Основной целью данной главы является введение основных понятий и определений, которые далее будут использоваться. Следует сказать, что терминология и понятийный аппарат общей теории систем и системного анализа еще окончательно не сформировались и поэтому необходимо из всего многообразия основных понятий и определений выделить те, которыми мы будем пользоваться при изучении данного курса. При определении терминологии и понятийного аппарата будет также рассмотрена последовательность формирования основных определений.

2.1 Общие определения

Общие определения начнем с того, что попытаемся определить такое понятие как общая теория систем.

Общая теория систем - междисциплинарная область научных исследований, в задачи которой входит: разработка обобщенных моделей систем; построение логико-методологического аппарата описания функционирования и поведения систем разного типа, включая теории динамики систем, их целенаправленного поведения, исторического развития, иерархического строения, процессов управления в системах и т.д.

Системный подход. Этот термин начал применяться в первых работах, в которых элементы общей теории систем использовались для практических приложений. Используя этот термин, подчеркивали необходимость исследования объектов (систем, процессов) с разных сторон, комплексно, в отличие от ранее принятого раздельного исследования систем и процессов. Оказалось, что с помощью многоаспектных исследований можно получить более правильное представление о реальных системах, выявить их новые свойства, лучше определить взаимоотношения системы (объекта) с внешней средой, другими объектами.

Можно сказать, что системный подход - это точное выражение процедур представления систем и способов многоаспектного исследования объектов (описания, объяснения, предвидения и т.д.).

Системные исследования. В таких исследованиях понятия теории систем используются более конструктивно: определяется класс систем, вводится понятие структуры и правила ее формирования и т.п. Это был следующий шаг в системных направлениях. В поисках конструктивных рекомендаций появились системные направления с разными названиями: системотехника, системология и др. Для их обобщения и стал применяться термин “системные исследования”.

Системные исследования - это совокупность научных и технических проблем, которые при всей их специфике и разнообразии сходны в понимании и рассмотрении исследуемых объектов с точки зрения систем, выступающих как единое целое.

2.2 Определение системного анализа

Сейчас признано, что наиболее конструктивным из прикладных направлений системных исследований является системный анализ. Однако до сих пор нет четкого однозначного определения этого понятия. Это вполне понятно, так как идет создание и формирование терминологии нового научного направления. Поэтому и мы, прежде чем остановится на каком-то конкретном определении системного анализа, проследим последовательность разных описаний и определений, которые приводились в разных работах, что, в конечном счете, позволит нам лучше понять содержательный смысл самого системного анализа.

Следует отметить, что вначале работы по системному анализу базировались на идеях теории оптимизации и исследования операций. Затем, в поисках конструктивных средств организации процесса принятия решений, системный анализ начинают определять как процесс последовательного разбиения изучаемого процесса на подпроцессы и основное вниманию уделяют выбору приемов, позволяющих организовать решение сложной проблемы путем расчленения ее на подпроблемы и этапы, для которых становится возможным подобрать методы исследования и исполнителей.

Наряду с расчленением процесса принятия решения на этапы и подэтапы, разрабатываются формализованные приемы и методы разделения системы на подсистемы, цели на подцели, “больших” неопределенностей на более “мелкие”, лучше поддающиеся исследованию. В большинстве работ стремятся в основу системного анализа поставить многоступенчатое расчленение в виде иерархических структур типа “дерева”. Применительно к исследованию целей эти структуры получили название “деревьев целей”. В ряде работ разработаны варианты аналогичных структур, определяющих не пространственное (как “деревья целей”), а временное разделение цели на последовательность подцелей или функций, направленных на ее достижение.

Во многих определениях часто подчеркивается, что системный анализ - это “формализованный здравый смысл” или просвещенный здравый смысл, на службу которому поставлены математические модели. Кроме того, отражается и такая особенность: системный анализ дает основу для сочетания знаний и опыта специалистов многих областей при нахождении решений, трудности которых не могут быть преодолены на основе суждений любого отдельного эксперта. Более того, часто указывается, что основной особенностью методик системного анализа является сочетание в них формальных методов и неформализованного (экспертного) знания.

С учетом всего вышесказанного можно сказать, что в определении системного анализа должны войти следующие аспекты, отражающие что системный анализ:

применяется для решения таких проблем, которые не могут быть полностью формализованы;

использует не только формальные методы, но и методы качественного анализа (“формализованный здравый смысл”), т.е. методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов (лиц, принимающих решение);

объединяет разные методы с помощью единой методологии;

дает возможность объединить знания, суждения и интуицию специалистов различных областей знаний и обязывает их к определенной дисциплине мышления;

основное внимание уделяет целям и целеполаганию.

Ко всему этому следует обязательно добавлять, что в основе методов и получаемых с применением системного анализа результатов лежит понятие системы или даже целенаправленной системы.

Мы будем использовать следующее определение системного анализа.

Системный анализ - это совокупность определенных научных методов и практических приемов решения разнообразных проблем, возникающих во всех сферах целенаправленной деятельности общества, на основе системного подхода и представления объекта исследования в виде системы.

Характерным для системного анализа является то, что поиск лучшего решения проблемы начинается с определения и упорядочения целей деятельности системы, при функционировании которой возникла данная проблема. При этом устанавливается соответствие между этими целями, возможными путями решения возникшей проблемы и потребными для этого ресурсами. Системный анализ характеризуется главным образом упорядоченным, логически обоснованным подходом к исследованию проблем и использованию существующих методов их решения, которые могут быть разработаны в рамках других наук.

Системный анализ предназначен для решения в первую очередь слабоструктурированных проблем, т.е. проблем, состав элементов и взаимосвязей которых установлен только частично, задач, возникающих, как правило, в ситуациях, характеризуемых наличием факторов неопределённости и содержащих неформализуемые (непереводимые на язык математики) элементы.

Проблема (задача) считается формализуемой, если она может быть описана с помощью некоторого формального языка (как правило, языка математики).

Одна из задач системного анализа заключается в раскрытии содержания проблем, стоящих перед руководителями, принимающими решения, настолько, чтобы им стали очевидны все основные последствия решений, которые они могли бы учитывать в своих действиях. Системный анализ помогает ответственному за принятие решения лицу более строго подойти к оценке возможных вариантов действий и выбрать наилучший из них с учётом дополнительных, неформализуемых факторов и моментов, которые могут быть неизвестны специалистам, готовящим решение (специалистам - системным аналитикам).

Следует отметить, что в каждом конкретном случае задачи системного анализа весьма специфичны. Тем не менее, определённые моменты указывают на существенную общность перечисленных направлений разработок в науке, технике и организации производства. Именно эта общность и позволяет говорить о системном подходе как о некоторой особой и внутренне единой исследовательской позиции.

2.3 Cистема и ее свойства

В настоящее время нет единства в определении понятия “система”. В первых определениях в той или иной форме говорилось о том, что система - это элементы и связи (отношения) между ними. Например, основоположник теории систем Берталанфи определял систему как комплекс взаимодействующих элементов или как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. Некоторые определяют систему как множество предметов вместе со связями между предметами и между их признаками. Ведутся дискуссии, какой термин - “отношение” или “связь” - лучше употреблять. Мы будем далее пользоваться следующим определением.

Определение системы. Под системой понимается наличие множества элементов с набором связей между ними и между их свойствами, т.е. всё, состоящее из связанных друг с другом частей, называются системой.

При этом элементы (части, объекты) функционируют во времени как единое целое - каждый объект, подсистема, элемент работают ради единой цели, стоящей перед системой в целом. Иногда говорят, система есть средство достижения цели. И это, в свете вышесказанного, можно трактовать, как достаточно короткое и емкое определение системы.

При такой трактовке системами являются: машина, собранная из деталей и узлов; живой организм, образуемый совокупностью клеток; предприятие, объединяющее и связывающее в единое целое множество производственных процессов, коллективов людей, различных видов ресурсов, готовой продукции и пр.

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта или системы, от точки зрения на него или от аспекта его исследования. Таким образом, элемент - это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.

Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным разбиением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, реализующие отдельные подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием “подсистема” подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название “компоненты”).

Структура. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств.

Структура - это совокупность элементов и связей между ними.

Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и т.п. Структуру часто представляют в виде иерархии. Иерархия - это упорядоченность компонентов по степени важности (многоступенчатость, служебная лестница и т.п.). Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т.е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа “дерева”. Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным средством представления организационных структур управления. Однако могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называют иерархическими структурами со слабыми связями. Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения.

Интегративность. Интегративными называются свойства, присущие системе в целом и не присущие ни одному из ее элементов в отдельности. Интегративность означает, что хотя свойства системы и зависят от свойств ее элементов, но не определяются ими полностью. Система не сводится к простой совокупности (множеству) ее элементов. Так, государство не есть просто сумма его регионов. Интегративность в данном случае обеспечивается некоей общей для всех его элементов и подсистем системой ценностей, определяющей принципы существования и поддерживающей единство и согласованность поведения последних.

Индивидуальным интегративным свойством самолета как технической системы является его способность совершать управляемый полет. При этом ни одна из его частей сама по себе, включая и членов экипажа, этой способностью не обладает.

Наиболее общими фундаментальными интегративными свойствами в системном анализе являются свойства целостности, целесообразности и открытости.

Интегративные свойства, возникающие при взаимодействии структурных образований, порой могут проявляться самым неожиданным образом. Так, например, в области киноискусства широко известен эффект Кулешова, который заключается в том, что при монтаже двух соседних различных кадров возникает нечто, реально воздействующее на зрителя, чего нет ни в одном из этих кадров в отдельности. Монтаж объединяет эти кадры в информационную систему, в пределах которой они начинают взаимодействовать, придавая последней интегративные свойства.

Целостность. Целостность - это способность системы проявлять себя во взаимодействии с внешним миром как единое целое. Целостность системы проявляется в двух аспектах: структурном и процессуальном и в этом смысле можно дать следующее определение этого свойства. Целостность - это пространственная связность структурных элементов и временная согласованность их существования.

Целесообразность. Целесообразность - это свойство системы, проявляющееся в ценностной и целевой ориентированности ее существования.

Ценностная ориентированность. Ценностная ориентированность возникает в результате действия общих и частных, присущих только данной конкретной системе ценностных принципов, порождающих соответствующие законы поведения в ситуационных пространствах. Таким образом, целесообразность - это подчинение существования системы некоторой системе ценностных принципов и связанных с ними целей, свидетельствующих о ее разумности.

Целеориентированность. Целеориентированность - это свойство системы, характеризующее ситуационную направленность (ориентированность) ее поведения в соответствующих пространствах. Целеориентированность проявляется также в активности системы.

Открытость. Открытость - это свойство взаимосвязи системы и ее внешнего окружения, проявляющееся в коммуникативности. Точнее говоря, открытость - это взаимопроникновение и взаимовлияние (взаимозависимость) системы и ее окружения. Открытость, с одной стороны, есть необходимое условие существования системы (раскрытия ее сущности), а с другой стороны, есть одна из основных причин ее диффузии (диссипации, распада ее сущности). Свойство открытости систем обеспечивает целостность мироздания.

Связь. Понятие “связь” входит в любое определение системы наряду с понятием “элемент” и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделять на направленные и ненаправленные, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Связи - это то, что соединяет элементы и свойства в системном процессе в целое.

Предполагается, что связи существуют между всеми системными элементами, между системами и подсистемами. Связями первого порядка называют связи, функционально необходимые друг другу. Дополнительные связи называют связями второго порядка. Если они присутствуют, то в значительной степени улучшают действие системы, но не являются функционально необходимыми. Излишние или противоречивые связи называются связями третьего порядка. Исследователь, решающий конкретную задачу, сам принимает решение, какие связи существенны, а какие тривиальны, т.е. вопрос о тривиальности оказывается связанным с личными интересами исследователя и задачами, которые стоят перед ним.

Важную роль в системах играет понятие “обратной связи”. Об этом понятии мы будем подробно говорить в следующей главе.

Коммуникативность. Коммуникативность представляет собой свойство системы, заключающееся в наличии между системой и внешней средой множества связей ( коммуникаций). Так, например, различные государства могут быть связаны между собой линиями воздушного , железнодорожного, автомобильного и т.д. сообщения. Между ними осуществляются культурные, научные и другие виды обмена.

Состояние. Понятие “состояние” обычно характеризует мгновенную фотографию, “срез” системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через параметры системы (производительность, себестоимость продукции, прибыль и т.п.). Состояние - это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и исследуют его закономерности. Иногда, в этом же смысле используют термин “движение”, который заимствован из механики, но при этом обязательно делают оговорку, что под движением понимают любое изменение состояния системы (например, изменение ее параметров).

Внешнее окружение (среда). Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы. Действительно, объекты в системном анализе не рассматриваются изолированно от внешнего мира. Та часть этого мира, которая непосредственно взаимодействует с системой или оказывает на нее существенное влияние, может быть, лишь только своим присутствием, и является таким внешним окружением или внешней средой. Поэтому, например, так важно при анализе экономической или социально-политической ситуации внутри какого-либо государственного образования выйти за его пределы и проанализировать экономические и социально-политические процессы в системах внешнего окружения с целью учета их влияния на состояние рассматриваемого объекта.

Равновесие - это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия.

2.4 Системы и их виды

При рассмотрении любой системы, прежде всего, обнаруживается то, что ее целостность и обособленность выступают как внешние свойства. Внутренность же системы оказывается неоднородной, что позволяет различать составные части самой системы. При более детальном рассмотрении некоторой части системы могут быть, в свою очередь, разбиты на составные части и т.д. Те части системы, которые мы рассматриваем как неделимые, будем называть элементами. Части системы, состоящие более чем из одного элемента, назовем подсистемами. При необходимости можно ввести обозначения или термины, указывающие на иерархию частей (например, “подсистемы”, или “подсистемы такого-то уровня”).

В результате такого рассмотрения получается модель состава системы, описывающая, из каких подсистем и элементов она состоит (рис.2.1).

Определение состава системы только на первый взгляд кажется простым делом. Если дать разным экспертам задание определить состав одной и той же системы, то результаты их работы будут различаться, и иногда довольно значительно. Причины этого состоят не только в том, что у них может быть различная степень знания системы: один и тот же эксперт при разных условиях также может дать разные варианты состава системы. Существуют, по крайней мере, еще три важные причины этого факта.

Во-первых, разные варианты (модели) состава получаются вследствие того, что понятие элементарности можно определить по разному. То, что с одной точки зрения является элементом, с другой - оказывается подсистемой, подлежащей дальнейшему разделению.

СИСТЕМА

Что такое системный подход и системный анализ?

Основные особенности системного анализа.

Дайте определение системы.

Что такое объект, свойство объекта, связи в объекте?

Структура и состав системы, понятие модели состава системы.

Относительность понятий элемент системы, подсистема. Причины этой относительности.

Какие типы систем Вам известны?

Что такое статическая система и динамическая система?

Дайте понятие централизованной и децентрализованной системы.

3. СИСТЕМНОСТЬ И УПРАВЛЕНИЕ

Особенностью первого этапа является то, что управляющее звено начинает выявлять и оценивать процесс функционирования объекта путем фиксации отклонений от нормального режима функционирования, задаваемого некоторой целевой функцией. Поскольку обратная связь призвана уменьшить отклонение, то такая связь называется отрицательной обратной связи. Таким образом, можно сказать, что этот этап характеризуется появлением таких понятий, как отклонение и 1-й контур обратной связи.

Объектами нашего рассмотрения являются в основном открытые системы (объекты). Воздействие внешней среды вызывает отклонение параметра объекта от нормы. Возникает информация, обратная связь, что в конечном итоге формирует замкнутые контуры и функциональные системы.

Движения системы, направленные на сохранение устойчивости, являются положительными сторонами процесса развития, а отклонения, которые призвана убирать (уменьшать, исключать) система, можно назвать отрицательными сторонами процесса. Движущей силой развития выступает целенаправленная борьба противоположностей - положительной и отрицательной сторон процесса.

В “Диалектике природы” Энгельс отмечает особую роль в этой борьбе отрицательной стороны процесса, учет которой в процессах управления, как мы теперь понимаем, и есть использование отрицательной обратной связи. По существу и базирующаяся на множестве случайных отклонений так называемая стихия рынка является своего рода механизмом социальной саморегуляции на основе непрерывного учета отклонения спроса от предложения.

Таким образом, истоки активности системы связаны с исходными моментами любого управленческого процесса - с целевой функцией и отклонением. В силу сказанного, понятие отклонения заслуживает быть включенным в разряд общенаучных понятий. Оно является универсальным элементом взаимодействия, присущим любым системам. Без отклонения нет информации и процесса управления, нет развития. Определяющая роль отклонения отражена и в “золотом правиле” саморегуляции. Это правило звучит так: “Само отклонение от нормы служит стимулом возвращения к норме” [8]. Система вне среды не может быть активной, ибо только взаимодействие со средой, возникающие при этом отклонения, противоречия создают необходимое условие активности системы, ее самодвижение в направлении самосохранения. Такой средой явились, в частности, геосфера и атмосфера нашей Земли, где с возникновением органических соединений начали появляться и усложняться преемственные связи как реализация элементарных форм активности.

Любого типа упорядоченность возникает в результате какого-то воздействия окружающей среды на систему, которая, приспосабливаясь к изменяющимся условиям, накапливает полезную для себя информацию, повышает уровень своей организации. По существу, как считают биологи, вся содержащаяся в организме структурная информация вводится окружающей средой и ее изменение (саморазвитие) обусловлено в основном длительным влиянием среды. Следовательно, о прогрессивном развитии можно говорить только по отношению к открытым системам. О всяком развитии в замкнутой системе не может быть и речи.

Достаточно вспомнить десятилетия “железного занавеса” в истории нашей страны. Отгородившись от внешнего мира, от потока новых технологий, от воздействия мирового рынка, страна отставала в науке и технике, товары становились неконкурентоспособными, рубль -- неконвертируемым и т.п.

В основе эволюции, которой руководит “мудрость природы”, лежит способ “проб и ошибок”, реализуемый через учет отклонений. Все те “пробы”, которые приводили к уменьшению отклонения, способствовали живучести образований и, таким образом, соответствовали требованиям эволюции, закреплялись, развивались дальше, приводя к упорядоченному усложнению внутренних связей, к качественным изменениям взаимодействий, к возрастанию активности.

Таким образом, отклонение и, в более широком плане, разнообразие являются неотъемлемыми атрибутами прогресса и самосовершенствования функциональных систем. Взять живую природу: даже на уровне “вершины” ее развития -- человека -- эволюция направленно моделирует разнообразие, несхожесть индивидов как необходимое условие дальнейшего развития сообщества. Индивидуальность каждого человека в биологическом плане обеспечивается различием генетического кода: каждый человек в мире имеет уникальный состав белков. Индивидуальность человека в социальном плане, его творческие способности объясняются полученным им образованием и жизненным опытом, тезаурусом, который у каждого тоже свой.

При полном сходстве людей друг с другом теряется смысл взаимного общения, исключается интерес, борьба мнений, творчество. Людская однородность создала бы, отмечает В.И. Говалпо, тупиковую ситуацию, ибо нет отклонений, не возникает информация как основа поведенческого акта. Следовательно, нет и целенаправленной деятельности, соревновательности, нет развития [5].