Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы системного анализа. В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
2.1. Основные свойства систем
21
Системы состоят из подсистем, подсистемы – из под подсистем и так до бесконечности – именно поэтому мы проектируем снизу вверх.
Алан Джей Перлис – американский
учёный в области компьютерных
технологий, автор языка Алгол
2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ
И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
2.1. Основные свойства систем
Как мы выяснили, существует огромное количество систем. И все
они должны чем-то отличаться друг от друга. Для этого должны использоваться какие-то признаки, по которым мы можем отличать системы. Эти
признаки в системном анализе, да и в любой деятельности, обычно называют свойствами. В соответствии с приведенным выше рабочим определением системы для того, чтобы некоторое «нечто» (это «нечто» для определенности называют объектом) могло быть системой, оно должно обладать
общесистемными свойствами, т.е. свойствами, присущими любой системе:
целостностью, структурностью, целесообразностью и эмерджентностью – не сводимость к простому суммарному эффекту. Иногда ее опреде-
ляют, как несводимость к сумме свойств элементов. Раскроем понятийное
описание приведенных общесистемных свойств.
Целостность системы (определяет свойства системы в целом, ино-
гда употребляют интегративность и это означает, что каждый элемент системы вносит вклад в достижение цели (целевой функции), которую
должна обеспечивать система. Целостность системы проявляется также и в
том, что связи между элементами внутри ее прочнее, чем связи тех же элементов за ее пределами, т.е. со средой.
Структурность системы означает ее упорядоченность, определен-
ный состав элементов и связей или отношений между элементами. В некоторых работах под этим свойством понимают организованность. Здесь
уместно напомнить, что еще А. А. Богданов в своей «тектологии» свойству
2. Основные свойства систем и их классификация
22
организованности придавал особое значение и по степени организованности выделял три вида систем. Чистые философы считают, что между функ-
цией и структурой системы существует такая же связь, как между философскими категориями содержания и формы. Изменение содержания
(функций) приводит к изменению формы (структуры).
Целесообразность – это свойство определяет назначение системы в
виде выполняемых ею функций. Поэтому в некоторых источниках это свойство определяют, как функциональность системы.
Эмерджентность – существует несколько различных трактовок
этого свойства:
1. Принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств
составляющих её элементов. В [22] для формализации этого свойства используется математический символ простой суммы. Иногда можно встретить такую трактовку свойства эмерджентности.
2. У системы появляются свойства, не присущие свойствам отдель-
ных элементов системы. Некорректность таких толкований термина эмерджентность вызывает вопрос: зачем создавать (если это искусственная
система) систему, если какой-то из ее элементов или совокупность из нескольких элементов обладает свойством всей системы? Детальный анализ
существующих определений эмерджентности показывает, что однозначное
толкование этого термина, по нашему мнению, должно быть таким: это появление нового свойства (свойств), которого (которых) нет ни у одного со-
четания свойств всех элементов системы. Отличие приведенного определения от существующих состоит в том, что в существующих определениях
учитываются либо свойства всех элементов, либо каждого элемента в отдельности. В предлагаемом определении учитываются и все возможные сочетания свойств элементов. Тогда формализованная запись этого термина
будет такой:
1
n
n
нi
i
yC
=
, где
н
y
– это новое свойство, а
n
i
C
– сочетание
свойств всех n элементов по i элементов. Так, например, если n = 3, то
3
3 3 3 3
1 2 3
1
3 2 1 6.
i
i
C C C C
=
= + + = + + =
В соответствии же с [22] всего вариантов
будет только 3.
2.1. Основные свойства систем
23
Эмерджентность иногда отождествляют с целостностью [22].
Кроме системообразующих свойств (факторов) при рассмотрении
вопросов системного анализа приходится использовать значительное
число других терминов и понятий. К таким терминам относятся: элемент,
компонент, структура, подсистема, иерархия, надсистема, связь и отношение, функциональность, состояние, внешняя среда (окружение), модель
системы, вход и выход системы, процесс.
Рассмотрим смысловое содержание приведенных терминов и понятий.
Элемент – простейшая неделимая часть системы.
Компонент – некоторое число (группа) элементов системы, для ко-
торой не определена цель и не выполняется свойство целостности.
Структура – в переводе с латинского языка означает строение,
расположение, порядок. Структурой определяются наиболее существенные связи и взаимоотношения между элементами и компонентами системы. Она играет основную роль в формировании новых свойств системы, отличных от свойств ее элементов и компонентов, в поддержании
целостности системы.
Подсистема – это группа элементов или компонентов, структурно
объединенных внутри системы и выполняющая определенную функцию.
Иерархия – это многоуровневая упорядоченность компонентов и
подсистем в системе по степени важности.
Надсистема – группа подсистем для высшего уровня иерархии.
Связь и отношение – обеспечивают возникновение и сохранение
структуры и целостных свойств системы и являются важнейшими свойствами систем. Связи могут быть вещественными (в технических и биологических системах) и абстрактными (в социальных системах).
Функциональность – это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Функциональностью определяется и цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.
Внешняя среда – множество объектов (они могут не быть системами)
и систем вне данной системы, которые могут оказывать влияние на данную
систему и сами находиться под ее влиянием.
Модель системы – описание системы, отображающее определённую группу её свойств (разд. 3 данного учебного пособия будет полностью посвящен моделям и моделированию). Модель системы позволяет
2. Основные свойства систем и их классификация
24
предсказывать её поведение при определённых условиях развития и существования.
Вход и выход – это те элементы или компоненты системы, посред-
ством которых она осуществляет связь с внешней средой, т.е. среда или
наблюдатель оказывает влияние на систему, а система – на среду или
наблюдателя. В технических системах это материальные элементы. Например, в системе радиоприемник или телевизор входом является антенна, физически связанная с гнездом (элемент) входа приемного блока (компонент).
Выходом радиоприемника является динамик или наушники (элементы для
воспроизведения звука), а у телевизора выходами являются экран и динамик. Входов и выходов у системы может быть много. Например, у биологических систем входами являются органы чувств, а выходами – органы
выделения отходов жизнедеятельности.
Состояние системы – это множество значений характеристик си-
стемы в некоторый момент времени.
Процесс в системе – совокупность состояний системы, соответству-
ющих упорядоченному непрерывному или дискретному изменению некоторого свойства системы.
В самом общем графически наглядном виде упрощенную модель
любой системы можно представить в виде, приведенном на рис. 2.
Рис. 2. Упрощенная наглядная модель системы
2.2. Роль обратных связей и отношений в системах
25
2.2. Роль обратных связей и отношений в системах
Сразу надо отметить «парность» этого системного свойства, которое
выражено двумя словами – связь и отношение. В одних случаях употребляется слово «связь», а в других «отношение». Слово «связь» употребляется в
основном в технических и биологических системах как некоторый ее элемент, когда, образно говоря, мы можем ее увидеть и пощупать или измерить.
Слово «отношение» обычно употребляется в организационных системах:
экономических, социальных, политических. Например, мы употребляем
слово «отношение», когда хотим подчеркнуть отношение родства некоторых
людей: «Иванов – двоюродный брат Сидорова» или «спад стоимости нефти
привел к подорожанию бензина, что противоречит здравому смыслу».
Обратные связи и отношения играют огромную роль во всех системах без исключения. «Это понятие характеризует и строение (статику) и
функционирование (динамику) системы … Связь характеризуется направлением, силой и характером. По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. По второму признаку различают сильные и слабые связи. По характеру выделяют связи подчинения, равноправные, генетические, связи управления. Различают также связи по направленности
процессов – прямые и обратные. Обратные связи могут быть положительными, сохраняющими тенденции происходящих в системе изменений того
или иного параметра, и отрицательными – противодействующими тенденциям изменения выходного параметра. Обратная связь является основой
приспособления (адаптации) систем к изменяющимся условиям существования, основой саморегулирования и развития систем. Как правило, выделяются внутренние и внешние связи. Внешняя связь – связь системы со
средой» [23. С. 14–15].
Обратные связи обеспечивают целостность существованию си-
стемы. Любая система всегда существует в условиях изменяющейся внешней среды. Эти условия оказывают влияние на функционирование системы,
в результате чего могут происходить нежелательные изменения некоторых
ее параметров. Но эти изменения не должны выходить за некоторые пределы, иначе будет нарушена целостность системы, и она прекратит свое
существование. Предотвращению этого явления помогает некоторый запас
прочности целостности системы, который обеспечивает ее равновесие со
2. Основные свойства систем и их классификация
26
средой. Устойчивость такого равновесия выражается в обобщенном принципе Ле Шателье (французский физик и химик, 1850–1936). Обобщение
принципа Ле Шателье применительно к любым сложным системам называется законом адаптации. Он заключается в том, что «всякая система
стремится измениться таким образом, чтобы свести к минимуму эффект
внешнего воздействия».
Для возможных состояний любых систем введены специальные тер-
мины: гомеостаз (др.-греч. – неподвижность) и гомеокинез (от греч.
kinetikos – приводящий в движение), в узком смысле представляющий из
себя подвижное равновесие. В широком смысле гомеокинез – это комплекс
процессов, обеспечивающих поддержание гомеостаза.
О гомеостазе говорят, если интегральные параметры системы при
условии отсутствия изменений внешней среды остаются постоянными (это
достигается саморегуляцией, поддержанием динамического равновесия).
Если же они колеблются в пределах некоторого среднего значения, то система находится в состоянии гомеокинеза (осуществляется динамический
процесс постоянного изменения ряда параметров).
Состояние гомеостаза в естественных (природных) системах наблю-
даются значительно реже, чем состояние гомеокинеза. Это вызвано тем, что
даже при отсутствии резких изменений внешней среды параметры систем
колеблются во времени в допустимых пределах. Но важно то, что оба состояния возможны только при сохранении системой целостности и структуры.
В искусственных (технических) системах для поддержания состояния гомеостаза используются специальные элементы, обеспечивающие обратные связи и регулирующие тем самым необходимые режимы их функционирования. В биологических и социальных системах роль обратных
связей в поддержании состояния гомеостаза проявляется сложнее. Но в любых своих проявлениях обратные связи обеспечивают существование си-
стемы как целого.
Смена состояний системы может иногда сопровождаться и структурными перестройками. Но система при этом может сохранять свои
наиболее важные показатели, оставаясь целостной. Это может быть лишь
в том случае, если наиболее важная часть компонентов системы сохраняется, а совсем исчезать могут лишь некоторые элементы системы. Такая
смена состояний системы называется кризисом. При кризисе система не
2.2. Роль обратных связей и отношений в системах
27
разрушается, но вынуждено происходит ее адаптация к новым условиям
существования путем коррекции структуры. К таким явлениям относятся
кризисы в экономических системах, и они сопровождаются структурной
перестройкой экономики. Значительные изменения могут происходить
только на уровне элементов в виде ликвидации отдельных предприятий
или их перепрофилированием.
В экономических и социальных системах могут происходить и бо-
лее глубокие, кардинальные изменения. Такие изменения чаще всего навязываются системе из внешней среды. При глубоких изменениях системы
уже массово исчезают не только старые элементы, но и отдельные ком-
поненты. На их месте могут появляться новые компоненты. Интегральные
показатели систем существенно меняются. Такие изменения систем называются катастрофами.
Для катастроф в экономических системах характерно разрушение
всего хозяйственного комплекса страны, которое может произойти в результате войны или революции. Примером катастрофы экономической си-
стемы является Гражданская война в России (1917–922 гг.).
Еще более радикальные изменения системы называются катаклиз-
мами. Катаклизм приводит к полному разрушению системы. При этом ис-
чезает большинство компонентов и элементов системы. Восстановление
старой системы после катаклизма невозможно. Но можно построить новую
систему с использованием элементов старой, исчезнувшей.
Примером катаклизма можно считать распад Югославии (1991–2008),
в результате которых бывшая Социалистическая Федеративная Республика
Югославия (СФРЮ) разделилась на шесть независимых стран и одно частично признанное государство.
Примечание. Слово катаклизм происходит от греч. kataklysmos и
переводится как наводнение, потоп. Поэтому чаще всего его связывают с
природными явлениями. Катаклизм – это та же катастрофа, только в глобальном масштабе. О катаклизме говорят, например, в случае резкого перелома в характере и условиях органической жизни на обширном пространстве земной поверхности под влиянием разрушительных атмосферных и вулканических процессов.
Таким образом, для разрушительного явления местного значения используют слово катастрофа, а для глобального – катаклизм. Исходя из
2. Основные свойства систем и их классификация
28
изложенного, катаклизмом, например, следует считать пандемию Бубонной чумы (1330–1351), которая забрала на тот свет 75 млн человек, что составляет от 30 до 60 процентов населения Европы. Очевидно, и пандемию
короновирусной инфекции COVID-19, случившуюся на планете в наши
дни, тоже следует отнести к катаклизму.
2.3. Классификация систем
Классификация играет важную роль в процессах познания и обуче-
ния. Она помогает исследователю ориентироваться в массе накопленных
фактов, их обобщению и прогнозированию, а обучаемому облегчает понимание и усвоение изучаемого материала. Научная классификация помогает
ученому ориентироваться в массе накопленных фактов, своевременно
отыскивать необходимые ему для работы данные. Это важно особенно тогда, когда научная теория отстает от объема накопления новых фактов.
В этом случае классификация является одним из важных и необходимых
средств ликвидации разрыва между эмпирической базой науки и ее теоретическими построениями.
Классификации позволяют решать целый ряд познавательных задач,
сводя многообразие материала к сравнительно небольшому числу классов,
видов, групп и т.д. Классификации способствуют выявлению новых понятий
и терминов, обнаружению регулярности устойчивых признаков и отношений, эмпирических закономерностей, подведению итогов предшествующих
исследований и предсказанию существовавших, но ранее неизвестных объектов или их свойств, установлению новых связей и зависимостей между уже
известными объектами и фактами. Не исключено, что система, в принципе,
может быть одновременно охарактеризована несколькими признаками, и ей
может быть найдено место одновременно в разных классификациях.
Классическим примером, подтверждающим значение научной класси-
фикации, является открытие периодической системы элементов Д. И. Менделеевым, что создало возможности не только описывать свойства уже имеющихся элементов, но и предсказывать появление новых. Большую роль в
развитии биологии сыграла классификация животных и растений шведским физиологом Карлом Линнеем. Огромное число классификаций используется в физике, социологии, лингвистике и других науках.
2.3. Классификация систем
29
Толковый словарь Ушакова дает такое определение: «Классификация – это система распределения предметов, явлений или понятий какойнибудь области на классы, разделы и разряды». Основным вопросом при
создании классификации является выбор классифицирующего признака
или, иначе критерия, по которому будет выполняться распределение.
Ю. П. Сурмин, так говорит о назначении классификации: «Самое важное
назначение классификации – описание свойств ее классов и подклассов, видов и подвидов систем, что позволяет использовать ее для идентификации
конкретных систем, с которыми сталкиваются люди в тех или иных областях деятельности» [16. С. 76].
Классифицирующие признаки могут быть существенными и несущественными. Если классификация выполняется по существенному признаку, то она называется естественной (основной), а если по несущественному признаку, то такая классификация называется вспомогательной.
Вспомогательная классификация используется в основном в практической
деятельности, для которой более подходящим термином является система-
тизация. На бытовом уровне под систематизацией понимается процесс
приведения в порядок чего-либо. Например, если надо привести в порядок
(упорядочить) расстановку книг в книжном шкафу по тематикам или файлы
на компьютере распределить по папкам. В первом случае систематизация помогает быстрее найти нужную книгу, а во втором – нужный файл.
Классификация систем представляет довольно сложную проблему,
которая на данный момент ещё не получила окончательного разрешения в
науке. Это связано с тем, что существует огромное число объектов и явлений, которые мы называем системами. Усугубляет положение и трудность
выделения у разных систем общих существенных признаков, по которым
можно было бы распределять различные системы на классы. Поэтому привести единую классификацию для всех систем невозможно.
Обычно в учебных материалах приводятся примеры наиболее известных и распространенных классификаций. Их приводят в двух формах:
наглядно- графической и описательной. Одна из таких наглядно-графических классификаций предложена С. А. Саркисяном с соавторами [24]. Данная классификация приведена на рис. 3.
Даже без приложения особых усилий заметен недостаток данной
классификации – в ней отсутствуют материальные системы (биологические, физиологические, социальные).
2. Основные свойства систем и их классификация
30
Рис. 3.
Классификация систем по С. А. Саркисяну
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]