также исследованы явно недостаточно. Адаптивность БС тесно связана со свойствами саморегулирования. В том случае, когда сама БС хорошо структурирована и отлажена, обладает высоким уровнем организации и хорошим ресурсным обеспечением, адаптивные свойства такой системы могут быть высокими. Если внешние воздействия находятся в интервале, ограниченном верхним и нижним пределами устойчивости БС, то эта система функционирует устойчиво. За пределами данного интервала значений внешних воздействий система неустойчива.

Совместимость. К числу важнейших характеристик БС относится совместимость подсистем и элементов в БС, которая означает, что все элементы должны обладать свойствами «сродства», взаимоприспособляемости, взаимо-адаптивности. В БС каждая из подсистем должна быть совместима не только с самой БС, но и со всеми ее составляющими подсистемами и элементами.

Обратная связь. В БС особое значение приобретает обратная связь, как в системе реактивного, так и активного (опережающего, прогностического) управления. Сущность обратной связи заключается в том, что информация о выходе БС (выходном продукте, товаре, услуге) поступает и используется для процесса управления (см. рис. 3.1).

На вход производственной системы поступают потоки вещества (Хв), энергии (Хэ) и информации (Хи). Выходом (продуктом деятельности) системы является величина Y - поток товаров или услуг. Если величина Y не отличается от запланированного значения Yn, то есть Y-Yn=0, то считается, что производственная система работает без сбоев, идеально. Допустим, что величина Y отличается от запланированного значения Yn на некоторую величину

Информация об этом поступает по каналу обратной связи (ОС) непосредственно в блок анализа (БА), в котором исследуются причины появления отклонения. Результаты анализа поступают в блок принятия решений (БПР), в котором разрабатывается система мероприятий по устранению возникших отклонений, а также в перспективе препятствующая возникновению возможных отклонений. Блок реализации решений (БРР) может воздействовать как непосредственно на производственную систему (производственный персонал), так и на блок дополнительного ресурсного обеспечения (БДРО), который осуществляет либо дополнительное выделение ресурсов, либо их сокращение. В результате реализованных мероприятий стабилизируется деятельность производственной системы.

Нетрудно видеть, что системы с обратной связью наиболее приспособлены для управления по реакции производственной системы на то или иное воздействие, то есть это классические системы управления реактивного типа. Для этого необходим высокий уровень детерминированности поведения системы, высокая предсказуемость ее поведения. Необходимо также, чтобы по крайней мере условия поведения и производственной системы и системы обратной связи (образующей основу системы управления) оставались постоянными.

Рассмотрим другие свойства больших систем, обычно не относящиеся к группе характеристических свойств:

Конечность БС определяется наличием у неё границ. Граница есть то, что отделяет систему от других объектов. Это понятие многогранно. Оно относится не только к пространственным аспектам системы, но также и к временным, количественным и др. Конечность БС указывает на конечность потребных для её создания и функционирования ресурсов и, следовательно, на принципиальную реализуемость БС.

Конечность ресурсов современного общества определяет значение эффективности БС, связанной с наличием у нее определенной организации. Возможность как многократного, так и разового их использования определяет необходимость обеспечения высокой эффективности системы как за все время ее существования, так и в любом частном случае ее использования.

Сложность БС определяется большим числом возможных состояний.

Под состоянием системы понимается интегральная характеристика, определяющая зависимость выхода системы от её входа. Поэтому сложность должна рассматриваться как причина невозможности составления полных формальных описаний БС современными математическими средствами.

Стоимость БС в известной мере характеризует её важность и сложность и определяет величину затрат (денежный эквивалент ресурсов), потребных для обеспечения её создания, производства и эксплуатации. Ресурсы системы определяют её потенциал, полезную отдачу.

Риск и неопределённость, характеризующие обстановку создания и использования БС, связаны с неполнотой априорной информации о среде, системе и характере их взаимодействия. Неполнота априорной информации является не недостатком, а особенностью системного проектирования, связанной с ограниченностью ресурсов, выделенных для создания БС.

Состязательный характер использования БС определяется высокой динамичностью нашего общества. Эта динамичность способствует быстрой смене требований и идей, что превращает эксплуатацию БС в состязательный процесс, в котором участвуют две стороны: непрерывно меняющаяся среда (общество) и человек-оператор, осуществляющий адаптацию БС к изменению среды. В этих условиях для последующей успешной эксплуатации системы необходимо, чтобы при проектировании БС в её структуру была заложена возможность реализации оптимальной стратегии человека-оператора.

Автоматизированность БС вытекает из её человеко-машинного характера, определяет сочетание в ней элементов принятия автоматических решений в тривиальных ситуациях с принятием решений человеком в тех случаях, когда обстановка нетривиальна и требует творческих решений.

В связи с этим необходимо иметь комплексы пользовательских алгоритмов и программ, предназначенных для содержательного осмысления информации в ходе подготовки и обоснования решений руководителя, принимаемых с использованием вычислительной техники. Совокупность правил такой обработки информации слабо зависит от технической части системы управления. Специальные алгоритмы и программы дадут возможность повысить эффективность использования действующих АСУ административного типа, в которых явно ощущается дефицит средств для содержательной переработки информации.

Следует отметить, что само принятие решения о проведениии комплекса работ по автоматизации тех или иных процессов и функций управления является весьма ответственной процедурой. Одним из факторов, которые должны быть учтены в процессе принятия такого решения, являются известные ограничения кибернетики:

- ограничение по достоверности информации (смысл его заключается в том, что в случае отсутствия уверенности в достоверности поступающей в систему управления информации автоматизация управления нецелесообразна);

- ограничение по быстродействию: нецелесообразно автоматизировать процессы управления, если нельзя обеспечить получение и обработку информации к заданному моменту времени принятия управленческого решения.

Перечисленные выше свойства БС являются первично фундаментальными. Первично-фундаментальные свойства БС интегрируются в производных свойствах, к которым можно отнести:

1) организованность - это свойство связано с организацией как функцией управления: организованной системой является система с четким детерминизмом;

2) целеустремленность - в своей деятельности система сохраняет ориентир на стратегические цели развития, несмотря на помехи, неудачи, ошибки;

3) устойчивость - система способна находиться в состоянии, заданном руководителем, и автоматически возвращается к нему при действии на нее дестабилизирующих факторов;

4) функциональная гибкость - система реализует множество функций и гибко изменяет их набор и интенсивность в зависимости от коррекции цели и изменения внешних условий