Понятия, характеризующие строение систем

Обыденная трактовка рассмотренных ниже понятий (элемент, связь и др.) не всегда совпадает с их значением как специальных терминов системного описания и анализа объектов. Поэтому кратко рассмотрим основные понятия, помогающие уточнять представление о системе. Понятия, входящие в определение системы, тесно связаны между собой и не могут быть определены независимо, а определяются, как правило, одно через другое, уточняя друг друга.

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую, неде­лимую часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой ча­стью, может быть неоднозначным.

Например, в качестве элементов стола можно назвать «ножки, ящики, крышку и т. д.», а можно - «атомы, молекулы», в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем.

Аналогично в системе управления предприятием элементами можно считать подразделения аппарата управления, а можно - каждого сотрудника или каждую операцию, которую он выполняет.

Поэтому примем следующее определение: элемент - это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения кон­кретной задачи, поставленной цели.

Систему можно расчленять на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели и ее уточнения в процессе проведения системного исследования. При необходимости можно изме­нять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с по­мощью нового расчленения более адекватное представление об анализи­руемом объекте или проблемной ситуации.

Компоненты и подсистемы. Иногда термин элемент используют в более широком смысле, даже в тех случаях, когда система не может быть сразу разделена на составляющие, являющиеся пределом ее члене­ния. Однако при многоуровневом расчленении системы лучше исполь­зовать другие термины, предусмотренные в теории систем: сложные системы принято вначале делить на подсистемы или на компоненты.

Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно не­зависимая часть системы, обладающая свойствами системы, и в частности имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема.

Если же части системы не обладают такими свойствами, а представ­ляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Расчленяя систему на подсистемы, следует иметь в виду, что так же, как и при расчленении на элементы, выделение подсистем зависит от цели и может меняться по мере ее уточнения и развития представлений исследова­теля об анализируемом объекте или проблемной ситуации.

Связь. Понятие связь входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение ее целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функцио­нирование (динамику) системы.

Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с дру­гом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обла­дали в свободном состоянии.

В определениях системы термины связь и отношение обычно исполь­зуются как синонимы. Однако существуют разные точки зрения: одни ис­следователи считают связь частным случаем отношения; другие - напротив, отношение рассматривают как частный случай связи; третьи - предлагают понятие связь применять для описания статики системы, ее структуры, а понятием отношение характеризовать некоторые действия в процессе функ­ционирования (динамики) системы.

Структура. Система может быть представлена простым перечисле­нием элементов или черным ящиком(моделью «вход - выход»). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточ­но, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов.

В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят понятие структуры.

Структура (от латинского structure, означающего строение, распо­ложение, порядок) отражает определенные взаимосвязи, взаиморас­положение составных частей системы, ее устройство, строение.

При этом в сложных системах структура включает не все элементы и связи между ними, а лишь наиболее существенные ком­поненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Иными словами, структура характеризует организованность системы, устой­чивую упорядоченность элементов и связей.

Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной сис­темы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них на другие. При этом системы могут иметь раз­личную физическую природу.

Одна и та же система может быть представлена разными структура­ми в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспек­та их рассмотрения, цели создания. При этом по мере развития исследо­ваний или в ходе проектирования структура системы может изменяться.

Структуры, особенно иерархические, как показано ниже, могут помочь в раскрытии неопределенности сложных систем. Иными словами, струк­турные представления систем являются средством их исследования.

2.2. Понятия, характеризующие функционирование и развитие сис­тем

Процессы, происходящие в сложных системах, как правило, сразу не удается представить в виде математических соотношений или хотя бы алгоритмов. Поэтому для того, чтобы хоть как-то охарактеризовать ста­бильную ситуацию или ее изменения, используют специальные терми­ны, заимствованные теорией систем из теории автоматического регули­рования, биологии, философии. Рассмотрим основные из этих терминов.

Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгно­венную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (резуль­таты), либо через макропараметры, макросвойства системы (давление, скорость, ускорение). Так, говорят о состоянии покоя (стабильные вход­ные воздействия и выходные сигналы), равномерного прямолинейного движения (стабильная скорость) и т. д.

Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое (например s₁    s₂   s₃ ...), то говорят, что она обладает поведе­нием. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности (пра­вила) перехода из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его характер, алгоритм. С учетом введенных обозначений поведение можно представить как функцию s (t)= [ s (t - 1), y (t), x (t)].

Равновесие. Понятие равновесие определяют как способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия.

Устойчивость. Под устойчивостью понимают способность сис­темы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних (или в системах с ак­тивными элементами - внутренних) возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном у только тогда, когда отклонения не превышают некоторого предела.

Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия. Возврат в это состояние может сопровождаться колебательным процессом. Соответственно в сложных системах возможны неустойчивые состояния равновесия.

Равновесие и устойчивость в экономических системах, несмотря на ка­жущуюся аналогию с техническими, - гораздо более сложные понятия, и ими можно пользоваться в основном как некоторыми аналогиями для пред­варительного описания поведения системы.

Развитие. Это понятие помогает объяснить сложные термодина­мические и информационные процессы в природе и обществе. Иссле­дование процесса развития, соотношения развития и устойчивости, изучение механизмов, лежащих в их основе, - наиболее сложные задачи теории систем. При решении этих задач рассматривается осо­бый класс систем, так называемых развивающихся (самоорганизующихся) систем, обладающих особыми свойствами и требующих использования специальных подхо­дов к их моделированию.