Теорія систем як наукова основа вивчення транспортних систем

Системна методологія в нинішніх умовах інтенсивно розвивається, що зумовлено зростаючими потребами в засобах наукового пізнання складних процесів суспільного розвитку. Та вже є необхідні підстави стверджувати, що в нинішньому вигляді теорія систем як загальнонаукова методологія має достатньо сформовану структуру. Ефективність і дієвість цієї теорії підтверджується вагомими здобутками багатьох галузей науки та практичної діяльності. Саме завдяки застосуванню положень теорії систем виникли нові напрями в біології, економіці, географії, екології. Все це свідчить про необхідність озброєння цією теорією фахівців вищої кваліфікації з різних галузей знань. По-перше, це необхідно для підвищення ефективності наукових досліджень у відповідних галузях знань. А системна методологія створює необхідні передумови для цього. По-друге, фахівці з вищою освітою в різній мірі, прямо або опосередковано виконують управлінські функції. Успішне здійснення таких функцій на рівні сучасних вимог без застосування теорії систем та системного аналізу вбачається неможливим.

Предметом загальної теорії систем як науково-навчальної дисципліни має бути вивчення загальних законів, закономірностей, механізмів, які діють у системах довільної природи.

Головною метою дисципліни є оволодіння системною методологією пізнання оточуючого світу та її ефективне застосування в професійній діяльності.

Системна методологія ґрунтується на таких головних положеннях:

1) пізнання змістовної суті, якісної специфіки об'єкту та притаманних йому системних, інтегративних властивостей;

2) дослідження складу системи, визначення кількісних і якісних характеристик її частин їх підпорядкованість;

3) дослідження структури системи, тобто внутрішньої організації та взаємозв’язку компонентів;

4) виявлення механізму функціонування, що забезпечує цілісність системи;

5) дослідження комунікації системи із зовнішнім середовищем;

6) виявлення закономірностей та тенденцій розвитку системи.

Як міждисциплінарна методологія теорії систем використовує, зокрема, здобутки таких наукових напрямів, теорій та концепцій: синергетика, теорія штучного інтелекту, теорія катастроф, дослідження операцій, теорія адаптації, математична лінгвістика, теорія ідентифікації, теорія оптимального управління, теорія інформації, теорія зв’язків, теорія регулювання, результати прикладних (спеціалізованих) наук про конкретні об’єкти та результати дослідження.

З іншого боку, в сучасних умовах положення, принципи і методи загальної теорії систем знаходять ефективне застосування в усіх сферах наукової та практичної діяльності. Без оволодіння положеннями теорії систем, без їх застосування у професійній діяльності неможливо уявити конкурентноспроможного, високопрофесійного фахівця в будь-якій галузі.

 

1.5. Ознаки системи

Сучасний рівень наукової розробки категорії “система” дає підстави для формулювання її суттєвих ознак:

- взаємний зв’язок тіл (частин, компонентів, елементів), що утворюють систему;

- суперечливий характер взаємодії між елементами системи;

- наявність інтегративних якостей, властивостей;

- якісна відмежованість взаємозв’язаної цілісності елементів від зовнішнього

середовища.

Змістовною основою існування будь-якої системи є зв’язки між тілами та об’єктами. Саме зв’язки “запускають” і підтримують в робочому стані механізм життєдіяльності системи. Більшість зв’язків в системі є виразом внутрішньої суті елементів. Властивості елементів та їх функції в системі є відображення їх внутрішньої суті. Наприклад, акумуляторна батарея, як елемент системи електрообладнання автомобіля, володіє двома основними властивостями – накопичувати та використовувати електроенергію. Ці властивості визначають її основні функції (як в системі електрообладнання, так і в системі запалювання): забезпечення електрострумом приладів освітлення, забезпечення збудження в котушці запалювання, забезпечення електрострумом стартера, використання та накопичення електроенергії, що виробляється генератором. Виконання таких функцій зумовлює необхідність відповідних зв’язків з названими елементами. Відсутність же таких внутрішніх властивостей акумулятора не дозволила б йому виконувати відповідні функції, а, отже, і зв’язків би не існувало, а сам акумулятор не був би елементом даної системи.

Інтегративні (системні) якості системи виявляються в наявності таких її властивостей, які з одного боку не притаманні повною мірою жодному з її елементів, а з іншого боку не зводяться до простої суми властивостей її елементів, а є якісно вищими та складнішими за таку суму. Звідки ж з’являються такі інтегративні властивості системи? Їх поява досить влучно характеризується таким філософським принципом: ціле є більшим, ніж сума частин цього цілого. Поява нових інтегративних властивостей зумовлена, по-перше, “об’єднанням” спільних функцій і властивостей елементів; по-друге, відмиранням тих окремих функцій певних елементів, які “непотрібні” системі; по-третє, набуттям або посиленням окремими елементами певних функцій, що викликаються потребами системи; по-четверте, неповною впорядкованістю взаємодії елементів та внутрішньосистемною спеціалізацією їх функцій. Наприклад, бригада мулярів з 5 осіб виконує якісніше, з більшою продуктивністю і в більших обсягах роботу, аніж якби вони працювали окремо, а потім обсяги роботи кожного додали (підсумували). Чому? Робітник, який працює окремо виконує сам всі необхідні операції послідовно (розвантаження матеріалів, приготування розчину та його доставка до місця, доставка цегли і т.п.). В бригаді ж (в системі) існує розподіл і спеціалізація функцій, що зумовлює швидше і якісніше виконання операцій. В цьому і полягає системний ефект бригади, яким, однак, не володіє окремо взятий робітник.

Характер та спосіб взаємодії елементів зумовлює внутрішню організацію системи, тобто наявність певної впорядкованості її елементів. Кожна конкретна система має свою специфічну організацію, яка ускладнюється у відповідності до ускладнення та підвищення рівня диференційованості системи. Потрібно розрізняти поняття “структура” і “організація” системи. Поняття структура відображує склад, зв’язки, взаємодію елементів, а поняття організація – певний порядок, процес і результат впорядкування взаємодії елементів у відповідності з інтересами системи.

Важливими ознаками в цілісності системи є координація і субординація, які відображують певний рівень складності її структури. Координація – це певна узгодженість, “підігнаність” компонентів цілого один до одного, той особливий характер їх взаємної залежності, який забезпечує динамічну рівновагу системи. В механічних системах ця залежність має, по суті, однозначний характер: наслідок є прямо пропорційним причині, тобто, це ще власне не координація. В більш складних, наприклад, фізичних або хімічних, системах спостерігається вже не пряма і однозначна, а опосередкована та багатозначна детермінація компонентів. Кожен з них відчуває одночасно вплив не одного, безпосередньо зв’язаного з ним компонента, а й багатьох інших прямо не зв’язаних з ним. І навпаки, сам цей компонент впливає не лише на один чи групу безпосередньо зв’язаних з ним елементів, але через них і на багато інших компонентів системи. Однак більш повний вираз координація має в органічних (живих) та соціальних системах, в яких кожен елемент є одночасно, і причиною і наслідком. Будучи причиною, тобто впливаючи на інші елементи, певна частина одночасно є і наслідком, бо її функції певною мірою є результатом тих дій, причиною яких вона є сама. Оскільки при наявності яскраво виявлених відносин координації має місце складне переплетіння причин і наслідків, то у відносинах між елементами завжди присутній ефект випадковості. Цю обставину потрібно враховувати в процесі аналізу складних систем.

Для органічного світу і соціальних систем властива субординація – підпорядкованість і підлеглість, які вказують на особливе місце та неоднакове значення кожного елемента в системі. Одні елементи відіграють важливу, навіть визначальну роль в системі, інші – меншу, іноді другорядну роль.

Не менш важливою особливістю системи є специфічність її взаємодії із зовнішнім середовищем, під яким потрібно розуміти відмежовані від системи об’єкти і явища, з якими вона певним чином взаємодіє. Об’єкти зовнішнього середовища відіграють неоднакову роль у житті системи: одні – майже не суттєві для неї, інші – помітно впливають на неї, а без деяких система не може існувати. Наприклад, нежива система (молекула, кристал) руйнується і поглинається середовищем; живий організм пристосовується до середовища, використовує його частини; людина – використовує і перетворює середовище свого існування. В цілому роль середовища для системи є надзвичайно важливою. Цю обставину необхідно враховувати як у пізнанні, так і на практиці.

Таким чином, істотними характеристиками (ознаками) системи є: цілісність складу, інтегративні властивості, структура, характер взаємодії з середовищем.

 

 

Структура системи

Поняття структури (лат. struktura – будова, розташування, порядок) системи відображує дві суттєві її характеристики: а) склад (з яких елементів вона складається); б) спосіб їх взаємодії. Властивості, кількісні і якісні параметри будь-якої системи, таким чином, визначаються, насамперед, її структурою. Адже від того, з яких елементів складається система, від властивостей та функцій цих елементів буде залежити і спосіб їх взаємодії, і характер їх зв’язків. Наприклад, всі сучасні автомобілі складаються з одних і тих же, загалом подібних, елементів. В той же час автомобіль марки “BMW” має якісно кращі характеристики (швидкість, надійність, довговічність), ніж автомобіль “ЗАЗ - 966”. Технічна система “BMW” має переваги за рахунок властивостей своїх елементів (двигун, система запалювання, трансмісія і т.п.), а також за рахунок іншого способу їх взаємодії (автоматична коробка передач, гальмівна система і т.п.). Тобто, від властивостей елементів у великій мірі залежить характер та якість системи.

Важливою характеристикою структури є просторові відношення, бо і сама система і її компоненти володіють певними розмірами, протяжністю. Як правило елементи системи неоднакові за розмірами, але незалежно від цього вони, певним чином, в певному порядку розташовані, підігнані один до одного. Від такого порядку, від просторового розміщення частин та відстаней між ними у великій мірі залежить міцність та життєздатність системи. Результати системних досліджень свідчать про те, що система є стійкою далеко не при будь-яких, а лише при певних (оптимальних) розмірах та конфігурації.

Час – притаманна риса структури системи. Існування системи характеризується певним віком, періодичністю, ритмічністю, етапністю, стадійністю. Такі характеристики знаходять вияв у часовій структурі системи, яка передбачає її стабільність у часі та динамічну стійкість.

Крім просторово-часових зв’язків структура системи характеризується множиною інших видів взаємодії: безпосередніх і опосередкованих, суттєвих і не суттєвих, необхідних і випадкових і т.п.

В структурі (в складі) системи виділяються якісно відмінні одна від одної частини: елемент – компонент – підсистема.

Під складовою частиною системи, зазвичай, розуміють певну просторову, змістовну, матеріальну, функціональну відособленість. Але така відособленість є умовною, точніше, відособленість – це певна автономність частини у складі (структурі) системи, що може виражатися в формі, величині, функціях цієї частини.

Елемент – це першооснова системи, вихідна, неподільна в умовах даної системи її частина, з якої складаються інші частини системи. Елемент (елементарний) означає кінцевий, неподільний, останній. Елемент – це поріг членування в межах даної якості системи й елементарний його носій. Зрозуміло, елемент неподільний не взагалі, а тільки в рамках даної якості. Членування елемента виводить дослідника в якісно іншу систему.

Компонент – це частина системи, що виділяється за певними ознаками (спільністю властивостей елементів або їх формою), це взаємодіючі структури, що підкоряються тим же законам, що і вся система. Так, жіноча частина виробничого колективу може розглядатися як його компонент. Компоненти виділяються, як правило, за зовнішніми ознаками, а не за функціями, і не за наявністю певних зв’язків між елементами. Таке виділення компонентів є, в повній мірі, суб’єктивним і здійснюється з пізнавальною метою.

Підсистема – це цілісне утворення в складі певної системи, підсистема – це система в системі більш високого порядку (надсистемі). Наприклад, в системі «університет» підсистемами будуть факультети. Тобто, підсистема – це система нижчого порядку у великій системі. Продовжуючи приклад, можна говорити, що факультет – це підсистема першого порядку, курс – підсистема другого порядку, академгрупа – підсистема третього порядку, студент – елемент системи «університет».

Підсистеми утворюються компонентами нижчого порядку стосовно системи в цілому. Будь-який поділ цілого на частини, поділ системи на підсистеми є відносним, деякою мірою умовним. Наприклад, гальмівну систему автомобіля можна віднести або до ходової частини, або до підсистеми керування. Іншими словами, границі між підсистемами умовні, відносні.

Оскільки реальна дійсність системно організована, то будь-яка окремо взята система функціонує в умовах більшої системи, яка є зовнішнім середовищем для конкретної системи. Так, «університет» функціонує в умовах системи навчальних закладів міста, регіону і т.д. А в масштабах міста система «університет» буде розглядатися як «елемент» територіальної соціально-економічної системи «місто». Велику систему, в умовах якої функціонує конкретно досліджувана система, називають «суперсистемою» або «надсистемою». Так, університет буде надсистемою стосовно академгрупи студентів.

Цілісність системи

Цілісність є головною, визначальною властивістю системи. Для виявлення системності необхідне, насамперед, знання цілісності, а не навпаки. Таке співвідношення понять “цілісність” і “системність” виявляється і підтверджується як історією науки, так і кожним конкретним дослідженням. Дотримання такого співвідношення є необхідною умовою системного дослідження.

Поняття цілого і системи (“цілісності” і “системності”) відрізняється між собою також і за змістом: по-перше, за ступенем абстрактності; по-друге, по суті. Якщо системність передбачає наявність зв’язків між компонентами об’єкту, їх впорядкованість, то цілісність відображує силу та істотність цих зв’язків в порівнянні із зовнішніми зв’язками об’єкта. Саме істотність та більша сила зв’язків даних частин однієї з одною, ніж з іншими об’єктами, і створює цілісність, якісну визначеність, виділеність даного об’єкта.

Будь-яке явище дійсності зв’язане з іншими великою кількістю різноманітних зв’язків та відношень: можна з певною мірою умовності говорити, що опосередковано дане явище взаємодіє з усіма існуючими явищами. В універсальному взаємозв’язку виявляється властивість неперервності матеріального світу. Проте в такій неперервності спостерігаються помітні відмінності в інтенсивності взаємодії між окремими явищами. Власне відмінність в інтенсивності зв’язків та відношень і дозволяє виділяти “окремі” явища, що в свою чергу і є виразом їх цілісності, певної автономності, незалежності. А це й буде виявом перервності (дискретності) реальної дійсності, що виступає в формі “окремості” об’єктів, як наслідку їх цілісності.

Інтенсивність внутрішніх зв’язків об’єкту, відносно більша величина їх сили, міцності та постійності створює нові властивості (або стає умовою їх вияву), робить якісно відмінним даний об’єкт від усіх інших (кількісні зміни сили зв’язків зумовлюють якісні зміни їх форми). Структура, що об’єднує елементи і властивості об’єкта, виступає як певний закон даного об’єкта чи класу об’єктів. Цей закон є об’єктивним, його існування не залежить від нашої волі, і тому, як би ми не комбінували всі можливі варіанти поєднання властивостей та елементів, річ (система, об’єкт) буде залишатися такою, якою вона є. І якщо ми захочемо пізнати, яким є “закон” цього об’єкта, ми повинні звернутися до самого об’єкта або до такої логічної моделі, яка ізоморфна його структурі (адекватно, істинно відображує цей реальний об’єкт у свідомості людини), а не до довільного поєднання його певних, окремих властивостей і відношень. Це означає, що “системність” ідеальних моделей (а відповідно, їх цілісність і впорядкованість) повинна бути адекватним відображенням відповідних їм реальних систем (об’єктів).

Загалом можна говорити, що властивість цілісної системи акумулює і синтезує такі її характеристики, як взаємозв’язок і взаємодію елементів, відмежованість від середовища, інтегративність, взаємодію з середовищем.

В основі утворення і функціонування будь-якої системи лежать зв’язки між її елементами та взаємодія таких елементів. Найістотнішим виразом зв’язків є обмін між елементами. Тобто зв’язки обміну – це є потоки речовини або енергії або інформації або сукупність їх від одного елемента системи до іншого. Зв’язки також зумовлюють взаємодію та певні відношення між елементами. Наприклад, функціональні зв’язки, взаємодоповнення, компенсаційні зв’язки і т.п. Чим складніше система, тим більша кількість і різноманітність її взаємозв’язків. З іншого боку складність, взаємозв’язків визначає складність системи.

Іншим виявом цілісності системи є її відмежованість від зовнішнього середовища. Одне з найбільш лаконічних визначень системи звучить так: система є відмежована сукупність взаємодіючих елементів [ 1, с.43]. Діалектика понять цілісності і відмежованості досить складна. Так, М. Сєтров стверджує, що зовнішня відмежованість предмету і є виразом його внутрішньої цілісності [17]. Але А. Авер’янов звертає увагу на те, що відмежованість є зовнішньою властивістю системи, в той час як “цілісність” – є її внутрішньою властивістю, якої вона набуває в процесі розвитку. Система, за словами цього вченого, завжди є відмежованою, але не завжди цілісною. В той же час достатньо очевидною є взаємозалежність і взаємна невіддільність цих понять, бо чим більше система виділена, відмежована від середовища, тим більше вона внутрішньо цілісна, індивідуальна, оригінальна.

Цілісність системи виявляється у великій інтенсивності внутрішніх взаємозв’язків між її елементами, але це не означає, що система абсолютно відмежована, тобто, це не означає відсутність взаємозв’язків системи з середовищем її існування. Навпаки, взаємодія системи з середовищем є обов’язковою умовою функціонування системи і це є ще одним виявом її цілісності. Бо саме цілісність зумовлює певну відмежованість системи від середовища та необхідність її взаємодії з цим середовищем. Роль середовища, як умови існування системи, надзвичайно велика. Бо саме середовище є одним з головних факторів зародження, становлення, розквіту та руйнування системи. Про це більш докладно сказано в лекції 4.

Цілісність системи зумовлює також виникнення нових інтегративних, системних якостей, що не властиві окремо взятим її компонентом, не зводяться до простої суми їх властивостей. Ціле завжди більше суми частин, що його утворюють – в цьому суть інтегративної властивості системи, яку називають емерджентністю.

Від сили вияву властивості емерджентності у великій мірі залежить стійкість (надійність) системи, яка визначається як здатність системи та її елементів безвідмовно функціонувати в умовах деструктивного впливу (механічного, енергетичного, інформаційного) зовнішнього середовища системи. Це означає, що стійка система здатна зберігати свою структуру та виконувати притаманні їй функції в несприятливих умовах середовища, тобто протистояти та переборювати негативний вплив середовища (за рахунок свого внутрішнього потенціалу (резерву) розвитку). У зв’язку з цим доцільно звернути увагу на таку характеристику системи як надлишковість, під якою розуміють перевищення складності системи (структури, тісноти та кількості зв’язків і функцій) над її зовнішніми характеристиками, що є мінімально необхідними для виконання функцій (вирішення завдання, досягнення мети) в умовах певного середовища. Можна говорити про таку залежність: чим більше надлишковість системи, тим більша її стійкість та надійність.

Надлишковість системи може бути штучною або природною. Штучна надлишковість формується і вводиться до системи зовнішніми факторами для поліпшення основних властивостей (характеристик) системи, природна надлишковість є еволюційно притаманною для багатьох систем живої та неживої природи. Вона ускладнює систему, тому в багатьох випадках люди прагнуть її зменшити.

Таким чином, властивість цілісної системи виявляється в тісному взаємозв’язку між її елементами, у відмежованості від середовища та у взаємодії з ним, в її емерджентності.