Понятие и краткая характеристика систем

В управлении особое значение имеет понятие «система».

Основопо­ложником обшей теории систем является наш соотечественник А.А. Богданов, хотя официально признанными основателями ныне считаются Л. Берталанфи и У. Эшби.

Под системой следует понимать такую совокупность элементов, объединенных общи­ми ресурсами, связями, функциональной средой и целью суще­ствования, и которая обладает свойствами, отсутствующими у от­дельных элементов. Элементами являются любые, услов­но неделимые и самостоятельно функционирующие части сис­темы. Элементы могут состоять из различных компонентов. Например, материальные тела, объекты, процессы, социальные явления, идеи и отношения. Таким образом, для системы характерны следующие особенности:

1. Наличие новых системных качеств или свойств, которые не являются суммой качеств и свойств образующих ее компонентов и элементов.

2. Определенный состав элементов.

3. Наличие системообразующего элемента, которое обеспечивает взаимодействие компонентов.

Существует множество типов системы:

- естественные системы природы;

- искусственные, созданные человеком;

- системы смешанные, например, «человек - машина».

Выделяют системы механические, химические, биологические и социальные. Все системы делятся на два класса: системы самоуправляемые и системы несамоуправляемые.

 

Классификация систем, их структура и состав

Единой классификации систем, т.е. многоуровневого деления по каким-либо принципам нет. В качестве признаков классификации чаще всего используются: природа классифицируемых объектов, их состав, сложность или организованность, степень взаимодействия с окружающей средой, изменчивость во времени и характер реакции на воздействия. Одна из возможных схем классификаций систем приведена на рис. 1.1.

По первому признаку классификации — природе (происхожде­ние и доступность) — все системы разделены в верхней части ри­сунка на две группы: физические (естественные, материальные) — 1.1 и абстрактные (искусственные, идеальные) — 1.2. Справа приведено деление по второму признаку — по составу: гомогенные системы, характеризуемые однородностью и слабой связанностью составляющих их, внешне похожих частей — 2.1, и гетерогенные, образованные как бы «слиянием» своих различных элементов — 2.2.

Примерами гомогенных систем могут служить технические (2.1.1) и организационные (2.1.2) системы, а гетерогенных — человекомашинные (эрготехнические) системы и этногеоэтосистемы (от греч. ethnos — народ, gs — земля и ethos — уклад жизни). Открытые сис­темы поделены на равновесные (3.1.2) и диссипативные (3.1.1). Последние так названы потому, что они непрерывно рассеивают часть своей свободной энергии, в том числе и в виде тепла, выделяемого в окружающую среду.

По степени взаимодействия с окружающей средой, т.е. обмену по­токами энергии, вещества и информации, все системы разделены на открытые — 3.1, закрытые — 3.2 и изолированные — 3.3. В отличие от двух последних, открытые системы обмениваются со своим окружением всеми формами материи; закрытые — лишь информацией, а изолированные — ни одной из них.

По четвертому признаку — сложности системы, разделены на три группы: простые — 4.1, сложные — 4.2 и большие — 4.3. Отличительными свойствами двух последних счи­таются:

- уникальность — аналоги заметно отличаются;

- многоступенчатый состав — имеются иерархические подси­стемы и компоненты;

- случайный характер функционирования и реагирования на
воздействие различных факторов;

- многокритериальность оценки состояния — необходимость
в векторных показателях качества;

- слабая структурированность и разнородность образующих
их частей.

Основным отличительным свойством боль­шой системы служит размерность, не позволяющая провести ее исследование без предварительной декомпозиции, т.е. расчленения на компоненты с последующим агрегированием - укрупнением их элементов.

Пятым признаком служит изменчи­вость системы, т.е. характер ее отклика на воздей­ствия различных факторов. Такие системы делятся на статические (5.1) и динамические (5.2).

 

Компоненты системы

В некоторых системах, помимо элементов, иногда целесообразно выделять их компоненты (подсистемы), под которыми следует понимать совокупность относительно однородных элементов, объединенных общими функцией и ресурсом. При этом совокупный вклад, сделанный каждым компонентом, обычно проявляется интегрально. Поэтому подобные совокупные свойства рас­сматриваемых объектов часто удобно называть интегральными или системообразующими, а их количествен­ные оценки — интегральными характеристиками, т. е. соответству­ющими количественными показателями.

Таким образом отличительные признаки си­стемы определяются прежде всего системообразующими свойства­ми и интегральными характеристиками их компонентов.

 

Структура системы

Для образования и существования любой системы важное значение имеет характер взаимодействия между подсистема­ми. Поэтому самой важной характе­ристикой системы считается ее структура, т.е. множество тех свя­зей и элементов, которые имеют наиболее существенное значение при обеспечении энерго-, массо- и информационного обмена не только внутри самой системы, но и между нею и окружающей ее сре­дой. При этом в общем виде под структурой подразумевается способ организации целого из частей, т.е. некоторый вид упорядоченности его отдельных элементов и связей.

Поскольку в качестве объекта рассматриваются процессы, происхо­дящие с человекомашинной системой и внутри нее, то в даль­нейшем целесообразно пользоваться как структурой ее отдельных компонентов, так и обобщенной структурой этого сложного объек­та. При этом под обобщенной структурой подразумевается совокупность связей, с помощью которой реализуется энерго-, массо- и информационный обмен между отдельными компонентами системы, а также между нею и ее ближним окружением или рабочей средой.

Отмеченные особенности системного представления всех довольно сложных объектов и процессов позволяют экономно описывать их с помощью введения еще одной важной характеристики, называемой морфологией.

 

Морфология, состав систем и функциональная среда

Под морфологией человекомашинных систем будем понимать зафиксированную в пространстве, т.е. физически реализованную, а потому и реально наблюдаемую совокупность взаимодействующих между собой звеньев структуры.

Существенной характеристикой любой системы служит так же ее состав, т.е.множество образующих систему элементов и компонентов. Еще одной важной характеристикой является функциональная среда, т.е. совокупность тех законов, алгоритмов и параметров состояния системы, в соответствии с которыми она образуется, существует, развивается, а затем (раноили поздно) гибнет.

 

Примеры систем

В отличие от простейших гомогенных систем подавляющую часть отдельных биологических особей правомерно от­нести к гетерогенным системам. Подобное можно сказать и о со­временном суперкомпьютере, компонентами которого служит большое число практически одинаковых и параллельно работающих электронно-вычислительных машин. Основными же подсис­темами и элементами последних могут считаться, допустим, про­цессор и отдельная микросхема.

Другую, гетерогенную и чрезвычайно сложную систему пред­ставляет техносфера, а также составляющие ее человекомашинные системы. Довольно сложны по своей структуре и все основные со­ставляющие этих систем. Однако персонал конкретной человекомашинной системы, образуемый примерно одинаковыми (по своим интегральным характеристикам) людьми, в первом приближении уже может рассматриваться как гомогенная система. Интегральным же свойством одного или нескольких специали­стов может служить, например, их способность заниматься мысли­тельной либо физической деятельностью, а соответствующими си­стемообразующими факторами — интеллект, работоспособность, квалификация, а также технологическая оснащенность, комфорт­ность условий труда и отдыха людей после рабочего дня.

Функциональную среду отдельного работника или всего персонала какого-либо предприятия составляют законы физиологии, психологии, социологии, энерго-, массо- и инфор­мационного обмена, действующие в условиях имеющихся у этих систем связей и производственной террито­рии соответственно.

Исключительно важную роль в жизни систем играет их предназначение. Например, в любых биологических системах оно проявляется в стремлении к самосохранению, которое невозможно без самовоспроизводства и са­мосовершенствования. Эти универсальные характери­стики всех самоорганизующихся систем используются в качестве ключевых признаков при определении устойчивости, стабильно­сти и живучести отдельных народов и национальной безопаснос­ти в целом.

 

Состояние системы

Еще одной характеристикой систем служит их состояние, кото­рое они занимают в каждый момент времени. Под состоянием следует понимать такой режим функционирования системы, при котором ее интегральные показатели характеризуются неизменностью или незначительными колебаниями основных параметров вокруг среднего значения, а обобщенная структура системы — неизменна во времени и пространстве.

Для техносферы отметим два важных обстоя­тельства:

- чис­ло возможных состояний человекомашинной системы ограничено;

-система не может выбирать состояния по своему усмотрению, т.е. совершенно произвольно.

Действительно, каждому диапазону внешних для системы воздействий соответствует всего лишь одно, вполне опреде­ленное состояние. Поскольку общий диапазон подобных неблагоприятных воздействий-возмущений, в рамках которых система может существовать как таковая, ограничен, то и общее количе­ство ее состояний не беспредельно.

 

Динамика систем

Процесс функционирования, т.е. последовательной смены состояний системы, определяется соотно­шениями между энергией внешнего воздействия и собственной энергоемкостью конкретного ее состояния. Если внешняя энер­гия не превышает пороговых значений, не накапливается, а уменьшается в результате частичного рассеяния или преобразования в другую энергию (как при фотосинтезе, например), то реакция системы на данное возмущение проявляется лишь в незначитель­ном колебании своих существенных показателей, либо в их эволюционном изменении (постепенном росте того же растения).

Один из наиболее общих механизмов сохранения системой стабильности связан с принципом Ле Шателье — Брауна, в соответствии с которым любое внешнее воздействие порождает ответную реакцию самоорганизации, направленную на послабление его эффекта. Нахождение рас­сматриваемых систем в устойчивом или стабильном состоя­нии проявляется в относительной неизменности их обобщенной структуры и интегральных показателей.

Смена или утрата определенных состояний системы, обычно сопровождаемая структурной перестройкой, которая осуществляется скачко­образно и нередко связана с причинением ей некоторого ущерба. Объясняется это тем, что компенсационные механизмы системы уже не способны удержать ее в прежнем положении и она утрачивает свою стабильность по причине радикальной перестройки своей структуры и скачкообразного изменения соответствующих интегральных показателей.

Выбор направления смены состояний осуществляется с уче­том ограниченного числа альтернатив и делается это, как прави­ло, ради сохранения системой своей устойчивости и стабильнос­ти. Чаще всего необходимость выбора альтернативного состояния возникает при выходе системы на так называемый режим функционирования «с обострением», который иногда может завершаться возникновением кризисов, ката­строф и катаклизмов.