2. Предмет теорії систем

Теорія систем -- це область наукового знання про навколишній світ як сукупність систем різної складності й різного рівня, які взаємодіють між собою. Теорія систем є загальнотеоретичним підходом, заснованим на методах діалектики, використанні знань філософії, прикладної математики, теорій пізнання та інших наукових дисциплін. Вона вивчає закономірності функціонування, взаємодії і розвитку великих систем.

Об’єкт наукової дисципліни – це те, на що спрямовано вивчення, вибрана для вивчення частина зовнішньої реальності. Об’єктом теорії систем та системного аналізу є матеріальні та ідеальні системи навколишнього світу.

Предмет науки (предметна область) – це ті сторони, зв’язки, відношення об’єкта, які вивчаються даною наукою.

Системний аналіз -- науковий напрямок, пов’язаний з розробкою методів вирішення проблем природного характеру. Предметом теорії систем та системного аналізу є вивчення великих систем навколишнього світу на основі системного підходу, вивчення внутрішніх і зовнішніх, найбільш загальних характеристик систем, розробка методів аналізу систем та методів вирішення проблем, що виникають у цих системах під час практичної діяльності людини. Системний аналіз є методологічною науковою дисципліною, що ґрунтується на системному підході, його основним завданням є розробка методів аналізу складних систем. Системний аналіз об’єднує методи вивчення систем різної складності й призначення, розробляє ці методи, узагальнює їх, дає практичні рекомендації для їх використання. Системний аналіз застосовується для підготовки й обґрунтування шляхів вирішення складних проблем політичного, соціального, військового, економічного, технічного характеру.

Системний аналіз – це прикладна діалектика. Головна процедура системного аналізу – побудова узагальнених моделей, в яких відображені закономірності реальної ситуації. Моделі системного аналізу відображають структуру, взаємозв’язки у складних системах, реальну ситуацію та проблеми, які в них виникають. За допомогою створених моделей досліджують системи й знаходять шляхи вирішення складних проблем практичної діяльності людини.

Технічна основа системного аналізу – інформаційні системи, обчислювальна техніка і сучасні методи керування.

Системний аналіз вивчає такі питання:

- утворення цілого;

- побудова цілого;

- зростання і розвиток цілого;

- відношення між цілісною системою та іншими системами;

- відношення між системою та метасистемою – більш великою зовнішньою системою, до складу якої перша входить як підсистема.

3. Визначення системи

В різних публікаціях можна знайти більше сотні визначень терміну «система», але будь-яке з них виявляється неповним, «галузевим». Термін "система" використовують у тих випадках, коли хочуть охарактеризувати досліджуваний чи проектований об'єкт як щось цілісне, єдине, складне, яке неможливо відразу пояснити, показавши його, зобразивши графічно чи описавши математичним виразом.

Визначення поняття "система" змінювалися з часом не тільки за формою, а й за змістом. У перших визначеннях у тій чи іншій формі вказувалося на те, що система -- це елементи (компоненти, частини) a_i та зв'язки (відносини) r_j між ними:

,

або

де

Так, Л. фон Берталанфі визначав систему як комплекс взаємодіючих компонентів чи як сукупність елементів, що знаходяться у певних відносинах один з одним і з середовищем.

Пари термінів "елементи" -- "компоненти" та "зв'язок" -- "відносини" зазвичай використовують як синоніми. Однак поняття "компонент" є більш загальним, ніж "елемент". Воно може означати як елемент, так і підсистему або інше утворення з елементів. Щодо термінів "зв'язок" і "відносини", то існують різні погляди: одні дослідники вважають зв'язок окремим випадком відносин, інші -- відносини окремим випадком зв'язків, треті пропонують поняття зв'язку застосовувати до статики системи, до її структури, а терміном “відносини" характеризувати деякі дії в процесі функціонування (динаміки) системи. Тому в різних визначеннях і використовувалися різні поняття, які допомагають їх авторам уточнювати характеристики конкретних систем: наявність у них складових (компонентів) різної складності, статику чи динаміку системи тощо.

Якщо відомо, що елементи є принципово неоднорідними, то це можна відразу врахувати у визначенні, виділивши множину А = {a_i} і множину В = {b_k}:

Якщо відносини застосовуються тільки до елементів різних груп (множин) і не мають використовуватися всередині множин А і В, то в символічній формі це відображають у вигляді:

де -- компоненти системи, утворені з елементів вихідних множин А і В;

За М. Месаровичем, наприклад, виділяють множину X вхідних об'єктів (що впливають на систему) і множину Y вихідних об'єктів (результатів), між якими встановлюють узагальнююче відношення перетинання:

Для уточнення елементів і зв'язків у визначеннях згадують про властивості. Так, згідно з А. Холом, властивості (атрибути) Q_A доповнюють поняття елемента (предмета)

а А.І. Уйомов використовує двоїсті визначення системи, в одному з яких властивості q_i характеризують елементи а_i, а в іншому -- властивості q_j характеризують зв'язки r_j:

Згодом у визначеннях системи з'являється поняття цілі. Спочатку воно використовувалося в неявному вигляді. Наприклад, за Ф.Є. Темніковим, система — це організована множина (у якій ціль з'являється при розкритті поняття "організована"); за філософським словником, система — це "… сукупність елементів, що знаходяться у відносинах і зв'язках між собою й утворюють певну цілісну єдність".

Пізніше поняття цілі почали застосовувати у вигляді кінцевого результату, системоутворюючого критерію, функцій. Потім з'явилися явні згадки про цілі:

де Z - сукупність (чи структура) цілей.

Наприклад, у визначенні В. Сагатовського, покладеному в основу однієї з методик структуризації цілей, система -- це скінченна множина функціональних елементів і відносин між ними, виділена із середовища SR відповідно до певної цілі в межах певного часового інтервалу ∆Т, тобто

Слід звернути увагу на важливість відокремлення системи від середовища. Під середовищем розуміють сукупність усіх об'єктів, зміна властивостей яких впливає на систему, а також тих об'єктів, чиї властивості змінюються внаслідок її функціонування (еволюції, життєдіяльності). Таким чином, урахування середовища призводить до розгляду системи більш високого порядку: будь-яка система є елементом системи більш високого порядку.

У 70-і роки ХХ ст. до визначення системи (поряд з елементами, зв'язками, їх властивостями й цілями) почали включати спостерігача N, тобто особу, що подає об'єкт чи процес у системному вигляді при їх дослідженні чи ухваленні рішення:

На необхідність урахування взаємодії між дослідником і досліджуваною системою вказав У. Р. Ешбі. Перше визначення, до якого явно включено спостерігача, дав Ю.І. Черняк: "… Система є відображенням у свідомості суб'єкта (дослідника, спостерігача) властивостей об'єктів та їх відносин при вирішенні завдання дослідження, пізнання". В інших варіантах згадують завдання проектування, експлуатації, управління, а в деяких -- і мову спостерігача L_N (обраний ним метод моделювання), за допомогою якої він відображає об'єкт та процес ухвалення рішення. Тоді

У визначеннях системи буває й більша кількість складових, але це пов'язано з диференціацією в конкретних умовах видів елементів і відносин між ними.

Загалом виділення систем є завжди умовним і навіть суб'єктивним процесом, що залежить переважно від мети (характеру завдань) і від того, хто здійснює згадане виділення (спеціальності фахівця, рівня його предметної й загальної ерудиції тощо). У зв'язку з цим можна запропонувати ще одну модифікацію вказаного терміна: система — це обмежена множина взаємодіючих елементів зі зв'язками між ними, де обмеження накладаються умовами задачі, для розв'язання якої систему створюють.

В.М. Волкова запропонувала визначення, в якому система не розподіляється на найпростіші елементи, а подається як сукупність укрупнених компонентів, принципово необхідних для існування й функціонування об'єкта дослідження:

де {Z} - сукупність чи структура цілей; {Str} - сукупність структур (виробнича, організаційна тощо), які реалізують цілі; {Tech} - сукупність технологій (методи, засоби, алгоритми тощо), що реалізують систему; {Cond} — умови існування системи, тобто чинники, які впливають на її утворення, функціонування й розвиток. Таке визначення дає змогу не «руйнувати» досліджувану систему, а зберігати в ній основні структури, перетворюючи й розвиваючи її відповідно до поставлених цілей, а при створенні нової системи допомагає утворити цілісну концепцію її проектування, реалізувати цільовий підхід до її створення.

Із цього випливає коротка теза: система — це те, що дає можливість розв'язати задачу.

Зіставляючи еволюцію визначення поняття "система" (елементи і зв'язки, потім -- ціль, потім -- спостерігач) й еволюцію використання категорій теорії пізнання в дослідницькій діяльності, можна знайти подібність: останнім часом при організації процесу пізнання поряд з об'єктами вивчення, їх властивостями й відносинами (зв'язками) між елементами, усе більшу увагу приділяють суб'єкту (спостерігачу), який проводить експеримент, що виявляє особливості досліджуваного об'єкта. З урахуванням цього можна, очевидно, розуміти поняття системи як категорію теорії відображення, пізнання.

З огляду на останнє, цікаво звернути увагу на питання про матеріальність чи нематеріальність системи. З одного боку, прагнучи підкреслити матеріальність систем, деякі дослідники у своїх визначеннях заміняють термін "елемент" термінами "об'єкт", "предмет". Хоча останні можна трактувати і як абстрактні об'єкти чи предмети дослідження, все-таки їх застосування має на меті вказати на матеріальність системи.

З іншого боку, у визначеннях Ю.І. Черняка й особливо С. Оптнера (система є способом чи засобом вирішення проблеми) систему можна трактувати тільки як відображення, тобто як щось, що існує лише у свідомості дослідника, конструктора. Але також очевидно, що задум конструктора (ідеальне зображення системи) потім буде існувати в матеріальному втіленні. У Великій радянській енциклопедії систему визначено як "об'єктивну єдність закономірно зв'язаних один з одним предметів, явищ, а також знань про природу й суспільство", тобто підкреслюється, що поняття елемента, а отже, і системи можна застосовувати як до існуючих матеріально реалізованих об'єктів, так і до відображення знань про них чи про їх майбутні реалізації.

Таким чином, у понятті системи, як і в будь-якій іншій категорії теорії пізнання, об'єктивне й суб'єктивне становлять діалектичну єдність, і варто говорити не про матеріальність чи нематеріальність системи, а про підхід до об'єктів дослідження як до систем, про різне подання їх на різних стадіях пізнання чи створення. Той самий об'єкт на різних етапах може розглядатися у різних аспектах. Відповідно існують і різні аспекти поняття системи: філософський (теоретико-пізнавальний), науково-дослідний, проектний, інженерний тощо. Іншими словами, у термін "система" на різних стадіях розгляду об'єкта вкладають різний зміст.

На перших етапах системного аналізу важливо вміти відокремити або відмежувати систему від зовнішнього середовища, з яким вона взаємодіє.

Окремим випадком виділення системи із середовища є визначення її через "входи" і "виходи", за допомогою яких вона взаємодіє із середовищем. У кібернетиці й теорії систем таке представлення системи називають "чорним ящиком". На цій моделі базувалися первинні визначення поняття системи.

В. Садовський і Є. Юдин зазначають, що система утворює особливу єдність із середовищем; становить собою, як правило, елемент системи більш високого порядку, а її елементи (компоненти), у свою чергу, звичайно виступають як системи більш низького порядку.

Фактично мова йде про поділ оточення (складного середовища) на вищі та нижчі системи, або підсистеми і системи зовнішнього середовища. При цьому вважають, що середовище -- це сукупність усіх об'єктів, зміна властивостей яких впливає на систему, а також тих об'єктів, чиї властивості змінюються в результаті функціонування системи.

Виділяючи систему із середовища, спостерігач відокремлює (обмежує) елементи, що включаються до неї, від інших, тобто від середовища, згідно з цілями дослідження (проектування) чи попереднім уявленням про проблемну ситуацію.

Уточнення або конкретизація визначення системи в процесі дослідження призводить до необхідності з'ясування особливостей середовища та її взаємодії з ним. У зв'язку з цим важливо прогнозувати не тільки стан системи, а й стан середовища, що є особливо важливим для систем управління в економіці. В останньому випадку варто зважати на неоднорідність середовища: наявність власне економічного середовища, а також природного, соціального, політичного, правового та інших.

Таким чином, можна зробити висновок, що на різних етапах подання об'єкта як системи, у різних конкретних ситуаціях зміст цього поняття може бути різним.

Більш повне визначення, що включає й елементи, і зв'язок, і ціль, і спостерігача, а іноді і його "мову" відображення системи, допомагає поставити завдання й намітити основні етапи аналізу системи. Наприклад, в організаційних системах, якщо не виділити осіб, які приймають рішення, можна й не досягти цілі, заради якої вони створюються. Але є системи, зокрема, природні, для яких неможливо вважати, що хтось приймає рішення з їх розвитку. Іноді не потрібно явно використовувати поняття цілі. Зокрема, варіант теорії систем Ю. Урманцева, створений для дослідження невисокорозвинених біологічних об'єктів типу рослин, не включає поняття цілі як невластиве для цього класу об'єктів, а поняття доцільності, розвитку відбиває у формі особливого виду відносин -- законів композиції.

Таким чином, при проведенні системного аналізу потрібно насамперед вивчити проблемну ситуацію за допомогою якомога повнішого визначення системи, а потім, виділивши найбільш істотні компоненти, що впливають на ухвалення рішення, сформулювати "робоче" визначення, яким мають користуватися особи, що беруть участь у здійсненні системного аналізу. При цьому варто мати на увазі, що воно може уточнюватися, розширюватися або звужуватися залежно від ходу аналізу.