Системы и их закономерности

Элементы. Элемент – неделимая часть системы. Дальнейшее деление элемента приводит к разрушению его функциональных связей с другими элементами и получению свойств выделенной совокупности, не адекватной свойствам элемента как целого.

Подсистемы. Подсистема – выделенное по определенным правилам и признакам целенаправленное подмножество взаимосвязанных элементов любой природы. Каждую подсистему в свою очередь можно разделить на еще более мелкие подсистемы. Системы отличаются от подсистем только лишь правилом и признаками объединения элементов. Для системы правило является более общим, а для подсистемы – более индивидуальным. Исходя из этого можно сделать вывод, что система представляет собой нечто целое, состоящее из подсистем, каждую из которых можно рассматривать как самостоятельную систему. В то же время любая система является некоторой более большой системы.

Подсистемы, выделенные на одной горизонтальной линии, являются подсистемами одного уровня. Деление системы на подсистемы разного  уровня называют иерархией (от греч. hieros – священный и arche – власть), что означает порядок подчинения более низких звеньев системы более высоким. При иерархическом построении системы в целях наиболее эффективного достижения цели должно всегда соблюдаться основное правило, заключающееся в том, что подсистема более низкого уровня должна подчиняться подсистеме более высокого уровня.

Любая подсистема является, с одной стороны, самостоятельной системой, а с  другой – подсистемой системы  более высокого уровня, что приводит к двум подходам исследования систем. Это макроуровень и микроуровень.

Исследование  систем как целого на так называемом макроуровне связано с тем, что основное внимание уделяется изучению взаимодействия системы с внешней средой. В этом случае элементы системы рассматриваются с точки зрения организации их в единое целое и влияния на функционирование системы в целом. При исследовании системы на микроуровне основными являются характеристики внутренней среды, определяемые взаимодействием элементов этой среды между собой и выполняющие определенные действия.

В целях  более объективного исследования систем необходимо сочетание двух подходов. Обычно считается более целесообразным начинать изучение систем с макроуровня, а затем ииследовать микроуровень. Тем не менее иногда может оказаться  более рациональным подход, когда  исследование системы начинается на микроуровне.

Связи. Связи – это то, что соединяет элементы и свойства системы в единое целое. Любая связь между какими-либо двумя элементами в соответствии с ее направленностью от одного элемента к другому является выходом первого из них и в то же время входом второго. Связи между подсистемами одного и того же уровня называются горизонтальными, а связи системы со всеми подсистемами соподчиненных иерархических уровней – вертикальными.

Для каждой системы связи со всеми подсистемами и между ними называются внутренними, а все остальные связи –  внешними. Взаимодействие системы с  внешней средой осуществляется с  помощью целенаправленных связей.

Информационные  ресурсы внешней  среды. Информационные ресурсы внешней среды – множество элементов любой природы, существующие вне системы и оказывающие на нее влияние. Для того, чтобы элементы внешней среды могли влиять на систему или испытывать ее воздействие, необходимы связи. В любой системе число всех существующих внешних взаимосвязей очень велико. Исследовать абсолютно все связи практически невозможно. Поэтому их число приходится ограничивать. Задача исследователей состоит в том, чтобы определить с учетом возможностей Интернет из множества существующих взаимосвязей с внешней средой такие, которые в значительной степени влияют на систему.

Информационные  ресурсы внутренней среды. Это ситуационные факторы между элементами во внутренней среде системы определенной природы. В организациях, создаваемых людьми, элементы во внутренней среде являются результатом управленческих решений и постоянно меняются под влиянием внешней среды. Основными переменными во внутренней среде организаций, требующих внимания руководства, являются цели, структура, функции, связи, технические устройства, технологии и люди.

Структура. Структура – совокупность связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие (от structura – строение, порядок). У каждой подсистемы определенного уровня существует соподчиненные подсистемы либо непосредственно, либо через промежуточные подсистемы. Множество подсистем, которые стоят ниже и подчинены данной системе, называют ее вертикалью.

Функции. Функция – целенаправленный набор действий, операций или процедур (от англ. function – обязанности, действия). Функции системы обычно представляются в виде набора некоторых преобразований, которые, как правило, делятся а две группы. Первая группа функций связана с преобразованием входов в систему. Это значит, что при определенном наборе значений входных данных осуществляется такое преобразование, при котором система придет в состояние, характеризуемое набором некоторых внутренних ее параметров. Вторая группа преобразований связывает состояние системы с ее выходами. При определенном наборе значений внутренних параметров преобразования обеспечивают некоторый набор значений выходных параметров. С точки зрения внешней среды функции системы заключаются в том, что при определенном наборе значений входных параметров выходные параметры принимают соответствующие этому набору значения. Задача специалистов, занимающихся исследованием систем, заключается в определении содержания множеств элементов на входе в систему, зависимостей между ними и возможных преобразований входных данных во внутренней среде системы.

Целевая функция. Функция в экстремальных задачах, минимум или максимум которой необходимо найти, называется целевой. Экстремальному значению целевой функции обычно соответствует оптимальное решение. Различают линейные, нелинейные, выпуклые и другие целевые функции. В том случае, если допустимое множество экстремальной задачи есть пространство функций, тогда используют термин «целевой функционал».

1.2 Классификация  систем и их  характеристика.

Множество систем, существующих в мире, можно  классифицировать в зависимости  от ряда признаков. Классификация –  научный метод, заключающийся в  дифференциации всего множества  объектов и последующее их объединение  в определенные группы на основе какого-либо признака. При общем подходе к  классификации систем выделяются следующие  признаки (рис. 1.2):

- по  происхождению;

- по  объективности суждения;

- по  взаимодействию с окружающей  средой;

- по  действию во времени;

- по  обусловленности действия;

- по  степени сложности.

Рис. 1.2 
 
 
 

По  происхождению. В зависимости от происхождения системы могут быть естественными и искусственными. К естественным, или природным, следует отнести галактики, Солнечную систему, планеты, материки, экосистемы, биологические системы (в том числе и человека). Искусственные (антропогенные) системы обязаны своим происхождением труду человека. Их можно разбить в основном на два подкласса – физические, социально-экономические.

Физические  системы олицетворяют такие системы, у которых в качестве элементов  выступают неживые составляющие. К таким системам относятся машины, оборудование, транспортные средства и т. п.

Социально-экономические  системы являются объединением в  организации людей и машин  при выполнении определенных функций  для достижения поставленных целей. С точки зрения терминологии социально-экономические  системы иногда называют биофизическими или социотехническими, хотя сущность и содержание систем от этого не меняется.

К социально-экономическим  системам относятся государство  и народное хозяйство любой страны в целом, территориальные и городские  образования, организации по производству продукции и оказанию услуг. Создавая такие системы, человек в первую очередь стремится удовлетворить  свои потребности в пище, одежде, жилье, безопасности, творчестве. Потребность  представляет собой внутреннее состояние  психологического или физиологического ощущения недостаточности чего-либо. Постоянно возрастающие потребности  человека приводят к объективной  необходимости создания новых эффективных  технологий и автоматизированных систем управления, способных на определенном этапе эволюционного развития человечества удовлетворить его возрастающие потребности. В дальнейшем социально- экономические системы будут  рассматриваться как сложные  иерархические системы.

По  объективности существования. По объективности существования  системы делятся на материальные и идеальные. Материальные системы существуют объективно, то есть независимо от человека. Идеальные системы существуют в сознании человека в виде гипотез, образов и представлений. Такие системы выступают в виде системного построения формул, уравнений, определенных схем.

По  взаимодействию с  окружающей средой. Системы в зависимости от взаимодействия с окружающей средой могут быть закрытыми или открытыми.

Закрытая  система характеризуется тем, что любой элемент такой системы имеет связи только с элементами этой системы. Она не имеет связей с внешней средой, ее элементы взаимодействуют друг с другом только внутри системы. Закрытые системы представляют собой абстракцию и реально таких систем не существует. Но это понятие является весьма полезным при исследовании поведения систем, у которых произошел обрыв внешних связей.

Открытой  считается такая система, у которой, по крайней мере, один элемент имеет  связь с внешней средой. Все  реальные системы являются открытыми. Даже в абстрактной закрытой системе  предполагается наличие внешних  связей, которые в определенном случае считаются несущественными. В том  случае, если временной разрыв или  характеристика внешних не вызывает отклонений при функционировании системы  выше заранее установленных пределов, тогда система связана с внешней  средой слабо. В противном случае она связана с внешней средой сильно.

По  действию во времени. Системы в зависимости от времени действия делятся на статические и динамические.

Статические системы характеризуются неизменностью, то есть их параметры не зависят от времени. Устойчивая деятельность системы определяется постоянством элементов внешней и внутренней среды. В отличие от статических, динамические системы и их параметры связаны со временем, то есть являются функцией времени. В реальной жизни статических систем практически не существует.

По  обусловленности  действия. По обусловленности действия системы могут быть детерминированными и вероятностными. В детерминированных системах все элементы системы взаимодействуют заранее предвиденным образом. Вероятностные системы отличаются тем, что для них нельзя сделать точного детального предсказания поведения системы и только с определенной степенью вероятности можно ожидать появления того или иного события. Для прогнозирования поведения таких систем используется теория вероятностей.

По  степени сложности. По этому признаку системы делятся на простые, сложные и особо сложные. Простые системы относятся к наименее сложным и характеризуются небольшим числом внутренних и внешних связей. Для сложных и особо сложных систем характерным признаком является наличие разветвленной структуры и большого числа внешних и внутренних связей. Отличительной особенностью особо сложных систем является отсутствие возможности точного и подробного их описания.

Формального определения сложной или особо  сложной системы до настоящего времени  пока не существует. Понятие сложной, особо сложной системы возникло в результате появления системного подхода к исследованию систем. Специфика  системного подхода привела к  возникновению общей теории систем.

Сложные и особо сложные системы обладают рядом особенностей. Первая особенность  таких систем – целостность их реакций, как это наблюдается  в биологических системах. Вторая – большая размерность, заключающаяся  в большом количестве элементов, количестве выполняемых функций. И  третья особенность – сложность  поведения системы, состоящая в  том, что изменение одного параметра  в системе влияет на многие другие.

Следует отметить, что приведенная классификация  не претендует на свою оригинальность и законченность. Проблема состоит  в том, что системы могут быть классифицированы в зависимости  от конкретных целей и решаемых задач, а также постоянно проводимых исследований, возникающих на практике в конкретных ситуациях.

1.3 Основные  закономерности систем.

Все системы  обладают определенными объективными закономерностями. Основными закономерностями систем являются:

- целостность;

- неаддитивность;

- эмерджентность;

- синергизм;

- обособленность;

- совместимость;

- адаптивность.

Рассмотрим  сущность и характеристику приведенных  закономерностей, отражающих поведение  систем во времени и пространстве.

Целостность. Целостность системы характеризуется рядом свойств и особенностей. Многогранность целостности отражается с помощью таких понятий, как наличие у всей системы общей цели, дифференциация, интеграция, симметрия, ассимметрия. Понятие «дифференциация» отражает свойство расчленения целого на части, проявление разнокачественности его частей. Противоположное ему понятие «интеграция» связано с объединением совокупности соподчиненных элементов в единое образование. Симметрия и ассимметрия отражает степень соразмерности в пространственных и временных связях системы.