Основы теории систем. Учебное пособие
.pdfСистема – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.
Система есть сущность, которая в результате взаимодействия её частей может поддерживать своё существование и функционировать как единое целое.
Системы обладают эмерджентными (возникающими) свойствами, которых нет ни одной из частей. Разобрав систему на части и проанализировав каждую из них, нельзя предвидеть свойств целостной системы.
Имея дело с системой, невозможно осуществлять точечные изменения, не влияющие на свойства системы в целом. При изменении одной части последствия влияют на другие части системы. Будьте готовы к побочным эффектам.
Весьма лаконично и точно в этом отношении определяют систему Р. Акофф и Ф. Эмери: система – множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых связан прямо или косвенно с каждым другим элементом, а два любых подмножества этого множества не могут быть независимыми.
В настоящее время под системой часто понимают «адаптивное целое», подчеркивая свойство системы сохранять свою идентичность в условияхизменчивости внешнейсреды.
3.2.ПОНЯТИЯ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СТРОЕНИЕ
ИФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ
Рассмотрим основные понятия, помогающие уточнить представление о системе. Понятия, определяющие систему, тесно связаны между собой и не могут быть определены независимо, а определяются, как правило, одно через другое, уточняя друг друга, и поэтому принятую здесь последовательность следует считать условной.
Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Ответ на вопрос, что является такой частью,
31
может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом, элемент – это предел членения системы с точек зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.
Если в качестве элементов системы приняты понятия, связанные между собой определенными отношениями, то система будет символической (концептуальной, абстрактной).
Компонент представляет собой совокупность однородных элементов.
Подсистема – относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы и, в частности, имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также другие свойства – свойство целостности, коммуникативности и т.п., определяемые закономерностями систем.
Расчленяя систему на подсистемы, следует иметь в виду, что так же, как и при расчленении на элементы, выделение подсистем зависит от цели и может меняться по мере ее уточнения и развития представлений исследователя обанализируемом объектеили проблемной ситуации.
Понятия «элемент», «подсистема», «система» взаимопреобразуемы, система может рассматриваться как элемент или подсистема системы более высокого порядка, а элемент при углубленном анализе – как система. Это обстоятельство приводит к двум подходам к описанию систем: на макроуровне и микроуровне.
При описании и изучении систем на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой и системами более высокого порядка. При таком подходе главными факторами являются цель системы и условия её функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.
При описании и изучении систем на микроуровне основное внимание уделяется внутренним характеристикам системы, характеру
32
взаимодействия элементов между собой, их свойствам и характеристикам функционирования.
Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента (компонента, подсистемы) от свойств другого элемента (компонента, подсистемы). Понятие «связь» входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, иными словами, связи выражают законы функционирования системы.
Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.
Связь характеризуется направлением, силой и характером (видом):
по направленности связи делятся на направленные и ненаправленные;
по силе – на сильные и слабые;
по характеру – на связи подчинения (субординационные), генетические, равноправные (координационные), связи управления;
по месту приложения – на внутренние и внешние;
по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах – на прямые и обратные. Обратные связи, в свою очередь, делятся на положительные и отрицательные.
Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.
Важную роль в системах играет понятие обратной связи. Обратная связь – это воздействие результатов функционирования системы или её части на причину и характер этого функционирования, и является основой управления, саморегулирования и самоорганизации, развития и адаптации – приспособления систем к изменяющимся условиям существования.
33
Обратная связь называется положительной, если результат её влияния действует согласованно с входным прямым воздействием. Эта связь интенсифицирует процессы в системе и способствует развитию системы. Однако чрезмерное усиление положительной обратной связи может привестик дестабилизации и потере устойчивости системы.
Обратная связь называется отрицательной, если результат её влияния действует противоположно входному прямому воздействию. Эта связь стабилизирует работу системы, повышает её устойчивость. При этом чрезмерное усиление отрицательной обратной связи приводит к стагнации в системе, застою и потере функциональности.
Структура (лат. structure – строение, расположение, порядок) – совокупность элементов и связей между ними. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Введение абстрактной структуры – обязательное условие научного изучения любого объекта в науке, технике, обществе.
Ф.И. Перегудов и Ф.П. Тарасенко определяют структуру системы как совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами.
Р. Акофф и Ф. Эмери говорят о структуре как об общем понятии, включающем геометрические, кинематические, механические и морфологические аспекты.
При этом в сложных системах структура включает не все элементы и связи между ними, а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Иными словами, структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей.
Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них, на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу.
34
Структурный подход к описанию и изучению систем – это промежуточный между морфологическим и организационным подходами. Морфологический структурный подход связан с характеристиками строения системы, а организационный – со способами взаимодействия элементов системы.
Организация является характеристикой систем, которая не тождественна сложности структуры.
Р. Акофф и Ф. Эмери определяют организацию как «по крайней мере, частично самоуправляемую систему», наделенную следующими характеристиками:
Сущность. Организации являются системами типа «человек – машина».
Структура. Система должна обладать способностью выбирать направления деятельности, ответственность за которую может быть распределена между элементами системы на основе их функций (торговля, производство, проведение расчетов и т.д.), местоположения или других признаков.
Коммуникация. Коммуникация играет важную роль в определении поведения и взаимодействия подсистем в организации.
Выбор решений. Участники должны распределить между собой задачи и соответствующие направления деятельности [5].
Ван Гиг называет организации системами более высокого порядка, чем остальные системы, поскольку они отличаются большей сложностью и сознательно движутся в направлении выбранной ими цели. Системы низкого уровня имеют меньшую сложность и их цели определяются внешней средой или другими системами.
3.3. ВИДЫ И ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СТРУКТУР
Структуры с произвольными связями. Этот вид структур обыч-
но используется на начальном этапе познания объекта, новой проблемы, когда идет поиск способов установления взаимоотношений между перечисляемыми компонентами, нет ясности в характере свя-
35
зей между элементами, и не могут быть определены не только последовательности их взаимодействия во времени (сетевые модели), но и распределение элементов по уровням иерархии.
Формируются структуры с произвольными связями путем установления возможных отношений между предварительно выделенными элементами системы, введения ориентировочных оценок силы связей, и, как правило, после предварительного формирования и анализа таких структур связи упорядочивают и получают иерархические или сетевые структуры.
В общем списке произвольных структур систем вводят два класса: централизованные и децентрализованные структуры. Характерным классом централизованных структур является объединение элементов «звездой». Структуры с различной степенью децентрализации могут быть: матричными, многосвязными, кольцевыми, циклически замкнутыми, последовательными или цепочечными. Реальные же системы, как правило, строятся на основекомбинации различныхтипов структур.
Сетевая структура, или сеть, строится по принципу координации входящих в неё элементов и подсистем.
Такие структуры могут отображать порядок действия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т.п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции – сетевой график, или проектировании – сетевая модель, при планировании – сетевой план и т.д.).
При применении сетевых моделей пользуются определенной терминологией: вершина, ребро, путь, критический путь и т.д. Эле-
менты сети могут быть расположены последовательно и параллельно. Наиболее распространены и удобны для анализа однонаправлен-
ные сети. Но могут быть и сети с обратными связями, с циклами. Для анализа сложных сетей существует математический аппарат
теории графов, прикладная теория сетевого планирования и управления, имеющая широкую распространенность при представлении процессов организации производства и управления предприятиями.
36
Иерархические структуры. В общем случае термин иерархия
(от греческого « ») означает соподчиненность. Порядок подчинения низших по должности и чину лиц высшим возник как наименование «служебной лестницы» в религии, широко применяется для характеристики взаимоотношений в аппарате управления государством, армией и т.д. Затем концепция иерархии была распространена на любой согласованный по подчиненности порядок объектов.
Поэтому в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между уровнями и между компонентами в пределах уровня, в принципе, могут быть любые взаимоотношения. В соответствии с этим существуют структуры, использующие иерархический принцип, но имеющие специфические особенности, и их целесообразно выделить особо.
Многоуровневые иерархические структуры. В теории систем М. Месаровича предложены особые классы иерархических структур:
«стратифицированные», «слоистые», «эшелонированные», отличаю-
щиеся различными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и различным правом вмешательства вышестоящего уровня в организацию взаимоотношений междуэлементами нижнего уровня.
Стратифицированные иерархические структуры. Такое пред-
ставление помогает понять то, что одну и ту же систему на разных стадиях познания и проектирования можно (и нужно) описывать различными выразительными средствами, на разных «языках»: философском или теоретико-познавательном – вербальное описание замысла, концепции; научно-исследовательском – в форме моделей разного рода, помогающих глубже понять и раскрыть замысел системы; проектном – техническое задание и технический проект; конструкторском – конструкторские чертежи, сопровождающая их документация; технологическом – технологические карты, стандарты и другая технологическая документация; материальное воплощение, реализация системы – дета-
ли, блоки, собранное изделие или созданная система.
Страты могут выделяться по разным принципам. Например, при представлении системы управления предприятием страты могут со-
37
ответствовать сложившимся уровням управления: управление технологическими процессами и организационное управление предприяти-
ем [4, 19].
Слоистые структуры. Первоначально вид слоистой многоуровневой структуризации был предложен М. Месаровичем для организации процессов принятия решений. Для уменьшения неопределенности ситуации выделяются уровни сложности принимаемого решения
– слои, определяющие совокупность последовательно решаемых проблем. При этом выделение проблем осуществляется таким образом, чтобы решение вышележащей проблемы определяло бы ограничения (допустимую степень упрощения) на нижележащем уровне, т.е. снижало бы неопределенность нижележащей проблемы, но без утраты замысла решения общей проблемы [21, 26].
Многослойные системы принятия решений полезно формировать для решения задач планирования и управления хозяйственными комплексами, предприятиями, отраслями. При постановке и решении таких проблем нельзя раз и навсегда определить цели, выбрать конкретные действия: экономические и технологические условия производства непрерывно изменяются. Все это можно отразить в многослойной модели принятия решений.
Эшелонированные структуры. Основной отличительной чертой многоэшелонной структуры является предоставление подсистемам всех уровней определенной свободы в выборе их собственных решений; причем эти решения могут быть не теми решениями, которые бы выбрал вышестоящий уровень. Предоставление свободы действий в принятии решений компонентам всех эшелонов иерархической структуры повышает эффективность ее функционирования.
Подсистемам предоставляется определенная свобода и в выборе целей. Поэтому многоэшелонные структуры называют также много-
целевыми.
В таких системах могут быть использованы разные способы принятия решений. Естественно, что при предоставлении прав самостоятельности в принятии решений подсистемы могут формировать про-
38
тиворечащие друг другу («конфликтные») цели и решения, что затрудняет управление, но является в то же время одним из условий повышения эффективности функционирования системы. Разрешение конфликтов достигается путем вмешательства вышестоящего эшелона. Управляющие воздействия для разрешения этих противоречий со стороны вышестоящих уровней иерархии могут быть разной силы.
В зависимости от принятых принципов (конфликты или коалиции), силы и форм вмешательства вышестоящих эшелонов в дела нижележащих, процесс принятия решения может происходить поразному, т.е. по-разному может быть организована система управления принятием решений, поэтому многоэшелонные структуры назы-
вают также организационной иерархией.
Отношения, подобные принятым в эшелонных структурах, реализуются в практике управления в форме так называемых холдинговых структур, или холдингов. Правила взаимоотношений между фирмами, банками, торговыми домами и другими организациями, входящими в холдинг, оговариваются в соответствующих договорах и других нормативно-правовых и нормативно-технических документах.
Смешанные иерархические структуры с вертикальными и го-
ризонтальными связями. В реальных системах организационного управления (особенно на уровне региона, государства) могут быть использованы одновременно несколько видов иерархических структур – от древовидных до многоэшелонных. Такие иерархические структуры можно назвать смешанными. При этом основой объединения структур могут служить страты, и поэтому, в принципе, можно считать их развитием стратифицированного представления.
3.4. СВОЙСТВА СИСТЕМ
Свойства – качества, признаки, составляющие отличительные особенности чего-либо, т.е. это внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте (системе). Свойства могут быть определены качественно и выражены в единицах, имеющих определенную размерность.
39
Основополагающим свойством системы является целостность, достигаемая организацией определенных взаимосвязей и взаимодействий элементов системы. Целостность проявляется в том, что система обладает собственной целью, собственными закономерностями функционирования и новыми свойствами, которыми элементы системы не обладают.
Свойство систем, обусловливающее появление новых качеств, не присущих входящим в состав системы элементам, называется эмерджентностью (от анг. emerge – возникать, появляться). Эмерджентность характеризует степень несводимости свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит.
Целостность и эмерджентность называют интегративными свойствами системы.
Состояние – это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени. Состояние может быть определено либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры системы (давление, скорость, ускорение – для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль – для экономических систем).
Цель системы – предпочтительное для неё состояние, модель желаемого будущего. Понятие «цель» и связанные с ним понятия «целеполагание» и «целенаправленность» лежат в основе развития системы.
Равновесие – это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго. Это происходит при равенстве условий, возмущающих и стабилизирующих систему.
Равновесность – свойство устойчивости системной самоорганизации, проявляющееся при сопоставлении показателей систем в надсистеме (окружающей среде).
Устойчивость – способность систем противодействовать внешним воздействиям окружающей среды без изменения внутренней структуры. В несколько иной трактовке система называется устой-
40