Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория технических систем и методы инженерного творчества в решении задач автоматизации технологических процессов. Учебное пособие
.pdf
окружением – со средой (значимой или существенной для системы), надсистемой,
подчиненными системами.
Коммуникативность. Эта закономерность составляет основу определения системы В.Н. Садовским и Э.Г. Юдиным, из которого следует, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой сложное и неоднородное образование, содержащее надсистему (си-
стему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой си-
стеме), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного
уровня с рассматриваемой.
Такое сложное единство со средой названо закономерностью коммуникатив-
ности, которая в свою очередь легко помогает перейти к иерархичности как законо-
мерности построения всего мира и любой выделенной из него системы.
Иерархичность. Закономерности иерархичности или иерархической упорядо-
ченности были в числе первых закономерностей теории систем, которые выделил и
исследовал Людвиг фон Берталанфи. Он, в частности, показал связь иерархической
упорядоченности мира с явлениями дифференциации и негэнтропийными тенденци-
ями, то есть с закономерностями самоорганизации, развития открытых систем, рас-
сматриваемыми ниже. На выделении уровней иерархии природы базируются некото-
рые классификации систем, и в частности рассмотренная классификация К. Боул-
динга.
На необходимость учитывать не только внешнюю структурную сторону иерар-
хии, но и функциональные взаимоотношения между уровнями обратил внимание ака-
демик В.А. Энгельгардт. На примерах биологических организаций он показал, что
более высокий иерархический уровень оказывает направляющее воздействие на ни-
жележащий уровень, подчиненный ему, и это воздействие проявляется в том, что под-
чиненные члены иерархии приобретают новые свойства, отсутствовавшие у них в
изолированном состоянии (подтверждение положения о влиянии целого на элементы,
приведенного выше), а в результате появления этих свойств формируется новый, дру-
гой «облик целого» (влияние свойств элементов на целое). Возникшее таким образом
новое целое приобретает способность осуществлять новые функции, в чем и состоит
41
цель образования иерархий. Иными словами, речь идет о закономерности целостно-
сти (эмерджентности) и её проявлении на каждом уровне иерархии.
Эти особенности иерархических структур систем (или как принято иногда го-
ворить иерархических систем) наблюдаются не только на биологическом уровне раз-
вития Вселенной, но и в социальных организациях, при управлении предприятием,
объединением, государством, при представлении замысла проектов сложных техни-
ческих комплексов и тому подобное.
Исследования 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 иерархиче-
ской структуры. В частности, если даже между элементами одного уровня иерархии
нет явных связей («горизонтальных»), то они все равно взаимосвязаны через выше-
стоящий уровень.
Например, в производственной и организационной структурах предприятия от
вышестоящего уровня зависит, какой из этих элементов будет выбран для поощрения
(при предпочтении одних исключается поощрение других) или, напротив, какому из
элементов будет поручена непрестижная или невыгодная работа (опять-таки это осво-
бодит от нее других). Неоднозначно можно также трактовать связи между уровнями
иерархических систем.
Таким образом, иерархические представления помогают лучше понять и иссле-
довать феномен сложности.
Выделим основные особенности иерархической упорядоченности с точки зре-
ния полезности их использования в качестве моделей системного анализа.
В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только
между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии иссле-
дуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные
взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями. По метафорической
формулировке, используемой Кёстлером, каждый уровень иерархии обладает свой-
ством «двуликого Януса»: «лик», направленный в сторону нижележащего уровня,
42
имеет характер автономного целого (системы), а «лик», направленный к узлу (вер-
шине) вышестоящего уровня, проявляет свойства зависимой части (элемента выше-
стоящей системы, каковой является для него составляющая вышестоящего уровня,
которой он подчинен).
Эта конкретизация закономерности иерархичности объясняет неоднозначность
использования в сложных организационных системах понятий «система» и «подси-
стема», «цель» и «средство» (элемент каждого уровня иерархической структуры це-
лей выступает как цель по отношению к нижележащим и как «подцель», а начиная с
некоторого уровня, и как «средство» по отношению к вышестоящей цели), что часто
наблюдается, как отмечалось выше, в реальных условиях и приводит к некорректным
терминологическим спорам.
Важнейшая особенность иерархической упорядоченности как закономерности
заключается в том, что закономерность целостности (то есть качественные изменения
свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компо-
нентами нижележащего) проявляется в ней на каждом уровне иерархии. При этом
объединение элементов в каждом узле иерархической структуры приводит не только
к появлению новых свойств у узла и утрате объединяемыми компонентами свободы
проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член
иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном со-
стоянии.
Благодаря этой особенности с помощью иерархических представлений можно
исследовать системы и проблемные ситуации с неопределенностью.
При использовании иерархических представлений как средства исследования
систем с неопределенностью происходит как бы расчленение «большой» неопреде-
ленности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию. При этом даже если
эти «мелкие неопределенности» не удается полностью раскрыть и объяснить, то все
же иерархическое упорядочение частично снимает общую неопределенность, обеспе-
чивает, по крайней мере, управляемый контроль над принятием решения, для которого используется иерархическое представление.
43
Однако следует иметь в виду, что в силу закономерности целостности одна и та
же система может быть представлена разными иерархическими структурами. Причем
это зависит: а) от цели (разные иерархические структуры могут соответствовать раз-
ным формулировкам цели); б) от предыстории развития лиц, формирующих струк-
туру: при одной и той же цели, если поручить формирование структуры разным ли-
цам, то они в зависимости от их предшествующего опыта, квалификации и знания
объекта могут получить разные структуры, то есть по-разному раскрыть неопределенность проблемной ситуации.
В связи со сказанным на этапе структуризации системы (или её цели) можно (и
нужно) ставить задачу выбора варианта структуры для дальнейшего исследования
или проектирования системы, для организации управления технологическим процес-
сом, предприятием, проектом и так далее. Для того чтобы помочь в решении подоб-
ных задач, разрабатывают методики структуризации, методы оценки и сравнитель-
ного анализа структур, примеры которых будут рассмотрены в последующих главах.
2.3 Закономерности осуществимости систем
Проблема осуществимости систем является наименее исследованной. Рассмот-
рим некоторые из закономерностей, помогающие понять эту проблему и учитывать
ее при определении принципов проектирования и организации функционирования
систем управления
Эквифинальность. Эта закономерность характеризует как бы предельные воз-
можности системы. Людвиг фон Берталанфи, предложивший этот термин, определил
эквифинальность как «способность в отличие от состояния равновесия в закрытых
системах, полностью детерминированных начальными условиями, ...достигать не за-
висящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и опре-
деляется исключительно параметрами системы».
По Людвига фон Берталанфи можно говорить об уровне развития крокодила,
обезьяны и характеризовать их предельными возможностями, предельно возможным
состоянием, к которому может стремиться тот или иной вид, а соответственно, и
44
стремлением к этому предельному состоянию из любых начальных условий, даже
если индивид появился на свет раньше положенного времени или провел, подобно
Маугли, некоторый начальный период жизни в несвойственной ему среде.
Живые организмы по мере эволюции усложняются, и в разные периоды их
жизни можно наблюдать различные состояния эквифинальности. В наибольшей мере
это проявляется у человека, что является предметом изучения многих исследователей
– биологов, философов, инженеров, которые выделяют примерно следующие уровни
(называемые по-разному): материальный, эмоциональный, семейно-обществен-
ный, социально-общественный, интеллектуальный и тому подобное.
Потребность во введении понятия эквифинальности возникает начиная с неко-
торого уровня сложности систем. Людвиг фон Берталанфи не получил ответы на вопросы: какие именно параметры в конкретных условиях обеспечивают эквифиналь-
ность? Как проявляется закономерность эквифинальности в сообществах, в организа-
ционных системах? Однако закономерность заставляет задуматься о предельных воз-
можностях создаваемых предприятий, организационных систем управления отрас-
лями, регионами, государством.
В этой связи особый интерес представляют исследования возможных уровней
существования социально-общественных систем, что важно учитывать при определении целей системы.
Закон «необходимого разнообразия». На необходимость учитывать предельную осуществимость системы при ее создании, впервые в теории систем обратил внимание У.Р. Эшби. Он сформулировал закономерность, известную под названием за-
кон «необходимого разнообразия».
Для задач принятия решений наиболее важным является одно из следствий этой
закономерности, которое можно упрощенно пояснить на следующем примере.
Когда исследователь (лицо, принимающее решение, наблюдатель) N сталкивается с проблемой D решение которой для него неочевидно, то имеет место некоторое
разнообразие возможных решений VD. Этому разнообразию противостоит разнообра-
зие мыслей исследователя (наблюдателя) VN. Задача исследователя заключается в
45
том, чтобы свести разнообразие VD–VN к минимуму, в идеале
(VD–VN)→ 0.
Эшби доказал теорему, на основе которой сформулировал следующий вывод:
«Если VD дано постоянное значение, то VD–VN может быть уменьшено, лишь за счет
соответствующего роста VN. Говоря более образно, только разнообразие в N может
уменьшить разнообразие, создаваемое в D; только разнообразие может уничтожить
разнообразие».
Сказанное означает, что, создавая систему, способную справиться с решением
проблемы, обладающей определенным, известным разнообразием (сложностью),
нужно обеспечить, чтобы система имела еще большее разнообразие (знания методов
решения), чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать в себе
это разнообразие (владела бы методологией, могла разработать методику, предло-
жить новые методы решения проблемы).
Применительно к системам управления закон «необходимого разнообразия»
может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей системы (системы управления) Vsu должно быть больше (или, по крайней мере, равно)
разнообразию управляемого объекта Vou:
Vsu>Vou.
Использование этого закона при разработке и совершенствовании систем
управления предприятиями и организациями помогает увидеть причины проявляю-
щихся в них недостатков и найти пути повышения эффективности управления.
Например, В.И. Терещенко предложил следующие пути совершенствования
управления при усложнении производственных процессов:
1) Увеличение V
, что может быть достигнуто путем роста численности аппа-
su
рата управления, повышения его квалификации, механизации и автоматизации управ-
ленческих работ (этот путь был предложен в 60-е годы XX века исчерпан); уменьшение Vou за счет установления более четких и определенных правил поведения компо-
46
нентов системы: унификации, стандартизации, типизации, введения поточного про-
изводства, сокращения номенклатуры деталей, узлов, технологической оснастки и
тому подобное.
Это и пытались делать в 70-е годы XX века, вплоть до типизации разработки
сложных технических комплексов, автоматизированных систем управления и
оргструктур предприятий, что входит в противоречие с характеристиками, обеспечи-
вающими существование объекта как развивающейся системы, – такими, как уни-
кальность, необходимость развития активного начала, негэнтропийных тенденций
для реализации адаптивности, способности приспосабливаться к изменяющимся
условиям, разрабатывая варианты решения и даже преобразуя при необходимости
структуру и так далее.
2) Снижение уровня требований к управлению, то есть сокращение числа по-
стоянно контролируемых и регулируемых параметров управляемой системы.
Такой путь можно реализовать с помощью ограничения контролируемых пара-
метров, что далеко не всегда желательно с точки зрения качества выпускаемой про-
дукции и производственной дисциплины, если наряду с принципом контроля не
предусмотрены иные методы управления.
3) Самоорганизация объектов управления.
Создание саморегулирующихся подразделений: цехов, участков с замкнутым
циклом производства, с относительной самостоятельностью и ограничением вмеша-
тельства централизованных органов управления предприятием и тому подобное.
К середине 70-х годов XX века первые три пути были исчерпаны, и основное
развитие получил четвертый путь на основе более широкой его трактовки –внедрение
хозрасчета, самофинансирования, самоокупаемости и тому подобное. Однако при-
вычка к жесткому контролю и директивным указаниям не позволила осуществить
намеченные реформы: появились регламентируемые формы хозрасчета, норматив-
ные документы, сдерживающие развитие самостоятельности предприятий и реализа-
цию принятых в тот период принципов управления.
Закономерность потенциальной эффективности. Развивая идею В.А. Ко-
тельникова о потенциальной помехоустойчивости систем, Б.С. Флейшман связал
47
сложность структуры системы со сложностью ее поведения; предложил количествен-
ные выражения предельных законов надежности, помехоустойчивости, управляемо-
сти и других качеств систем; и показал, что на их основе можно получить количе-
ственные оценки осуществимости систем с точки зрения того или иного качества –
предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных
систем.
Эти оценки исследовались применительно к техническим и экологическим си-
стемам и пока еще мало используются для производственных систем. Потребность в
таких оценках на практике ощущается все более остро. Например, нужно определять,
когда исчерпываются потенциальные возможности существующей организационной
структуры и возникает необходимость в ее преобразовании, когда устаревают и тре-
буют обновления производственные комплексы, оборудование и тому подобное. Воз-
можности применения закономерности потенциальной эффективности к задаче опре-
деления «порога осуществимости» организационной системы исследовал
В.И. Самофалов.
Использование закономерностей построения, функционирования и развития
систем помогает уточнить представление об изучаемом или проектируемом объекте,
позволяет разрабатывать рекомендации по совершенствованию организационных си-
стем, методик системного анализа.
2.4 Закономерности развития систем
В последнее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при
моделировании систем принципов их изменения во времени, для понимания которых
могут помочь закономерности рассматриваемой группы.
Историчность. Хотя, казалось бы, очевидно, что любая система не может быть
неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает,
и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и
даже смерти (гибели) биологических и социальных систем, все же для конкретных
случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов
48
трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструк-
торы технических систем учитывают, что время является непременной характеристи-
кой системы, что каждая система подчиняется закономерности историчности и что
эта закономерность – такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и другие.
Поэтому в практике проектирования и управления на необходимость учета за-
кономерности историчности начинают обращать все больше внимания. При этом за-
кономерность историчности можно учитывать не только пассивно фиксируя старе-
ние, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая «меха-
низмы» реконструкции, реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.
В частности, при разработке технических комплексов предусматривают «жиз-
ненные циклы», «очереди» (автоматизированная система управления предприятием
(АСУП) 1-й, 2-й очереди и так далее). Так, при разработке АСУП рекомендовалось
примерно в середине «жизненного цикла» разработки предшествующей очереди раз-
вития автоматизированной системы начинать концептуальное проектирование и фор-
мирование технического задания (ТЗ) на проектирование последующей очереди
АСУП.
Аналогичная процедура обновления Комплексной программы (прогноза) и Ос-
новных направлений экономического и социального развития страны в середине каждой пятилетки была предусмотрена в период реформ 70-х годах XX века.
При создании сложных технических комплексов предлагают корректировать
технический проект с учетом старения идеи, положенной в его основу, уже в процессе
проектирования и создания системы; рекомендуют в процессе проектирования рас-
сматривать не только вопросы создания и обеспечения развития системы, но и вопрос
о том, когда и как ее нужно уничтожить (возможно, предусмотрев «механизм» ее уни-
чтожения или самоликвидации) и рекомендуют при создании технической докумен-
тации, сопровождающей систему, включать в нее не только вопросы эксплуатации
системы, но и срок жизни, ликвидацию.
В настоящее время при регистрации предприятий требуется, чтобы в Уставе
был предусмотрен этап ликвидации предприятия.
49
Закономерность самоорганизации. В числе основных особенностей самоор-
ганизующихся систем с активными элементами были названы способность противо-
стоять энтропийным тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся
условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и тому подобное. В основе
этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность,
базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух проти-
воречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развива-
ющихся, открытых систем справедлив второй закон термодинамики («второе
начало»), то есть стремление к возрастанию энтропии; а с другой стороны, наблюда-
ются негэнтропийные тенденции, лежащие в основе эволюции.
Дж. ван Гиг называет эту особенность развивающихся систем «дуализмом».
Обе тенденции присущи всем уровням развития материи. Однако на уровнях
неживой природы негэнтропийные тенденции слабы и их редко удается измерить, а
по мере развития материи, особенно начиная с биологического уровня, противодей-
ствие «второму началу» становится явно наблюдаемым (что и послужило для
Людвига фон Берталанфи основанием для выделения особого класса открытых
систем, обладающих специфическими закономерностями, и в частности наличием
негэнтропийных тенденций, противостоящих «второму началу»). А у человека и в ор-
ганизационных системах негэнтропийные тенденции не только наблюдаются, но ино-
гда и измеряются (например, по соответствующим тестам можно определить природ-
ную любознательность или «школьный потенциал» личности, являющийся основой
ее активности в познавательной и преобразующей деятельности).
При моделировании негэнтропийных тенденций в технических системах
Я.З. Цыпкин ввел понятие адаптивности и разработал теорию адаптивных систем.
Первоначально этот термин был перенесен и на организационные системы. Однако
удобнее оказалось для таких систем ввести термин повышение организованности, по-
рядка и назвать закономерность проявления негэнтропийных тенденций закономер-
ностью самоорганизации.
Исследованием процессов самоорганизации занимаются различные научные
направления – от химии и биологии до кибернетики и теории систем. В становление
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]