Основы теории систем. Учебное пособие

атавизм – остался от прошлых этапов жизни системы;

актуальный элемент – характерен для настоящего времени жизненного цикла системы;

инновационный элемент – полезен и эффективен для будущего этапа развивающейся системы.

По характеру взаимодействия с другими элементами:

предсказуемый – оказывает вполне определённые воздействия на систему;

непредсказуемый;

отторгающий – не воспринимающий воздействия (сигналы) со стороны системы;

передающий – транслирует сигналы в том виде, в котором по-

лучил;

преобразующий – преобразует полученное воздействие.

Функциональные особенности систем классифицируются по

следующим признакам.

По функциональной направленности:

1)внешние – ориентированы на реализацию целей системы во взаимодействии с внешней средой;

2)внутренние – регулируют процессы внутри системы.

По содержанию функций:

целевые (в основе функционирования – цели, стоящие перед системой);

ролевые (в основе функционирования – роль, которую должна играть система в своём окружении);

деятельностные (в основе функционирования – направления деятельности системы);

многофункциональные системы.

Интеллектуальные системы. Интеллектуальными называют такие человеко-машинные системы, которые обладают способностью выполнять (или имитировать) какие-либо интеллектуальные процедуры, например, автоматически классифицировать, распознавать объ-

61

екты или образы, обеспечивать естественный интерфейс, накапливать и обрабатывать знания, делать логические выводы. В то же время интеллектуальные системы базируются на неполных и не полностью формализуемых знаниях о предметной области, правилах вывода новых знаний, поэтому их описание должно динамически уточняться.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Перечислите основные признаки классификации систем.

2.Охарактеризуйте реальные и абстрактные системы. Приведите примеры.

3.Охарактеризуйте естественные и искусственные системы. Приведите примеры.

4.Как классифицируются системы по характеру взаимодействия с окружающей средой?

5.Классифицируйте систему по степени организованности. Охарактеризуйте каждый класс.

6.Какими признаками характеризуются сложные системы?

7.Охарактеризуйте самоорганизующиеся системы. Приведите примеры.

8.Назовите основные признаки, достоинства и недостатки централизованных и децентрализованных систем.

9.Что такое детерминированные и стохастические системы? В чём различие способов их описания?

10.Как классифицируются системы по типу описания законов их функционирования?

11.Как классифицируются системы по способу управления?

12.Что такое внутренняя и внешняя сложность системы?

13.Назовите основные признаки классификации элементов.

14.Как классифицируются функциональные особенности систем?

62

5. СИСТЕМНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов. (К. Гельвеций)

Ценность принципа определяется числом явлений, которые он может объяснить. (Р. Эмерсон)

5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

СИСТЕМНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

Системные закономерности – это необходимые, существенные, устойчивые, повторяющиеся отношения между явлениями, процессами в системах различной природы.

Под закономерностью понимается более «узкий» закон, который не распространяется на все без исключения области определения.

Рассматриваются три группы закономерностей: универсальные,

общие и частные [6, 7, 35, 36, 48].

Универсальные закономерности справедливы для любых систем независимо от их природы. Общие закономерности справедливы для многочисленных групп систем, а частные – для определенного вида систем. Общие и частные закономерности не должны противоречить универсальным.

Все системные законы и закономерности, как правило, являются ограничительными и предупреждают о том, чего заведомо не следует добиваться, и тем самым оказывают направляющее влияние на нашу деятельность.

Знание общих системных закономерностей и их учет позволяет выявлять неправильные действия и ошибки людей, если их управленческие действия направлены вопреки существующим природным и общественным закономерностям, особенно при управлении сложными слабоструктурированными и слабоформализованными техническими, экологическими, социально-экономическими и политически-

ми системами. «Тот, кто пытается избежать неизбежного, всегда

63

несчастен, а тот, кто стремится к невозможному, обязательно потерпит неудачу». (Кратет)

Общесистемные закономерности позволяют с помощью аналогии и изоморфизма обеспечить перенос знаний об основных процессах из одной (хорошо изученной) области в другую (менее изученную) не-

зависимо от их природы. «Изобретать самому прекрасно, но то, что найдено другими, знать и ценить – меньше ли, чем создавать?» (И.В. Гете)

Учет закономерностей позволяет выявить направления развития или деградации сложных систем. «Творчество состоит в том, что-

бы позволить себе совершать ошибки. Искусство – в том, чтобы знать, в каких из них упорствовать». (Скотт Адамс)

5.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ЧАСТИ И ЦЕЛОГО

Целостность. Закономерность целостности проявляется в системе в возникновении новых интегративных качеств, не свойственных образующим ее компонентам. Чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо рассмотреть две ее стороны:

свойства системы (целого) не являются суммой свойств элементов или частей (несводимость целого к простой сумме частей);

свойства системы (целого) зависят от свойств элементов, частей (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе).

Важный практический вывод, следующий из этой закономерности, заключается в том, что невозможно предсказать свойства системы в целом, анализируя только её части.

Существенным проявлением закономерности целостности являются новые взаимоотношения системы как целого со средой, отличные от взаимодействия с ней отдельных элементов.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой предназначена система.

64

Наряду с изучением причин возникновения целостности, можно получать полезные для практики результаты путем сравнительной оценки степени целостности систем (и их структур) при неизвестных причинах ее возникновения. В связи с этим обратимся к закономерности, двойственной по отношению к закономерности целостности.

Ее называют физической аддитивностью, независимостью, обособ-

ленностью. Свойство физической аддитивности проявляется у систе-

n

мы, как бы распавшейся на независимые элементы (Q qi ), т.е.

i 1

система перестаёт быть системой.

А. Холл ввел две сопряженные закономерности, которые он на-

звал прогрессирующей факторизацией – стремлением системы к со-

n

стоянию со все более независимыми элементами (Q qi), и про-

i 1

грессирующей систематизацией – стремлением системы к умень-

шению самостоятельности элементов, т.е. все большей целостности

n

(Q qi).

i 1

Известны также способы введения сравнительных количественных оценок степени целостности и коэффициента использования свойств элементов на основе информационного подхода [7].

Интегративность. Этот термин часто употребляют как синоним целостности. Однако он в большей мере характеризует не внешнее проявление целостности, а внутренние причины формирования и сохранения этого свойства. Для любой сложной системы закономерно формирование или появление механизмов поддержания и развития целостности и систематизации.

Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, важными среди которых являются неоднородность и противоречивость ее элементов с одной стороны, и стремление их вступать в коалиции – с другой. «Где единение, там и побе-

да». (Публилий Сир)

65

Во многих случаях основными системообразующими противоположностями являются центр и периферия. Основной функцией центра является объединение периферии, а наиболее важной функцией периферии является обеспечение существования центра (примеры: атом, клетка, государство). Эволюция системы осуществляется как развитие отношений противоположностей.

Закономерность «стремления сохранения равновесия систе-

мы». Закономерность сформулировал А. Ле-Шателье следующим об-

разом: «Если существующее равновесие системы подвергается внешнему воздействию, изменяющему какое-либо из условий равновесия, то в ней возникают процессы, направленные так, чтобы противодействовать этому изменению».

Закономерность «стремления сохранения равновесия системы» выражает сохранение структурной устойчивости в данной среде, т.е. до определенного уровня внешнего возмущения в системе развиваются процессы, нейтрализующие действие этого возмущения. «Не-

редко несчастье – это инструмент, с помощью которого Бог придаёт нам более совершенную форму». (Генри Уорд Бичер)

Иллюстрацией этой закономерности может служить поведение живого организма при изменяющихся внешних температурных воздействиях, поведение социальной системы при возникновении внешних угроз.

Закономерность «наименьших относительных сопротивле-

ний или наиболее слабых мест». Суть закономерности выражается известной поговоркой «Где тонко, там и рвется». Структурная устойчивость (неразрушимость, приспособленность) системы определяется наименьшей ее частичной устойчивостью или устойчивостью наиболее слабой ее подсистемы. Если руководитель правильно осуществляет управление организацией, но в одном вопросе ослабил внимание, тем самым он может нарушить устойчивость всей организации.

«Всего лишь одна трещина в состоянии потопить целый корабль». (Китайская посл.)

Наличие и характер «тонких» мест в системе зависит также от внешних условий. Всякая устойчивость и жизнеспособность относи-

66

тельна. Если в одной среде система устойчива, то в другой – более агрессивной – может оказаться неустойчивой. «Мы всегда совершаем ошибку, исключая что-то из поля зрения». (Б. Паскаль)

Закономерность изоморфизма и изофункционализма. В основе закономерности лежат понятия изоморфизма (сходства объектов по строению) и изофункционализма (сходства объектов по форме протекающих в них процессов).

Системы являются изоморфными друг другу, если каждому элементу одной системы соответствует один элемент второй и для каждой связи между элементами в первой системе есть аналогичная связь между соответствующими элементами в другой и наоборот.

Системы являются изофункциональными друг другу, если в соответствующих частях систем протекают сходные по форме процессы.

Закономерность формулируется следующим образом. Системы, находящиеся между собой в состоянии изоморфизма и изофункционализма, имеют сходные системные свойства [8].

5.3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ИЕРАРХИЧЕСКОЙ УПОРЯДОЧЕННОСТИ СИСТЕМЫ

Эта группа закономерностей тесно связана с закономерностью целостности, с расчленением целого на части и характеризует взаимодействие системы с ее окружением, со средой, надсистемой, подчиненными системами.

Коммуникативность. Эта закономерность составляет основу определения системы, предложенного В.Н. Садовским и Э.Г. Юдиным в книге «Исследования по общей теории систем». Система образует особое единство со средой: как правило, любая исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка, подсистемы любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкого порядка.

Иными словами, система не изолирована, она связана множеством коммуникаций со средой, которая не однородна, а представляет собой сложное образование, содержит надсистемы, задающие требо-

67

вания и ограничения исследуемой системе, подсистемы и системы одного уровня с рассматриваемой. Пренебрежение связями обедняет описание и снижает уровень понимания системы. «Если человек не думает о том, что находится в отдалении, он обнаружит рядом печаль». (Конфуций)

Иерархичность. Иерархичность рассматривается как закономерность построения всего мира и любой выделенной из него системы. Иерархичность как закономерность заключается в том, что закономерность целостности проявляется на каждом уровне иерархии.

Исследование иерархической упорядоченности в организационных системах с использованием информационного подхода позволили сделать вывод о том, что между уровнями и элементами иерархических систем существуют более сложные взаимосвязи, чем это может быть отражено в графическом изображении иерархической структуры. Если даже между элементами одного уровня иерархии нет явных горизонтальных связей, то они все равно взаимосвязаны через вышестоящий уровень. Таким образом, иерархические представления помогают лучше понять и исследовать феномен сложности.

Использование иерархических представлений оказывается полезным в случае исследования систем и проблемных ситуаций с большой степенью неопределённости. В данном случае происходит сужение масштабов неопределённости при расчленении её поуровнямиерархии.

На необходимость учитывать не только внешнюю структурную сторону иерархии, но и функциональные взаимоотношения между уровнями обратил внимание академик В.А. Энгельгардт. На примерах биологических организаций он показал, что более высокий иерархический уровень оказывает направляющее воздействие на нижележащий уровень, подчиненный ему, и это воздействие проявляется в том, что подчиненные члены иерархии приобретают новые свойства, отсутствовавшие у них в изолированном состоянии, а в результате появления этих новых свойств формируется новый «облик целого». Возникшее таким образом новое целое приобретает способность осуществлять новые функции, в чем исостоит цель образования иерархий.

68

5.4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМ

Историчность. Любая система не может быть неизменной, она возникает, развивается, функционирует, стареет и погибает. Система имеет свой жизненный цикл. Историчность, неизбежность прохождения системой всех этапов её жизненного цикла закономерны.

На стадии проектирования системы требуется рассматривать не только вопросы разработки и обеспечения развития системы, но и вопросы её замены, списания и уничтожения. К чрезвычайно серьёзным последствиям может привести неучёт этой закономерности при разработке сложных технических и социотехнических систем (авиационной и космической техники, атомных электростанций и гидротехнических сооружений). При эксплуатации систем автоматизации и управления, информационных и аналитических систем рекомендуется в середине жизненного цикла существующей разработки начинать разрабатывать следующее поколение систем.

«Для предусмотрительного нет случайностей, для запасливого – черных дней…. Иной сделает, а потом думает – как будто не удачи ищет, а оправданий; другой не думает ни до, ни после. А надо всю жизнь думать, чтобы не сбиться с верного пути. Размышляя и предвидя, живешь наперед». (Бальтасар Грасиан)

Закономерность эволюции (системогенетическая закономер-

ность). Любая система в ходе своего индивидуального развития обязательно проходит собственный эволюционный путь, включая все его этапы. Нельзя ни в экономике, ни в экологии, ни в социальных сферах совершить «большой скачок» и пропустить одну или несколько эволюционных стадий. Длительность каждого эволюционного этапа можно искусственно ускорить или замедлить, но пропускать нельзя.

«Торопливость задерживает». (Квинт Руф Курдий)

Закономерность перевода системы из одного состояния в другое минимальным воздействием в критическую точку. Закономер-

ность рассмотрена В.И. Прангишвили, и для её пояснения отмечено,

69

что кризисное состояние любой системы представляет собой разновидность фазового перехода системы из одного качественного состояния в другое со своей критической точкой, к которой для обеспечения перехода достаточно приложить небольшое воздействие.

Известно, что существует фазовый переход вещества из одного качественного состояния в другое через критическую точку или момент этого перехода (точки кристаллизации, плавления, кипения, испарения, бифуркации). При этом достаточно самого незначительного воздействия с помощью «ядра кристаллизации», чтобы начался переход вещества из одного качественного состояния в другое. «Кто ценит мелочи во имя их самих, тот пустой человек, кто оценивает их ради выводов, которые из них можно сделать, или ради пользы, которую можно получить, тот – философ». (Эдуард ДжорджБулвер-Литтон)

Взгляд на социально-экономические явления показывает, что экономические кризисы производства, отрасли, региона, страны также представляют собой разновидность фазового перехода со своей критической точкой бифуркации, и если в эту точку (в нужное время в нужном месте) внести ядро кристаллизации (наибольшие инвестиции), то малыми усилиями можно быстро получить существенный эффект. Ярким тому примером могут служить события конца 80-х – начала 90-х годов XX столетия, приведшие к радикальным социаль- но-экономическим преобразованиям на территории бывшего СССР.

«Мелочи не играют решающей роли. Они решают всё». (Х. Маккей)

Закономерность самоорганизации. В числе основных особенно-

стей самоорганизующихся систем с активными элементами можно назвать способность противостоять энтропийным тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру. В основе этих способностей лежит закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем, справедлив второй закон термодинамики: стремление к воз-

растанию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропий-

70