Исследование систем управления (учебник)

2118

венным изолированности является свойство коммуникативности, которое означает, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникации 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 системы одного уровня с рассматриваемой.

Адаптивность - способность системы изменять свою структуру и варианты поведения в соответствии с новыми целями и под воздействием факторов внешней среды. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после воздействия внешних возмущений. Управляемость – свойство, характеризующее степень охвата связей системы сознательным контролем.

Следующее свойство системы - делимость. Система может быть разделена на относительно самостоятельные части - элементы. Выделение элементов в сложных системах опосредуется разбиением систем на подсистемы, представляющие собой относительно самостоятельные части системы, которые, в свою очередь, состоят из подсистем и/или элементов, т.е. при необходимости подвергаются дальнейшему разбиению. Элементами могут являться различные явления, предметы, процессы и т.п., и тем самым, можно говорить о системах различной природы: солнечная система, система кровоснабжения, система счисления, система управления и т.п.

Элемент - такая часть системы, которая выполняет определенную специфическую функцию и не подлежит дальнейшему разбиению, является как бы неделимой с точки зрения рассматриваемого процесса функционирования системы. Каждый элемент системы обладает собственным поведением и состоянием, отличным от поведения и состояния других элементов и системы в целом, т.е. система обладает определенным разнообразием.

Разделение объектов на элементы и системы относительно. Каждая система может быть представлена как элемент системы большего масштаба («надсистемы» или «суперсистемы»), в свою очередь, любой элемент можно рассматривать в качестве относительно самостоятельной системы, состоящей из элементов. Так, атом, будучи элементом системы "молекула", сам является системой, состоящей из ядра и электронов. Цех, будучи элементом системы "предприятие", является одновременно системой производственных участков и/или рабочих мест. Таким образом, выявляется еще одно свойство систем - упорядоченность систем по вложению или иерархичность. Иерархичность или иерархическая упорядоченность была в числе первых закономерностей теории систем, которые выделил и исследовал Л. фон Берталанфи. Он, в частности, показал связь иерархической упорядоченности мира с закономерностями самоорганизации, развития открытых систем.

В силу свойства коммуникативности, которое проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет

2219

сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижестоящим уровнями. При этом по отношению к нижестоящему уровню, данный имеет характер автономного целого (системы), а по отношению к вышестоящему, - проявляет свойства зависимой части (элемента системы большего масштаба).

Эта конкретизация свойства 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" по отношению к вышестоящей цели), что часто наблюдается в реальных условиях.

Функционирование отдельных объектов как целостных систем обеспечивается установлением и реализацией связей между элементами системы и среды. Понятие связи используется для обозначения зависимости, подчиненности одного явления (объекта, элемента, системы) – другому. Связь между явлениями существует, если они накладывают ограничения на поведение друг друга. Если поведение объектов независимо, то связь между ними отсутствует. Функционирование совокупности отдельных объектов в качестве целостных систем обеспечивается взаимодействием этих объектов, т.е. установлением и реализацией определенных связей между ними.

Выделяются внутренние и внешние взаимодействия или связи. Внутренние связи - это действия и взаимодействия элементов. Внешние связи - это взаимодействия системы с другими системами, воздействия системы на среду, воздействия среды на систему. При системном рассмотрении объектов под связью понимается перемещение и/или преобразование вещества, энергии, информации. Взаимодействующие элементы зависят друг от друга, накладывают ограничения на поведение связанных с собой элементов. Поэтому наличие зависимостей между элементами также трактуется как связь между ними. Если поведение элементов независимо, то связь между ними отсутствует.

Связь определяют также как ограничение степени свободы элементов. Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером. По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. По второму – на

сильные и слабые. По характеру различают связи подчинения и взаимодействия, порождения (генетические), функционирования и развития, связи управления.

Важнейшую роль в управлении и системных исследованиях играет понятие об-

ратной связи.

Именно взаимодействия (связи) элементов системы порождают у нее такие свойства, которыми ни один элемент в отдельности или подмножество элементов не обладают. Система, в отличие от образования, объединения или множества, это такой объект, свойства которого не сводятся без остатка к свойствам составляющих его элементов. Например, молекула обладает такими свойствами, которых нет у атомов, ее составляющих. Совокупная производительность труда коллектива выше, чем сумма производительностей составляющих его работников, работающих изолированно друг от друга. Причина того, что свойство системы не равно сумме свойств составляющих ее элементов, за-

230

ключается в их взаимодействии: дух соревнования, разделение труда. Известна разница свойств алмаза и графита, состоящих из одинаковых элементов – атомов углерода. Причина – наличие определенной структуры связей между элементами. Этот принцип появления у целого свойств, не выводимых из наблюдаемых свойств частей назван У.Р.Эшби принципом эмерджентности. Целостные свойства систем, не сводимые без остатка к свойствам отдельных элементов, называются эмерджентными (неаддитивными) свойствами. В некоторых системах эмерджентные свойства могут быть выведены на основе анализа отдельных элементов («эмерджентность первого рода»), в большинстве же больших и сложных систем такие свойства в принципе не выводимы и часто не предсказуемы («эмерджентность рода»).

Свойство эмерджентности означает не только появление новых свойств, но в некоторых случаях и исчезновение отдельных свойств элементов, наблюдавшихся до их объединения в систему: так в производственном коллективе люди часто не проявляют отрицательных черт своего характера. Очевидно, что необходимость в системном рассмотрении объекта возникает именно тогда, когда выявляются его эмерджентные свойства, не выводимые при поэлементном исследовании объекта. В связи с этим, можно сформулировать еще одно опре-

деление системы: система - это совокупность элементов и/или отношений, закономерно связанных в единое целое, которое обладает свойствами, отсутствующими у элементов и отношений его образующих.

Исследованию причин возникновения целостных системных свойств (эмерджентности) в исследованиях уделяется большое внимание. Однако в ряде реальных ситуаций не удается выявить факторы, обусловливающие ее возникновение. Тогда, как отмечается, системные представления становятся средством исследования: благодаря тому, что отображение объекта в виде системы подразумевает в силу свойства эмерджентности качественные изменения при объединении элементов в систему и при переходе от системы к элементам (и эти изменения происходят на любом уровне расчленения системы), можно хотя бы структурой представить объект или процесс, для изучения которого не может быть сразу сформирована модель, требующая выявления точных, детерминированных взаимоотношений между элементами системы.

Особенность иерархической упорядоченности как свойства систем заключается в том, что свойство эмерджентности проявляется в ней на каждом уровне иерархии. При этом объединение элементов в каждом «блоке» иерархической структуры приводит не только к появлению новых свойств у блока и утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный элемент иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии. Благодаря этой особенности с помощью иерархических представлений можно исследовать системы и проблемные ситуации с высокой неопределенностью. Таким образом, на основе понятий система и структура можно отображать проблемные ситуации с большой неопределенностью. При этом происходит разделение "большой" неопределенность на более "мелкие", которые в ряде случаев легче

241

поддаются изучению, что помогает выявить причины качественных изменений при формировании целого из частей.

Помимо элементов и связей система имеет и более сложные характеристики, а именно: состояние, поведение (переход из одного состояния в другое), равновесие (гомеостазис – способность системы сохранять основные свойства на достаточно длительном интервале времени), устойчивость (способность системы возвращаться в состояние равновесия после возмущающих воздействий), развитие (процесс сложного направленного поведения системы). Следует заметить, что выделенные свойства систем являются наиболее существенными из большого их многообразия, отраженного в работах различных исследователей.

Классификация систем

Важнейшим элементом исследования является классификация систем. Ей уделяется достаточное внимание в работах специалистов по системному анализу, хотя до сих пор не сложилось единого представления о классификации систем. Системы классифицируются по разным основаниям.

По обусловленности действия различают системы детерминированные и недетерминированные. В детерминированной системе элементы функционируют и взаимодействуют точно предвиденным образом (например, станок). Недетерминированные системы разделяются на стохастические и непредсказуемые. Поведение стохастической системы и ее элементов можно предсказать с некоторой вероятностью (погодные условия). Если в поведении системы не обнаруживается повторяемости связей, состояний, результатов; если система не может быть представлена в виде «статистического ансамбля», то она непредсказуема (например, современная экономика).

По характеру перехода из одного состояния в другое системы делят на статические и динамические. Динамическими называют такие системы, переход которых в новое состояние не может совершаться мгновенно, а происходит в результате некоторого процесса (образование предприятия). В статических системах время перехода из одного состояния в другое несоизмеримо мало по сравнению с временем последующего пребывания в другом состоянии и поэтому переход можно считать мгновенным.

По происхождению различают системы естественные, созданные в ходе естественной эволюции и в целом не подверженные влиянию человека (живой организм, неживые объекты), и искусственные, созданные под воздействием человека, обусловленном его интересами и целями (машины, механизмы, орудия, автоматы и т.д.). Также можно выделить смешанные системы (эргономические, биотехнические, экологические).

По характеру элементов системы могут быть разделены на абстракт-

ные, все элементы которых являются понятиями (языки, философские системы, системы счисления), и материальные, в которых присутствуют вещественные элементы (предприятие). Абстрактные, в свою очередь, разделяют на логические (дедуктивные, индуктивные) и математические (различные классы систем и моделей).

252

Интересной с точки зрения проведения исследований представляется классификация абстрактных систем, данная в работе Ф.И. Перегудова. Здесь системы классифицируются по характеру описания переменных и делятся на три класса: с качественными переменными, с количественными переменными и со смешанным описанием. Эти классы, в свою очередь, делятся на определенные подклассы. Подобная классификация может быть полезной для формирования модели системы, которая является основой системного исследования.

По взаимодействию со средой различают системы закрытые и открытые. Понятие открытой системы ввел Л. фон Берталанфи. Основные черты открытой системы – способность обмениваться со средой материей, энергией и информацией. В отличие от них закрытые системы лишены этой способности, т.е. изолированы от среды. Большинство изучаемых систем являются открытыми, т.е. они испытывают воздействия среды и реагируют на них и, в свою очередь, оказывают воздействие на среду.

По своей природе системы разделяются на технические, биологические и социально-экономические. Технические - это искусственные системы, созданные человеком (машины, автоматы, системы связи). Биологические - различные живые организмы, популяции, биогеоцинозы и т.п. Социально-экономические - системы, существующие в обществе, обусловленные присутствием и деятельностью человека (хозяйство, отрасль, предприятие т.д.).

Особое значение для кибернетики имеет классификация систем по сложности. Системы разделяются на простые, сложные и очень сложные на разных основаниях. Так, Н. Винер упорядочивал системы по сложности их поведения. В основание классификации он положил характер реакции систем на воздействия внешней среды. Более сложному поведению соответствует более сложная система (рис.1.1).

Поведение системы

пассивное активное

случайное целенаправленное

Рис.1.1. Классификация систем по сложности поведения Ст. Бир разделял системы на: 1) простые детерминированные, 2) слож-

ные, поддающиеся полному описанию, 3) очень сложные, стохастические. В основу классификации положена внутренняя организация системы.

В обыденном сознании часто сложность объекта ассоциируется с трудностью интеллектуального постижения его свойств (строения, характера функционирования, назначения и т.п.), т.е. основой разделения систем на сложные и простые является отношение между системой и наблюдателем: система счи-

263

тается сложной, если она превосходит своего наблюдателя хоть в каком-либо отношении. При таком подходе система, сложная для одного наблюдателя, может оказаться простой для другого. Понятна ограниченность этого подхода к определению сложной системы. Весьма интересна классификация систем по уровню сложности, данная К. Боулдингом1. Эта классификация разделяет системы, главным образом, по сложности поведения.

С учетом вышеизложенного, целесообразно ввести следующее определе-

ние. Сложная система – это объект:

а) состоящий из большого числа разнообразных взаимосвязанных элементов; б) недетерминированный; в) обладающий развитым механизмом обратных связей;

г) имеющий эмерджентные свойства второго рода; д) поведение которого описывается множеством взаимосвязанных, оказываю-

щих взаимное влияние параметров (объект имеет мультипараметрический характер поведения).

По характеру поведения выделяются четыре уровня систем: примитивно адаптирующиеся, «сервомеханизмы», целеустремленные системы, самоорганизующиеся системы (в том числе, стремящиеся к идеалу). Примитивно адаптирующиеся системы реагируют лишь на непосредственное активное влияние на них среды, они не способны воспринимать и предотвращать угрозу своему существованию (примитивные формы флоры и фауны). Сервомеханизмы - это системы, которым свойственны зачатки регулирования своей деятельности (значительная часть растений, автоматические устройства). Целеустремленные системы изменяют свои свойства и воздействуют на среду для достижения поставленной цели, способны оптимизировать свое поведение (биологические и сложные технические системы). Самоорганизующиеся системы активно воздействуют на среду в целом, изменяя ее существенные характеристики для того, чтобы создать новые условия для реализации своей меняющейся функции. Как отмечается, класс самоорганизующихся или развивающихся систем характеризуется рядом особенностей, которые, как правило, обусловлены наличием в системе активных элементов и носят двойственный характер: с одной стороны, они являются новыми свойствами, полезными для существования системы, ее адаптации к изменяющимся условиям среды, а с другой, - вызывают неопределенность, затрудняют управление системой.

По характеру целенаправленности системы разделяются на управляющие и управляемые. Управляющая система на основе переработки информации выбирает цели и средства их достижения, организует целенаправленное воздействие на управляемую систему. Управляемая система не имеет целей, отличных от целей управляющей системы, и в этом смысле не обладает целенаправленным поведением.

1Боулдинг К. Общая теория систем – скелет науки //Исследования по общей теории систем. – М.:

Прогресс, 1969. – с. 115.

274

Вработе1 представлена классификация систем по способу управления. Выделяются три класса систем: 1- управляемые извне (в том числе, без обратной связи, регулирование, управление по параметрам, управление по структуре); 2 – самоуправляемые (программное управление, автоматическое регулирование, параметрическая адаптация, самоорганизация); 3 – с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

Именно с выбора определения системы и отнесения ее к определенному классу начинается системное исследование. В то же время, заметим, что классификация – это только модель реальности, которая характеризуется определенной условностью. Поэтому выбор классификации неоднозначен и зависит от многих факторов.

Дескриптивные и конструктивные определения. Основные системные элементы

Висследовании систем управления и в системном анализе очень важная

роль принадлежит определениям. Очевидно, что результаты исследования во многом зависят от используемых в процессе анализа понятий и их определений.

Понятие – логически определенная форма обобщения предметов и явлений, в которой фиксируются существенные свойства предметов, явлений действительности, их важнейшие связи и отношения. Содержание понятия раскрывается в его определении.

Определение – объяснение, раскрывающее смысл понятия, позволяющее отличать, отыскивать, конструировать какой-либо объект. Оно является результатом анализа взаимосвязи исходных (первичных, неопределяемых) терминов теории. Чем глубже в определении раскрывается понятие, тем выше научный уровень теории, в систему которой входит данное понятие. Дескриптивное или описательное определение - это определение предмета через его свойства, через его внешние проявления. Строится дескриптивное определение по формуле: «То, что обладает определенными свойствами, есть требуемый предмет». Например: «Совокупность, которая обладает эмерджентными свойствами, есть система».

Конструктивное (операциональное) определение - описание строения

(построения) предмета. «Термин операциональный означает, что изучаемое явление описывается посредством идентифицируемой, наблюдаемой и измеримой сущности», - писал С. Янг. Аналогичным образом определяют «структурное» понятие Р. Акофф и Ф. Эмери: «объективное, измеряемое, пригодное для экспериментирования».

В конструктивном плане любая система может быть представлена как единство входа, выхода и процессора, предназначенных для реализации определенной функции, т.е. через совокупность системных элементов. Вход и выход – вещество, энергия, информация, поступающие в систему и из нее, соот-

1Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. школа, 1989

285

ветственно. Процессор – то, с помощью чего вход преобразуется в выход. Функция системы – назначение, миссия, то, ради чего система существует (функционирует).

Функцию не следует путать с целью системы. Цель системы можно определить как ее определенное желаемое состояние или желаемые (искомые) значения ее параметров (параметра). Функция системы характеризует все возможные состояния системы (ее выходов). Цель формулируется в терминах количественных характеристик: «достичь такого-то значения параметра (параметров)», «максимизировать (минимизировать) значения параметров», например, максимизировать прибыль. Функция формулируется путем описания, как правило, качественного, основного признака всех возможных результатов действия (функционирования) системы, например, «предоставлять образовательные услуги».

Любая система выступает как единство функции и структуры. Рассмотрение функции как системообразующего фактора дает возможность выделить систему из среды и исследовать ее как целое. С другой стороны, именно структура объединяет элементы множества в систему, поэтому правомерно говорить

ио системообразующей роли структуры.

Всамом общем виде под структурой понимается способ деления целого

на части или организации частей в систему. В этом смысле структурой обладают абсолютно все объекты, процессы, явления, которые тем или иным способом поддаются разбиению на взаимодействующие части. Структура представляет собой определенный срез системы. Любая сложная система обладает множеством структур, связанных между собой. При анализе фирм выделяют, например, технологическую, квалификационную, информационную и другие структуры.

Структура материальных объектов всегда относительно постоянна, устойчива во времени. Устойчивость - характерная особенность структуры вообще. Поэтому понятие структуры включает в себя не все взаимодействия элементов, а только устойчивые во времени, и под структурой системы понимают состав ее элементов и постоянные связи между ними.

Функция и структура определенным образом взаимосвязаны. В естественных системах функция является прямым следствием способа существования системы, обусловленного ее структурой. В живых организмах именно развитие структуры приводит к изменению их функции. В искусственных же системах без установления функции невозможно понять сущность ее структуры. И структура, и функция являются выражением единой сущности – целого. Структура по отношению к функции выступает как внутренняя основа. То, как реализуется функция системы, определяется, в первую очередь, структурой системы, хотя это и не означает, что ведущая роль в системе принадлежит структуре.

1.6.Система управления как объект и предмет исследования

сущность управления;

296

понятие и компоненты системы управления;

система управления как предмет исследования;

обратная связь в управлении.

Всовременном мире управление рассматривается как наука и искусство. Это понимание основано на том, что организации – это сложные системы, управление которыми требует учета огромного числа факторов внешней и внутренней среды. Принятие управленческих решений в этих условиях – это искусство, базирующееся на знаниях, умениях, интуиции и опыте людей, управляющих организациями.

Новая система взглядов на управление в радикально меняющейся соци- ально-экономической среде сформировалась в последние десятилетия XX века. Ее основные принципы были разработаны такими учеными, как Т. Питерс, Р. Акофф, И. Ансофф, П. Друкер и многими другими. В центре современных взглядов на управление находится проблема гибкости и адаптивности организаций к постоянным изменениям внешней среды, которые определяют их стратегию и тактику.

Многочисленные определения управления можно условно разделить на три группы. В первой управление определяется как процесс воздействия на систему (подсистему) с целью сохранения ее устойчивости, для перевода в заданное состояние, для обеспечения ее функционирования, для ее упорядочения и т.п.

Во второй группе определений управление характеризуется как функция организованной системы, обеспечивающая сохранение ее основного качества: гомеостаз, целенаправленное поведение, сохранение определенной структуры, поддержание режима деятельности и т.п. в изменяющейся среде.

Общее в этих определениях - указание цели управления. Различие в том, что в первой группе определений управление рассматривается при обязательном выделении субъекта и объекта управления, а во второй управление рассматривается как свойство самой системы. Правомерность использования того или иного типа определений зависит от класса и сложности рассматриваемой системы. Разделению определений управления на указанные две группы соответствует, например, разделение систем на иерархические и неиерархические.

Ктретьей группе следует отнести определения, в которых указываются не внешние (наблюдаемые) признаки управления, а его содержание (сущность):

управление - это ограничение, при котором действует система (С. Оптнер);

управление - это упорядочение системы, характеризующееся всеобщностью

иединством с информацией (И.Новик);

управление - это процесс такого изменения взаимосвязи элементов системы путем передачи содержательной информации, при котором устанавливается функциональный характер свойств этих элементов (М.И. Сетров);

сущность управления состоит в том, что движение больших масс или преобразование больших количеств энергии направляются и контролируются

3027

при помощи небольших количеств энергии, несущих информацию (Дж.Фрэнк);

управление - принятие управленческих решений на основе соответствующей информации, разработка мероприятий по обеспечению принятых решений и контроль за ходом их выполнения (О.И. Авен) и др.

Обобщением представлений об управлении служит следующее определение, принятое в кибернетике: под управлением понимаются процессы восприятия, переработки, хранения и передачи информации.

В социально-экономических системах содержание процесса управления

состоит в изменении ее организованности. Управление представляет собой функцию организованных систем, обеспечивающую сохранение их структуры, поддержание режима деятельности, реализацию целей и рост организованно-

сти. В этом определении управление рассматривается как процесс, объективно присущий организации. Нет организации без управления. Оно может быть эффективным и повышать организованность системы, может быть неэффективным и приводить к снижению организованности. Осуществляется процесс управления в форме принятия и реализации решений.

Необходимыми элементами управления являются: наличие системы, наличие цели, причинная связь элементов в системе, динамический характер системы, наличие управляющего параметра, движение и преобразование информации, обратная связь, наличие управляемой и управляющей подсистем и пр.

Использование в управлении системного подхода облегчает задачу рассмотрения организаций как открытых систем в единстве их составных частей и неразрывно связанных с внешним миром. Организацию можно рассматривать как систему, состоящую из двух основных подсистем – управляющей и управляемой (рис. 1.2).

ВНЕШНЯЯ СРЕДА

Рис. 1.2. Кибернетическое представление системы.

Исходя из вышеизложенного, можно рассматривать систему управления двояко: а) в «широком» смысле – как систему, в которой осуществляется процесс принятия решений и б) в «узком» смысле – как управляющую подсистему.

Определение содержания управления с точки зрения свойства организованности позволяет определить систему управления организации как систему принятия решений, направленную на поддержание и рост ее организованно-