Системный подход и анализ

Тема 1.1.

Понятие системы как центральной  категории 

системного  подхода. 

      Объектом  изучения системного анализа являются сложные системы. Понятие системы стало широко использоваться в XX в. Длительное время оно применялось в самом общем смысле. Не было строгого формализованного определения данного понятия. По мере развития дисциплин кибернетического направления и особенно в связи с развитием и внедрением в различные сферы человеческой деятельности вычислительной техники появилась необходимость формализовать понятие сложной системы, попытаться дать его строгое определение.

      В повседневной жизни термин система используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать объект как нечто целое, сложное, о чем невозможно сразу дать представление. Предполагается, что для характеристики системы необходимо рассмотреть различные аспекты ее функционирования, проанализировать различные ее свойства.

     Понятие системы имеет множество различных  толкований и в общем плане  характеризуется формулой:

объект + цель = система.

     В наиболее общем виде под системой понимается множество составляющих единство элементов, их связей между собой и между ними и внешней средой, образующих присущую данной системе целостность, качественную определенность и целенаправленность.

     Среди основных свойств системы необходимо особо отметить эмерджентные свойства системы и ее синергизм. Основные ее особенности (признаки):

      1. Каждая система представляет  собой структурно-организационную целостную совокупность более простых частей, которые называются элементами или подсистемами.

      Под элементом системы принято понимать простейшую неделимую часть системы. Элемент – это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели.

      Подсистема – совокупность взаимосвязанных элементов, обладающая свойствами системы (в частности, свойством целостности), способная выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Отличие подсистемы от группы элементов состоит в том, что для подсистемы формулируются подцели ее функционирования.

      2. Иерархичность.

      Иерархия в общем плане – это структура системы. Любые системы могут быть представлены в виде модели «черного ящика», однако этого для адекватного ее анализа недостаточно. Любая система должна быть отражена в виде подсистем с учетом взаимосвязей и взаимозависимости между ними и в свою очередь каждая подсистема должна быть представлена в виде совокупности элементов и связей между ними.

      Структура системы – это определенно взаимосвязанное взаиморасположение составных частей системы.

      Выделяют  следующие структуры системы:

     А. Линейная структура

     Б. Иерархическая или древовидная  структура (представляет собой декомпозицию системы в пространстве)

     В. Сетевая структура (представляет собой  декомпозицию системы во времени).

     Г. Матричная структура (представляет собой параллельное выполнение функций с постоянным взаимным сотрудничеством).

     Д. Пространственно-матричная структура. Такая структура пользуется тесно  связанными и равноправными горизонтами и вертикальными структурными связями.

     Структура системы должна предполагать обмен  ресурсами между любыми двумя  подсистемами, т.е. обладать свойством  связанности.

      3. Взаимосвязь подсистем предполагает  их взаимодействие в процессе  функционирования и развития системы.

     Функционирование предусматривает деятельность системы без смены цели.

     Развитие – деятельность системы, предполагающая временную или кардинальную смену цели.

     Целое предусматривает наличие связей и это способствует возникновению  и сохранению целостных свойств системы.

     4. Признак динамичности (связан с признаком взаимосвязи)

     Связь воспринимается как ограничение степени свободы системы. Поэтому подсистемы, вступая во взаимосвязь, утрачивают часть своих первоначальных свойств. В общем плане связь можно характеризовать как совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы, как ограничение степени свободы элементов.

      Связь обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы.

      В зависимости от направления связи могут быть:

• направленные;
• ненаправленные.

      В зависимости от силы связи бывают:

• сильные;
• слабые.

      По  характеру выделяют связи:

подчинения;

• равноправные;
• генетические;
• управления.

      По  направленности процессов различают связи:

• прямые предназначены для заданной функциональной передачи ресурсов;
• обратные выполняют в основном функции управления процессами и могут быть положительными, сохраняющими тенденции происходящих в системе изменений того или иного параметра, и отрицательными – противодействующими тенденциям изменения выходного параметра. Обратная связь в системе играет очень важную роль, она является основой саморегуляции системы к изменениям внешних условий и используется для корректировки внутренней среды предприятия.

      По  виду проявления связи бывают:

• детерминированные – однозначно определяют причину и следствие, дают четко обусловленную формулу взаимодействия элементов;
• вероятностные – определяют неявную, косвенную зависимость между элементами системы.

      5. Наличие интегративных свойств. Такие свойства отдельности не присущи ни одному из элементов, но характерны для системы в целом.

      6. Системы образуют связи, которые  не характерны для групп элементов. Система как целостная совокупность не сводится без остатка к свойствам составляющих ее элементов, данная несводимость является следствием определенной структурной организации системы. Появление у целого свойств невозможных, ненаблюдаемых свойств суммы частей называется принципом эмерджентности.

     7. Наличие цели.

     Цель – это образ несуществующего, но желаемого с точки зрения задачи или рассматриваемой проблемы состояния среды, т.е. такого состояния, которое позволяет решить проблему при наличных ресурсах. С другой стороны, цель – это описание или представление некоторого наиболее предпочтительного состояния системы.

     Наличие цели связано с декомпозицией, с взаимодействием подсистем и наличии у подсистем той же направленности функционирования, что и у самой системы. Характеризуя понятие цели, часто обращается внимание на наличие целевой функции (целенаправленной функции).

      Целенаправленность системы определяется процессами, которые в ней происходят. Процессы системы – это совокупность последовательных изменений состояния системы для достижения цели. К процессам системы относятся:

• входной процесс – продукт деятельности других систем;
• выходной процесс – результат функционирования системы, который приводит к изменению внешней среды;
• переходный процесс – переход входных воздействий в выходные характеристики системы.

      Формы входных и выходных процессов:

• Результат предшествующего процесса последовательно связан с данным процессом.
• Результат предшествующего процесса беспорядочно связан с данным процессом.
• Результат процесса данной системы вновь вводится в нее

     Системы могут быть классифицированы на разные виды: социально-экономические, технические, кибернетические, биологические. В зависимости от вида изучаемой системы могут быть выделены различные классификационные признаки систем: по обусловленности действия, по происхождению, по взаимодействию со средой, по степени сложности, по типу поведения.

      Для выделения классов систем могут использоваться различные классификационные признаки, основными из которых являются следующие:

      1. По природе элементов.

• Физические (реальные) – объекты, состоящие из материальных элементов. Среди них обычно выделяют механические, электрические, биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации.
• Абстрактные – элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире. Они создаются в результате творческой деятельности человека (идеи, планы, гипотезы, теории).

      2. В зависимости от происхождения.

• Природные – возникли без вмешательства человека (климат, почва, живые организмы, солнечная система).
• Искусственные – результат созидательной деятельности человека (следовательно, со временем их количество увеличивается). Искусственные системы, как правило, отличаются от природных наличием определенных целей функционирования (назначением) и наличием управления.

      3. По длительности существования.

• Постоянные – искусственные системы, которые в процессе заданного времени функционирования сохраняют существенные свойства, определяемые предназначением этих систем.
• Временные.

      4. В зависимости от степени изменчивости свойств.

• Статические – система с одним состоянием.
• Динамические – системы, имеющие множество возможных состояний, которые могут меняться как непрерывно, так и в дискретные моменты времени.

      5. В зависимости от степени сложности.

• Простые – системы, которые с достаточной степенью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями (отдельные детали, элементы, электронные схемы).
• Сложные – системы, которые состоят из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов, каждый из которых может быть представлен в виде системы (подсистемы). Сложные системы – это биологические организмы, человек, ЭВМ и т.д. Особенность сложных систем заключается в существенной взаимосвязи их свойств.
• Большие – сложные пространственно-распределенные системы, в которых подсистемы (ее составные части) относятся к категориям сложных (автоматизированные системы управления, воинские части, системы связи, промышленные предприятия, отрасли промышленности).

      6. В зависимости от отношения к среде.

• Изолированные – системы, которые не обмениваются со средой энергией и веществом. Процессы самоорганизации в них невозможны.
• Закрытые – системы, не обменивающиеся с окружающей средой веществом, но обменивающиеся энергией. Они способны к фазовым переходам в равновесное упорядоченное состояние. При достаточно низкой температуре в закрытой системе возникает кристаллический порядок.
• Открытые – системы, которые обмениваются с окружающей средой энергией и веществом.
• Открытые равновесные – системы, которые при отклонении от стационарного состояния возвращаются в него экспоненциально, без осцилляции.
• Открытые диссипативные – системы, возникающие в результате кооперативных процессов. Их поведение нелинейно. Механизм образования диссипативной структуры: подсистемы флуктуируют, иногда достигая точки бифуркации, после которой может наступить порядок более высокого уровня.