Общие понятия теории систем. Система

Контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. Раскройте понятие системного исследования.

2. Что является объектом системных исследований?

3. Раскройте методологические особенности системных исследований.

4. Назовите различие «мягкой» системной методологии и «жесткой» системной методологии.

5. Перечислите стадии процесса «мягкой» системной методологии.

6. Опишите элементы «основного определения» системы согласно П. Чекленду.

7. Раскройте специфику системного исследования.

Тема№2
Системный подход

Системный подход представляет собой совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции объектов и процессов в целом, представив их в качестве систем со сложными межэлементными взаимосвязями, взаимовлиянием самой системы на ее структурные элементы.

Системный подхода заключается в рассмотрении элементов системы как взаимосвязанных и взаимодействующих для достижения глобальной цели функционирования системы. Особенностью системного подхода является оптимизация функционирования не отдельных элементов, а всей системы в целом.

Основные преимущества системного подхода:

· Высвечивается то общее в различных объектах и процессах, что затеняется различными деталями и трудно обнаруживается, пока не отброшены частности.

· Методы принятия решений переносятся из одних функциональных областей в другие;

· Не допускается переоценка возможностей отдельных методов при принятии решений, например, только математического моделирования в ущерб экспертным оценкам. Другими словами, исключается «снятие» всех проблем с использованием одного инструмента;

· Осуществляется синтез знаний из различных наук;

· В проекты вводится информационное описание системы(виды, объемы, назначение и пути прохождении информации) и разрабатывается процесс сбора и обработки данных и информации;

· Возникает объективная основа для выбора необходимых направлений дальнейшего развития исследований в области, к которой относится проектируемая система.

Принципы системного подхода:

Единства – совместное рассмотрение системы как единого целого и как совокупность частей;

Развития – учет изменяемости системы, ее способности к развитию, накапливанию информации с учетом динамики среды;

Глобальной цели – ответственность за выбор глобальной цели, оптимум подсистем не является оптимумом всей системы;

Функциональности – совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структурой;

Сочетания децентрализации и централизации;

Иерархии – учет соподчинения и ранжирования частей;

Неопределенности – учет вероятностного наступления событий;

Организованности - степень выполнения решений и выводов.

Этапы системного подхода:

1. Выделение объекта исследования из общей совокупности процессов, очертание контура и границ системы, ее элементов, связей со средой; установление цели исследования, выяснение структуры и функций системы; выделение главных свойств элементов и системы в целом, установление их соответствий;

2. Определение основных критериев эффективного функционирования системы, а также основных ограничений и условий функционирования;

3. Определение вариантов структур и элементов, учет основных факторов, влияющих на систему;

4. Составление модели системы;

5. Оптимизация функционирования системы по достижению цели;

6. Определение оптимальной схемы управления системой;

7. Установление надежной обратной связи по результатам функционирования, определение работоспособности и надежности функционирования систем.

Методология системного подхода опирается на доминирующую роль целого по отношению к составным частям элементов. В системном подходе мысль движется от целого к составным частям, от системы к элементам, от сложного к простому явлению, и целое определяет характер и специфику элементов и частей, входящих в состав данного целого.

Современное развитие системного подхода идет в трех направлениях:

· системология как теория систем;

· системотехника как практика;

· системный анализ как методология.

Системология понимается как наука:

· о методах системного исследования окружающего нас мира (объектов, процессов, явлений);

· о системах различной природы и различного назначения, изучаемых с позиции целостного (интегрированного) восприятия происходящих процессов;

· о выявлении присущих системам общих и частных закономерностей и использовании их для анализа и познания существующих систем и для создания более совершенных систем, обеспечивающих более эффективное достижение поставленных целей.

Системотехника - научное планирование, проектирование, оценка и конструирование систем человек – машина.

Системотехника вызвана к жизни появлением больших технических систем, которые могут иметь огромное количество разнообразных составляющих, часто разбросанных по обширной территории и объединенных в одно целое средствами автоматизированного управления, что требует высокой скорости переработки информации.

Цель создания системотехники - "сократить разрывы во времени между научными открытиями и их приложением и между возникновением человеческих потребностей и производством новых систем, призванных удовлетворить эти потребности".

Методологией системотехники является методология системного подхода - методология планирования, разработки и создания систем как единого целого.

Создателем системы является системотехник - специалист широкого профиля, способный объединить специалистов разных специальностей, связать множество решений частных задач в единое, подчинив общей цели.

Системный анализ является родственным к системотехнике направлением, но обычно понимается более широко, охватывая нетехнические вопросы проектирования, организации и управления.

Объектами его исследования являются большие и сложные системы, которые являются одновременно открытыми (взаимодействующими с внешней средой) и в состав которых входит человеческий фактор.

Основу методологии системного анализа так же составляет системный подход, для которого определяющим является представление о целостности исследуемых, проектируемых и синтезируемых объектов. Методологически системный анализ направлен на исследование причин сложности систем и их устранения.

1. Что представляет собой системный подход?

2. Как в системном подходе рассматриваются элементы системы?

3. Перечислите преимущества системного подхода.

4. Раскройте основные принципы системного подхода.

5. Перечислите и опишите этапы системного подхода.

6. Что рассматривает наука «системология»?

7. Назовите цель создания системотехники.

8. Какие задачи решает специалист системотехник?

9. Что является объектом системного анализа?

Тема№3
Теория систем. Система.
Классификация систем

3.1 Теория систем
как междисциплинарная наука

По мере развития системных исследований становилось все более очевидным, что речь идет не об утверждении какой-то единственной концепции, претендующей на общенаучное значение, а о новом направлении исследовательской деятельности, о выработке новой системы принципов научного мышления, о формировании нового подхода к объектам исследования.

Общая теория систем в ее нынешнем состоянии рассматриватся, как совокупность различных моделей и способов описания систем разного рода. Среди них выделяются, прежде всего, качественные системные концепции. Их общая сторона состоит в выделении и фиксации самой "системной действительности" в ее первоначальном расчленении. Строить на этой основе концепции можно различными путями:

· выявлением изоморфизмов (сходных по форме) законов в разных научных областях и построении на этой основе обобщенных научных моделей;

· разбиением изучаемой научной действительности на ряд связанных друг с другом (по горизонтали или вертикали) системных сфер, которые иногда называют структурными уровнями.

Более перспективными на нынешнем уровне развития представляются попытки построения теоретических моделей отдельных типов системных объектов. Весомый вклад в решении этой задачи внесли: Л. фон Берталанфи - модель открытой системы; У. Росс Эшби - методы и принципиальные возможности исследования, основанные на подходе к объекту как черному ящику; Р. Акофф - модели организации; И. Клир - способы кибернетического исследования систем; модели многоуровневых многоцелевых систем - М. Месарович.

Каждая такая проблема требует для своего решения соответствующих методов - не только содержательных, но и формальных. К содержательным концепциям ОТС примыкают формальные варианты этой теории. В этом проявляется наибольшее многообразие подходов и позиций: М. Месарович (США) стремится построить математическое основание ОТС; М. Тод и Э. Шуфорд - теоретико-вероятностный анализ структуры систем; У. Росс Эшби - теоретико-множественную концепцию гомеостазиса (совокупность сложных приспособлений, направленных на поддержание равновесия).

В результате определился ряд перспективных направлений, которые решают основные задачи теории систем.

Кибернетика, базирующаяся на принципе обратной связи и вскрывающая механизмы целенаправленного и самоконтролируемого поведения;

Теория информации, вводящая понятие информации как некоторого количества и развивающая принципы передачи информации;

Теория игр, анализирующая в рамках особого математического аппарата рациональную конкуренцию двух или более противодействующих сил с целью достижения максимального выигрыша и минимального проигрыша;

Теория решений, анализирующая аналогично теории игр рациональные выборы внутри человеческих организаций, на основе рассмотрения данной ситуации и ее возможных исходов;

Топология, или реляционная математика, включающая не метрические области, такие, как теория сетей и теория графов;

Факторный анализ, т.е. процедуры изоляции посредством использования математического анализа факторов в много переменных явлениях в различных областях знания;

Общая теория систем в узком смысле, пытающаяся вывести из общего определения понятия "система" - комплекса взаимодействующих компонентов - ряд понятий, характерных для организованных объектов: взаимодействие, сумма, централизация, конкуренция и другие.

Поскольку теория систем в широком смысле является по своему характеру фундаментальной междисциплинарной наукой, она имеет прикладную сферу, включающую ряд областей:

· системотехнику (Systems Engineering), т.е. научное планирование, проектирование, оценку и конструирование систем человек - машина;

· исследование операций (Operations research), т.е. научное управление существующими системами людей, машин материалов, финансов и т.д.;

· инженерную психологию (Human Engineering), т.е. анализ приспособления систем, и, прежде всего, машинных систем, для достижения максимума эффективности при минимуме денежных и иных затрат.

Перечисленные теории имеют определенные общие черты:

1. Они сходны в том, что необходимо как-то решать проблемы, характерные для многих наук.

2. Эти теории вводят новые понятия и модели, например, обобщенное понятие системы, понятие информации (сравнимой по значению с понятием энергии в физике).

3. Эти теории, как указывалось выше, имеют дело преимущественно со многими переменным.

4. Вводимые этими теориями модели являются междисциплинарными по своему характеру и далеко выходят за пределы сложившихся областей научного знания.

5. Вводятся такие понятия, как целостность, организация, направленность движения или функционирования, за которыми в механистической науке закрепилось представление как о ненаучных или метафизических.

Одной из наиболее веских причин разработки общей теории систем является проблема связи между различными научными дисциплинами. Хотя и существует аналогия между основными методами исследований, каждый из которых является научным методом, результаты исследований в одной области не так часто пересекают границы данной научной дисциплины. Понятия и гипотезы, разработанные в одной научной области, редко применяются в других областях, где они могли бы, возможно, привести к значительным достижениям.

Одним из возможных подходов к созданию общей теории систем может служить отбор явлений, касающихся одновременно различных дисциплин, и построение отражающих эти явления общих моделей. Другой подход заключается в построении главной иерархии уровней сложности для основных типов систем в различных реальных областях. Это связано с определением уровня абстрагирования при представлении каждого уровня иерархии.

Подход, основанный на иерархии уровней, приводит к понятию "системы систем", применяемому в большинстве предпринимательских и других организаций. Уровни подхода следующие:

1. Уровень статической структуры. Он мог бы называться уровнем "основ". Описание этой структуры служит началом систематизированных теоретических знаний почти в любой области науки, так как невозможно создать точную функциональную или динамическую теорию, не имея достоверного описания статических взаимоотношений.

2. Уровень иерархии систем. Это уровень простой динамической системы с предопределенными, обязательными изменениями. Он может быть назван уровнем "часового механизма". Большая часть теоретических положений в физике, химии, и даже в экономике, относится к этой категории.

Центральным понятием системного анализа является понятие "система". С истема это совокупность элементов (подсистем). При определенных условиях элементы сами могут рассматриваться как системы, а исследуемая система - как элемент более сложной системы.

Связи между элементами в системе превосходят по силе связи этих элементов с элементами, не входящими в систему. Это свойство позволяет выделить систему из среды.

Для любой системы характерно существование интегративных качеств (свойство эмерджентности), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному ее элементу в отдельности: систему нельзя сводить к простой совокупности элементов.

Система всегда имеет цели, для которых она функционирует и существует.

Т.е. система это совокупность (множество) отдельных объектов с неизбежными связями между ними. Если мы обнаруживаем хотя бы два таких объекта: учитель и ученик в процессе обучения, продавец и покупатель в торговле, телевизор и передающая станция в телевидении и т. д. - то это уже система

Наблюдатель - лицо, представляющее объект или процесс в виде системы. Следует отметить, что на разных этапах представления объектов в виде систем можно пользоваться разными определениями, учитывая конкретные особенности проблемы, ради решения которой создается система.

Объект (элемент). Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. В общем виде имеется неограниченное множество таких частей, способ выделения которых зависит от формулировки целей анализа и построения системы. Если в качестве элемента системы приняты понятия, связанные между собой определенными отношениями, то имеем дело с символическими (абстрактными) системами. Примером таких систем служат языки, системы исчисления, алгоритмы. Резальные (вещественные, физические) системы включают в себя по меньшей мере два физических объекта. Создание реальной системы означает, что она синтезируется из некоторых компонентов в следующем порядке: замысел системы, анализ и выделение компонентов, конструирование, компоненты, объединение компонентов в единое целое.

Подсистемы. Система может быть расчленена на элементы не сразу, а путем последовательного разделения на подсистемы. Подсистемы сами являются системами и к ним, следовательно, относится все, что сказано о системе, в том числе и о ее целостности. Этим подсистема отличается от простой совокупности элементов, не объединенных целью и свойством целостности.

Структуры. Система может быть представлена простым перечислением элементов, либо заданием свойства принадлежности к некоторому множеству, либо последовательным расчленением на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями между ними, В последнем случае вводится понятие "структура", которое отражает наиболее существенные взаимосвязи между элементами и их группами. Данные взаимосвязи обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структурные свойства обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные в одной из них, на другую (даже если эти системы имеют разную физическую природу). Структура может быть представлена графическим отображением, теоретико-множественным отношением, в виде матриц. Вид представления системы зависит от цели отображения.

Функция. Это деятельность, работа, внешнее проявление свойств какого-либо объекта в данной системе отношений. Функции классифицируются по различным признакам в зависимости от целей исследования.

Свойства. Это качества параметров объектов, т.е. внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте. Свойства дают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. При этом они могут изменяться в результате функционирования системы.

Связь. Это понятие входит в любое определение, системы и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы, характеризует как ее строение, так и функционирование. Связи характеризуются направлением (направленные - ненаправленные; прямые и обратные), силой (слабые - сильные), характером (связи подчинения, порождения, равноправия, управления). Предполагается, что связи существуют между всеми системными элементами и подсистемами.

Состояние. Мгновенная характеристика (остановка в развитии) системы, которая обеспечивает определение знания свойств системы в конкретный момент времени. Состояние определяется либо через входные воздействия и выходные результаты, либо через общесистемные свойства.

Поведение. Изменение состояния системы, исходом которого является некоторый результат, называют поведением системы. В основном термин "поведение" относят к человеко-машинным или организационным системам. Для технических систем обычно говорят о процессах в системе.

Равновесие. Данное понятие определяется как способность системы в отсутствии внешних возмущений сохранять свое состояние неопределенно длительное время.

Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после воздействия внешних возмущений. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называется устойчивым состоянием равновесия. Для технических систем понятие устойчивости может быть определено строго. Для человеко-машинных и организационных систем это понятие в значительной степени определяется качественно.

Развитие. Под развитием будем понимать последовательное изменение состояний системы от некоторого зафиксированного момента времени. Характер этих изменений определяется процессами, идущими в системе, взаимодействием с окружающей средой. Изменения могут быть монотонными, скачкообразными, с повторением уже пройденных состояний (циклическое развитие).

Цель. Это одно из ключевых понятий системного анализа, лежащее в основе развития системы и обеспечивающее ее целенаправленность (целесообразность). Цель можно определить как желаемый результат деятельности, достижимый в пределах некоторого интервала - времени Цель становится задачей, стоящей перед системой, если указан срок ее достижения я конкретизированы количественные характеристики желаемого результата. Цель достигается в результате решения задачи или ряда задач, если исходная цель может быть подвергнута разделению на некоторую совокупность более простых (частных) подзадач. Цель - это идеальный результат деятельности в будущем определяет то, ради чего создают систему.

Системы имеют также определенные закономерности:

Целостность и обособленность. Если каждая часть так соотносится с каждой другой частью, что изменения в некоторой части вызывают изменения во всех других частях и в системе целом, то говорят, что система ведет себя как целостность или как некоторое связанное образование. Если же этого не происходит, то такое поведение называется обособленным. Если в процессе развития изменения в системе приводят к постепенному переходу от целостности к обособленности, то система подвержена прогрессирующей изоляции.

Коммуникативность. Большинство систем существуют не в изоляции, а связаны множеством коммуникаций (отсюда - коммуникативность) с внешней средой.

Иерархичность. Под иерархией понимается последовательная декомпозиция исходной системы на ряд уровней с установлением отношения подчиненности нижележащих уровней вышележащим.