Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая теория систем. Учебник
.pdf
21
Выводы
Понимание системности существует еще с древности. Великие
философы – основатели знаний мыслили системно. На протяжении
всей истории науки шло формирование системного мышления. Однако
лишь 20-й век характеризуется не только восторжествованием системного подхода, но и появлением достаточно большого ряда системных
наук, одной из них, синтезирующей знания о системах различной природы, является общая теория систем.
Вопросы для повторения
1. Назовите основные революционные этапы в смене мировоз-
зрения.
2. Что представляет собой гелиоцентричесакя картина мира?
3. В чем отличие геоцентрической картины мира от гелиоцен-
трической?
4. Какова роль ньютоновской механики в понимании мира?
5. Что такое «редукционизм»?
6. Основные системные науки и их предметы.
7. Назовите научные открытия, ставшие важными вехами в фор-
мировании системного мышления.
8. Кто считается основателем общей теории систем?
9. Какова роль А. Богданова в становлении системных знаний?
10. Чем занимается праксеология?
11. Как соотносятся меду собой тектология, общая теория систем
и праксеология?
12. Какова роль законов термодинамики в формировании совре-
менного мировоззрения и системного подхода к научным исследованиям?
22
Глава 2. ПОНИМАНИЕ СИСТЕМЫ И СВЯЗАННЫХ С НЕЙ
ПОНЯТИЙ
2.1. Понятие «система» и его становление
2.2. Основные системные понятия
2.3. Связи системы и их виды
2.1. Понятие «система» и его становление
Несмотря на значительно длительную историю формирования системных знаний, до сих пор имеют место трудности в создании их архитектуры, определении места и роли фундаментальных понятий теории систем, таких как система, методология систем, структура системы и других, что требует их особо рассмотрения, в том числе и с позиций формирования единых взглядов на них.
Понятие «система» используется в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый объект как нечто сложное, целое, о котором сразу невозможно составить представление. Существует несколько десятков определений понятия «система». В.Н. Садовский [36],
например, приводит сорок известных ему определений. Наиболее
удобно рассмотреть данное понятие, используя исторический подход,
поскольку на протяжении времени оно изменялось по форме и содержанию.
Понятие «система» появилось в Древней Элладе порядка 2500 лет
назад и означало сочетание, организм, устройство, организация, строй,
союз. Оно также выражало определенные акты деятельности и их результаты (нечто, поставленное вместе, нечто, приведенное в порядок)
[43]. В.Н. Волкова и А.А. Денисов [20] процесс становления понятия
«система» условно делят на этапы.
В первых определениях системы в той или иной форме говорилось
о том, что система — это элементы (ai) и связи между ними или от-
ношения (rj).
Л. Фон Берталанфи определял систему как «комплекс взаимодействующих компонентов» или как «совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой» [78].
Формализовано это выглядит следующим образом:
S ≡ <A, R>, где {ai} = A, {rj} = R.
Если элементы принципиально неоднородны, то следует выделить
разные множества элементов: A = {ai} и В = {b
ное описание системы имеет следующий вид:
S ≡ <A, B, R>.
Определение М. Месаровича [39] рассматривает систему в виде
}, тогда формализован-
i
23
YXS
модели, содержащей вход и выход. Месарович видит систему как
множество входных объектов (X), воздействующих на систему, и множество выходных результатов (Y), между которыми установлено
обобщающее отношение пересечения:
.
Затем в определение системы для уточнения элементов и связей
были включены свойства элементов (Qa). Это сделали А. Холл[72],
А.И. Уёмов [67]. При рассмотрении свойств элементов описание системы имеет вид:
S ≡ <A, QA, R>.
Если необходимо обратить внимание на свойства элементов и
свойства связей (QR), то описание системы имеет вид:
S ≡ <A, QA, R, QR>.
Далее в определении понятия «система» появляется цель (Z). Вначале в неявном виде: в определении Ф.Е. Темникова [62]: «система –
организованное множество (цель явно не входит в определение, она
появляется при раскрытии понятия «организованное»). Цель в виде
конечного результата, системообразующего критерия, функции представлена в определениях В.И. Вернадского, У.Р. Гибсона, П.К. Анохина, М.Г. Газе-Рапопорта и др. Например, определение системы, данное
П.К. Анохиным, таково: «Системой можно назвать только такой
комплекс избирательно вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретает характер взаимосодействия компонентов на получение фокусированного полезного результата [7].
Символически эту группу определений представим следующим
образом:
S ≡ <A, R, Z>
Цель всегда ориентирована во времени и исходит из определенных
условий функционирования объекта. Поэтому в некоторых определениях уточняются условия целеобразования и вводятся среда (SR) и
интервал времени (∆Т). Например, по определению В.Н. Сагатовско-
го, система представляет собой «конечное множество функциональ-
ных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного
интервала [44]:
S ≡ <A, R, Z, ∆Т, SR>.
Далее в определение системы вводится понятие «наблюдатель»
(N), т. е. лицо, представляющее объект или процесс в виде системы
при их исследовании и принятии решений. По определению Ю.И.
Черняка, «система есть отражение в сознании субъекта (исследова-
24
теля, наблюдателя) свойств объектов, отношений и их свойств в решении задачи исследования, познания» [74]. Символически это выгля-
дит так:
S ≡ <A, QA, R, QR, Z, N>.
В последующих вариантах определения Ю.И. Черняк стал учитывать язык наблюдателя (L
): «система есть отображение на языке
N
наблюдателя (исследователя, конструктора) объектов, отношений и
их свойств в решении задачи исследования, познания»:
S ≡ <A, QA, R, QR, Z, N, LN>.
По мере формирования определения системы менялось и понимание системы с точки зрения ее материальности или нематериальности.
В настоящее время все сходятся на том, том, что в понятии система
объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и
следует говорить не о материальности или нематериальности систем, а
о подходе к объектам исследования как к системам, о различном представлении их на разных стадиях познания или создания. Поэтому, согласно определению А. Холла, «мы можем определить систему как
нечто целое, абстрактное или реальное, состоящее из взаимозависимых частей» [72].
Таким образом, система – сложное понятие. В нем всегда есть эле-
менты относительности: это зависит от целей и назначения системы
(ее функцией), ее состава, а также от уровня исследования. На разных
этапах представления объекта в виде системы, в различных конкретных ситуациях можно пользоваться разными определениями. Начальный этап исследования – это выработка «рабочего» определения системы, которое по мере исследования может уточняться.
В настоящем пособии рабочим определением системы будет следующее: «Система – это целостная совокупность взаимосвязанных
элементов, имеющая определенную структуру и взаимодействующая с окружающей средой в интересах достижения цели».
2.2. Основные системные понятия
Как видно из изложенного материала, все исследователи единодушно относят понятие «система» к тем объектам, которые несводимы
к сумме элементов. При этом элементы, объединенные в систему, выступают (и соответственно воспринимаются) как единое целое.
Элемент — простейшая неделимая часть системы. Представление
о неделимости связано с целью рассмотрения объекта как системы.
Решение о делении либо не делении частей системы принимает
наблюдатель (исследователь). Таким образом, элемент – это предел
членения системы с точки зрения рассмотрения или решения конкрет-
25
ной задачи, достижения поставленной цели.
Итак, элемент – простейшая (по целевому устремлению наблюдателя), условно неделимая, самостоятельно функционирующая часть
системы.
Элементы сами по себе, вне системы – другие. По образному выражению П.М. Хомякова [73], «нога, отделенная от тела, лишь по
названию нога».
Связь элементов внутри системы значительно сильнее, чем связь
этих элементов с элементами других систем. Взаимодействие между
собой элементов различных систем всегда опосредовано и контролируется взаимодействием самих систем.
Система может быть разделена последовательным ее расчленением на подсистемы, более крупные, чем элементы, но более мелкие, чем
сама система.
Подсистема — относительно независимая часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая свойствами системы.
Если часть системы не обладает такими свойствами, а представляет собой просто совокупность однородных элементов, то такие части
называются компонентами.
Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы – совокупности элементов. Такое расчленение производится, как правило, на основе определения
независимой функции, выполняемой данной совокупностью элементов
совместно для достижения некой частной цели, обеспечивающей достижение общей цели системы. Подсистема отличается от простой
группы элементов, для которой не выполняется условие целостности.
Последовательное разбиение системы в глубину приводит к
иерархии подсистем, нижним уровнем которых является элемент.
Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупности элементов, способных выполнять относительно
независимые функции, направленные на достижение общей цели системы. Подсистема имеет подцель, являющуюся ее системообразующим фактором.
Связь — понятие, выражающее необходимые и достаточные от-
ношения между элементами, ее можно рассматривать как ограничение
свободы элементов.
Структура— в буквальном переводе с греческого – строение,
расположение, порядок. Она отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение). Структура определяет взаимное расположение элементов системы и совокупность связей между ними.
26
Структуру системы можно определить и как совокупность связей,
по которым обеспечивается энерго-, массо- и информационный обмен
между элементами системы, определяющая функционирование системы в целом и способы ее взаимодействия с внешней средой.
Структуру можно считать каркасом, с помощью которого сооружается конструкция системы.
Для формального описания какой-либо системы должна быть
предусмотрена возможность формального описания ее структуры. Системы, для которых это требование выполняется, называются струк-
турируемыми, или формализуемыми. Системы, для которых из-за
сложности и неопределенности связей нельзя дать формальные описания структуры, называются неструктурируемыми или неформализуе-
мыми.
Свойства системы – совокупность параметров, определяющих
поведение системы. Свойство отражает сторону объекта, обусловливающую его отличие от других объектов или сходство с ними, и проявляющуюся при взаимодействиях с другими объектами.
Свойства классифицируют на внешние, проявляющиеся в форме
выходных характеристик (yi) только при взаимодействии с внешними
объектами, и внутренние, проявляющиеся в форме переменных состояний (zi) при взаимодействии с внутренними элементами системы.
Одна из основных целей системного анализа – выявление внутренних свойств системы, определяющих ее поведение.
По структуре свойства делят на простые и сложные (интегральные).
По степени подробности отражения свойств выделяют горизонтальные (иерархические) уровни анализа системы. По характеру отражаемых свойств выделяют вертикальные уровни анализа – аспекты.
При этом производится выделение существенных для наблюдателя
(исследователя) свойств путем абстрагирования от несущественных по
отношению к цели исследования.
Характеристика – то, что отражает некоторое свойство элемента
системы.
Характеристики делятся на количественные и качественные в зависимости от типа отношений на множестве их значений.
Состояние системы – множество значений характеристик систе-
мы в данный момент времени. Эти характеристики (параметры, свойства, признаки, качества) в каждый рассматриваемый момент времени
отражают наиболее существенные (по цели исследования) стороны
системы.
Общее определение акцентирует внимание на том, что выбор ха-
27
рактеристик состояния и конкретное содержание понятия зависят от
поставленной цели исследования.
Состояние определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через параметры и свойства системы.
Например, определяемое через свойства состояние представляет упорядоченное множество существенных свойств, которыми она обладает
в определенный момент времени.
Формально состояние системы в момент времени t0<t* ≥ T полностью определяется начальным состоянием z(t
), входными воздействи-
0
ямиx(t), управляющими воздействиями u(t), внутренними параметрами
h(t) и воздействиями внешней среды n(t), которые имели место за про-
межуток времени t*–t0.
В простейших моделях систем состояние описывается одним качеством или скалярной величиной, а количество возможных состояний
равно двум (1 или 0, т.е. включен или выключен). В более сложных
системах (моделях) состояние характеризуется многими параметрами,
представленными соответствующей векторной величиной. При этом
возможные состояния могут принадлежать конечному или бесконечному множеству (например, состояние технологического процесса,
финансовое состояние предприятия, выполнение комплекса работ и
т.д.).
Главное значение понятие «состояние» имеет в описаниях изменений во времени, происходящих в реальных системах. Изменения состояния в зависимости от конкретных задач исследования систем интерпретируется как движение, поведение, функционирование или некоторый процесс во времени.
Функция – это назначение, деятельность, работа, внешнее проявление свойств какого-либо объекта.
Функция – характеристика, определяющая поведение системы.
Поведением (или линией поведения) системы называется последовательность состояний, которую проходит система в процессе работы.
Функцией системы называется совокупность всех возможных ее
поведений. Она указывает действие, которое может выполнить система в данный момент времени при переходе к следующему дискретному моменту времени.
Функционированием системы называется процесс работы си-
стемы, заключающийся в последовательной (по времени) смене состояний. В процессе функционирования системы могут изменяться как
структура, так и сама функция системы.
Среда – все, что находится за пределами внешней границы и
структуры системы, но оказывает заметное влияние на уровень выпол-
28
нения ею своих функций. Среда «есть совокупность всех объектов,
изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы» [38].
Отделяет систему из среды наблюдатель (исследователь) в соответствии с целями исследования. Такое выделение – первый этап исследования объекта. В процессе исследования граница между системой и средой может изменяться.
Среду имеют не только материальные, но и абстрактные системы.
В систему (как выделяемую часть мира) надо включать те элементы, которые вступают между собой в различные связи и формируют
ряд характерных для данного исследования свойств системы, определяющих ее как целостное образование, противостоящее среде и взаимодействующее с ней.
Выделим два аспекта этого взаимодействия:
1. Характер обмена между системой и средой может быть веще-
ственным, или энергетическим, или информационным.
2. Среда есть источник неопределенности для системы.
Сложное взаимодействие системы со средой отражено в определении В.Н. Садовского и Э.Г. Юдина [28] «… 2) она образует особое
единство со средой; 3) как правило, любая исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка; 4) элементы
любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как
системы более низкого порядка». Это означает, что среда – система,
имеющая структуру и свойства.
Уточнение в процессе исследования понимания системы влечет
уточнение ее взаимодействия со средой и понимания среды. При проектировании и совершенствовании системы важно прогнозировать не
только изменение состояния системы, но и состояние среды.
Функциональная среда системы – это характерная для системы
совокупность законов, алгоритмов и параметров, по которым осуществляется взаимодействие (обмен) между элементами системы и
функционирование (развития) системы в целом.
Входом в систему называется то, что изменяется при протекании
процесса.
Входы системы (xi)– это различные точки приложения влияния
(воздействия) внешней среды на систему. Входами системы могут
быть информация, вещество, энергия, которые подлежат преобразованию.
Обобщенным входом (X) называют некоторое состояние всех r
входов системы, которое можно представить в виде вектора:
X = (x1, x2, x3, …, xk, xr).
29
Выходом называется результат или конечное состояние процесса.
Выход определяется как назначение, для достижения которого объединяются системные составляющие: параметры, свойства и связи.
Выход системы является конечным, а выходы подсистем – промежуточными.
Выходы системы (yi)– это различные точки приложения влияния
(воздействия) системы на внешнюю среду. Выход системы представляет собой результат преобразования информации, вещества и энергии.
Поведение — реальное или потенциальное действие системы, способность системы переходить от одного состояния в другое.
Понятие поведения принято относить только к целенаправленным
системам и оценивать по показателям.
Показатель – характеристика, отражающая качество системы или
целевую направленность процесса, реализуемого системой.
Показатели делятся на частные показатели качества или эффективности системы и обобщенный показатель качества или эффективности системы, содержащий совокупность свойств системы в целом.
Различие между показателями качества и эффективности состоит в
том, что показатели эффективности характеризуют процесс (алгоритм) и эффект от функционирования системы, а показатели качества
характеризуют пригодность системы для использования ее по назначению.
Действие – происходящее с системой событие, вызванное другим
событием.
Событие – изменение, по крайней мере, одного свойства системы.
Равновесие — способность системы в отсутствие внешних возму-
щающих воздействий или при постоянных воздействиях сохранять
свое состояние сколь угодно долго.
Устойчивость — способность системы возвращаться в состояние
равновесия после того, как она была из него выведена под влиянием
внешних возмущающих факторов.
Процесс функционирования системы – последовательный перевод входа системы в выход. По существу, последовательная смена состояний, или совокупность состояний системы z(t0), z(t1), … z(t
), упо-
k
рядоченных по изменению какого-либо параметра t, определяющего
свойства системы. Процесс приводит к выходному результату.
Алгоритм функционирования (АS) – метод получения выходных
характеристик y(t)с учетом входных воздействий x(t), управляющих
воздействий u(t) и воздействий внешней среды n(t).
Цель – желаемое состояние системы или ее части, ситуация или
30
область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени.
Категория цели – важнейший момент системной методологии.
Например, такая система как живой организм имеет цель выживание и
обеспечение размножения. Ее функциональную среду составляют законы физиологии. Эти законы ограничивают возможную динамику
взаимосвязей между элементами организма некоторыми правилами, не
позволяющими данным элементам развиваться во вред целому – организму. Такая система есть совокупность органов и тканей организма.
Нарушение функциональной среды вызывает болезнь организма. Но,
согласно законам природы, живой организм можно рассматривать и
как источник пищи для другого организма. Цель уже иная. И в этом
случае система представляется как совокупность белков, жиров, углеводов разной калорийности и питательности. А функциональная среда
система будет представляться уже не законами физиологии, а правилами хранения мясных продуктов.
Приведенный пример отражает имеющее важное в системном анализе свойство множественности системного (модельного) описания
объекта в зависимости от целей этого описания.
Ситуация – совокупность состояний системы и среды в один и
тот же момент времени.
В теории систем принято два подхода к определению понятия «ситуация».
Первый – терминальный, состоящий в том, что представление системы основано на концепции «вход/выход». Существуют понятия
входной ситуации (отражает мгновенную обстановку на входном полюсе системы) и выходной ситуации (отражает мгновенную обстановку на выходном полюсе системы).
Второй – целенаправленный, состоящий в том, что представление
системы основано на концепции «решающая система – ситуационная
(внешняя) обстановка». Последняя представлена как система, по отношению к которой применяются те или иные решения данной системы в процессе поступления информации об изменении ситуации.
Эффективность процесса – степень его приспособленности к до-
стижению цели.
Эффективность проявляется только при функционировании и зависит от свойств самой системы, способа ее применения и от воздействий внешней среды.
Критерий эффективности – обобщенный показатель и правило
выбора лучшей системы (лучшего решения).
Среда, как было отмечено, часто есть основной источник неопре-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]