Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи. / в. Н. Волкова, В. А. Воронков, А. А. Денисов и др. -м. : радио и связь, 1983, - С. 34-44.

 

1. Закономерности систем.

 

Целостность. Закономерность целостности проявляется в системе в возникновении новых интегративных качеств, не свойственныхобразующим её компонентам. Для того, чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо рассмотреть две её стороны: 1) Свойства системы (целого) не являются суммой свойств элементов или частей (несводимость целого к простой сумме частей); 2) свойства системы (целого) зависят от свойств элементов, частей (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе).

Существенным проявлением закономерности целостности являются новые взаимоотношения системы как целого со средой, отличные от взаимодействия с ней отдельных элементов.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой предназначена система.

Весьма актуальным является оценка степени целостности систмы при переходе из одного состояния в другое. В связи сэтим возникает двойственное отношение к закономерности целостности. Её называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособлен-

ностью. Свойство физической аддитивности проявляется у системы, как бы распавшейся на независимые элементы. Собственно в этом крайнем случае и говорить-то о системе нельзя. Строго говоря, любая система находится всегда между крайними точками как бы условной шкалы: абсолютная целостность- абсолютная аддитивность, и рассматриваемый этап развития системы можно охарактеризовать степенью проявления в ней одного или другого свойства и тенденций к его нарастанию или уменьшению.

Для оценки этих явлений А.Холл ввёл такие закономерности, как прогрессирующая факторизация (стремление системы к уменьшению самостоятельности элементов, т.е. к большей целостности). Имеются методы введения сравнительных количественных оценок степени целостности, коэффициента использования элементов в целом с точки зрения определённой цели.

Интегративность. Этот термин часто употребляют как синоним целостности. Однако им подчеркивают интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам формирования этого свойства и, главное, - к его сохранению. Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, важными среди которых являются неоднородность и противоречивость её элементов.

Коммуникативность. Эта закономерность составляет основу определения системы, предложенного В.Н.Садовским и Э.Г.Юдиным в книге «Исследования по общей теории систем. Сб.переводов /Под ред.Садовского, Юдина – М.: Прогрес, 1969.-520с:». Система образует особое единство со средой; как правило, любая исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка; элементы любой исследуемой системы в свою очередь обычно выступают как системы более низкого порядка.

Иными словами, система не изолирована, она связана множеством коммуникаций со средой, которая не однородна, а представляет собой сложное образование, содержит надсистему (или даже надсистемы), задающую требования и ограничения исследуемой системе одного уровня с рассматриваемой.

Иерархичность. Теперь легко перейти к иерархичности как к закономер-ности построения всего мира и любой выделенной из него системы. Иерархическая упорядоченность пронизывает все, начиная от атомно-молекулярного уровня и кончая человеческим обществом. Иерархичность как закономерность заключается в том, что закономерность целостности проявляется на каждом уровне иерархии. Благодаря этому на каждом уровне возникают новые свойства, которые не могут быть выведены как сумма свойств элементов. При этом важно, что не только объединение элементов в каждом узле приводит к появлению новых свойств элементов, но и что каждый член иерархии приобретает новые свойства, отсутствующие у него в изолированном состоянии.

Таким образом, на каждом уровне иерархии происходят сложные качественные изменения, которые не всегда могут быть представлены и объяснены. Но именно благодаря этой особенности рассматриваемая закономерность приводит к интересным следствиям. Во-первых, с помощью иерархических представлений можно отображать системы с неопределн- ностью. Во-вторых, построение иерархической структуры зависит от цели: для многоцелевых ситуаций можно построить несколько иерархических структур, соответствующих разным условиям, и при этом в разных структурах могут принимать участие одни и те же компоненты. В-третьих, даже при одной и той же цели, если поручить формирование иерархической структуры, разным исследователям, то в зависимости от их предшествующего опыта, квалификации и знания системы они могут получить разные иерархические структуры, т.е. по-разному разрешить качественные изменения на каждом уровне иерархии.

Эквифинальность. Эта пока ещё одна из наименее исследованных закономерностей. Она характеризует как бы предельные возможности систем определенного класса сложности. Л.фон Берталанфи, предложивший этот термин, определяет эквифинальность применительно к «открытой» системе как способность в отличие от состояний равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями, достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависят от её исходных условий и определяется исключительно параметрами системы. Потребность во введении этого понятия возникает, начиная с некоторого уровня сложности. Примеры: виды биологических систем. К сожалению пока ещё не исследован целый ряд вопросов этой закономерности: Какие именно параметры в конкретных системах обеспечивают свойство эквифинальности? Как обеспечивается это свойство? Как проявляется закономерность эквифинальности в организационных системах?

Историчность. Время является непременной характеристикой системы, поэтому каждая система исторична, и это такая же закономерность как целостность, интегративность и др. Если можно легко привести примеры становления, расцвета, упадка и даже смерти биологических и общественных систем, то для технических и организационных систем определить периоды развития довольно трудно.

Основа закономерности историчности – внутренние противоречия между компонентами системы. Но вот как управлять развитием или хотя бы понимать приближение соответствующего периода развития системы – эти вопросы ещё мало исследованы.

В последнее время на необходимость учета закономерности историчности начинают обращать всё больше внимания. В частности, в системотехнике при создании сложных технических комплексов требуют, чтобы уже на стадии проектирования системы рассматривались не только вопросы создания и обеспечения развития системы, но и вопрос, как и когда нужно её уничтожить. Примеры: описание техники особенно сложной – авиационной, «захоронение» ядерных установок и др.

Закон необходимого разнообразия. Его впервые сформулировал У.Р.Эшби. Он доказал теорему, на основании которой можно сделать вывод: чтобы создать систему, способную справиться с решением проблемы, обладающей определённым, известным разнообразием нужно, чтобы система имела ещё большее разнообразие, чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать в себе это разнообразие. Этот закон достаточно широко применяется на практике. Он позволяет, например, получить рекомендации по совершенствованию системы управления предприятием, объединением, отраслью.

Закономерность осуществимости и потенциальной эффективности систем. Исследования взаимосвязи сложности структуры системы со сложностью поведения позволили получить количественные выражения предельных законов для таких качеств системы, как надёжность, помехоустойчивость, управляемость и др. На основе этих законов оказалось возможным получение колличественных оценок порогов осуществимости систем с точки зрения того или иного качества, а объединяя качества – предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем.

Закономерности целеобразования. Исследования процесса целеобразо- вания в сложных системах философами, психологами и кибернетиками позволили сформулировать некоторые общие закономерности процессов обоснования и структуризации целей в конкретных условиях совершенствования сложных систем:

1. Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта (процесса).

Анализ определения понятия цель позволяет сделать вывод, что формулируя цель, нужно стремиться отразить в формулировке или в способе представления цели её активную роль в познании и в то же время сделать её реалистичной, направить с её помощью деятельность на получение определенного результата. При этом формулировка цели и представление о ней зависит от стадии познания объекта, и в процессе развития представления об объекте цель может переформулироваться. Коллектив, формирующий цель, должен определить, в каком смысле на данном этапе рассмотрения объекта, и в процессе развития представления об объекте цель может переформулироваться. Коллектив, формирующий цель, должен определить, в каком смысле на данном этапе рассмотрения объекта употребляется понятие цель, к какой точке «условной шкалы» («идеальное устремление в будущее»- «конкретный результат деятельности») ближе принимаемая формулировка цели.

2.Зависимость цели от внутренних и внешних факторов.

При анализе причин возникновения цели нужно учитывать как внешние по отношению к выделенной системе факторы (внешние потребности, мотивы, программы), так и внутренние потребности, мотивы, программы («самодвижение» целостности). При этом цели могут возникать на основе противоречий как между внешними и внутренними факторами, так и между внутренними факторами, имевшимися ранее и вновь возникающими в находящейся в постоянном самодвижении целостности. Это – очень важное отличие организационных «развивающихся», открытых систем от технических (замкнутых, закрытых) систем. Теория управления техническими системами оперирует понятием цель только по отношению к внешним факторам, а в открытых, развивающихся системах цель формируется внутри системы, и внутренние факторы, влияющие на формирование целей, являются такими же объективными, как и внешние.

3. Возможность сведения задачи формирования общей (главной, глобольной) цели к задаче структуризации цели.

Анализ процесса формулирования глобальной цели в сложной системе показывает, что эта цель возникает в сознании руководителя или коллектива не как единичное понятие, а как некоторая, достаточно «размытая» область. На любом уровне цель возникает вначале в виде «образа» цели. При этом достичь одинакового понимания общей цели всеми исполнителями, по-видимому, принципиально невозможно без её детализации в виде упорядоченного или неупорядоченного набора взаимосвязанных подцелей, которые делают её понятной и более конкретной для разных исполнителей. Вывод: задача формулирования общей цели в сложных системах должна быть сведена к задаче структуризации цели.

4.Зависимость способа представления структуры целей от стадии познания объекта или процесса (продолжение закономерности 1).

Наиболее распространенным способом представления структур целей является древовидная иерархическая структура. Существуют и другие способы отображения: иерархия со «слабыми» связями, табличное или матричное представление, сетевая модель. Иерархическое и матричное описание – это декомпозиция во времени. Промежуточные подцели могут формулироваться по мере достижения предыдущей, что может использоваться как средство управления. Перспективным представляется развертывание иерархических структур во времени, т.е. сочетание декомпозиции цели в пространстве и во времени.

5.Проявление в структуре целей закономерности целостности.

В иерархической структуре целей, как и в любой иерархической структуре, закономерность целостности проявляется на каждом уровне иерархии. Применительно к структуре целей это означает, что достижение целей вышележащего уровня не может быть полностью обеспечено достижением подцелей, хотя и зависит от них, и что потребности, мотивы, программы, влияющие на формирование целей, нужно исследовать на каждом уровне иерархии.

 

Классификация систем

Системы разделяются на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принципы классификации. При этом система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками.

Системы классифицируется следующим образом:

1. По виду отображаемого объекта – технические, биологические и др.;

2. По виду научного направления – математические, физические, химические и т. п.;

3. По виду формализованного аппарата представления системы – детермини–рованные и стохастические;

4. По типу целеустремленности – открытые и закрытые;

5. По сложности структуры и поведения – простые и сложные;

6. По степени организованности – хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), самоорганизующиеся системы.

Рассмотрим более подробно два последних вида классификации систем.

 

1. Хорошо организованные системы. Представить анализируемый объект или процесс в виде хорошо организованной системы означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты, т.е. определить связи между всеми компонентами и целями системы, с точки зрения которых рассматривается объект или ради достижения которых создается система. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения, связывающего цель со средствами, т.е. в виде критерия эффективности, критерия функционирования системы, который может быть представлен сложным управлением или системой уравнений. Решение задачи при представлении её в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы.

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца, отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравнений, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, нестабильности источников питания и т.п.).

Для отображения объекта в виде хорошо организованной системы необходимо выделять существенные и не учитывать относительно несущественные для данной цели рассмотрения компоненты: например, при рассмотрении солнечной системы не учитывать метеориты, астероиды и другие мелкие по сравнению с планетами элементы межпланетного пространства.

Представление объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детерминированное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритермальных задач плохо удаётся: они требуют недопустимо больших затрат времени, практически не реализуемы и неадекватны применяемым моделям.

2. При представлении объекта в виде плохо организованной или диффузной системы не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенной с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с какой-то доверительной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем находит широкое применение при описании систем массового обслуживания, при определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, при исследовании документальных потоков информации в системах управления и т.д.

3. Отображение объекта в виде самоорганизующейся системы – это подход, который позволяет исследовать наименее изученные объекты и процессы. Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичность поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения, способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности, способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящие и другие классы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т.е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

При применении отображения объекта в виде самоорганизующейся системы задачи определения целей и выбора средств, как правило, разделяются. При этом задача выбора целей может быть в свою очередь описана в виде самоорганизующейся системы, т.е. структура функциональной части АСУ, структура целей, плана может развиваться также как структура обеспечивающей части АСУ (комплекс технических средств АСУ) или организацоонная структура системы управления.

Большинство примеров применения системного анализа основано на представлении объектов в виде самоорганизующихся систем.