T_sist_Pavlov

20

Подсистемам предоставляется определенная свобода и в выборе целей. Поэтому многоэшеллонные структуры называют также многоцелевыми. Естественно, что при предоставлении прав самостоятельности в принятии решений подсистемы могут формировать проиворечивые цели и решения, что затрудняет управление. Разрешение конфликтов достигается путем вмешательства вышестоящего эшелона. Управляющие воздействия для разрешения этих противоречий со стороны вышестоящих уровней иерархии могут быть разной силы. Поэтому управляющие воздействия разделены двумя понятиями: «управление» и «координация». Пи этом координация может иметь разную силу воздействия («вмешательства») и осуществляется в разной форме. В связи с этим теорию многоуровневых систем М. Месаровича иногда называют теорией координации.

Матричные структуры. В форме матричного представления могут быть представлены взаимоотношения между уровнями иерархической структуры. Например, древовидная иерархическая структура может быть представлена матричной структурой, что иногда удобнее на практике при оформлении планов, поскольку, помимо иерархической соподчиненности тематической основы плана, в нем нужно указать исполнителей, сроки выполнения, формы отчетности и т.д.

В виде двумерной матричной структуры могут быть представлены взаимоотношения между уровнями иерархии со «слабыми» связями; при этом в матрице может быть охарактеризована и сила связей.

Матричные структуры могут быть и многомерными. Но графическое их представление становится неудобным.

Смешанные иерархические структуры с вертикальными и гори-

зонтальными 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 можно считать их развитием стратифицированного представления.

В таких смешанных иерархических структурах могут быть как вертикальные связи разной силы (управление, координация), так и горизонтальные взаимодействия между элементами (подсистемами) одного уровня. В качестве примера приведем модель структуры управления государством, которая была положена в основу концепции общегосударственной автоматизированной системы управления (ОГАС). На рис.1.12 за основу принято многоуровневое представление: на верхнем уровне расположены общегосударственные (территориальные) и отраслевые органы управления; на среднем – республиканские органы управления; на нижнем – предприятия и организации. Для простоты на рисунке не показан еще один уровень − региональный, т.е. уровень областей, краев. В этой структуре существовала древовидная подчинен-

21

ность исполнительных органов управления регионального, республиканского

иобщегосударственного уровней.

Вто же время предприятия и организации имели, как правило, двойное подчинение отраслевым министерствам и территориальным органам управления, т.е. имела место иерархия со слабыми связями.

Всвою очередь, между общегосударственными органами управления при принятии решений по сложным проблемам устанавливаются горизонтальные взаимодействия.

легкой

Рис. 1.12

Смешанный характер носит и организационная структура современного предприятия (объединения, акционерного общества и т.д.). Оргструктуры, называемые матричными, являются фактически тоже смешанными, поскольку они сочетают матричные и иерархические представления.

Структуры с произвольными связями. Этот вид структур обычно используется на начальном этапе познания объекта, новой проблемы, когда идет поиск способов установления взаимоотношений между компонентами, нет ясности в характере связей между элементами, не могут быть определены не только последовательности их взаимодействия во времени (сетевые модели), но и распределение элементов по уровням иерархии. Такое представление − без связей и со всеми связями (рис 1.13) − отражает только разные подходы к исследованию проблемы (можно последовательно убирать ненужные связи, а можно только добавлять).

22

Рис. 1.13

1.4 Классификация систем

Примеры классификации систем. Системы разделяются на классы по различным признакам. Предпринимались попытки классифицировать системы по виду отображаемого объекта (технические, биологические, экономические и т.д.); по виду научного направления, используемого для их моделирования (математические, физические, химические и т.д.). Системы делят на детерминированные и стохастические; открытые и закрытые; абстрактные и материальные (существующие в объективной реальности) и т.д.

Классификации всегда относительны. Цель любой классификации – ограничить выбор подходов к отображению системы, сопоставить выделенным классам примеры и методы системного анализа и дать рекомендации по выбору методов соответствующего класса систем. Рассмотрим для примера некоторые из наиболее важных классов классификаций систем.

Открытые и закрытые системы. Понятие открытой системы ввел Л.

фон Берталанфи. Основная отличительная черта открытых систем – способность обмениваться со средой массой, энергией и информацией. В отличие от них, закрытые или замкнутые системы предполагаются полностью лишенными этой способности, т.е. изолированными от среды.

Целенаправленные, целеустремленные системы. Не всегда при изуче-

нии систем можно применять понятие цель. Однако при изучении экономических, организационных объектов важно выделять класс целенаправленных или целеустремленных систем.

Вэтом классе можно выделить системы, в которых цели задаются извне (обычно в закрытых системах), и системы, в которых цели формируются внутри системы (характерно для открытых, самоорганизующихся систем).

Классификация систем по сложности. Существуют несколько под-

ходов к разделению систем по сложности. Так Г.Н. Пивоваров связывает сложность с размерами системы.

Вто же время существует точка зрения, что большие (по величине, количеству элементов) и сложные (по сложности связей, алгоритмов поведения) системы – это разные классы систем.

23

Б.С. Флейшман за основу классификации принимает сложность поведения систем.

Одна из наиболее полных и интересных классификаций по уровням сложности предложена К. Боулдингом. Выделенные им уровни приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

В этой классификации каждый последующий класс включает в себя предыдущий, характеризуется большим проявлением свойств открытости и стохастичности поведения, более ярко выраженными проявлениями закономерностей иерархичности и историчности, а также сложными механизмами функционирования и развития.

Классификация систем по степени организованности и ее роль в выборе методов моделирования систем. Впервые разделение систем по степени организованности по аналогии с классификацией Г. Саймона и А. Ньюэлла (хорошо структурированные, плохо структурированные и неструктурированные проблемы) было предложено В.В. Налимовым, который выде-

лил класс хорошо организованных и класс плохо организованных или диффуз-

ных систем.

24

Позднее был добавлен еще класс самоорганизующихся систем, который включает саморегулирующиеся, самообучающиеся, самонастраивающиеся и т.д. системы.

Выделенные классы можно рассматривать как подходы к отображению объекта или решаемой задачи.

Кратко охарактеризуем эти классы.

1.Представление объекта или процесса принятия решения в виде хорошо организованной системы возможно в тех случаях, когда исследователю удается определить все элементы системы и их взаимосвязи между собой и с целями системы в виде детерминированных (аналитических, графических) зависимостей.

Большинство моделей физических процессов и технических систем представлены в этом классе организованных систем.

При представлении объекта в виде хорошо организованной системы задачи выбора целей и определения средств их достижения (элементов, связей) не разделяются. Проблемная ситуация может быть описана в виде выражений, связывающих цель со средствами (т.е. в виде критерия функционирования, критерия или показателя эффективности, целевой функции и т.д.), которые могут быть представлены уравнениями, формулами, системами уравнений и т.д. При этом иногда говорят, что цель представляется в виде критерия функционирования или эффективности, в то время как в подобных выражениях объединены и цель и средства.

Представления объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда может быть предложено детерминированное описание и экспериментально показана правомерность его применения, т.е. экспериментально доказана адекватность модели реальному объекту или процессу.

Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач практически безрезультатны, т.к. требуют больших затрат времени и не удается показать адекватность модели (поставить эксперимент).

2.При представлении объекта в виде плохо организованной или диффузной системы не ставится задача определить все учитываемые компоненты

иих связи с целями системы.

Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые выявляются на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а путем изучения определенной с помощью некоторых правил достаточно представительной выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические и т.д.) и распространяют эти закономерности на поведение системы в целом.

25

Отображение объектов в виде диффузных систем находит широкое применение при определении пропускной способности систем, при определении численности штатов в обслуживающих учреждениях, при исследовании документальных потоков информации и т.д.

3. Отображение объектов в виде самоорганизующихся систем позволяет исследовать наименее изученные объекты и процессы с большой неопределенностью на начальном этапе постановки задачи.

Класс самоорганизующихся или развивающихся систем характеризует-

ся рядом признаков, особенностей, которые обусловлены наличием в системе активных элементов и носят двойственный характер: они являются новыми свойствами, полезными для существования системы, приспосабливаемости ее к изменяющимся условиям среды, но в то же время вызывают неопределенность, затрудняют управление системой.

Перечислим эти особенности:

1)нестационарность (изменчивость, нестабильность) отдельных параметров и стохастичность поведения;

2)уникальность и непредсказуемость поведения системы в конкрет-

ных условиях благодаря наличию активных элементов и предельных возмож-

ностей, определяемых ресурсами;

3)способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды и помехам. Это, конечно, полезное свойство, однако адаптивность проявляется

ипо отношению к управляющим воздействиям, что весьма затрудняет управление системой;

4)способность противостоять энтропийным (разрушающим систе-

му) тенденциям, обусловленная наличием активных элементов;

5)способность вырабатывать варианты поведения и изменять свою структуру, сохраняя при этом целостность и основные свойства;

6)способность и стремление к целеобразованию: в отличие от закры-

тых (технических) систем, которым цели задаются извне, в системах с активными элементами цели формируются внутри системы;

7)неоднозначность использования понятий (например, «цель – сред-

ство», «система – подсистема» и т.д.).

Легко видеть, что часть этих особенностей характерна для диффузных систем (стохастичность поведения, нестабильность отдельных параметров), но большинство из рассмотренных особенностей являются специфическими признаками, существенно отличающими этот класс от других и затрудняющими их моделирование.

Рассмотренные особенности противоречивы. Они являются положительными и отрицательными.

Следует иметь в виду важное отличие развивающихся систем с актив-

ными элементами от закрытых – принципиальная ограниченность формализованного описания развивающихся, самоорганизующихся систем.

26

Эта особенность, т.е. необходимость сочетания формальных методов и методов качественного анализа и положена в основу большинства моделей и методик системного анализа.

Основную идею моделирования при отображении объекта классом самоорганизующихся систем можно сформулировать следующим образом: разрабатывается знаковая система, с помощью которой фиксируют известные на данный момент компоненты и связи, а затем, путем преобразования полученного отображения с помощью установленных (принятых) правил (правил

структуризации или декомпозиции; правил композиции, поиска мер близости

на пространстве состояний) получают новые, неизвестные ранее компоненты, взаимоотношения, зависимости, которые могут либо послужить основой для принятия решений, либо подсказать последующие шаги на пути подготовки решения.

Таким образом, можно накапливать информацию об объекте, фиксируя при этом все новые компоненты и связи (правила взаимодействия компонент), и, применяя их, получать отображения последовательных состояний развивающейся системы, постепенно создавая все более адекватную модель реального, изучаемого или создаваемого объекта.

Адекватность модели также доказывается как бы последовательно (по мере ее формирования) путем оценки правильности отражения в каждой последующей модели компонентов и связей, необходимых для достижения поставленных целей.

Практическая реализация такого механизма развития системы связана с необходимостью разработки языка моделирования процесса принятия решения. В основу языка может быть положен один из методов моделирования систем (теоретико-множественные представления, математическая логика, математическая лингвистика, имитационное динамическое моделирование, информационный подход).

При моделировании наиболее сложных проблем (процессов целеобразования, совершенствования организационных структур и т.д.) механизм развития (самоорганизации) может быть реализован в форме методики системного анализа.

Рассматриваемый класс систем можно разбить на подклассы, выделив

адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самообучающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и т.д.

При представлении объекта классом самоорганизующихся систем задачи определения целей и выбора средств, как правило, разделяются. При этом задачи определения целей, выбора средств, в свою очередь, могут быть описаны в виде самоорганизующихся систем, т.е. структура основных направлений, плана, структура функциональной части АСУ должна развиваться так же, как и структура обеспечивающей части АСУ, организационная структура предприятия и т.д.

27

Таким образом, определив класс системы, можно дать рекомендации по выбору метода, который позволит более адекватно ее отобразить.

1.5 Закономерности систем

Закономерности взаимодействия части и целого. В процессе изуче-

ния особенностей функционирования и развития сложных систем с активными элементами был выявлен ряд закономерностей, помогающих глубже понять диалектику части и целого в системе.

Целостность. Закономерность целостности (эмерджентность) проявляется в системе в возникновении у нее «новых интегративных качеств, несвойственных ее компонентам». Проявление этой закономерности легко пояснить на примерах поведения популяций, социальных систем и даже технических объектов (свойства станка отличаются от свойств деталей, из которых он собран).

Для того чтобы понять закономерность целостности, необходимо прежде всего учитывать две ее стороны:

1)свойство системы (целого) не является простой суммой свойств составляющих ее элементов (частей);

2)свойство системы (целого) зависит от свойств составляющих ее элементов (частей).

Кроме этих двух основных сторон, следует иметь в виду, что объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, т.е. система как бы подавляет ряд свойств элементов. Но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой создается система. При этом если цель не задана в явном виде, а у отображаемого объекта наблюдаются целостные свойства, можно попытаться определить цель или выражение, связывающее цель со средствами ее достижения (целевую функцию, системообразующий критерий), путем изучения причин появления закономерности целостности.

Закономерности иерархической упорядоченности систем. Комму-

никативность. Эта закономерность составляет основу определения системы В.Н. Садовским и Э.Г. Юдиным, которые утверждают, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее надсистему (систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие,

подведомственные системы) и систему одного уровня с рассматриваемой.

Такое сложное единство со средой названо закономерностью коммуникативности, которая в свою очередь легко помогает перейти к иерархич-

28

ности как закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы.

Иерархичность. Закономерность иерархичности или иерархической упорядоченности была в числе первых закономерностей теории систем, которые выделил и исследовал Л. фон Берталанфи. Он показал связь иерархической упорядоченности мира с закономерностями самоорганизации, развития открытых систем.

Иерархические представления помогают лучше понять и исследовать феномен сложности. Поэтому выделим основные особенности иерархической упорядоченности.

1.В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижестоящим уровнями. По формулировке Кестлера, каждый уровень иерархии обладает свойством «двуликого Януса»: «лик», направленный в сторону нижележащего уровня, имеет характер автономного целого (системы), а «лик», направленный к узлу (вершине) вышестоящего уровня, проявляет свойства зависимой части (элемента вышестоящей 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 «подсистема», «цель» и «средство» (элемент каждого уровня иерархической структуры целей выступает как цель по отношению к нижестоящим и как «подцель», а начиная с некоторого уровня, и как «средство» по отношению к вышестоящей цели), что приводит к некорректным терминологическим спорам.

2.Важнейшая особенность иерархической упорядоченности как закономерности заключается в том, что закономерность целостности (т.е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению

собъединенными компонентами 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 объединенными компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствующие у него в изолированном состоянии.

3.При использовании иерархических представлений как средства исследования систем с неопределенностью происходит как бы расчленение «большой» неопределенности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию.

Однако следует иметь в виду, что в силу закономерности целостности одна и та же система может быть представлена разными иерархическими структурами.

29

Закономерности функционирования и развития систем. В послед-

нее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем, принципов их развития во времени, самоорганизации, при выработке которых могут помочь рассматриваемые ниже закономерности.

Историчность. Хотя, с точки зрения диалектического и исторического материализма, очевидно, что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем. Но для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов всегда трудно определить эти периоды. Не всегда руководители и конструкторы систем учитывают, что время является непрерывной характеристикой системы, что каждая система подчинена закономерности историчности, и что эта закономерность – такая же объективная, как целостность, иерархичность. Однако закономерность историчности можно учитывать, не только пассивно фиксируя старение, но и реконструируя систему для сохранения ее в новом качестве.

Закономерность самоорганизации. Основная особенность самооргани-

зующихся систем с активными элементами − это способность противостоять энтропийным тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру. С другой стороны, в любой реально развивающейся системе существует не одна, а две тенденции: одна – стремления к возрастанию энтропии, вторая – негэнтропийная тенденция, лежащая в основе эволюции.

Исследование глубинных причин самоорганизации, самодвижения целостности показывает, что основой рассматриваемой закономерности является диалектика части и целого в системе, которую рассматривают с точки зрения строения системы, отображения ее текущего состояния, степени целостности.

Закономерности осуществимости систем. Проблема осуществимости систем является наименее исследованной. Рассмотрим некоторые закономерности, помогающие понять эту проблему и учитывать ее при определении принципов проектирования и организации функционирования систем управления.

Эквифинальность. Эта закономерность характеризует как бы предельные возможности системы. Л. фон Берталанфи предложил и определил термин эквифинальность как «способность, в отличие от состояния равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями,… достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и определяется исключительно параметрами системы».

Следовательно, по Берталанфи можно говорить об уровне развития крокодила, обезьяны и характеризовать их предельными возможностями, предельно возможными состояниями, к которым может стремиться тот или иной вид, а соответственно и стремлением к этому предельному состоянию из