Связь определяют как ограничение степени свободы элементов.

Лекция №2

Тема: Общие понятия теории систем

2.1Понятия о системе.

2.2 Строение систем.

2.3 Функционирование систем.

2.4 Развитие систем

Тема: Общие понятия теории систем

2.1 Понятия о системе.

2.2 Строение систем.

2.3 Функционирование систем.

2.4 Развитие систем

Понятия о системе.

Потребность в использовании понятия «система» возникла для объектов различной природы с древних времен: еще Аристотель обратил внимание на то, что целое (т. е. система) несводимо к сумме частей, его образующих.

В XX развитие научно-технического прогресса привело к усложнению процессов проектирования, планирования и управления во всех сферах народного хозяйства, стало резко увеличиваться число комплексных проектов, проблем. Развитие отраслей и усиление их взаимного влияния друг на друга привело к увеличению количества возможных вариантов, рассматриваемых в случаях принятия решений при проектировании, производстве и эксплуатации, планировании и управлении предприятием, объединением, отраслью и т. п. Анализируя эти варианты, необходимо было привлекать специалистов различных областей знаний, организовывать взаимодействие и взаимопонимание между ними.

Все это привело к появлению нового – системного – подхода к анализу систем. В основе системного подхода лежит специальная теория – общая (абстрактная) теория систем.

Потребность в использовании этого термина возникает в тех случаях, когда невозможно что-то продемонстрировать, изобразить, представить математическим выражением и нужно подчеркнуть, что это будет большим, сложным, не полностью сразу понятным (с неопределенностью), при этом целым, единым, большим.

Пример

Солнечная система, система управления станком, система организационного управления предприятием (городом, регионом и т.п.), экономическая система, система кровообращения и т.д.).

В математике термин «система» используется для отображения совокупности математических выражений или правил – система уравнений, система счисления, система мер и т. п. Казалось бы, в этих случаях можно было бы воспользоваться терминами «множество» или «совокупность». Однако понятие системы подчеркивает упорядоченность, целостность, наличие определенных закономерностей ее построения, функционирования и развития.

Определения системы

Термин «система» и связанные с ним понятия комплексного, системного подхода исследуются и подвергаются осмыслению философами, биологами, психологами, кибернетиками, физиками, математиками, экономистами, инженерами различных специальностей.

Существует несколько десятков определений этого понятия. Их анализ показывает, что понятие «система» изменялось как по форме, так и по содержанию. Наиболее полное определение может быть записано следующим образом:

S≡ <A, Q_A,R, Z, SR, ∆T, N, L_N>,

где

A= {a_i} – элементы (части, компоненты),

Q_A– свойства элементов,

R= {r_j} – связи (отношения),

Z– цель (совокупность или структура целей),

SR– среда,

∆T– интервал времени (период существования системы и ее целей),

N– «наблюдатель»,

L_N– язык наблюдателя.

Вначале в определения включали только элементы и связи, затем стали учитывать цель, среду и время существования системы, а в последующем и наблюдателя (лицо, представляющее объект или процесс в виде системы при их исследовании или принятии решения).

Людвиг фон Берталанфи (1901 – 1972) Австрийский биолог, (проживал в Канаде и США с 1949 г.). Первооснователь обобщённой системной концепции под названием «Общая теория систем».

В определении В. Н. Сагатовского система – «конечное множество функиональных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала».

Первое определение, в котором в явном виде включен наблюдатель, дал Ю. И. Черняк: «Система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания».

Черняк стал учитывать и язык наблюдателя: «Система – отображение на языке наблюдателя объектов, отношений и их свойств в решении задачи исследования, познания».

Строение систем.

Элемент – простейшая, неделимая часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным.

Пример

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.

Аналогично в системе управления предприятием элементами можно считать подразделения аппарата управления, а можно – каждого сотрудника или каждую операцию, которую он выполняет.

С непониманием этой проблемы была связана типичная ошибка при обследовании существующей системы управления как первой стадии разработки АСУ: инженеры в соответствии со своим подходом обеспечения полноты подвергали анализу все документы, вплоть до реквизитов, что существенно затягивало работу, в то время как для разработки технического задания на создание АСУП такой детализации не требовалось.

Поэтому следующее определение будет более точным: элемент – это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели.

Сложные системы принято вначале делить на подсистемы, или на компоненты.

Понятие «подсистема» подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, имеющая свою подцель, а также обладающая другими свойствами систем – целостностью, коммуникативностью и т.п.

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 ее целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику) и функционирование (динамику) системы.

Связь определяют 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.

В определениях системы термины «связь» и «отношение» обычно используются как синонимы.

Связи можно охарактеризовать направлением (направленные и ненаправленные), силой (сильные и слабые), характером или видом (связи подчинения, порождения, равноправные, управления). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из этих признаков.

Важную роль в моделировании систем играет понятие обратной связи. Обратная связь является основой саморегулирования, развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования (подробнее понятие обратной связи рассматривается в лекции №2).

Понятие «цель» и связанные с ним понятия «целесообразность» и «целенаправленность» лежат в основе развития системы.

В зависимости от стадии познания объекта, этапа системного анализа, в понятие «цель» вкладывают различные оттенки – от идеальных устремлений, до конкретных целей – конечных результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени.

Для того, чтобы отразить диалектическое противоречие, заключенное в понятии цель, приведем следующее определение: цель – заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека, группы людей.

«Заранее мыслимый» но все же «результат», воплощение замысла. Подчеркивается также, что понятие цели связано с человеком, его «сознательной деятельностью», т.е. с наличием сознания.

Рассмотренное понимание цели очень важно при организации процессов коллективного принятия решений в системах управления. В реальных ситуациях необходимо оговаривать, в каком смысле на данном этапе рассмотрения системы используется понятие «цель», что в большей степени должно быть отражено в ее формулировке – идеальные устремления, которые помогут коллективу лиц, принимающих решение, увидеть перспективы, или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к желаемому будущему.

Структура. Система может быть представлена простым перечислением элементов или черным ящиком (моделью «вход – выход»). Однако чаще всего при использовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят понятие «структура».

Структура (от лат. «structure» - строение, расположение, порядок) отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство, строение.

Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них, на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу.

Структуры, особенно иерархические, как будет показано далее, могут помочь в раскрытии неопределенности сложных систем. Иными словами, структурные представления систем являются средством их исследования. Различные виды (классы) структур будут рассмотрены подробнее в п. 1.3.

Функционирование систем.

Если система способна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности перехода из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его характер, алгоритмы.

Понятие «равновесие» определяют как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия.

Пример

Простейший пример – равновесие шарика на плоскости. Для экономических, организационных систем это понятие применимо достаточно условно.

Под устойчивостью 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.

Развитие систем

Это понятие помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе. Исследование процесса развития, соотношения развития и устойчивости, изучение механизмов, лежащих в их основе, – наиболее сложные задачи теории систем. Выделяют особый класс развивающихся (самоорганизующихся) систем, обладающих особыми свойствами и требующих использования специальных подходов к их моделированию.

Жизненный цикл (ЖЦ) – период времени от возникновения потребности в системе и ее становления до снижения эффективности функционирования системы и ее «смерти» или ликвидации. Пример трактовки ЖЦ В.Н. Спицнаделем: