1 Основні поняття і визначення системи

1.1 Поняття системи

Явища, що мають місце у природі, дуже різноманітні і так пов’язані між собою, що неможливо передбачити заздалегідь, як подіє і до яких наслідків призведе зміна того чи іншого фактора (явища).

Відомий вираз так званого ефекту метелика: „Якщо метелик змахне крильцями над Карибським морем, це може призвести до зміни погоди у Північній Америці”. Це, звісно, умовний вислів, який буквально слід розуміти так:

а) на процес впливає дуже багато факторів;

б) між факторами складна взаємодія;

в) передбачити точний результат процесу дуже важко, або навіть неможливо.

Дійсно, відомо багато прикладів втручання людини у природні процеси з дуже благими намірами, але наслідки виявляються зовсім непередбаченими, або навіть призводили до прямо протилежних результатів (так званий ефект кобри).

Приклади.

1. Знищення горобців у Китаї в 1958 році. Мета – захистити врожай зернових. Через рік після знищення врожаї збільшилися, але після цього збільшилась кількість гусені та інших комах, які знищили зерна більше, ніж горобці. Розпочався голод, від якого загинуло 10 млн. людей. Довелося закупляти та завозити горобців з-за кордону.

2. У 1948 році швейцарський хімік Мюллер за винайдений препарат ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) отримав Нобелевську премію. Панацея від усіх шкідників рослин. Але досвід застосування показав, що ця отрута накопичується в організмі тварин і птахів, яких потім споживають люди. А це призводить до руйнування людського організму. Препарат заборонено.

3. Ефект кобри. В часи англійської колонізації Індії англійці спробували зменшити кількість отруйних змій і за кожну вбиту кобру оголосили винагороду. Спочатку кількість кобр значно скоротилася, але потім місцеві жителі присовувалися і стали штучно розводити кобр для отримання винагороди. Зрештою, коли премія за вбиту кобру була скасована, виявилося, що кількість отруйних змій навіть збільшилася.

Таким чином, при складних процесах з великою кількістю діючих факторів і невідомими зв’язками явищ неможливо передбачити наслідки від втручання. Це стосується не тільки природних явищ, а й сфери суспільної діяльності людини.

Наприклад: Верховна Рада → Розробка закону → Формулювання мети → Урахування факторів → Прогнозування наслідків → Результат дії закону – не такий, як бажалось.

Не випадково з радянських часів до нас дійшов широко відомий нині жарт про те, що будь-яку глобальну справу чекає неминуче фіаско. В цьому жарті відмічається сім основних етапів, які проходить кожне значне системне дослідження, а саме:

1-й етап – невиправданий оптимізм виконавця;

2-й етап – некритичне ставлення замовника;

3-й етап – тривожні передчуття у виконавця;

4-й етап – повний крах;

5-й етап – пошук винних та їх покарання;

6-й етап – покарання невинних;

7-й етап – нагородження причетних.

Внаслідок науково-технічної революції в техніці відбулося ускладнення апаратури та обладнання, в економіці – розширення спеціалізації та кооперації підприємств, ускладнення зв’язків між ними. Можна стверджувати, що „ефект метелика” виявляється також і у цих сферах – найменше втручання призводить до непередбачених наслідків, бо дуже важко прослідкувати вплив того чи іншого явища до кінця.

Наука спробувала розкрити сутність таких об’єктів і процесів тими засобами, які вона мала. Але знань виявилося замало.

Приклади.

1. Законами Ньютона можна описати рух і взаємодію двох тіл, а для трьох і більше – ці методи вже непридатні.

2. Знаючи властивості водню та кисню, неможливо передбачити, що їх сполучення будуть мати невластиві їх елементам властивості.

3. Які наслідки могло дати повернення на південь сибірських річок, ідею якого пропонував ЦК КПРС?

Наука визнала фундаментальне положення про те, що властивості системи не зводяться до властивостей елементів, з яких вона складається. (тобто система володіє такими властивостями, які не притаманні ні жодному окремому елементу цієї системи ні їх простій сукупності).

Приклад:

1. Вагон складається із елементів – кузова, візків, автозчепних пристроїв. Жоден із цих елементів, взятий окремо, не в змозі виконувати перевезення самостійно. Навіть всі елементи вагону укупі, але не з’єднані належним чином також не в змозі виконати перевезення. Тільки після того, як всі елементи вагона будуть з’єднані між собою належним чином, тоді вагон зможе виконувати перевезення, тобто з’явиться системний ефект.

2. Для успішної підготовки спортсмена потрібно три основні складові – гарні фізичні дані, великі фізичні навантаження та правильне харчування. Проте жодна із цих складових, взята окремо ніяким чином не дозволяє підготувати гарного спортсмена.

У зв’язку з цим, у науці почав розвиватися новий напрямок – системотехніка, або теорія систем. Термін система асоціюється із об’єктом складовим, який являє собою сукупність окремих елементів і в той же час об’єктом комплексним, окремі елементи якого функціонують у тісній взаємодії і складають одне ціле.

Існує багато визначень систем.

1. (Найкоротше) За визначенням Хола: „Система – це набір елементів, який включає взаємозв’язки між ними та їх ознаками”.

2. (Найповніше) „Система являє собою набір різних взаємодіючих людських і машинних елементів, об’єднаних для досягнення загальної мети шляхом маніпуляції та керування матеріалами, інформацією, енергією і людьми”.

Будь-яке визначення включає поняття «елементи», тобто об’єкти, з яких складається система. Віднесення того чи іншого об’єкта до складу елементів чи систем доволі умовне, тобто має відносний характер. Це пов’язано з тим, що у світі все пов’язано між собою. Для пояснення розглянемо такий об’єкт, як залізничний вагон. Це елемент чи система?

Відносно поїзда, вагонного парку, залізничного транспорту це їх елемент, а виходячи з конструкції самого вагона, який складається з великої кількості пов’язаних між собою окремих вузлів, – це складна система. У цьому проявляється подвійна суть будь-яких об’єктів у світі: кожен об’єкт можна розглядати як елемент у складі об’єкта вищого рівня, або як систему об’єктів нижчого рівня. Взагалі система являє собою багаторівневу конструкцію із взаємодіючих об’єктів, об’єднаних у підсистеми різних рівнів.

При вирішенні практичних задач діють таким чином: якщо поділ об’єкта на складові елементи впливає на показники функціонування, то його потрібно розглядати як систему. У випадку, коли поділ об’єкта на елементи не впливає на показники функціонування – його можна розглядати як елемент системи. Наприклад, при вирішенні задач організації роботи станції, вагон можна розглядати як елемент, оскільки поділ його на окремі складові (кузов, ходова части, гальмове обладнання, автозчеп) не впливає на показники роботи. І навпаки, спеціаліст-механік при вирішенні задач проектування чи ремонту вагонів буде розглядати вагон як систему.

Таким чином, система визначається не формальною кількістю об’єктів та її будовою, а тими задачами, які стоять перед дослідником або розробником, тобто залежить від мети. Іншими словами, об’єкт доцільно розглядати як систему, коли при його вивченні доводиться займатися взаємодією між елементами, тобто вирішувати комплексні загальносистемні питання.

Ознаки – це властивості елементів, тобто їх техніко-експлуатаційні характеристики, з допомогою яких можна визначити вплив елемента на показники функціонування системи. Як приклад можна привести потужність локомотива, його тягові та гальмові характеристики, параметри (довжина та ухил) залізничної колії, вантажопідйомність та габарити кузова вагона і таке інше.

Взаємозв’язки, або взаємодію елементів системи між собою можна розглядати як результат сукупного впливу кожного елемента на інші елементи. Як приклад можна розглядати взаємодію між вагонами в составі, між локомотивом та составом, між локомотивом та колією, між локомотивом та машиністом, між машиністом і черговим по станції і т.д. Взаємодія елементів системи між собою та з зовнішнім середовищем описується у математичному вигляді для можливості врахування і визначення показників функціонування.

Абзац 2015 року. Зв’язки описуються напрямком, силою та характером (підпорядкування, узгодження, рівноправні, керування)

Приклад.

Напрямок зв’язку: система «світлофор – водій автомобіля»

Система «світлофор автоблокування – машиніст локомотива»

Сила зв’язку: Земля – Місяць, Земля – Марс.

Мета – означає такий стан системи, якого ми намагаємося досягти, або результати, які б ми хотіли мати. Мета грає найважливішу роль для системи. Лебідь, рак та щука разом з возом у відомій байці формально являють собою систему, яка має всі викладені вище ознаки – сукупність взаємодіючих елементів, але їх взаємодія не має загальної мети. Як наслідок, відсутній результат. Ось чому при дослідженні складних систем взаємодія елементів розглядається з позицій досягнення загальної мети. А мета, тобто те, що ми хочемо мати, може бути будь-яка, наприклад: швидше, дешевше, безпечніше, комфортніше і т.д.

Основні ознаки складних систем:

1. Наявність великої кількості взаємопов’язаних між собою об’єктів.

2. Складність функції, яку виконує система і яка спрямована на досягнення потрібної мети функціонування.

3. Можливість поділу системи на підсистеми, мета функціонування яких підпорядкована загальній меті системи.

4. Наявність управління, розгалуженої інформаційної мережі і потоків інформації.

5. Наявність взаємодії із зовнішнім середовищем і функціонування в умовах впливу випадкових факторів.

1.2 Етапи дослідження систем

Накопичений досвід дослідження систем дозволив узагальнити основні етапи, які проходить дослідник будь-яких систем.

1. Постановка задачі і формулювання мети.

На цьому етапі розробник чи дослідник системи визначає мету створення чи дослідження системи. Наприклад, для транспортних систем метою їх створення, дослідження чи удосконалення може бути:

- пошук оптимальних структур (будови) систем (конструкція горловини).

- пошук оптимальних параметрів технічного оснащення систем (кіль-ть локомотивів).

- визначення оптимальних параметрів функціонування (керування) (маса состава, ПФП).

- розробка автоматизованих систем керування.