Понятия, связанные со строением системы

Основными понятиями, характеризующими строение системы являются: элемент, связь, подсистема, компонента, структура.

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую, неделимую часть системы. Систему можно расчленять на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели и её уточнения в процессе проведения системного исследования. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте или проблемной ситуации.

Таким образом, элемент – это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи и поставленной цели.

Компоненты и подсистемы. Иногда термин элемент используют в более широком смысле, даже в тех случаях, когда система не может быть сразу разделена на составляющие, являющиеся пределом ее членения. Однако при многоуровневом расчленении системы лучше использовать другие термины, предусмотренные в теории систем: сложные системы принято вначале делить на подсистемы, или на компоненты.

Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы, и в частности, имеющая свою подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также другие свойства, относящиеся к системным закономерностям - целостность, коммуникативность и т.д.

Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Расчленяя систему на подсистемы, следует иметь в виду, что так же, как и при расчленении на элементы, выделение подсистем зависит от цели и может меняться по мере ее уточнения н развития представления исследователя об анализируемой системе (объекте) или проблемной ситуации

Связь. 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 (не связанном) состоянии.

В определениях системы термины связь и отношение обычно используются как синонимы. Однако существуют разные точки зрения: одни исследователи считают связь частным случаем отношения, другие - напротив, отношение рассматривают как частный случай связи, третьи - предлагают понятие связь применять для описания статики системы, ее структуры, а понятием отношение характеризовать некоторые действия в процессе функционирования (динамики) системы.

К характеристикам (параметрам) связей относят их: направление, силу, характер (или вид). По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. По второму - на сильные и слабые (иногда пытаются ввести "шкалу" силы связей для конкретной задачи). По характеру (виду) различают связи подчинения, связи порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), связи управления. Причём связи могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Классификация связей. По классификации И. В. Блауберга, В. Н. Садовского и Э. Г. Юдина, связи могут быть следующих типов:

Связи взаимодействия, которые подразделяются на связи взаимодействия объектов или связи взаимодействия отдельных свойств объектов.

Особый вид связей взаимодействия составляют связи между отдельными людьми, а также между человеческими коллективами или социальными системами. Специфика этих связей состоит в том, что они определяются целями, которые преследует каждая из сторон взаимодействия. В рамках этого типа связей можно различить кооперативные и конфликтные связи. Следует отметить, что связи взаимодействия представляют наиболее широкий класс связей, так или иначе выступающий во всех иных типах связей.

Связи порождения (генетические), когда один объект выступает как основание, вызывающее к жизни другой объект (например, связь типа «А отец В».

Связи преобразования, когда элементы одной системы в процессе взаимодействия с элементами другой системы приобретают новые свойства в одной системе или обеих системах.

Среди связей этого типа различают: связи преобразования, реализуемые через определенный объект, обеспечивающий это преобразование (такова функция химических катализаторов), и связи преобразования, реализуемые путем непосредственного взаимодействия двух или более объектов, в процессе которого и благодаря которому эти объекты порознь или совместно переходят из одного состояния в другое (таково, например, взаимодействие организмов и среды в процессе видообразования).

Связи строения системы (их часто называют структурными) – это относительно устойчивые связи, объединяющие компоненты и элементы системы в единое целостное образование (систему).

Связи функционирования, которые обеспечивают реальную жизнедеятельность объекта или работу, если речь идёт о технической системе.

Очевидное многообразие функций в объектах различного рода определяет и многообразие видов связей функционирования. Общим для всех этих видов является то, что объекты, объединяемые связью, совместно осуществляют определенную функцию, причем эта функция может характеризовать либо один из этих объектов (в таком случае другой является функционально-производным от первого, как это имеет место в функциональных системах живого организма), либо более широкое целое, по отношению к которому и имеет смысл функциональная связь данных объектов (таковы связи между нейронами при осуществлении тех или иных функций центральной нервной системы). В самом общем виде связи функционирования можно подразделить на связи состояний (когда следующее по времени состояние является функцией от предыдущего) и связи энергетические, нейронные и т. п. (когда объекты связаны единством реализуемой функции).

Связи развития, которые можно рассматривать как модификацию функциональных связей состояний, с той, однако, разницей, что развитие существенно отличается от простой смены состояний. Развитие описывается обычно как смена состояний развивающегося объекта, однако основное содержание процесса составляют при этом достаточно существенные изменения в строении объекта и в формах его жизни.

Связи управления, которые могут образовывать разновидность либо функциональных связей, либо связей развития. В настоящее время невозможно дать развернутую характеристику связей управления, поскольку само понятие «управление» не имеет достаточно определенного значения. Вместе с тем эти связи принадлежат, по-видимому, к числу самых важных в системном исследовании и поэтому заслуживают особого обсуждения.

Важную роль в моделировании управляемых систем играет понятие обратной связи. Обратная связь может быть положительной, сохраняющей тенденции происходящих в системе изменений того или иного выходного параметра, и отрицательной — противодействующей тенденциям изменения выходного параметра, т. е. направленной на сохранение, стабилизацию требуемого значения параметра (например, стабилизацию выходного напряжения, или в системах организационного управления – количества выпускаемой продукции, ее себестоимости и т. п.).

Понятие обратной связи, хорошо известное инженерам н обычно иллюстрируемое на примерах технических и электронных управляемых устройств (рис. 3), но не всегда легко интерпретируется в системах организационного управления. При практическом использовании этого понятия часто ограничиваются только фиксацией рассогласования DХ между требуемым X_треб и фактическим X_t значением регулируемого параметра, а необходимо учитывать н реализовать все элементы, не забывая замкнуть контур обратной связи, выработав в блоке обратной связи соответствующие управляющие воздействия, которые скорректируют закон управления X (t).

Рис. 3. Обратная связь в технических системах

Обратная связь является основой управления, а также саморегулирования, развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.

Структура. Система может быть представлена простым перечислением элементов или "черным ящиком" (моделью "вход - выход"). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели. В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями различный природы, и вводят понятие структуры.

Структура (от латинского "structure", означающего строение, расположение, порядок) отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение). При этом в сложных системах структура включает не все элементы и связи между ними, а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. В предельном случае, когда пытаются применить понятие структуры к простым, полностью детерминированным объектам, понятия структуры и системы совпадают. Итак, структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность её элементов и связей.

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 системы. При этом системы могут иметь различную физическую природу.

Таким образом, одна и та же система (если она достаточно сложна и обладает, к примеру, элементами или компонентами разных типов) может быть представлена несколькими и, возможно, разными структурами. Например, корпоративные информационные системы (АСУ) представляются несколькими структурами – структурами данных, структурами приложений и структурами аппаратно-программных платформ.

Следует также отметить, что именно структурные представления (модели) систем используются для их исследования (анализа) и синтеза (разработки).