Терминология и свойства системы

Внешняя среда. Понятие система возникает там и тогда, где и когда материально или умозрительно проводится замкнутая граница между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Элементы с соответствующей взаимной обусловленностью образуют систему.

Элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем системным окружением или просто окружением, или внешней средой.

Очевидно: немыслимо рассматривать систему без ее внешней среды.

Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

В зависимости от воздействия на окружение и характера взаимодействия с другими системами функции систем 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).

Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистемы), а с другой, как надсистема системы более низкого порядка. Например, система строительные конструкций входит в подсистему более высокого ранга — капитальное строительство. В свою очередь надсистема капитальное строительство является подсистемой неограниченного множества техносферы.

Рассмотрим основные атрибуты системы, отличающие ее от несистемных объектов.

Функциональность — это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же определяется цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.

Структурность — это упорядоченность системы, организованность, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структурой системы существует взаимосвязь как между философскими категориями: содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой изменение формы (структуры). Сначала определяют функцию системы и в соответствии с этим устанавливают ее структуру. Одна и та же функция может реализоваться при различных структурах системы, т. е. существует проблема выбора структуры. Структура системы — это способ существования и выражения ее функции.

Целостность — выражает внутреннее единство объекта, наличие всех необходимых элементов со связями между ними, относительную автономность объекта в смысле независимости от окружающей среды. Свойство целого как философской категории выражается в несводимости целого к свойствам его отдельных частей как простой суммы.

Связи — это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Всеобщность всех мировых процессов, единство мира в значительной мере опирается на такое универсальное проявление процесса существования живой и неживой материи, как связь.

Связь — одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, т. е. иными словами, связи выражают законы функционирования системы. Связи различают по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.

Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи в основном выполняют функции управления процессами. Их также называют «управляющими». Обратные связи предполагают некоторое преобразование компоненты, поступающей по прямой связи, и передачу результата преобразования обратно, т. е. в направлении, противоположном функциональной последовательности (прямой связи) к одному из предыдущих элементов системы.

Открытие принципа обратной связи явилось выдающимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последствия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей, истинная роль которых только сейчас начинает постигаться.

Различают положительные и отрицательные обратные связи. Если положительную обратную связь можно назвать стимулирующим фактором, то отрицательную — регулирующим. Отрицательная обратная связь тормозит исходный процесс, не дает ему чрезмерно нарастать, но ослабляет свое воздействие как только основной процесс начинает спадать (затухать). В результате основной процесс поддерживается в каких-то, обычно заданных, пределах.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависимость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математический аппарат для исследования этих связей, называемый «корреляционными зависимостями».

Развитие. Одним из первичных, а, следовательно, основополагающих атрибутов системного подхода является недопустимость рассмотрения объекта вне его развития, под которым понимается необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания. В результате возникает новое качество или состояние объекта. Отождествление (может быть и не совсем строгое) терминов «развитие» и «движение» позволяет выразиться в таком смысле, что вне развития немыслимо существование материи, в данном случае — рассматриваемой системы. Наивно представлять себе развитие, происходящее стихийно. В неоглядном множестве процессов, кажущихся, на первый взгляд, чем-то вроде броуновского движения, при пристальном внимании и изучении вначале как бы проявляются контуры тенденций, а затем и довольно устойчивых закономерностей. Эти закономерности по природе своей действуют объективно, т. е. не зависят от того, желаем ли мы их проявления или нет. Незнание законов и закономерностей развития — это блуждание в потемках. «Кто не знает, в какую гавань он плывет, для того нет попутного ветра», — говорил великий философ древности Сенека своим оппонентам. Чтобы не уподобиться блуждающим в потемках, без компаса, необходимо открывать законы и закономерности окружающего нас мира, в том числе и действующие в технических системах, и целенаправленно использовать их в практике.

Критерии — признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных ограничениях.

Эффективность системы — соотношение между заданным (целевым) показателем результата функционирования системы и фактически реализованным.

Управление — формирование целостного (эффективного) поведения системы для поддерживания режима деятельности, реализации ее программ и целей.

Существует «техническая система», понятие, которое имеет стабильно выраженную целевую функцию. С точки зрения уровней совершенства различаются простые технические системы, в которых поддержание эффективности осуществляется за счет регулирования процессов, и сложные, в которых эффективность поддерживается за счет регулирования параметров. Технические системы способны ограничивать энтропию. Сложные технические системы характеризуются разнообразием, значительным количеством обратных связей детерминированного характера. Незапрограммированным поведением техническая система не должна обладать. Отклонения ведут к аварийным ситуациям.

Все антропогенные объекты (технические системы) целенаправленно создаются для выполнения определенных функций, т. е. являются функциональными системами. Их описание может быть детерминированным, без учета случайностей, или вероятностным (стохастическим), если функционирование системы подвержено случайностям. Тогда функция задается с определенной вероятностью (по различным законам распределения).

Любое научное исследование связано с установлением зависимости «воздействие — результат». Воздействие задается на вход технической системы, результат фиксируется на выходе.

Функционирование любой произвольно выбранной системы состоит в переработке входных (известных) параметров и известных параметров воздействия на нее окружающей среды в значения выходных (неизвестных) параметров с учетом факторов обратной связи.

Функционально-техническая система (подсистема) состоит из трех блоков: входа — процесса — выхода.

Вход — все, что изменяется при протекании процесса (функционирования) системы.

Выход — результат конечного состояния процесса.

Процессор (собственно сама система) — перевод входа в выход.

Система осуществляет свою связь со средой следующим образом.

Вход данной системы является в то же время выходом предшествующей, а выход данной системы — входом последующей. Таким образом, вход и выход располагаются на границе системы и выполняют одновременно функции входа и выхода предшествующих и последующих систем.

Управление системой связано с понятиями прямой и обратной связи, ограничениями.

Обратная связь — предназначена для выполнения следующих операций:

· сравнение данных на входе с результатами на выходе с выявлением их качественно-количественного различия;

· оценка содержания и смысла различия;

· выработка решения, вытекающего из различия;

· воздействие на ввод.

Ограничение — обеспечивает соответствие между выходом системы и требованием к нему как к входу в последующую систему — потребитель. Если заданное требование не выполняется, ограничение не пропускает его через себя. Ограничение, таким образом, играет роль согласования функционирования данной системы с целями (потребностями) потребителя.

Определение функционирования системы связано с понятием «проблемной ситуации», которая возникает, если имеется различие между необходимым (желаемым) выходом и существующим (реальным) входом.

Проблема — это разница между существующей и желаемой системами. Если этой разницы нет, то нет и проблемы.

Решить проблему — значит, скорректировать старую систему или сконструировать новую, желаемую.