1. Принцип системности. Система. Основные понятия и определения

Основным исходным положением системного анализа – как научной дисциплины является принцип системности, который можно воспринимать в качестве философского принципа, выполняющего как мировоззренческую, так и методологическую функции. Мировоззренческая функция принципа системности проявляется в представлении объекта любой природы как совокупности элементов, находящихся в определённом взаимодействии межу собой с окружающим миром, а также в понимании системной природы знаний. Методологическая функция принципа системности проявляется в совокупности познавательных средств, методов и приёмов, которые являются общей методологией системных исследований.

Первые системные представления о природе, её объектах и знаниях о них имели место ещё в античной философии Платона и Аристотеля. На протяжении истории становления системного анализа представления о системах и закономерностях их построения, функционирования и развития неоднократно уточнялись и переосмысливались. Термин «система» используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый ли проектируемый объект как нечто целое (единое), сложное, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически описав математическим выражением.

Сопоставляя эволюцию определения системы (элементы связи, затем – цель, затем – наблюдатель) и эволюцию использования категорий теории познания в исследовательской деятельности, можно обнаружить сходство: в начале модели (особенно формальные) базировались на учёте только элементов и связей, взаимодействий между ними, затем – стало уделяться внимание цели, поиску методов её формализационного представления (целевая функция, критерий функционирования и т.п.), а, начиная с 60-х г.г. все большее внимание обращают на наблюдателя, лицо, осуществляющее моделирование или проводящее эксперимент, т.е. лицо, принимающее решение. В Большой советской Энциклопедии даётся следующее определение: « система - объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе» ), т.е. подчеркивается, что понятие элемента (а следовательно, и системы) можно применять как к существующим, материально реализованным предметам, так и к знаниям об этих предметах или о будущих их реализациях. Таким образом, в понятии система объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить о подходе к объектам исследования как к системам, о различном представлении их на разных стадиях познания или создания. Иными словами, в термин «система» на разных стадиях её рассмотрения можно вкладывать разные понятия, говорить как бы о существовании системы в различных формах. М. Месарович [8], например, предлагает выделять страты рассмотрения системы. Аналогичные страты могут существовать не только при создании, но и при познании объекта, т.е. при отображении реально существующих объектов в виде абстрактно представляемых в нашем сознании( в моделях) систем, что затем поможет создать новые объекты или разработать рекомендации по преобразованию существующих. Методика системного анализа может разрабатываться не обязательно с охватом всего процесса познания или проектирования системы, а для одной из его страт (что, как правило, и бывает на практике), и для того, чтобы не возникло терминологических и иных разногласий между исследователями или разработчиками системы, нужно, прежде всего четко оговорить, о какой именно страте рассмотрения идет речь.

Рассматривая различные определения системы и их эволюцию, и не выделяя ни одного из них в качестве основного, подчеркивается тот факт, что на разных этапах представления объекта в виде системы, в конкретных различных ситуациях можно пользоваться разными определениями. Причём по мере уточнения представлений о системе или при переходе на другую страту её исследования определение системы не только может, но и должно уточняться. Белее полное определение, включающее и элементы, и связи, и цели, и наблюдателя, а иногда и его «язык» отображения системы, помогает поставить задачу, наметить основные этапы методики системного анализа. Например, в организационных системах, если не определить лицо, компетентное принимать решения, что можно и не достичь цели, ради которой создаётся система. Таким образом при проведении системного анализа нужно прежде всего отобразить ситуацию с помощью как можно более полного определения системы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, влияющие на принятие решения, сформулировать «рабочее» определение, которое может уточняться, расширяться сближаться в зависимости от хода анализа. При этом следует учитывать, что уточнения или конкретизация определения системы в процессе исследования влечёт соответствующую корректировку её взаимодействия со средой и определения среды. Отсюда важно прогнозировать не только состояние системы, но и состояние среды с учётом естественной искусственной её неоднородностей.

Выделяет систему из среды наблюдатель, который определяет элементы, включаемые в систему, от остальных, т. е. от среды, в соответствии с целями исследования (проектирования) или предварительного представления о проблемной ситуации. При этом возможны три варианта положения наблюдателя, который:

• может отнести себя к среде и, представив систему как полностью изолированную от среды, строить замкнутые модели (в этом случае среда не будет играть роли при исследовании модели, хотя может влиять на её формулирование);

• включить себя в систему и моделировать её с учётом своего влияния и влияния системы на свои представления о ней (ситуация, характерная для экономических систем);

• выделить себя и из системы, и из среды, и рассматривать систему как открытую, постоянно взаимодействующую со средой, учитывая этот факт при моделировании (такие модели необходимы для развивающихся систем).

Рассмотрим основные понятия, помогающие уточнять представление о системе. Под элементом принято понимать простейшую, неделимую часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным. Например, в качестве элементов стола можно назвать «ножки, ящики, крышку и т.д.», а можно – «атомы, молекулы», в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем. Поэтому примем следующее определение: элемент – это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели [8]. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте ли проблемной ситуации. При многоуровневом расчленении сложной системы принято выделять подсистемы и компоненты.

Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствам системы, и в частности, имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также свои специфические свойства.

Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Понятие связь входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение её целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь определяет как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.

Понятием состояние обычно характеризуют «срез» системы, остановку в её развитии. Если рассмотреть элементы (компоненты, функциональные блоки), учесть, что «выходы»(выходные результаты) зависят от , y и x, т.е. g=f(,y,x), то в зависимости от задачи состояние может быть определено как{,y},{,y,g} или {,y,x,g}.

Если система способна переходить из одного состояния в другое (например,

), то говорят, что она обладает повелением. Этим понятием пользуются, когда неизвестные закономерности (правила) перехода из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его характер, алгоритм. С учетом введения обозначений поведение можно представить как функцию

Понятие равновесие определяют как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять своё состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия. Для экономических организационных систем это понятие применимо достаточно условно.

Под условностью понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних(или в системах с активными элементами – внутренних) возмущающих воздействий. Эта способность присуща системам при постоянном Y только тогда, когда отклонения не превышают некоторого предела. Состояние равновесия. В которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия.

Независимо от выбора определения системы (который отражает принимаемую концепцию и является фактически началом моделирования) ей присущи следующие признаки:

• целостность – определённая независимость системы от внешней среды и от других систем;

• связанность, т.е. наличие связей, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента системы,- Простейшими связями являются последовательное и параллельное соединения элементов, положительная и отрицательная обратные связи;

• функции - наличие целей (функций, возможностей), не являющихся простой суммой подцелей (подфункции, возможностей) элементов, входящих в систему; несводимость (степень несводимости) свойств системы к сумме свойств ее элементов называется эмерджентностью.

Упорядоченность отношений, связывающих элементы системы, определяют структуру системы как совокупность элементов, функционирующих в соответствии с установившимися между элементами системы связями. Связи определяют важный для системы порядок обмена между элементами веществом, энергией, информацией.

Функции системы - это ее свойства, приводящие к достижению цели. Функционирование системы проявляется в ее переходе из одного состояния в другое или в сохранении какого-либо состояния в течение определенного периода времени. То есть, поведение системы - это ее функционирование во времени. Целенаправленное поведение ориентировано на достижение системой предпочтительной для нее цели.

Большими системами называют системы, включающими значительное число элементов с однотипными связями. Сложными системами называют системы с большим числом элементов различного типа и с разнородными связями между ними. Определения эти весьма условны. Более конструктивным является определение большой сложной системы как системы, на верхних уровнях управления которой не нужна и даже вредна вся информация о состоянии элементов нижнего уровня.

Системы, содержащие активные элементы (подсистемы), то есть такие элементы, которые имеют возможность самостоятельно принимать решения относительно своего состояния, называются организационными системами (оргсистемами, организациями).

Системы бывают открытыми и закрытыми. Закрытые системы имеют четко очерченные, жесткие границы. Для их функционирования необходима защита от воздействия среды. Открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией, информацией и веществом. Обмен с внешней средой, способность приспосабливаться к внешним условиям является для открытых систем непременным условием их существования. Все организации являются открытыми системами.

Понятие "структура системы" играет при анализе и синтезе систем ключевую роль, причем существенное значение имеет следующий тезис (закон) кибернетики.

"Существуют законы природы, которым подчиняется поведение больших многосвязных систем любого характера: биологических, технических, социальных и экономических. Эти законы относятся к процессам саморегуляции и самоорганизации и выражают именно те "руководящие принципы", которые определяют рост и устойчивость, обучение и регулирование, адаптацию и эволюцию систем. На первый взгляд, совершенно различные системы с точки зрения кибернетики совершенно одинаковы, поскольку они демонстрируют так называемое жизнеспособное поведение, целью которого является выживание.

Подобное поведение системы определяется не столько специфическими процессами, происходящими в ней самой, или теми значениями, которые принимают даже важнейшие из её параметров, но, в первую очередь, её динамической структурой, как способом организации взаимосвязи отдельных частей единого целого. Важнейшими элементами структуры системы являются контуры обратных связей и механизмы условных вероятностей, которые и обеспечивают саморегулирование, самообучение и самоорганизацию системы. Основной результат деятельности системы - это её исходы. Для того, чтобы исходы отвечали нашим целям, необходимо соответствующим образом организовать структуру системы". [5] То есть, для получения требуемых исходов необходимо уметь воздействовать на обратные связи и механизмы условных вероятностей, а также уметь оценивать результаты этих воздействий.

Условием успешного результата подобных воздействий является учёт следующего тезиса (закона) кибернетики. «Системе с определённой структурой свойственен набор (интервал) состояний равновесия. Под влиянием внешних воздействий система может перейти в одно из своих возможных состояний или разрушиться.

При определенных условиях возможен вследствие внешних воздействий скачкообразный переход системы на новый более высокий (или более низкий) уровень упорядоченности. Причём переход системы к различным свойственным ей состояниям, а также разрушение системы могут быть результатом как достаточно сильных внешних воздействий, так и относительно слабых флюктуации длительно существующих или усиливающихся за счет положительных обратных связей. Переход системы на новый уровень организованности в определенных ситуациях представляет собой случайный процесс выбора системой одного из возможных путей эволюции. [16] Здесь вновь нужно подчеркнуть слово "возможных", т.е. разумно говорить о создании условий перехода системы в одно из возможных, свойственных ей состояний. Насилие над системой ни к чему хорошему не приведет

Возможны два крайних варианта изменения структуры системы под воздействием внешних сил: революционный и эволюционный. При революционном предполагается, что созданию новой лучшей структуры должна предшествовать «ломка» структуры старой. Обычно после насильственной ломки система переходит на более низкий уровень функционирования, формирование новой структуры затягивается на длительный, порой неопределенный срок. При эволюционном воздействии предусматривается изучение структуры системы, выявление тенденций ее развития, поддержка положительных тенденций и противодействие отрицательным. Результаты воздействия контролируются обратными связями. При накоплении количественных изменений возможен и скачкообразный переход системы в новое равновесное состояние - к новой структуре, к которой система «внутренне» готова.

Если предположить, что состояние системы может быть представлено набором n-параметров, то каждому состоянию системы будет соответствовать точка в n-мерном пространстве состояний системы, а функционирование системы проявится в перемещении этой точки по некоторой траектории в пространстве состояний. По-видимому, достижение желаемого состояния возможно, в общем случае по нескольким траекториям. Предпочтительность траектории определяется оценкой качества траектории и зависит так же от ограничений, накладываемых на систему внешней средой. Эти ограничения определяют область допустимых траекторий. Для определения предпочтительной траектории из числа допустимых вводится критерий качества функционирования системы - в общем случае в виде некоторой целевой функции. На предпочтительной (оптимальной) траектории целевая функция достигает экстремального значения. Целенаправленное вмешательство в поведение системы, обеспечивающее выбор системой оптимальной траектории, называется управлением.

Разбиение системы на взаимодействующие модули (подсистемы) зависит от цели исследования и может иметь различную основу, в том числе может иметь материальную (вещественную), функциональную, алгоритмическую, информационную и др. основу. Примером систем, у которых при разбиение на подсистемы вещественная, функциональная и информационные основы слиты, являются системы управления оргсистемами.

Изложенные понятия, характеризующие систему, ее структуру, опредеяют основные положения, обуславлиющие разработку эффективного управления объектами.

Действительно, эффективное управление предполагает:

1) рассмотрение объекта как некоторой целостной системы, функционирующей в определенной среде;

2) наличие необходимой информации об основных характеристиках системы, прежде всего о закономерностях поведения системы в различных условиях;

3) определение стратегии развития системы, исходя из целей ее существования и функционирования;

4) обоснование эффективности достижения поставленной цели, т.е. выбор критерия для оценки качества развития системы;

5) реализацию решения при управлении системой, анализ реакции системы на управляющие воздействия.

Перечисленные положения связаны с использованием моделей для исследования систем, в том числе:

• разработку моделей, адекватных системе и решаемой задаче;

• обоснование принимаемых управленческих решений на основе «модельных экспериментов» с учетом технических, технологических, социальных и пр. факторов.