Основные признаки и свойства системы

Основными признаками системы, отвечающими дескриптивному определению «система», могут быть: совокупность, связь, объект, подсистема, элемент, структура, организация, управление, цель, функция, функционирование, поведение, эффективность, оптимальность. Дадим их краткое определение.

Под совокупностью можно понимать сочетание, соединение, объединение объектов.

Связь - обязательное свойство элементов системы. Она рассматривается как способ воздействия, взаимодействия или отношение элементов между собой, обусловливающий структуру системы и ее размещение в пространстве и вo времени. Обычно рассматриваются следующие типы связей: материальные энергетические, информационные. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь характеризуется направлением (направленные и ненаправленные), силой (сильные и слабые), характером (связи подчинения, равноправные связи), а также местом приложения (внутренние и внешние) и направленностью процессов в системе и ее частях (прямые и обратные).

Постулируется, что связи существуют между всеми системными элементами, между системами и подсистемами и между двумя и более подсистемами.

Связями первого порядка называются связи, функционально необходимые друг другу. Связи второго порядка - это такие связи, которые являются дополнительными. Как правило, такие связи не являются функционально необходимыми, но они в значительной степени улучшают действие системы. Примером могут служить синергические связи, которые при кооперативных действиях независимых организаций обеспечивают увеличение их общего эффекта до величины большей, чем сумма эффектов этих же независимо действующих организаций. В том случае, если связи являются излишними или противоречивыми, то они определяются как связи третьего порядка. Избыточность описывает такое состояние системы, когда она содержит ненужные элементы.

Противоречие существует тогда, когда система содержит два объекта, таких что, если один истинен то другой ложен по определению.

Под объектом понимается то, что существует вне нас, и не зависит от нашего сознания, выступает предметом познания и воздействия.

Подсистема - часть системы, представляющая собой совокупность некоторых ее элементов, и отличающаяся подчиненностью, с точки зрения выполняемых функций. Подсистемы выделяются по функциональным и (или) технологическим признакам. Названием "подсистема" подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности).

Элемент- часть системы, обладающий некоторой самостоятельностью и имеющий связи с другими частями. Элемент системы при данном рассмотрении объекта не подлежит дальнейшему расчленению, т. е. - это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. При исследовании элемента нас должны интересовать только те свойства, которые определяют его взаимодействие с другими элементами. Обычно рассматривают элементы однородного, разнородного и смешанного характера.

Структура - совокупность элементов системы и связи между ними. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающее строение, расположение, порядок. Выявление структуры позволяет зафиксировать объект как нечто целое. Структура под воздействием функции во многом определяет свойства системы, в том числе и общесистемные свойства целостности, иерархичности и интегративности. Она также играет важную роль в функционировании системы, обеспечивая относительную ее устойчивость и способствуя сохранению качественной определенности системы.

Со структурой системы тесно связана ее организация, нередко эти понятия отождествляются. Существуют также попытки определить организацию как сложность системы (такой взгляд был характерен для Н. Винера и JI. фон Неймана), хотя понятие организации давно определено как взаимодействие частей целого, обусловленное его строением. Это определение ясно показывает отличие и взаимосвязь организации и структуры. Если структура системы отражает ее устойчивые компоненты и связи, то организация - как устойчивые, так и неустойчивые объекты и связи, т.е.организация выражает и структурные, и составные аспекты системы.

На практике часто используют два понятия структуры системы: организационная структура и функциональная структура.

Организационная структура понимается как взаимосвязь объектов системы, находящихся на разных уровнях управления. При этом связь между объектами представляет собой совместное выполнение ими операций по обработке потоковой информации, идущих с верхних уровне управления вниз и на оборот.

Функциональная структура понимается как взаимосвязь объектов системы находящихся, как правило, на одном уровне управления осуществляющаяся путем совместной обработки потоков информации, материальных или энергетических потоков в интересах функционального взаимодействия для выполнения своих задач.

Управление - совокупность информационных воздействий, для достижения поставленных целей.

Цель - область состояний среды и системы, которую необходимо достичь при функционировании системы. По другому, цель - это "желаемое" состояние ее выходов, т.е. некоторое значение или подмножество значений функций системы. Цель может быть заданной как из вне и поставлена системой самой себе; в последнем случае цель будет выражать внутренние потребности системы. Поэтому, вопреки сложившемуся в экономической литературе, так и в исследованиях по теории систем мнению, цели подсистемы, если она, в свою очередь, является целенаправленной самоуправляемой системой, не могут (и не должны) быть подчинены целям системы, в которую она входит, в силу изначального различия потребностей. Их цели должны быть непротиворечивыми, взаимно не исключающими друг друга, для чего в теории систем разработано немало эффективных процедур, подробно описанных в соответствующей литературе. Вопреки достаточно распространенному, в частности среди тех, кто разрабатывает и осуществляет социальные реформы, волюнтаристскому взгляду, система может достичь цели не из любого состояния, не при любом начальном условии и тем более не в любой промежуток времени. Чтобы достичь цели, система должна находиться в "области достижимости".

Основным системообразующим признаком является функция системы. Единого мнения по поводу того, что представляет собой функция, не сложилось. Анализ научной литературы позволяет выделить четыре основных группы взглядов на природу и происхождение функции системы.

Исследователи первой группы полагают, что функция системы состоит в переработке входов в выходы. Несуразность подобного подхода очевидна: если, например, рассмотреть такую систему, как фирма, выпускающая компьютеры, то ее функцией нужно назвать переработку пластмассы, интегральных схем, идей, энергии и др. в компьютеры. А зачем? Для чего это, в свою очередь, нужно? Практика СССР показала, что подобное понимание функции истощает ресурсы и приводит систему к разрушению.

Вторая точка зрения близка первой и видит функцию в сохранении системы, поддержании ее структуры, т.е. получается, что система должна существовать для того, чтобы существовать.

Третья группа исследователей отождествляет функцию и функционирование системы, определяя вторую как способ или средства достижения цели, как действия, предпринимаемые для этого, однако возможно существование нецелевых систем, осуществляющих функционирование, а значит, и имеющих функцию.

И, наконец, четвертой группой функция рассматривается как смысл существования, назначение, необходимость системы. Именно эту точку зрения и следует признать наиболее близкой к истине, ибо, по определению, функция отражает назначение системы, что исключает и споры по вопросу, каково ее происхождение.

Функция задается системе извне и показывает, какую роль данная система выполняет по отношению к более общей системе, в которую она включена составной частью наряду с другими системами, выступающими для нее средой. Это положение имеет очень важные следствия: импульс к изменению, в том числе и развитию системы, может как генерироваться внутри системы, так и вызываться внешними факторами. Если первое достаточно обосновано еще в рамках материалистической диалектики, то второе нуждается в логическом обосновании. Во-первых, любое изменение функции, производимое средой, вызывает смену механизма функционирования системы (по определению понятий "функция" и "функционирование"), а это приводит к изменению структуры системы, которое может происходить как в направлении прогресса, так и в направлении регресса. Во-вторых, с усложнением функции в пределах старого строения происходит дифференциация, которая в будущем может вызвать обособление новой части, т.е. развитие системы. Именно то, что функция определяет структуру, функционирование и развитие системы, дает основание говорить о ней как о главном системообразующем факторе.

Немаловажное значение имеет вопрос о соотношении функции и цели системы, особенно для целенаправленных социальных систем, тем более что нередко цель и функция либо отождествляются, либо функцию считают подчиненной цели. По определению, функция отражает назначение системы, ее роль в среде и является объективно обусловленной средой; цель, наоборот, выражает внутренние потребности системы, имеющей внутренний блок управления, следовательно, об отождествлении цели и функции или подчинении одного другому речь идти не может. Может утверждаться лишь, что каждая из них в состоянии препятствовать осуществлению другой, или не препятствовать. При этом главенствующая роль принадлежит функции, поскольку именно от нее зависит возможность самого существования системы: если функция не выполняется, влияние среды может быть для системы разрушительным, в то время как обратное верно не всегда - если система выполняет свою функцию, то не достижение (или достижение) цели, как правило, не несет непосредственной угрозы разрушения. Например, если какая-либофирма не удовлетворяет потребностей потребителей своей, продукцией (функция), то рано или поздно она разорится. Если же, вполне удовлетворяя потребности, фирма не получает прибыль (одна из возможных целей), она вполне может существовать значительное время.

Конечно, цель оказывает огромное влияние как на структуру, так и на поведение системы и наряду с функцией должна быть признана системообразующим фактором, но при решающей роли функции.

Функционирование - осуществление различных процессов в системе при взаимодействии со средой. Функционирование системы во времени называют ее поведением. Все еще встречающуюся в литературе по теории трактовку поведения как суммы или последовательного набора состояний следует признать неверной, поскольку никакая "сумма" (если вообще можно применять это понятие к качественным категориям) дискретных статических срезов системы не в состоянии показать ее динамические характеристики, одной из которых является поведение (хотя изучение поведения системы человеком в силу особенностей его мышления происходит так, как подмечено выше, но является отражением законов познающего субъекта, а не познаваемого объекта).

В процессе функционирования система достигает определенного результата - эффекта. Вопрос об эффективности системы, а тем более формализованном ее выражении можно считать до сих пор не разрешенным, хотя определенные высказывания на этот счет имеются.

Поскольку какой бы то ни было эффект (результат), включая, возможно, и достижение какой-либо цели, является продуктом функционирования системы, то эффективность или результативность следует понимать как степень достижения результата, заданного ее функцией, как степень соответствия действительного результата тому, который должен иметь место при всей полноте выполнения системой своей функции.

Иногда оптимум системы отождествляется с эффективностью. В литературе определение оптимума - как экстремума целевой функции системы, - страдает неопределенностью, поскольку неясно, какой экстремум функции - максимум или минимум - имеется в виду. Понятие оптимума системы можно в общем определить следующим образом. Оптимум системы представляет собоймаксимально (минимально) достижимое при имеющихся ресурсах значение целевой функции системы.

Таким образом, система может быть эффективной, но не оптимальной; оптимальной, но неэффективной и как эффективной, так и оптимальной.

Как эффективность, так и оптимальность системы сильно зависят от того, насколько эффективны и оптимальны ее подсистемы, и наоборот, однако зависимость здесь не прямая: эффективность функционирования объектов способствует эффективности системы в целом, но не всегда приводит к ней в силу системного свойства интегративности. Что касается оптимума, то здесь еще более сложная и противоречивая зависимость, которая может быть даже обратной: достижение системой глобального оптимума нарушило бы нормальное функционирование подсистем; а подсистемы не могут одновременно достичь оптимума, ибо это может вывести за допустимые пределы переменные других подсистем.

Дескриптивный подход к определению системы требует также описание основных ее свойств. В качестве общесистемных свойств могут выступать: целостность, иерархичность, интегративность, переходный процесс, устойчивость, управляемость, достижимость, обратная связь, адаптивность, открытость (закрытость).

Дадим краткое описание основным свойствам системы.

Целостность - это общесистемное свойство, заключающееся в том, что изменение любого объекта системы оказывает воздействие на все другие ее объекты и приводит к изменению системы в целом; и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех объектах системы; она означает также преобразование компонентов, входящих в систему, соответственно ее природе.

Иерархичность системы состоит в том, что она может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, а каждый ее элемент, в свою очередь, является системой.

И, наконец, интегративность представляет собой обладание системой свойствами, отсутствующими у ее элементов (верно и обратное - элементы обладают свойствами, не присущими системе).

Реакция системы на какой-либо входной сигнал называется переходным процессом. Переходные процессы систем изображены на рис. 1.2. Эти процессы характеризуются временем переходного процесса Т, величиной перерегулирования σ (максимальное отклонение Y¹ от Y₀за время переходного процесса).

Рисунок 1.2 – Переходные процессы системы

Переходный процесс - это показатель функционирования системы во времени, указывающий как быстро и в какое новое состояние перейдет система в результате появления входного сигнала. Система находится в равновесии, если ее состояние может оставаться неизменным неограниченное время. В системе может быть несколько состояний равновесия.

Под устойчивостью системы понимается ее способность под действием входного сигнала переходить из одного состояния равновесия в другое. На рис. 1.2. переходные процессы I и II соответствуют устойчивой системе, а III - неустойчивой.

Понятие устойчивости связано с величиной воздействия, вызвавшего изменения состояния системы. Надо учитывать предельное значение входного сигнала.

Принцип управляемостивыражает необходимость зависимости показателя эффективности, целевой функции от параметров управления системой (входных сигналов).

Достижимость означает что параметры, как самой системы, так и ее среды должны достичь определенных значений.

Обратная связь означает получение информации о результате управления. Обратная связь может быть отрицательной и положительной.

Отрицательная обратная связь характеризуется тем, что выходной сигнал, воздействующий на вход системы, имеет противоположный знак по отношению к входному, вызывающему изменение состояния системы. Системы с отрицательной обратной связью обычно предназначены для поддержания ее в устойчивом состоянии.

Положительная обратная связь характеризуется тем, что выходной сигнал, подаваемый на вход в качестве обратной связи, имеет одинаковый знак с входным сигналом. Системы с положительной обратной связью неустойчивы.

Свойством адаптивности обладает система, имеющая управление с обратной связью, которая отличается наличием специального адаптивного механизма накапливающего и анализирующего информацию о прошлых управленческих ситуациях, вырабатывающего новое поведение.

Адаптивное управление присуще сложным системам, которым в процессе управления приходится изменять программы и стратегии поведения путем обучения.

Теория адаптивного управления пока не получила большого развития, в следствие чрезвычайной сложности формирования процессов обучения.

Открытость - означает, что система имеет связь со средой.

Закрытость – система не имеет связи со средой.

Классификация систем

Системы могут быть разделены на классы по различным признакам. На рисунке 1.3представлена классификация систем по наиболее общим признакам:

- по природе элементов;

- по происхождению;

- по степени сложности;

- по характеру поведения;

- по степени автоматизации управления;

- по приспособленности к среде;

- по отношению к среде;

- по длительности существования;

- по изменению свойств;

- по характеру реакции на воздействие среды.

Физические системы состоят из изделий, оборудования и машин и, вообще, из естественных или искусственных объектов. Этим системам могут быть противопоставлены абстрактные системы, которые не имеют прямого аналога. В абстрактных системах свойства объектов, которые могут существовать только в уме исследователя, представляют символы. Это могут быть: языки (естественные и искусственные), системы исчислений и т.п. Идеи, планы гипотезы и понятия, находящиеся в процессе исследования, могут также быть представлены как абстрактные системы.

Естественные системы - это системы, которые существуют реально, например: механические, биологические, эргодические (человеко-машинные). В свою очередь, искусственные системы являются продуктом человеческого труда и ума.

Разделение систем на простые и сложные является условным. Мы будем относить к разряду сложных системте, для которых характерны следующие признаки:

- наличие большого количества взаимодействующих между собой элементов;

- возможность разбиения системы на подсистемы;

- сложность функционирования системы;

- наличие управления (обработки потоков информации);

- наличие взаимодействия с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов.

Рисунок 1.3 – Классификация систем

Любую сложную систему в соответствии с кибернетическим подходом к исследованию систем можно рассматривать как систему управления, состоящую из двух или более систем. При этом одна из них является управляющей системой, а другая управляемой системой.

Адаптивная система - это система, которая способна приспосабливаться к внешнему воздействию, или, другими словами, в которой происходит непрерывный процесс обучения или самоорганизации.

Системы существуют в определенной окружающей среде и обусловливаются ею. Открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом или энергией регулярным и понятным образом. Деловая деятельность в основном происходит в обстановке открытой системы.

Противоположностью открытым системам являются закрытые системы, у которых отсутствует взаимодействие с внешней средой, или которые действуют с относительно небольшим обменом энергией или веществом с окружающей средой. Лучший пример частично закрытой системы в деловом мире - монополия, процессы и продукты которой защищены патентами или другими средствами. Отсутствие конкуренции может позволить монополии действовать менее открытым способом. Сделанные человеком системы являются закрытыми, если они характеризуются как полностью структурированные. Конструирование деловых систем имеет целью переход к открытым системам. Эта цель достигается с помощью обратной связи. Системы, сделанные человеком, могут быть также адаптивными.

Постоянная система - это естественная система, но на практике довольно часто некоторые искусственные системы относят к постоянным системам.

Стабильная система - это система, свойства которой не меняются во времени. В том случае, если изменения все-таки имеют место, то они носят циклический характер.

Пассивные системы не оказывают ответного воздействия на среду. В случае, если ответная реакция имеет место, то такая система является активной.

Как видно из рисунка 1.4, каждая управляемая система в свою очередь может быть представлена системой управления состоящей из управляющей и управляемой систем. Таким образом, любую сложную систему можно рассматривать как комплекс вложенных друг в друга систем управления. Образно говоря, сложная система - это «матрешка», число, вложений в которую зависит от целей исследования системы. Они конкретно определяют, какую по счету управляемую систему не следует далее представлять системой управления с двумя составляющими — управляющей и управляемой.

Функционирование сложной системы как системы управления, состав которой показан на рисунке 1.4,можно представить в виде процесса управления, состоящего из последовательности следующих четырех системных операций:

- операции прогноза;

- операции принятия решения;

- операции планирования;

- операции регулирования или оперативного управления, состоящей в свою очередь из операций контроля (учет и анализ выполнения мероприятий плана) и управляющего воздействия в интересах выполнения плана.

Рисунок 1.4 – Состав системы управления

В общем случае процесс управления является циклическим процессом (рисунок 1.5).Это значит, что каждая из четырех операций может выполняться в цикле в зависимости от возможностей состава системы - количества элементов и их свойств, и воздействия окружающей среды.

Первый цикл - повторение операции контроля до тех пор, пока не обнаружено отклонение мероприятий от плана.

Второй цикл - в случае обнаружения отклонений от плана повторяется операция управляющего воздействия, затем снова выполняется операция контроля.

Третий цикл - повторение операции планирования - корректировки старого плана так, чтобы операция оперативного управления в целом оставалась эффективной. При этом вначале выполняется операция принятия решения.

Четвертый цикл - повторяется операция принятия решения на разработку нового плана, если корректировка старого плана не принесла успеха. При этом, как правило, выполняется и операция прогнозирования.

Рисунок 1.5 – Циклический процесс управления

Такое циклическое повторение характерно для всех сложных систем, нас окружающих. Отличия могут заключаться лишь в той или иной конкретной детализации состава циклов.

Теперь несколько слов о простых системах. Главной отличительной чертой простой системы является, как правило, небольшое количество элементов в составе системы и отсутствие управления.

При большом количестве элементов простые системы называются большими системами.

Состояние простой системы не может меняться (структура, элементы) поскольку отсутствует управление, то есть, нет управляющей части. Состояние простой системы изменяется только под воздействием внешней управляющей системы, когда простая система превращается в управляемую, но не в систему управления.

В отличие от управляющей системы, обрабатывающей информационные потоки, простая система, превращенная в управляемую, обрабатывает материальные или энергетические потоки.На практике такими системами является различное оборудование, управляемое людьми или автоматами. Подобные системы могут входить в качестве элементов в состав систем управления, примером которых являются такие сложные системы как предприятия текстильной или легкой промышленности. Эти предприятия полностью соответствуют определению сложной системы, а значит, системы управления, структура которой определяется информационными, материальными и энергетическими связями.

Вопросы к главе 1 «Основы теории систем»

1.Что такое теория систем? Объект, предмет и задачи теории систем.

2. Каков состав теоретической и прикладной частей теории систем?

3. Какова сущность системного подхода?

4. Дайте дескриптивное определение системы.

5. Дайте конструктивное определение системы.

6. Как вы понимаете объект, подсистему, элемент, элементарные и составные операции.

7. Что такое структура и организация системы?

8. Раскройте понятие управления, цели, функции, функционирования и поведения.

9. Что такое эффективность и оптимальность системы?

10.Дайте определение таким свойствам системы как целостность, иерархичность и интегративность.

11.Что собой представляют такие свойства системы как переходный процесс, устойчивость, управляемость и достижимость?