Понятие, основные виды и свойства систем

Существует по меньшей мере несколько десятков различных определений понятия «система», используемых в зависи­мости от контекста, области знаний и целей исследования. Основной фактор, влияющий на различие в определениях, состоит в том, что в понятии «система» есть двойственность: с одной сторо­ны, оно используется для обозначения объективно существующих феноменов, а с другой стороны - как метод изучения и представле­ния феноменов, то есть как субъективная модель реальности.

В связи с этой двойственностью авторы определений различа­ют по меньшей мере два аспекта: как отличить системный объект от несистемного и как построить систему путём выделения её из окру­жающей среды. На основе первого подхода даётся дескриптивное (описательное) определение системы, на основе второго — конструктивное, иногда они сочетаются. Подходы к определению системы также предлагают делить на онтологический (соответствует дескриптивному), гносеологический и методологический (последние два соот­ветствуют конструктивному).

В целом, система — множество элементов, находящихся в отно­шениях и связях друг с другом, которое образует определённую це­лостность, единство.

Многообразие систем довольно велико, и существенную помощь при их изучении оказывает классификация. Важно понять, что клас­сификация - это только модель реальности, поэтому к ней надо так и относиться, не требуя от нее абсолютной полноты. Еще необхо­димо подчеркнуть относительность любых классификаций. Сама классификация выступает в качестве инструмента системного ана­лиза. С ее помощью структурируется объект (проблема) исследова­ния, а построенная классификация является моделью этого объекта. Полной классификации систем в настоящее время нет, более того, не выработаны окончательно ее принципы. Разные авторы предла­гают разные принципы классификации, а сходным по сути - дают разные названия.

1) В зависимости от происхождения системы делятся на естествен­ные и искусственные (создаваемые, антропогенные).

Естественные системы — это системы, объективно существующие в действительности, в живой и неживой природе и обществе. Эти си­стемы возникли в природе без участия человека.

Искусственные си­стемы - это системы, созданные человеком. Кроме того, можно го­ворить о третьем классе систем - смешанных системах, куда относятся эргономические (машина — человек-оператор), автоматизирован­ные, биотехнические, организационные и другие системы.

2) Классификация по объективности существования. Все системы можно разбить на две большие группы: реальные (материальные или физические) и абстрактные (символические) системы.

Реальные системы состоят из изделий, оборудования, машин и вообще из естественных и искусственных объектов.

Абстрактные системы по сути являются моделями реальных объектов - это языки, системы счисления, идеи, планы, гипотезы и понятия, алгоритмы и компьютерные программы, математические модели, системы наук.

Иногда выделяют идеальные или концептуальные системы - си­стемы, которые выражают принципиальную идею или образцовую действительность - образцовый вариант имеющейся или проекти­руемой системы.

Также можно выделить виртуальные системы - не существующие в действительности модельные или мыслительные представления ре­альных объектов, явлений, процессов (могут быть как идеальными, так и реальными системами).

3) Действующие системы. Такие системы способны совершать операции, работы, процедуры, обеспечивать заданное течение тех­нологических процессов, действуя по программам, задаваемым че­ловеком. В действующих системах можно выделить следующие си­стемы: технические, эргатические, технологические, экономические, социальные, организационные и системы управления.

Технические системы представляют собой материальные си­стемы, которые решают задачи по программам, составленным человеком; сам человек при этом не начнется элементом таких систем. Если в системе присутствует человек, выполняющий определенные функции субъекта, то говорят об эргатической системе. Частным случаем эргатической системы будет человеко-машинная система - система, в которой человек-оператор или группа операторов взаи­модействует с техническим устройством в процессе производства ма­териальных ценностей, управления, обработки информации и т. д.

Технологическая формальная система - это совокупность опера­ций (процессов) в достижении некоторых целей (решений некото­рых задач). Структура такой системы определяется набором методов, методик, рецептов, регламентов, правит и норм.

Технологическая материальная система - это совокупность реаль­ных приборов, устройств, инструментов и материалов (техническое, обеспечение системы), реализующих операции (процессное обеспе­чение системы) и предопределяющих их качество и длительность.

Экономическая система - это система отношений (процессов), скла­дывающихся в экономике, это совокупность экономических отноше­ний, возникающих в процессе производства, распределения, обмена и потребления экономических продуктов и регламентируемых совокуп­ностью соответствующих принципов, правил и законодательных норм.

Социальная система - это совокупность мероприятий, направлен­ных на социальное развитие жизни людей. К таким мероприятиям относятся: улучшение социально-экономических и производствен­ных условий труда, усиление его творческого характера, улучшение жизни работников, улучшение жилищных условий и т. п.

Организационная система - это совокупность элементов, обеспе­чивающих координацию действий, нормальное функционирование и развитие основных функциональных элементов объекта. Элемен­ты такой системы представляют собой органы управления, облада­ющие правом принимать управленческие решения - это руководи­тели подразделения или даже отдельные организации.

Систему, в которой реализуется функция управления, называют системой управления. Система управления содержит два главных эле­мента: управляемую подсистему (объект управления) и управляющую подсистему (осуществляющую функцию управления). Применитель­но к техническим системам управляющую подсистему называют си­стемой регулирования, а к социально-экономическим - системой ор­ганизационного управления.

4) Классификация по степени централизованности. Централизо­ванной системой называется система, в которой некоторый элемент играет главную, доминирующую роль в функционировании систе­мы. Такой главный элемент называется ведущей частью системы или ее центром. При этом небольшие изменения ведущей части вызы­вают значительные изменения всей системы: как желательные, так и нежелательные. К недостаткам централизованной системы мож­но отнести низкую скорость адаптации (приспособления к изменя­ющимся условиям окружающей среды), а также сложность управле­ния из-за огромного потока информации, подлежащей переработке в центральной части систем.

Децентрализованная система - это система, в которой нет глав­ного элемента. Важнейшие подсистемы в такой системе имеют при­близительно одинаковую ценность и построены не вокруг централь­ной подсистемы, а соединены между собой последовательно или параллельно.

5) Классификация по размерности. Система, имеющая один вход и один выход, называется одномерной. Если входов или выходов боль­ше одного - многомерной. Нужно понимать условность одномерно­сти системы - в реальности любой объект имеет бесчисленное чис­ло входов и выходов.

6) Классификация по однородности и разнообразию структурных це­ментов. Системы бывают гомогенные, или однородные, и гетероген­ные, или разнородные, а также смешанного типа.

В гомогенных системах структурные элементы системы однород­ны, то есть обладают одинаковыми свойствами. В связи с этим в го­могенных системах элементы взаимозаменяемы.

Гетерогенные системы состоят из разнородных элементов, не об­ладающих свойством взаимозаменяемости.

7) Классификации по траектории развития. Система называется линейной, если она описывается линейными уравнениями (алгебра­ическими, дифференциальными, интегральными и т. п.), в против­ном случае - нелинейной.

Для линейных систем справедлив принцип суперпозиции: реак­ция системы на любую комбинацию внешних воздействий равна сум­ме реакций на каждое из этих воздействий, поданных на систему по­рознь. В связи с этим для упрощения анализа систем довольно часто применяют процедуру линеаризации, при которой нелинейную си­стему' описывают приближенно линейными уравнениями в некото­рой (рабочей) области изменения входных переменных. Однако не всякую нелинейную систему можно линеаризировать, в частности, нельзя линеаризировать дискретные системы.

Дискретная система - это система, содержащая хотя бы один эле­мент дискретного действия. Дискретный элемент - это элемент, вы­ходная величина которого изменяется дискретно, то есть скачками, даже при плавном изменении входных величин.

Все остальные системы относятся к системам непрерывного действия. Система непрерывного действия (непрерывная система) состоит только из элементов непрерывного действия, то есть элементов, выходы ко­торых изменяются плавно при плавном изменении входных величин.

8) В зависимости от способности системы ставить себе цель раз­личают каузальные и целенаправленные (целеустремленные, актив­ные) системы.

Каузальные системы - это системы, которым цель внутренне не присуща. Если такая система и имеет целевую функцию (например, автопилот), то эта функция задана извне пользователем.

Целенаправленные системы - это системы, способные к выбору своего поведения в зависимости от внутренне присущей цели. В це­ленаправленных системах цель формируется внутри системы.

Элемент целенаправленности всегда присутствует в системе, включающей в себя людей (или еще шире живые существа). Вопрос чаще всего состоит в степени влияния этой целенаправленности на функционирование объекта. Если мы имеем дело с ручным произ­водством, то влияние так называемого человеческого фактора очень большое. Отдельный человек, группа людей или весь коллектив спо­собны поставить цель своей деятельности, отличную от цели ком­пании.

9) Классификация систем по сложности. Существует ряд подхо­дов к разделению систем по сложности, и, к сожалению, нет еди­ного определения этому понятию, нет и четкой границы, отделяю­щей простые системы от сложных. Разными авторами предлагались различные классификации сложных систем. Например, признаком простой системы считают сравнительно небольшой объем инфор­мации, требуемый для ее успешного управления. Системы, в кото­рых не хватает информации для эффективного управления, счита­ют сложными.

Условно можно выделить два вида сложности: структурную и функ­циональную.

Структурная сложность. Ст. Вир предлагает делить системы на простые, сложные и очень сложные. Простые — это наименее слож­ные системы. Сложные - это системы, отличающиеся разветвленной структурой и большим разнообразием, внутренних связей.

Очень сложная система - это сложная система, которую подроб­но описать нельзя. Несомненно, что эти деления довольно условны и между ними трудно провести границу.

Функциональная сложность. Дня количественной оценки функци­ональной сложности можно использовать алгоритмический подход, например количество арифметико-логических операций, требуемых для реализации функции системы преобразования входных значений в выходные, или объем ресурсов (время счета или используемая па­мять), используемых в системе при решении некоторого класса задач.

Кроме того, выделяют такой тип сложности, как динамическая сложность. Она возникает тогда, когда меняются связи между эле­ментами. Попытку дать исчерпывающее описание таким системам можно сравнить с поиском выхода из лабиринта, который полно­стью изменяет свою конфигурацию, как только вы меняете направ­ление движения.

10) Классификация по степени детерминированности. Если входы объекта однозначно определяют его выходы, то есть его поведение можно однозначно предсказать (с вероятностью 1), то объект явля­ется детерминированным, в противном случае - недетерминирован­ным (стохастическим). Детерминированность характерна для менее сложных систем; стохастические системы сложнее детерминирован­ных, поскольку их более сложно описывать и исследовать.

11) Классификация систем по степени организованности. Если ис­следователю удается определить 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.

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

Класс самоорганизующихся, или развивающихся, систем характе­ризуется рядом признаков, особенностей, которые, как правило, об­условлены наличием в системе активных элементов, делающих си­стему целенаправленной.

12) Классификация систем по степени открытости. Открытые си­стемы постоянно обмениваются веществом, энергией или информа­цией со средой. Система закрыта (замкнута), если в неё не поступа­ют и из неё не выделяются вещество, энергия или информация.

К основным свойствам систем относятся:

1. Целостность, то есть система существует как целое, которое за­тем можно разбить на части или элементы.

2. Структурность - описание системы через постановленные её структуры. Структура - это совокупность элементов и связи меж­ду ними определяющих внутреннее строение объекта, как целост­ной системы.

3. Взаимосвязь элементов, то есть элементы структуры находятся в составе системы непроизвольно.

4. Бесконечность - свойство системы, под которой понимает­ся невозможность его полного познания и представление конечным способом описания.

5. Иерархичность, то есть элементы системы сами могут являть­ся сложной системой.

6. Множественность описания - одна и та же система может быть рассмотрена с различных позиций способов и методов её описания.

7. Синергичность, эмерджентность, системный эффект - появ­ление у системы свойств, не присущих элементам системы; прин­ципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств состав­ляющих её компонентов (неаддитивность). Возможности системы превосходят сумму возможностей составляющих её частей; общая производительность или функциональность системы лучше, чем у простой суммы элементов.