Семинар 1. Освоение понятия "Система" Теория. Что такое

Семинар 1. Освоение понятия "Система"
Теория.
Что такое системный подход?
Системный подход заключается в том, что любой объект управления рассматривается как система целостная совокупность совместно и зависимо функционирующих подсистем. Выделение или
игнорирование какой-либо из подсистем объекта управления наносит ему ущерб.
Например, для такого объекта, как организация, предполагается, что она содержит структуру, цели,
задачи, технологии, людей, коммуникации. Каждая организация может включать такие подсистемы, как
производственную, кадровую, плановую, маркетинговую и др. Каждая подсистема в свою очередь может
рассматриваться как система.
В свете своих корней и современного состояния системный анализ может быть определен как
исследование с целью помочь лицу принимающему решение (ЛПР) выбрать путь действий путем
исследования его целей, сравнения возможных затрат, эффективности и рисков различных альтернативных
политик по достижению этих целей и формулирование дополнительных альтернатив, если существовавшие
и исследовавшиеся альтернативы были признаны неудовлетворительными.
Системный подход представляет собой подход к сложным проблемам выбора в условиях
неопределенности (например, проблем, связанных с национальной безопасностью). В таких проблемах
обычно имеется целый набор различных и часто конфликтующих между собой целей.
Системный подход, хотя и базируется на использовании количественных методов, обычно связан с
проблемами, связанными с решением того, что должно быть сделано, а не как это должно быть сделано.
При системном подходе необходим взгляд на проблему как на единое целое. Мы должны
рассмотреть более широкий круг вопросов, чем просто параметры отдельных компонентов системы.
Выбор цели и критерия оценки является зачастую главной проблемой анализа. Чего
разработанная система должна достичь? Как проверить альтернативные системы на достижение ими
поставленных целей? На эти вопросы необходим ответ. Если взят неверный критерий, это равносильно
ответу на неверный вопрос.
Предмет системного анализа
Системный анализ - система понятий, методов и технологий для изучения, описания, реализации
систем различной природы и характера, междисциплинарных проблем; это система общих законов, методов,
приемов исследования таких систем.
Системный анализ тесно связан с философией. Философия дает общие методы содержательного
анализа, а системный анализ даёт общие методы формального, межпредметного анализа предметных
областей, выявления и описания, изучения их системных инвариантов.
Анализ обычно включает в себя несколько стадий:
Формулирование проблемы - определение целей и ограничение проблемы.
Поиск данных и альтернативных путей разрешений проблем.
Объяснение. Построение модели, которая изучает последствия альтернативных программ, обычно
путем подсчета затрат и производительности.
Толкование - формулирование выводов и выбор предпочтительного альтернативного пути действий.
Проверка выводов путем эксперимента.
Системный анализ обычно включает первые четыре стадии, но редко последнюю.
Системный подход к исследованиям большинства объектов включает следующие этапы.
1 ) Выделение объекта исследований из общей массы явлений и процессов, очертание контура и
пределов системы, ее основных частей, элементов, связей с окружающей средой. Установление цели
исследований, выяснение структуры и функции системы и т.п. Выделение главных или важных свойств
составных элементов и системы в целом, установление их соответствий.
2) Определение основных критериев целесообразного действия системы, а также основных
ограничений и условий существования.
3) Определение вариантов структур и элементов, учет главных факторов, влияющих на систему.
4) Составление модели системы.
5) Оптимизация работы системы по достижению цели.
6) Определение оптимальной схемы управления системой.
7) Установление надежной обратной связи по результатам функционирования, определение
работоспособности и надежности функционирования систем.
Понятие системы
Под системой обычно понимают совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных единством
цели (или назначения) и функциональной целостностью.
При этом свойство самой системы не сводится к сумме свойств составных элементов.
Система - объект, процесс в котором участвующие элементы связаны некоторыми связями и
отношениями.
Подсистема - часть системы с некоторыми связями и отношениями.
Любая система состоит из подсистем, любая подсистема любой системы может быть рассмотрена сама
как система.
Пример. Наука - система, когнитивная система обеспечивающая получение, проверку, фиксацию
(хранение), актуализацию знаний общества. Наука имеет подсистемы: математика, информатика, физика,
филология и др. Любое знание существует лишь в форме систем (систематизированное знание), а теория наиболее развитая система их организации в систему позволяющая не только описывать, но и объяснять,
прогнозировать события, процессы.
Совокупность взаимосвязанных структурных элементов образует систему только в том случае, когда
отношения между элементами порождают новое особое качество целостности, называемое системным, или
интегративным качеством.
Система - это один из способов представления объектов наряду с другими, несистемными,
представлениями.
В литературе нет строгого однозначного и корректного определения системы, а встречается много
различных, но близких друг к другу, определений системы и ее структуры.
Практически любое определение системы, встречающееся в литературе, или является слишком узким не охватывает каких-то типов объектов, которые принято называть системами, или же, хотя и позволяет
более или менее отличить системы от других объектов, но является слишком упрощенным - характеризует
системы недостаточно полно для понимания их сути.
Варианты определения системы.
Совокупность элементов, соединенных отношениями, порождающими интегративное, или системное,
качество, отличающее данную совокупность от среды и приобщающее к этому качеству каждый из ее
компонентов.
Объект, представляющий собой некоторое множество элементов, находящихся в рациональных
отношениях и связях между собой, и образующий целостность, единство, границы которого задаются
пределами управления.
Совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих
определенную целостность, единство.
Искусственные системы - это системы, созданные человеком. Диапазон их реализаций очень широк:
от простейших механизмов до сложных производственных комплексов в технике; от лаборатории, кафедры,
института, воинского подразделения до министерства и Совета министров в организационных структурах,
Естественные системы - это системы, объективно существующие в действительности, в живой и
неживой природе и обществе: атом, молекула. клетка, организм, популяция, общество, вселенная и т.п.
Среди специалистов по системному подходу используется, по крайней мере, два-три способа выделения
систем. Первый, наиболее распространенный, когда сложный объект, явление или процесс расчленяется на
множество составных элементов и между ними выявляются системообразующие межэлементные связи и
отношения, придающие этому множеству целостность. При таком представлении окружающий нас мир
можно разделить на системы различной природы.
Другой способ - это представление не всего исследуемого объекта, явления, или процесса как системы,
а только лишь его отдельных сторон, аспектов, граней, разрезов, которые считаются существенными для
исследуемой проблемы. В этом случае каждая система в одном и том же объекте выражает лишь
определенную грань его сущности. Например, единый объект государство имеет много различных граней,
которые составляют военную систему, политическую, экономическую, образовательную, научную,
культурную и др. Такое применение понятия системы позволяет досконально и цельно изучать разные
аспекты или грани единого объекта. Эти системы взаимосвязаны между собой, а при необходимости
целиком рассмотреть сложный объект как общую систему, в котором уже выделены системы
соответственно его разным граням, их можно представить как подсистемы общей системы.
Наиболее характерные признаки систем
В настоящее время, как было сказано выше, отсутствует общепринятое и достаточно корректное
определение системы - имеются лишь различные ее толкования. Анализ различных определений и
толкований показывает, что существуют, по крайней мере, четыре основных признака, которыми должен
обладать объект, явление или их отдельные грани (срезы), чтобы их можно было считать системой.
Первая пара признаков - это признаки целостности и членимости объекта. С одной стороны, система это
целостное образование и представляет целостную совокупность элементов, а, с другой стороны, в системе
четко можно выделить ее элементы (целостные объекты). Для системы главным является признак
целостности, т.е. она рассматривается как единое целое, состоящее из взаимодействующих или
взаимосвязанных частей (элементов), часто разнокачественных, но совместимых.
Второй признак - это наличие более или менее устойчивых связей (отношений) между элементами
системы, превосходящих по своей силе (мощности) связи (отношения) этих элементов с элементами, не
входящими в данную систему.
В системах любой природы между элементами существуют те или иные связи (отношения). При этом с
системных позиций определяющими являются не любые связи, а только лишь существенные связи (отношения), которые определяют интегративные свойства системы. Именно интегративные свойства отличают
систему от простого конгломерата и выделяют систему в виде целостного образования из окружающей
среды. Обмен информацией, энергией и веществом между элементами системы и между системой и
окружающей средой осуществляется при помощи связи, представляющей физический канал.
Третий признак - это наличие интегративных свойств (качеств), присущих системе в целом, но не
присущих ее элементам в отдельности. Интегративные свойства системы обуславливает тот факт, что
свойство системы, несмотря на зависимость от свойств элементов, не определяется ими полностью. Из этого
следует, что простая совокупность элементов и связей между ними еще не система, и поэтому, расчленяя
систему на отдельные части (элементы) и изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства
нормально (хорошо) организованной системы в целом. Интегративное свойство (качество) - это то новое,
которое формируется при согласованном взаимодействии объединенных в структуру элементов и которым
элементы до этого не обладали.
Четвертый признак - это организация (организованность) развивающихся систем. Этот признак
характеризует наличие в системе определенной организации, что проявляется в снижении степени
неопределенности системы, по сравнению с неопределенностью системоформирующих факторов,
определяющих возможность создания системы. Системообразующими факторами являются: число
элементов системы; число существенных связей, которыми может обладать элемент; число системозначных
свойств элемента; число квантов пространства и времени, в которых может находиться и существовать
элемент, связь и их свойства. Понятия «организация» и «система» связаны весьма тесно. Однако
организация охватывает только те свойства элементов, которые связаны с процессами сохранения и
развития целостности, т.е. существования системы. Организация возникает в том случае, когда между
некоторыми исходными объектами (явлениями) возникают закономерные устойчивые связи или/и
отношения, актуализирующие какие-то свойства элементов и ограничивающие иные их свойства.
Организация связана с упорядоченностью и согласованностью функционирования автономных частей
системы и проявляется, прежде всего, в снижении энтропии по сравнению с энтропией
системоформирующих факторов. Организация проявляется в структурных особенностях системы,
сложности, способности сохранения системы и ее развития. На практике пользуются таким понятием как
степень организованности, сложность организации и совершенство организации.
Интегративным качеством искусственных систем, создаваемых людьми для определенных целей,
является их основное назначение.
Понятие структуры
Основной общий признак, который присутствует практически во всех определениях и теоретических
моделях понятия «система», - это наличие структуры.
Под внутренней структурой, или просто структурой, системы понимается устойчивая упорядоченность
в пространстве и во времени ее элементов и связей между ними, определяющая функциональную
компоновку системы и ее взаимодействие с внешней средой.
Структура системы является наиболее консервативной характеристикой системы: она может
сохраняться неизменной весьма длительное время, а состояние системы при этом может существенно
изменяться.
Примерами структур могут быть структура студентов на курсе, структура государственного устройства,
структура микросхемы и др.
Структура - это все то, что вносит порядок в множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений
между частями целого, необходимые для достижения цели.
Структуры систем бывают разного типа, разной топологии (или же пространственной структуры).
Основные топологии структур (систем):
Линейные структуры.
Примером линейной структуры является структура станций метро на одной (не кольцевой) линии.
Иерархические, древовидные структуры. (Часто понятие системы предполагает наличие
иерархической структуры, т.е. систему иногда определяют как иерархическую целостность.)
Примером иерархической структуры является структура управления вузом: “Ректор - Проректора Деканы - Заведующие кафедрами и подразделениями - Преподаватели кафедр и сотрудники других
подразделений”.
Сетевая структура.
Пример сетевой структуры - структура организации строительно - монтажных работ при строительстве
дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять
параллельно.
Матричная структура.
Пример матричной структуры - структура научных сотрудников, выполняющих работы по одной и той
же теме.
Понятие структуры, которое (явно или неявно) присутствует во всех общих определениях системы,
также относится к числу интуитивных, размытых понятий, как и понятие «система». Дать структуре
удовлетворительное определение не так-то легко. Может быть, поэтому в литературе встречается большое
число различных определений. Наиболее типичными определениями структуры являются следующие:
структура есть форма представления некоторого объекта в виде составных частей, или структура - это
множество всех возможных отношений между подсистемами и элементами внутри системы, или структура это совокупность элементов и связей между ними, которые определяются исходя из распределения функции
и цели, поставленных перед системой, или структура - это то, что остается неизменным в системе при
изменении ее состояния, при реализации различных форм поведения, при совершении системой операции и
т.п.
В простейшем случае под структурой будем понимать множество элементов системы, между которыми
имеются связи (взаимоотношения). Математически это выражается множеством элементов с одним или
более отношением, определенным на данном множестве. В такой простой структуре все элементы
считаются неделимыми.
Ясно, что очень многие реальные системы обладают более сложной структурой и не соответствуют
такому простому описанию. Стремясь учесть этот факт, иногда в понятие структуры системы вводят
иерархию ее подсистем.
Следует отметить, что в любой системе под структурными элементами системы понимают ту ее
наименьшую часть, поведение которой еще подчиняется структурным закономерностям системы. Что
касается самих структурных закономерностей, то они порождают те свойства системы, по которым
окружающий мир выделяет эту систему как целую среди других. В каждой системе имеется некий
минимальный уровень размеров элементов, ниже которого система как бы не существует. Поэтому для того,
чтобы определить структурный элемент, сначала выясняют, какие свойства системы интересуют
исследователя. Затем находят те закономерности, которые порождают эти свойства, - так называемые
структурные закономерности. А затем уже находят наименьшую часть системы, которая еще подчиняется
данным структурным закономерностям, т.е. структурный элемент. Очевидно, что этот структурный элемент
сам может содержать свои собственные структурные элементы.
Подсистема, в первую очередь, является системой для своих подсистем, и поэтому и подсистемы
образуют иерархию. При этом структурным элементом или структурной подсистемой считается та
наименьшая часть системы, которая еще подчиняется системообразующим закономерностям.
Есть трактовки понятия структуры, основанные на довольно узком понятии системы - имеется в виду
только пространственное или пространственно-временное разбиение системы на элементы и, возможно,
подсистемы; при этом связи и отношения элементов также рассматриваются в пространстве или времени.
Однако во многих сложных объектах. которые принято называть системами, имеются связи и отношения
совсем иного содержания (например, в логических системах, системах знаний). Такое произвольное,
широкое (по смыслу) толкование отношения согласуется с математической трактовкой понятия структуры,
где говорится о (любых по смыслу) отношениях на множестве элементов системы.
Понятие целостности
Второй общий признак, отличающий системы, - это целостность совокупности элементов системы.
Под целостностью часто понимают внутреннее единство и принципиальную несводимость свойств
системы к сумме свойств, составляющих ее элементов. Однако средства, которыми пытаются выразить
целостность, бывают различными.
В простейшем случае считается, что наличие связей и отношений между элементами системы как раз и
выражает ее целостность, так что никаких специальных средств, кроме задания этих отношений, не требуется. При этом признак целостности не вводится в определение системы. Понятно, что не всякие отношения
придают множеству элементов целостность. Поэтому выделяются специальные отношения, которые принято называть системообразующими.
Признаки, которые характеризуют именно целостность систем:
единство цели
функциональное назначение
определенные функции
наличие окружающей среды
свойства
Все эти признаки не являются всеобщими: можно привести примеры систем (в принятом понимании),
которые не обладают этими признаками или же эти признаки несущественны.
Для выделения системы в сложном объекте выбираются такие отношения, которые существенны в
данной задаче. Так, например, если в качестве системы представим часы, а в качестве отношений возьмем
отношение между размерами или весами составных элементов (частей), то, очевидно, такое отношение не
является системообразующим, так как ничего не дает для понимания действия часового механизма, а,
следовательно, не позволит нам представить часы как целостную систему. В качестве признаков, которые
характеризуют именно целостность систем, объединяют ее, используют такие, как единство цели, функциональное назначение, определенные функции, наличие окружающей среды (мира вне системы), с которой
система взаимодействует как целое.
Пример простейшего анализа системы
Название системы:
высшее учебное заведение (ВУЗ).
Цель (назначение) системы: обучение студентов.
Параметры системы.
Входные:
уровень подготовки абитуриентов.
Выходные: уровень профессиональной подготовки и адаптационные возможности молодых
специалистов после окончания ВУЗа.
Состав системы(подсистемы):
ректорат, ученый совет, факультеты, кафедры.
Структура системы:
иерархическая.
Отношения между подсистемами: см. Устав ВУЗа.
Следует отметить, что результат анализа системы зависит от того, с каких позиций и с какой целью
рассматривается тот или иной объект. Представленный пример отражает, скорее всего, позицию
руководства ВУЗа. Основная задача руководства ВУЗа состоит в обеспечении подготовки специалистов, в
наибольшей степени отвечающих запросам экономики
В данном примере возможны, в частности, и другие точки зрения, с которых производится анализ
системы:
абитуриента, выбирающего ВУЗ для поступления;
работодателя, принимающего решение о приеме на работу выпускника ВУЗа;
заказчика, выбирающего исполнителей для конкретного научного исследования.
Практическое задание
Для объекта Вашей учебно-исследовательской работы (УИР) дать его описание как
системы.
Описание должно включать:
1. Название системы.
2. Цель (и) создания.
3. Вход (ы)
4. Выход (ы)
5. Состав
6. Структура
7. Отношения между подсистемами и элементами.
Задание оформить как документ MS WORD