Определение и свойства системы. Внешняя среда. Проблемная ситуация

2.1. Определение системы. Существуют разные определения системы.

1. Система – это комплекс элементов находящийся во взаимодействии.

2. Система – это множество объектов вместе с отношениями этих объектов.

3. Система – это множество элементов, находящихся в отношениях или связях друг с другом, образующая целостность или органическое единство (см. толковый словарь) и др.

По мере развития ТС и СА понятие системы уточняется и совершенствуется. Наряду с элементами и связями (отношениями) между ними и их признаками, свойствами и целями, в состав системы предлагается включать наблюдателя – чтобы учитывать взаимодействие между исследователем и изучаемой им системой. Ведутся дискуссии о том, какой термин: «отношение» или «связь» лучше употреблять. Еще дальше отходя от реальных объектов, явлений и процессов, системой предлагается считать «формальную взаимосвязь между наблюдаемыми признаками и свойствами».

Фигурирующие в определении системы термины «отношение» и «взаимодействие» используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий: «ограничение», «структура», «организационная связь», «соединение», «зависимость» и т.п., которые будут подробно рассмотрены в дальнейшем. Простейшая модель системы S представляет собой упорядоченную пару S = (A, R), где A – множество элементов; R – множество отношений между элементами A. Ограничимся двумя «рабочими» определениями системы, наиболее значимыми в практическом плане.

1. Система – это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой таким образом, чтобы могла реализоваться заданная функция системы.

Подсистема и надсистема – всякая система может рассматриваться и как подсистема в составе системы более высокого порядка (как часть надсистемы, метасистемы), и как надсистема для систем более низкого порядка (совокупности подсистем). Например, система «Цех» входит как подсистема в систему «Фирма», а надсистема «Фирма» является подсистемой в системе «Корпорация». В качестве подсистем обычно фигурирует части системы, обладающие относительной самостоятельностью и степенью свободы функционирования. Компонент – это любая часть системы, вступающая в определенные отношения с другими частями (подсистемами, элементами). Элемент – это часть системы с однозначно определенными (с точки зрения исследователя) свойствами и рабочими функциями, не подлежащая дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи.

                           Система А

                                                      Элементы

                                                   подсистемы В

                                                                                     . . .

                                                                                                               Элементы

                                                                    . . .                                системы А

                                                                                                                  . . .

                                                Подсистема В

                                                                                             . . .

Рис. 2.1. Элементы m [1; M] системы А и n [1; N] подсистемы В в составесистемы А

В схематическом виде элементы системы А и подсистемы В в составе системы А показаны на рис. 2.1. Понятия «элемент», «подсистема» и «система» являются взаимопреобразуемыми: любая система может рассматриваться как элемент системы существенно более высокого порядка, а любой ее элемент, при углубленном анализе, может оказаться самостоятельной системой. То обстоятельство, что подсистемы одновременно могут быть и относительно самостоятельными системами, приводит к двум аспектам их изучения: на макроуровне и на микроуровне.

На макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой – при этом системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. Главными факторами здесь являются целевая функция (цель) системы и условия ее функционирования. Элементы системы изучаются с точки зрения их единства, способа организации и влияния на функции системы в целом. На микроуровне основной интерес представляют внутренние характеристики системы, а также свойства, условия функционирования и характер взаимодействия элементов между собой. На практике оба уровня изучения систем сочетаются.

2.4.Структура системы. Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое длительное время (в течение интервала наблюдения) сохраняется неизменным. Структура системы может опережать ее уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или, что эквивалентно, уровень разнообразия проявлений объекта.

Связи– это элементы, осуществляющие взаимодействие между элементами (подсистемами) в составе системы, а также с элементами и подсистемами в окружении системы. Связи характеризуются направлением, силой и характером (видом). По первым двум признакам их можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые; по характеру – на связи подчинения, генетические, равноправные (безразличные) и связи управления. По месту приложения связи могут быть внутренними и внешними, по направленности процессов в системе – прямыми и обратными; по виду проявления (описания) – детерминированными и вероятностными. В конкретных системах связи могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Структура (от лат. structure – строение, расположение, порядок) – это совокупность элементов и связей между ними в составе системы, отражающая наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при каких-либо изменениях в системе и обеспечивают существование ее как таковой при сохранении всех основных свойств. Структура системы может быть представлена в графическом виде, а также в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Иерархияструктуры – это упорядоченность компонентов системы по степени их важности (многоступенчатость, служебная лестница). Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня – отношения древовидного порядка. Такие иерархии называют «сильными» или «типа дерева», они удобны для представления систем управления. Иерархии, где встречаются связи в пределах одного уровня или один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня, называют иерархическими структурами «со слабыми связями». Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения: типа «страт», «слоев» и «эшелонов».

Состояние характеризует мгновенную «фотографию», параметрически-временной «срез» системы, остановку в ее развитии, определяемое либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры и макросвойства (например, давление, скорость, ускорение – для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль – для экономических систем). В этом смысле состояние – это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Поведение – характеризует способность системы переходить из одного состояния в другое. Если закономерности данных переходов неизвестны, то говорят, что система обладает собственным поведением и выясняют его закономерности. С учетом вышесказанного, поведение системы можно представить в виде параметрически-временной функции.

Модель – это описание системы, отображающее определенную группу ее свойств, углубление описания означает детализацию модели. Создание модели облегчает предсказание поведения системы в заданном диапазоне внутренних и внешних условий.

2.5.Внешняя среда. Это важное понятие, обозначающее множество существующих вне системы элементов любой природы, взаимодействующих с ней. Понятие «система» возникает, когда можно реально или виртуально ввести некую замкнутую границу раздела для заданного множества элементов. Попадающие внутрь данной границы элементы с их взаимной обусловленностью образуют систему А; элементы, которые остались за пределами данной границы, представляют собой множество, именуемое «системным окружением» (или просто «окружением», или «внешней средой» С).

                    Граница

                 системы А

                                                 Элементы

                                                  системы А

                                                                               . . .                                      Элементы

                                                                                                                       внешней среды С

                                                          . . .                                            . . .

                        Внешняя среда С                               . . .

Рис. 2.2. Элементы n [1; N] системы А и m [1; M] внешней среды С

Пример проведения границы системы А и определения элементов внешней среды С представлен на рис. 2.2. Вариант взаимодействия предприятия «как системы» с элементами внешней среды представлен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема взаимодействия предприятия с элементами внешней среды

Систему не имеет смысла рассматривать без внешней среды, поскольку она формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь ведущим компонентом данного взаимодействия. Элементы внешней среды задают системе множество целей и ограничений и поставляют множество ресурсов. Выходом системы является множество конечных продуктов и услуг, ориентированных на удовлетворение потребностей внешней среды. Множество конечных продуктов и ресурсов можно классифицировать на материальные, информационные, финансовые, трудовые, энергетические и т.п. На выходе системы, помимо полезных продуктов, фигурируют и отходы – конечные продукты, оказывающие негативное влияние на состояние внешней среды.

В зависимости от характера взаимодействия с внешней средой, функции системы можно расположить по возрастающему рангу следующим образом: пассивное существование; материал для других систем; обслуживание систем более высокого порядка; противостояние другим системам (выживание); поглощение других систем (экспансия); преобразование других систем и сред (активная роль).

2.6. Свойства системы. Выделяют три группы свойств системы:

- статические свойства, характеризующие систему в фиксированный момент времени;

- динамические свойства – учитывающие особенности изменения во времени внутренних и внешних характеристик (параметров) системы;

- синтетические свойства – собирательные (интегральные) свойства системы обобщающего характера.

К статическим свойствам системы относятся:

- целостность – система представляет собой нечто единое, обособленное и отличающееся от всего остального вокруг;

- открытость – система способна взаимодействовать с внешней средой;

- внутренняя неоднородность – характеризуется различимостью частей (подсистем, элементов) системы;

- структурированность– означает связь между собой частей, взаимодействующих между собой в составе системы.

Динамическими свойствами системы являются:

- функциональность – процессы Y(t) на выходах системы (см. рис. 2.4) рассматриваются как ее функции: ;

Рис. 2.4. Функциональность системы

- стимулируемость (см. рис. 2.5) – это подверженность системы воздействиям извне  и изменение ее поведения в соответствии с данными воздействиями:

Рис. 2.5. Стимулируемость системы

- изменчивость во времени внутренних переменных (параметров) и структуры системы (состав и комбинации параметров) в соответствии со следующей классификацией:

- по скорости – быстрые и медленные изменения;

- по сложности – простые, сложные и очень сложные;

- по тенденции перемен в системе – монотонные и более сложные изменения;

- по предсказуемости – детерминированные, случайные и нечеткие;

- по типу зависимости от времени – моделируемые с помощью периодических, гармонических, импульсных и т.п. процессов;

- по взаимодействию с внешней средой – активные и пассивные;

- существование в изменяющейся среде – динамику системы можно рассматривать с двух сторон: по соотношению между скоростью изменений внутри системы и скоростью изменений во внешней среде и по ускорению перемен в среде.

Синтетические свойства системы включают:

- эмерджентность (от англ. emergence – возникать) означает наличие у системы свойств, которые не могут быть объяснены или выражены через свойства отдельно взятых ее частей. Источником и носителем эмерджентных свойств выступает структура системы, неэмерджентные свойства системы такие же, как у частей (подсистем, элементов). Динамический аспект эмерджетности обозначен термином синергетичность;

- неразделимость на части– имеет место, если при изъятии из системы ее части происходит изменение структуры и появляется другая система с иными свойствами;

- ингерентность – характеризует приспособленность системы к внешней среде, совместимость с нею. Обычно ингерентность не является абсолютным свойством, а привязана к конкретным функциям системы;

- целесообразность– подчиненность всех составляющих (частей, компонентов) системы поставленной общей цели.

2.7. Роль связей в системе.Понятие «связь» является одним из фундаментальных в системном подходе, поскольку система как единое целое существует благодаря наличию связей между ее элементами, и именно связи выражают законы функционирования любой конкретной системы. Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций – от одного элемента системы к другому в направлении основного процесса. Обратные связи обычно выполняют осведомляющие функции, отражают изменение состояния системы. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития систем невозможны без использования обратных связей.

С помощью обратной связи информационный сигнал с выхода системы (объекта управления на рис. 2.5) передается в орган управления. Здесь данный сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению – осуществляется управление объектом.

Рис. 2.5. Пример реализации обратной связи

Основными функциями обратной связи являются:

- противодействие работе системы, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества продукции);

- компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, при неполадках в работе оборудования);

- синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из нежелательного состояния равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд при появлении нового конкурента и снижении качества выпускаемой продукции);

- выработка управляющих воздействий на объект по трудно формализуемому закону (например, удорожание энергоносителей вызывает сложные перемены в деятельности фирмы, снижает эффективность бизнеса и требует его изменения с помощью воздействий, которые нельзя задать в конкретном аналитическом виде).

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах ведет к тяжелым последствиям: системы утрачивают способность к эволюции и восприятию рыночных тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию деятельности, эффективной адаптации к меняющимся условиям внешней среды. Однако для реальных систем не всегда удается четко выразить обратные связи, – которые, как правило, достаточно «длинные», проходящие через целый ряд промежуточных звеньев, что затрудняет их просмотр. Управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, трудно установить ограничения, налагаемые на них, не всегда известны истинные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

Детерминированная связь имеет в виду однозначное соответствие причин и следствий наблюдаемых событий, четкие формулы взаимодействия элементов. Вероятностная связь является более гибкой, она определяет неявную (косвенную) зависимость между элементами реальной системы. Математический аппарат для исследования такого рода связей, называемых «корреляционными зависимостями», дает теория вероятностей.

2.8. Проблемная ситуация.Чтобы оценить качество работы системы, необходимо ввести критерии– признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных ограничениях. Тогда эффективность системыможно определить по соотношению между заданным (целевым) показателем и фактически реализованным результатом работы системы.

В терминах ТС и СА процесс функционирования системы (см. рис. 2.6) состоит в «переработке» известных входных параметров и известных параметров воздействия внешней среды в значения заранее неизвестных, выходных параметров системы с учетом факторов обратной связи. При этом входом считается все, что изменяется по ходу процесса функционирования системы; выходом – результат конечного состояния процесса, а процессор в составе системы осуществляет перевод входа в выход.

Рис. 2.6. Процесс функционирования системы

Вход системы на рис. 2.6 обычно является выходом предшествующей системы, а выход – входом последующей системы. В соответствии с рис. 2.2 вход и выход располагаются на границе системы и осуществляя связь системы с внешней средой. Понятие ограничения вводится в ТС и СА для обеспечения соответствия между выходом рассматриваемой системы и заданными требованиями к нему, как ко входу последующей системы. Если указанные требования не выполняются, ограничение «не пропускает» выход системы через себя. В социально-экономических системах ограничение играет роль согласования результатов функционирования (выхода) системы с целями (потребностями) потребителя. Если между необходимым (желаемым) выходом и существующим (реальным) входом имеются различия, возникает проблемная ситуация.

Проблемав ТС и СА – это разница между существующим и желаемым состояниями системы: если разницы нет, то нет и проблемы. Решить проблему означает скорректировать старую систему или сконструировать новую (желаемую, более эффективную в заданном смысле) систему. При этом, прежде всего, нужно четко сформулировать сущность проблемы и описать ситуацию, в которой она имеет место, для чего необходимо:

- установить суть (содержание) проблемы – уяснить, реальная она или надуманная;

- определить степень новизны  и причины возникновения проблемной ситуации;

- определить взаимосвязи рассматриваемой проблемы с другими;

- оценить степень полноты и достоверности информации о проблемной ситуации и определить возможные пути практического решения проблемы.

Определение существования проблемы предполагает проверку истинности или ложности формулировки проблемы, ее принадлежности и значимости. Истинность и принадлежность проблемы проверяются по наличию в рассматриваемой системе экономических и социальных потерь, а значимость – по критерию положительного эффекта, получаемого после ликвидации проблемной ситуации. Количественная оценка проблемы проводится путем сопоставления фактических (на данный момент либо в ближайшем будущем) значений целей системы с их плановыми (нормативными) показателями. Симптомы – это видимые условия проявления проблем, не содержащие полного объема информации о них. За симптомами специалист-аналитик должен увидеть истинную глубину и содержание каждой конкретной проблемы (снижение прибыли на фирме является симптомом, нахождение причины снижения прибыли представляет собой проблему).

Определение новизны проблемной ситуации позволяет установить возможные прецеденты и аналогии. Наличие прошлого опыта или нормативных рекомендаций облегчает выработку и принятие решений по ликвидации проблем. Установление причин (в системе, во внешней среде) возникновения проблемы позволяет лучше понять ее сущность, вскрыть факторы, которые привели к проблемной ситуации. Анализ взаимосвязей рассматриваемой проблемы с другими имеет в виду их классификацию на главные и второстепенные, общие и частные, срочные и несрочные. Данный анализ позволяет выявить причинно-следственные взаимозависимости разных проблем и выработать эффективные комплексные решения, дать рекомендации по изменению как рассматриваемой системы, так и внешней среды.

Оценка степени полноты и достоверности информацииобычно ведет к необходимости рассмотреть две альтернативы: провести работу по получению недостающей информации либо отказаться от нее и принимать решение в условиях имеющейся неопределенности. Выбор альтернативы в каждом конкретном случае производится по критерию «затраты-эффект». Важное практическое значение имеет определение степени разрешимости проблемы: уже на предварительном этапе анализа нужно хотя бы приблизительно оценить возможность разрешения проблемы, поскольку в принципе нет смысла заниматься поиском решений для неразрешимых в настоящее время проблем.