Классификация и закономерности систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация и закономерности систем

1. Классификация систем

Системы разделяют по различным признакам. Например:

§ по виду отображаемого объекта (технические, биологические, экономические и т.п. системы);

§ виду научного направления, используемого для их моделирования (математические, физические, химические и др.);

§ взаимодействию со средой (открытые и закрытые);

§ величине и сложности;

§ детерминированные и стохастические;

§ абстрактные и материальные и т.д.

Классификации всегда относительны. Так, принимая во внимание диалектику субъективного и объективного в системе, то станет понятной относительность разделения систем на абстрактные и объективно существующие: это могут быть стадии развития одной и той же системы. Действительно, объекты, отражаясь в сознании человека, выступают в роли абстракций, понятий, а абстрактные проекты создаваемых систем воплощаются в реально существующие объекты, которые можно ощутить, а при изучении снова отразить в виде абстрактной системы.

Цель любой классификации - ограничить выбор подходов к отображению системы, сопоставить выделенным классам приемы и методы системного анализа и дать рекомендации по выбору методов моделирования для соответствующего класса систем. При этом система может быть охарактеризована несколькими признаками.

Рассмотрим некоторые из наиболее важных классификаций систем.

Классификация по характеру взаимодействия системы с окружающей средой:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Закрытые системы - какой-либо обмен энергией, веществом и информацией с окружающей средой отсутствует. Для закрытых систем характерно увеличение энтропии (второй закон термодинамики).

Открытые системы - свободно обменивающиеся энергией, веществом и информацией с окружающей средой. В открытых системах могут происходить явления самоорганизации, усложнения или спонтанного возникновения порядка.

При изучении экономических, организационных объектов важно выделять класс целенаправленных или целеустремленных систем. В этом классе, в свою очередь, можно выделить системы, в которых цели задаются извне (обычно это имеет место в закрытых системах), и системы, в которых цели формируются внутри (что характерно для открытых, самоорганизующихся систем).

Классификация систем по сложности: большие (и малые), сложные (и простые).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация систем по степени организованности:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Хорошо организованные системы

Если исследователю удается определить все элементы системы и их взаимосвязи между собой и с целями системы и вид детерминированных (аналитических или графических) зависимостей, то возможно представление объекта в виде хорошо организованной системы. То есть представление объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда может быть предложено детерминированное описание и экспериментально показана правомерность его применения (доказана адекватность модели реальному объекту). Такое представление успешно применяется при моделировании технических и технологических систем.

Хотя, строго говоря, даже простейшие математические соотношения, отображающие реальные ситуации, также не являются абсолютно адекватными, поскольку, например, при суммировании яблок не учитывается, что они не бывают абсолютно одинаковыми, а вес можно измерить только с некоторой точностью. Трудности возникают при работе со сложными объектами (биологическими, экономическими, социальными и др.). Без существенного упрощения их нельзя представить в виде хорошо организованных систем. Поэтому для отображения сложного объекта в виде хорошо организованной системы приходится выделять только факторы, существенные для конкретной цели исследования. Попытки применить модели хорошо организованных систем для представления сложных объектов практически часто нереализуемы, так как, в частности, не удается поставить эксперимент, доказывающий адекватность модели. Поэтому в большинстве случаев при представлении сложных объектов и проблем на начальных этапах исследования их отображают классами, рассмотренными ниже.

Плохо организованные, или диффузные системы

Если не ставится задача определить все учитываемые компоненты и их связи с целями системы, то объект представляется в виде плохо организованной (или диффузной) системы. Для описания свойств таких систем можно рассматривать два подхода: выборочный и макропараметрический.

При выборочном подходе закономерности в системе выявляются на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а путем изучения достаточно представительной (репрезентативной) выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. Выборка определяется с помощью некоторых правил. Полученные на основе такого исследования характеристики или закономерности распространяют на поведение системы в целом.

Пример

Если нас интересует средняя цена на хлеб и каком-либо городе, то можно было бы последовательно объехать или обзвонить все торговые точки города, что потребовало бы много времени и средств. А можно пойти другим путем: собрать информацию в небольшой (но репрезентативной) группе торговых точек, вычислить среднюю цену и обобщить ее на весь город.

При этом нельзя забывать, что полученные статистические закономерности справедливы для всей системы с какой-то вероятностью, которая оценивается с помощью специальных приемов, изучаемых математической статистикой.

При макропараметрическом подходе свойства системы оценивают с помощью некоторых интегральных характеристик (макропараметров).

При использовании газа для прикладных целей его свойства не определяют путем точного описания поведения каждой молекулы, а характеризуют макропараметрами -- давлением, температурой и т. д.. Основываясь на этих параметрах, разрабатывают приборы и устройства, использующие свойства газа, не исследуя при этом поведение каждой молекулы.

Отображение объектов в виде диффузных систем находит широкое применение при определении пропускной способности систем разного рода, при определении численности штатов в обслуживающих, например ремонтных, цехах предприятия и в обслуживающих учреждениях, при исследовании документальных потоков информации и т.д.

Класс самоорганизующихся, или развивающихся, систем характеризуется рядом признаков, особенностей, которые, как правило, обусловлены наличием в системе активных элементов, делающих систему целенаправленной. Отсюда вытекают особенности экономических систем, как самоорганизующихся систем, по сравнению с функционирование технических систем:

§ нестационарность (изменчивость) параметров системы и стохастичность ее поведения (неопределенность последующего состояния);

§ уникальность и непредсказуемость поведения системы в конкретных условиях. Благодаря наличию активных элементов системы появляется как бы "свобода воли", но в то же время у нее существуют предельные возможности (ограниченные имеющимися ресурсами (элементами, их свойствами) и структурными связями);

§ способность изменять свою структуру и формировать варианты поведения, сохраняя целостность и основные свойства (в технических и технологических системах изменение структуры, как правило, приводит к нарушению функционирования системы или даже к прекращению существования как таковой);

§ способность противостоять энтропийным (разрушающим систему) тенденциям, самоорганизация, способность адаптироваться, к изменяющимся условиям (это хорошо по отношению к возмущающим воздействиям и помехам, но плохо, когда адаптивность проявляется и к управляющим воздействиям, затрудняя управление системой);

§ способность и стремление к целеобразованию;

§ принципиальная неравновесность.

Эти особенности противоречивы. Они в большинстве случаев являются и положительными и отрицательными, желательными и нежелательными для создаваемой системы. Их не сразу можно понять и объяснить для того, чтобы выбрать и создать требуемую степень их проявления.

При этом следует иметь в виду важное отличие открытых развивающихся систем с активными элементами от закрытых. Пытаясь понять принципиальные особенности моделирования таких систем, уже первые исследователи отмечали, что, начиная с некоторого уровня сложности, систему легче изготовить и ввести в действие, преобразовать и изменить, чем отобразить формальной моделью. По мере накопления опыта исследования и преобразования таких систем была осознана их основная особенность - принципиальная ограниченность формализованного описания развивающихся, самоорганизующихся систем.

Необходимость сочетания формальных методов и методов качественного анализа и положена в основу большинства моделей и методик системного анализа. При формировании таких моделей меняется привычное представление о моделях, характерное для математического моделирования и прикладной математики. Изменяется представление и о доказательстве адекватности таких моделей.

Основную конструктивную идею моделирования при отображении объекта классом самоорганизующихся систем можно сформулировать следующим образом: накапливая информацию об объекте, фиксируя при этом все новые компоненты и связи и применяя их можно получать отображения последовательных состояний развивающейся системы, постепенно создавая все более адекватную модель реального, изучаемого или создаваемого объекта. При этом информация может поступать от специалистов различных областей знаний и накапливаться во времени по мере ее возникновения (в процессе познания объекта).

2. Закономерности систем

Закономерности функционирования и развития систем - это общесистемные закономерности, характеризующие принципиальные особенности построения, функционирования и развития сложных систем. Иначе их можно назвать макроскопическими свойствами. Их можно условно разделить на четыре группы.

В процессе изучения особенностей функционирования и развития сложных систем с активными элементами был выявлен ряд закономерностей, помогающих глубже понять диалектику части и целого в системе, чтобы учитывать их при принятии решений. Рассмотрим основные из этих закономерностей.

Закономерность целостности (эмерджентность) проявляется в системе в появлении (emerge - появляться) у нее новых свойств, отсутствующих у элементов. Например, свойства станка отличаются от свойств деталей, из которых он собран.

Необходимо учитывать следующие свойства эмерджентности:

1) свойства системы Q_S не являются простой суммой свойств составляющих ее элементов q_i:

;

2) свойства системы зависят от свойств составляющих ее элементов:

.

3) объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы (система как бы подавляет их), но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

Пример

Из датчиков, транзисторов, резисторов и других деталей может быть собрана система управления станком. При этом такая система, собранная из деталей-элементов, проявляет новые свойства по сравнению со свойствами каждого из отдельно взятых элементов, а элементы утрачивают часть своих свойств. Например, транзистор может использоваться в различных режимах работы в разных устройствах - радиоприемниках, телевизорах и т.п., а став элементом системы управления станком, он утратил эти возможности и сохранил только свойство работать в необходимом для этой схемы режиме.

Поясним на примере второе свойство эмерджентности. Если транзистор (или другой элемент) вышел из строя или если поставлен датчик с другой чувствительностью, то либо система управления станком вообще перестанет существовать, либо изменятся ее характеристики. Аналогично замена элементов в организационной структуре систему управления предприятием может существенно повлиять на качество его функционирования.

Свойство физической аддитивности (независимости, суммативности, обособленности) проявляется у системы как бы распавшейся на независимые элементы; тогда становится справедливым

В этом крайнем случае и говорить-то о системе нельзя. Строго говоря, любая развивающаяся система находится, как правило, между состоянием абсолютной целостности и абсолютной аддитивности, и выделяемое состояние системы (ее «срез») можно охарактеризовать степенью проявления одного из этих свойств или тенденций к его нарастанию или уменьшению.

Для оценки этих тенденций существуют две сопряженные закономерности, которые называются прогрессирующей факторизацией - стремлением системы к состоянию со всё более независимыми элементами, и прогрессирующей систематизацией - стремлением системы к уменьшению самостоятельности элементов, т.е. к большей целостности.

Коммуникативность означает, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, которая также неоднородна, а представляет собой сложное образование: содержит надсистему (систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного уровня с рассматриваемой.

Иерархичность предполагает существование в системе нескольких уровней, подчиненных по нисходящей, со своими зонами ответственности, ресурсами и локальными целями. Иерархичность подразумевает, что каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы). Иерархичность характеризует закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы и является одним из наиболее важных средств исследования систем.

Все мы хорошо представляем проявление иерархической упорядоченности в природе, начиная от атомно-молекулярного уровня и кончая человеческим обществом. Но не всегда учитываем важнейшую особенность иерархичности, заключающуюся в том, что закономерность целостности проявляется на каждом уровне иерархии. Благодаря этому на каждом уровне возникают новые свойства, которые не могут быть выведены как сумма свойств элементов.

Таким образом, на каждом уровне иерархии происходят сложные качественные изменения, которые не всегда могут быть формально представлены и объяснены. Но именно благодаря этой особенности рассматриваемая закономерность приводит к интересным следствиям, которые весьма полезны при применении системных представлений как средства исследования сложных объектов и процессов, как средства принятия решений. Во-первых, с помощью иерархических представлений можно отображать системы с неопределенностью. Во-вторых, построение иерархической структуры зависит от цели, соответственно для многоцелевых ситуаций можно построить несколько иерархических структур, соответствующих разным целям, и при этом в разных структурах могут принимать участие одни и те же компоненты. В-третьих, даже при одной и той же цели, если поручить формирование иерархической структуры разным исследователям, то в зависимости от их предшествующего опыта, квалификации и знания системы они могут получить разные иерархичские структуры, т. е. по-разному разрешить качественные изменения на каждом уровне иерархии.

Эквифинальность. Эта закономерность характеризует предельные возможности системы. Л. Фон Берталанфи определял эквифинальность как способность системы достигать состояния, которое не зависит от времени и начальных условий, а определяется исключительно параметрами системы. Другими словами, для каждой системы существует некое предельное состояние или предельный уровень развития, к которому она стремится независимо от начальных условий.

Пример

Так, эквифинальность промышленного предприятия определяется производственными мощностями, эквифинальность региона - ресурсными возможностями и уровнями развития производственных сил и т.д. Можно говорить об уровне развития крокодила, обезьяны и характеризовать их предельными возможностями, предельно возможным состоянием, к которому может стремиться тот или иной вид, а соответственно и стремлением к этому предельному состоянию из любых начальных условий, даже если индивид появился на свет раньше положенного времени или провел, подобно Маугли, некоторый начальный период своей жизни в несвойственной ему среде.

Нетрудно предположить, что с развитием системы ее эквифинальность будет повышаться. Однако создаваемые человеком системы имеют предел роста. Так, бурно развивающиеся транснациональные корпорации со временем становятся громоздкими, плохо управляемыми и склонными к деградации. Именно в этот момент есть смысл провести реструктуризацию компании и «раздробить» ее на более мелкие и желательно более самостоятельные структурные образования.

Закон «необходимого разнообразия». Закономерность, известную под этим названием, впервые сформулировал У. Р. Эшби. Он доказал теорему, что для того чтобы создать систему, способную справиться с решением проблемы, обладающей определенным, известным разнообразием (сложностью), нужно, чтобы система имела еще большее разнообразие (знания методов решения), чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать в себе это разнообразие (владела бы методологией, могла разработать методику, предложить новые методы решения проблемы).

Применительно к системам управления этот закон может быть сформулирован следующим образом: разнообразие системы управления V_су должно быть больше (или по крайней мере равно) разнообразию объекта управления V_оу:

V_су ? V_оу .

Использование этого закона при разработке и совершенствовании систем управления предприятиями и организациями помогает увидеть причины проявляющихся в них недостатков и найти пути повышения эффективности управления.

Закономерность потенциальной эффективности. Развивая идею В.А. Котельникова о потенциальной помехоустойчивости систем, Б.С. Флейшман связал сложность структуры системы со сложностью ее поведения; предложил количественные выражения предельных законов надежности, помехоустойчивости, управляемости и других качеств систем; показал, что на их основе можно получить количественные оценки осуществимости систем с точки зрения того или иного качества - предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем. (Простой пример потенциальной эффективность технической системы управления кораблем: руль может давать определенную, обусловленную его конструкцией силу, отклоняющую движение всего корабля, гребной винт может давать определенную направляющую силу).

Историчность означает, что любая система не может быть неизменной, она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает.

При этом закономерность историчности можно учитывать не только пассивно фиксируя старение, но и использовать для предупреждения смерти системы, разрабатывая механизмы реконструкции, реорганизации системы, для сохранения ее в новом качестве.

Пример

Размещено на http://www.allbest.ru/

При разработке автоматизированных систем управления (АСУ) рекомендовалось примерно в середине периода проектирования предшествующей очереди развития начинать концептуальное проектирование и формирование технического задания (ТЗ) на проектирование последующей очереди АСУ.

При создании сложных технических комплексов рекомендуется уже в процессе проектирования корректировать технический проект с учетом старения идеи, положенной в его основу, рассматривать не только вопросы создания и обеспечения развития системы, но и вопрос о том, когда и как ее нужно уничтожить (возможно, предусмотрев «механизм» ее уничтожения или самоликвидации) и при создании технической документации, сопровождающей систему, включать в нее не только вопросы эксплуатации системы, но и срок жизни, ликвидацию. При регистрации предприятий требуется, чтобы в уставе был предусмотрен этап ликвидации предприятия.

Закономерность самоорганизации проявляется в способности систем с активными элементами противостоять энтропийным тенденциям, адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру.

В любой реальной развивающейся системе сочетаются две противоречивые тенденции: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем, справедлив второй закон термодинамики, т.е. стремление к возрастанию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные тенденции. В сложных развивающихся системах закономерность самоорганизации проявляется в том, что в зависимости от преобладания энтропийных или негэнтропийных тенденций система любого уровня может либо развиваться в направлении более высокого уровня эквифинальности и переходить на него, либо, напротив, может происходить энтропийный процесс упадка и перехода системы на более низкий уровень существования.

закономерность научный стохастический абстрактный

3. Закономерности целеобразования

Изучение процессов обоснования и структуризации целей в конкретных условиях позволяет сформулировать некоторые общие закономерности целеобразования, которые полезно использовать при исследовании и совершенствовании сложных систем.

1. Зависимость представления о цели и самой формулировки цели от степени познания объекта (или процесса). Анализ определений понятия цель позволяет сделать вывод, что, формулируя цель, нужно стремиться отразить в формулировке или в способе представления цели ее активную роль в познании, управлении и в то же время сделать ее реалистичной, направить с её помощью деятельность на получение определенного полезного результата. При этом формулировка цели и представление о цели зависит от стадии познания объекта, и в процессе развития представлений об объекте формулировку цели можно и нужно уточнять.

Коллектив, формирующий цель, должен определить, в каком смысле на данном этапе рассмотрения объекта употребляется понятие цель, к какой точке "условной шкалы" ("идеальное устремление в будущее" - "конкретный результат деятельности") ближе принимаемая формулировка цели.

2. Зависимость цели от внешних и внутренних факторов. При анализе причин возникновения цели нужно учитывать как внешние по отношению к системе так и внутренние факторы (внешние и внутренние потребности, мотивы, программы).

Это - очень важное отличие открытых, развивающихся систем с активными элементами от технических, отображаемых закрытыми моделями. Теория управления техническими системами оперирует понятием цель как внешним по отношению к системе, а в открытых, развивающихся системах цель формируется внутри системы, и внутренние факторы, влияющие на формирование целей, являются такими же объективными, как и внешние.

3. Возможность (и необходимость) сведения задачи формулирования общей (главной, глобальной) цели к задаче ее структуризации. Анализ процесса формулирования глобальной цели в сложной системе показывает, что эта цель возникает в сознании руководителя или коллектива не как чёткое единичное понятие, а как некоторая, достаточно "размытая" область. Исследования психологов показывают, что на любом уровне цель возникает вначале в виде "образа" цели. Особенно ярко это проявляется на уровне глобальной цели. При этом достичь одинакового понимания общей цели всеми ЛПР, по-видимому, принципиально невозможно без ее детализации в виде упорядоченного набора взаимосвязанных подцелей, которые делают ее понятной и более конкретной для всех участников процесса целеобразования

4. Зависимость способа представления целей от степени познания объекта или процесса (продолжение закономерности 1). Наиболее распространенным и исследованным способом представления целей является древовидная иерархическая структура. Однако это не единственный способ. Для представления цели могут быть применены и другие способы отображения: иерархия со "слабыми" связями; табличное или матричное представление; сетевая модель. Иерархическое и матричное описание - это декомпозиция цели в пространстве, сетевая модель - это декомпозиция во времени. Возникновение "слабых" иерархий можно объяснить тем, что цели вышележащих уровней иерархии сформулированы слишком "близко" к "идеальным устремлениям в будущее", а представление исполнителей о целях-задачах не может обеспечить эти устремления. Развернутая последовательность подцелей в виде сетевой модели требует достаточно хорошего знания объекта и не всегда может быть получена. Тогда промежуточные подцели могут формулироваться по мере достижения предыдущей цели, что может быть использовано и как средство управления. По-видимому, перспективным является сочетание декомпозиции цели в пространстве и во времени.

5. Проявление в структуре целей закономерности целостности. В иерархической структуре целей, как и в любой иерархической структуре, закономерность целостности проявляется на каждом уровне иерархии. Применительно к структуре целей это означает, что достижение целей вышележащего уровня не может быть полностью обеспечено достижением подцелей, хотя и зависит от них, и что потребности, мотивы, программы, влияющие на формирование целей, нужно исследовать на каждом уровне иерархии.

Размещено на Allbest.ru