Определение системы
В системном анализе исследования строятся на использовании понятия Система.
Понятие Система, достаточно широко используемое в обиходной и научной речи, кажется для большинства людей очевидным. Мы постоянно сталкиваемся со словосочетаниями: система координат, солнечная система, информационно-поисковая система, система безопасности, операционная система, система расчетов и др. Список различного вида систем можно продолжить до конца страницы. Тем не менее, несмотря на различную роль термина Система в вышеприведенных примерах, в каждом конкретном случае понятно, о чем идет речь.
В основе такого поверхностного понимания термина Система лежит данное еще в Древней Греции стоиками содержание:
๏ Система (от греч. - σύστημα) – целое, составленное из частей.
Правда при внимательном рассмотрении смысла этого определения может возникнуть вопросы: из каких частей составлено это целое и каким образом эти части объединены в целое.
Следует отметить, что за две с половиною тысячи лет (от стоиков до настоящего времени) были сделаны многократные попытки дать ответ на поставленные вопросы. Одно, из наиболее широко используемых определений понятия Система, гласит:
๏ Система – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.
В этих определениях на первое место выходит некоторое свойство присущее Системам – целое.
Рассмотрим стул (конечно целый) у которого есть ножки, сиденье и спинка. По вышеприведенному определению стул является системой.
Рассмотрим мобильный телефон. Он состоит из частей: корпус, клавиатура, дисплей, аккумулятор, внутренние микросхемы, лампы подсветки, которые также объединены в единое целое. Таким образом мобильный телефон также - система. Но, конечно, система более сложная чем стул.
Давайте рассмотрим тот же мобильник, но уже в тот, момент, когда вы разговариваете по нему с другом (или подругой). В этом случае ваш мобильник, мобильник вашего собеседника, провайдер предоставляющий вам радиоканал связи, являются частями некоторого целого: линии связи. В этом случае мы также имеем дело с системой.
С точки зрения вышеприведенных определений понятия Система, фактически любой предмет или объект (позднелатинское objectum - предмет) окружающего мира или некоторое сочетание предметов (объектов) могут быть рассмотрены как Система.
Вот эта «системность», пронизывающая окружающий мир и явилась причиной широкого применения термина Система в совершенно различных сферах деятельности.
Основной вывод, который можно сделать из вышеизложенного: любой Системе присуще наличие некоторой целостности, т.е. некоторого единства, которое и соединяет разнородные элементы в единую Систему.
Будем рассматривать эту целостность как неотъемлемое свойство Системы.
Свойство это то, что обнаруживается при сравнении группы элементов, входящих в Систему, с элементами, объектами вне системы. Когда используется термин свойство, то речь идет о некоторой характеристике взаимодействия рассматриваемого предмета (объекта) с другими объектами. Если нет взаимодействия одного объекта с другим, то и свойства не могут проявиться.
Пока не будем уточнять, каким образом реализуется это свойство и какой качественный уровень оно может принимать.
Вышеприведенные определения основаны на рассмотрении Системы как бы «изнутри», с точки зрения ее внутреннего устройства.
Попытаемся рассмотреть, какие еще могут быть у Системы характеристики, позволяющие уточнить содержание понятия Система.
Для этого вернемся к истории вопроса развития понятия Система. В середине прошлого века интенсивное проведение научных исследований в областях как чисто практических, так и сугубо абстрактных привело к широкому использованию специалистами, изучающими различные предметные области знаний, термина Система. Понимание как Системы широкого множества сложных объектов исследования – технических, математических, биологических, психологических, социально-экономических - позволило создать новое научное направление: Теорию систем.
Возникновение «теории систем» обычно связывают с именами нашего соотечественника А.А. Богданова и австрийского биолога Людвига фон Берталанфи. А.А. Богданов попытался в двадцатые годы прошлого века создать теорию организации – тектологию. А Л. фон Берталанфи организовал в пятидесятых годах в Канаде центр системных исследований и опубликовал ряд научных работ, посвященных системам. Им была предложена идея построения такой теории, которую можно было бы применять к системам различной природы, и на ее основе выводить общесистемные закономерности.
В дальнейшем более детально остановимся на важности указанных работ на развитие методологии системного анализа, но сейчас обратим внимание на концепцию «черного ящика», введенную в кибернетике.
Любое научное исследование связано с установлением зависимости воздействие – результат.
«Черный ящик» представляется как некий замкнутый объект, о внутреннем устройстве которого ничего или почти ничего не известно. Но на «ящик», (на его Вход) можно воздействовать извне и он каким-то образом отреагирует на это воздействие. Т.е. на Выходе ящика появиться некоторый результат.
Так «кота в мешке» можно рассматривать в качестве черного ящика. И пока мы не окажем некоторого воздействия на мешок и не услышим мяукание кота, мы не знаем, что находится внутри мешка.
Обратим внимание на следующее: «Черный ящик» – стали рассматривать как некоторую Систему (Рис.1.1.). Стрелка, которая входит в Систему соответствует воздействию извне - Входу, а стрелка исходящая - отклик (ответ) «черного ящика» или результат воздействия – соответствует Выходу.
Рис. 1.1.
Что нового можно при таком подходе к Системе увидеть? Что Вход и Выход Системы связывают ее с чем-то, что находится вне Системы. Вот это нечто, находящееся вне рассматриваемой Системы, стали рассматривать как Окружающую Среду. Т.е. Систему следует изучать с учетом ее взаимодействия с Окружающей Средой.
В этом случае происходит рассмотрение Системы как бы «извне» и позволяет изучать систему, внутреннее устройство которой неизвестно. Неявно, но здесь возникает некий Наблюдатель, который изучает ее поведение. При этом местонахождение Наблюдателя не определено. Он может находится как внутри Системы, так и вне нее.
В связи с этим, специалисты по исследованию систем противопоставляют следующие два подхода к описанию Систем.
Первый подход рассматривает внутреннюю организацию Системы и называется микроскопическим.
Задачи микроподхода состоят в следующем:
- выявление элементов систем,
- раскрытие функций каждого из элементов,
- выявление связей между элементами.
Второй подход рассматривает внешнюю организацию Системы и называется макроскопическим. Данный подход к системе предусматривает изучение Системы как бы извне, без рассмотрения ее детального внутреннего устройства. Система рассматривается как нечто, что ведет себя как
ц е л о е, по отношению к оказываемому на него воздействию.
При таком подходе к Системе на первое место выходит анализ ее поведения, ее функциональности.
Изучение Входов и Выходов направлено на установление «причинно-следственного» поведения Системы. Причинно-следственные связи, рассмотренные во времени, приводят к представлениям об изменениях в Системе, о ее предназначении или о цели.
Для более полного определения понятия Система разобьем все многообразие систем на два очевидных класса: материальные (или реальные) системы и идеальные (или абстрактные) системы.
Реальные (материальные) системы – системы, существующие в объективной действительности, в неживой или живой природе. К системам этого класса относится и живая клетка, и растущее дерево, и лес, и планета Земля, и солнечная система, и галактики. К системам этого класса можно отнести и системы, созданные человеком: стул, телефон, машины, производственные комплексы, вооружения, государства и др.
К материальным (реальным) системам можно отнести все системы , существующие в реальном мире, которые можно увидеть (даже с помощью микроскопа или телескопа) и для которых существует о б р а з.
Правда, может возникнуть возражение: не для всех реальных систем существует образ. Например, атом невидим, и поэтому его нельзя отнести к реальным системам. Да, здесь мы находимся на границе с абстрактными системами. Просто данный пример подтверждает тот факт, что любая классификация относительна и любые границы между классами размыты, нечетки. Для пограничных элементов того или иного класса всегда имеется некоторая неточность в классификации. Но для огромного большинства элементов класса такой неопределенности не возникает.
В основном будем полагать, что реальные системы обладают образом.
Следует отметить, что образы выражают структурные свойства систем. В последующих разделах мы более детально остановимся на этих свойствах Системы.
Идеальные (абстрактные) системы – системы, все элементы которых являются понятиями.
๏ Понятие - это представление идеи или объекта. С помощью понятий можно объяснить предмет или объект, сделать его понятным.
Чтобы ввести понятие в некоторую предметную область необходимо задать символ, соответствующий данному понятию, раскрыть его содержание и привести расширение:
Символ – слова, знаки или образы, представляющие понятия,
Содержание – определение понятия,
Расширение – набор примеров, к которым применимо понятие.
Посредством понятий описываются события (например, полет самолета, взлет ракеты, сдача экзамена), явления (извержение вулкана, ледоход, гроза), поведение животных и людей (нежность, грубость, агрессия), процессы (изменение температуры объекта, подъем экономики, изменение курса валют).
Другими словами, все процессы, события, явления также могут рассматриваться в качестве абстрактных Систем.
Изучение класса абстрактных систем привело к тому, что Систему начали понимать как некоторое умозрительное представление о части окружающего человека мире (ее модель), которая обладает некоторой целостностью (реальной или с точки зрения субъекта).
Различие между Системами реального и абстрактного классов столь существенно, что для абстрактных Систем было сформулировано другое содержание:
๏ Система – есть отражение на языке Наблюдателя (Субъекта) объектов, отношений и их свойств в решении задачи исследования, познания.
Это определение учитывает две важные особенности современного понимания Системы (абстрактной):
- Система есть модель реального мира – отражение этого мира на языке Наблюдателя, т.е. в своих основных чертах является субъективным видением Наблюдателем объектов,
- Система есть инструмент решения задачи исследования, т.е. в контексте изучения основ Системного анализа о Системе имеет смысл говорить, только при наличии задачи исследования. Нельзя использовать инструмент, не зная, для чего и как он применяется. Для каждой конкретной задачи исследования подбирается свой инструмент, своя Система описания и решения задачи.
Таким образом, у нас имеется два понятия Система. Одно для реальных систем, а другое для абстрактных. А задача системного аналитика всегда четко осознавать, о какой системе в каждом конкретном случае идет речь.
С одной стороны, существует физическая реальность, которая является системой. А с другой стороны, в процессе анализа создается абстрактная система, которая позволяет аналитику понять и описать реальную систему. Но, абстрактная система всегда субъективна, ограничена. Аналитик учитывает при ее построении только часть доступной ему информации о реальной системе. К тому же, он не имеет полной информации, потому, что часто и не знает, какая информация ему нужна для понимания реальной системы. Немного попозже мы поговорим о роли информации для анализа систем. Но сейчас важно отметить следующее: аналитику постоянно приходится совершать переключение внимания с реальной системы на абстрактную и обратно. Постоянно идет процесс уточнения описания реальной системы. Проникнув вглубь сущности реальной системы можно уточнить, более полно учесть ее особенности в абстрактной системе. И тут часто возникает замещение одной системы другой. Аналитик может начать считать, что абстрактная система и система реальная – одно и тоже. Т.е. свои представления о реальной системе начинает воспринимать в качестве реальной системы. Что может явиться источником различных ошибок анализа.
Следует иметь в виду и следующий факт. Абстрактная система отражает только часть реальной системы. Когда мы, рассматривая гору с разных сторон можем увидеть совершенно различные, не похожие между собой, ее изображения, так и, строя абстрактную систему, можно построить множество различных систем в различной степени отражающих реальную систему. Отсюда следует вывод конкретная реальная система одна, а соответствующих ей абстрактных систем может быть множество (при желании бесконечное).
Для описания системы важно знать, какую она имеет структуру, какие функции исполняет и каким образом связана с окружением.
Поэтому далее рассмотрим важные понятия, необходимые для описания систем: элементы, окружающая среда, структура Системы.
Лекция №3