Понятие и свойства системы. «Сложные» и «большие» системы

Одному и тому же объекту можно дать различные определения.

Система – это совокупность взаимосвязанных частей;

– это средство достижения цели (для искусственных систем)

I. Статические свойства систем.

Это особенности конкретного состояния системы. То, что можно разглядеть на мгновенной фотографии, чем обладает система в любой фиксированный момент времени.

1. Целостность.

Система отделима от внешнего мира, выступает как некое обособленное, единое целое. Но система не изолирована от окружающей среды (о/с), взаимодействует с ней, обменивается всеми видами ресурсов: веществом, энергией, информацией. Значит, система открыта (2-е свойство). Свойство разделяет мир на две части и это понятие углубляется в дальнейшем (пока обозначает только факт внешней различимости в среде).

2. Открытость.

Система взаимосвязана с о/с и обменивается любыми видами ресурсов. Связи системы со средой имеют направленный характер: по одним среда влияет на систему (входы), по другим – система на среду (выходы). Перечень входов и выходов называют моделью чёрного ящика. В такой модели отсутствует информация о внутренних особенностях системы, но эта модель часто достаточна для работы с системой (управление автомобилем, прибором, людьми в менеджменте).

Первый закон диалектики – следствие открытости систем – всеобщая взаимосвязь и взаимозависимость в природе: между любыми двумя системами обязательно существует длинная или короткая цепочка систем, связывающая их. При этом прямая и обратная цепи, как правило, различны, откуда возникает понятие несимметричности причинно-следственной связи.

Трудности построения модели чёрного ящика -

3. Внутренняя неоднородность систем

- различимость частей. Внутри «чёрного ящика» система не однородна, не монолитна, разные качества в разных местах отличаются .Описание внутренней неоднородности системы сводится к обособлению относительно однородных участков, проведению границ между ними. Так появляется понятие о частях системы. При более детальном рассмотрении оказывается, что выделенные крупные участки тоже не однородны и требуют выделения мелких. В результате получается иерархический список частей системы – модель состава системы. Модели состава одной и той же системы могут различаться в зависимости от цели взаимодействия с системами.

Трудности построения модели состава

4. Структурированность.

Части системы не независимы, не изолированы друг от друга; они связаны между собой, взаимодействуют друг с другом (от чего существенно зависят свойства, поэтому важна информация о связях частей). Перечень существенных связей – модель структуры. Наделённость системы определённой структурой – структурированность. Это понятие углубляет представление о целостности (подкрепляющее свойство изнутри).

Трудности построения модели структуры

II. Динамические свойства систем.

Изменения за период времени в системе могут быть важны для работы с ней. Особенности изменений во времени внутри системы и вне её и именуются динамическими свойствами (то, что обнаружится при просмотре кинофильма).

На выходах из системы происходят некие процессы, система как-то ведет себя во внешней среде.

5. Функциональность.

В статике выход = y_i, i = 1,n. Теперь, в динамике, выход = y_i(t), i = 1,n. Эти процессы называют функциями системы (то, что происходит на выходе) – это её поведение во внешней среде; изменения, производимые системой в окружающей среде; результаты её деятельности; продукция, производимая системой. Из множества выходов следует множественность функций, каждая из которых может быть кем-то и для чего-то использована. Поэтому одна и та же система будет служить для разных целей. Субъект, использующий систему в своих целях, будет оценивать её функции и упорядочивать их по отношению к своим потребностям. Так появляется понятие главной, лишней, второстепенной функции и т. д. Два момента данного свойства: объективная многофункциональности и субъективная упорядоченность.

 

6. Стимулируемость.

На всякую систему можно оказать воздействие извне. Компоненты на входе также меняются. X (t) = (x₁(t), x₂(t), …,x_m(t)). Воздействия извне называются стимулами. Стимулов много, они разные возможна субъективная оценка. Наиболее распространенная классификация стимулов (входов) – деление на управляемые и неуправляемые – в зависимости от того, может ли субъект воздействовать через них на систему. Если кто-то управляет, а я не могу, то для меня этот стимул неуправляем. Изменение поведения под этим воздействием – стимулируемость.

7. Изменчивость со временем.

Изменяться в системе может что угодно: значения внутренних переменных параметров Z (t), состав и структура системы и любые их комбинации. Характер изменений также различен. Самая очевидная классификация – по скорости изменений. Изменения, касающиеся её состава или структуры: не затрагивающие структуры (один элемент заменяется другим, эквивалентым – такой тип динамики называется функционированием), изменения количественного характера (наращивание – рост системы (до поры до времени не сказывается на свойствах), качественные изменения – изменение существенных свойств). Если качественные изменения в позитивном направлении – развитие. С теми же ресурсами система добивается более высоких результатов, могут появиться позитивные функции, что связано с повышением уровня системности, организованности системы. Рост происходит в основном за счёт потребления материальных ресурсов, развитие – за счёт усвоения и использования информации. Рост ограничен, развитие – нет (ограничения только внутренние). Развитие возможно только как саморазвитие.

Обратные процессы – спад (сокращение, уменьшение), деградация (утрата, ослабление полезных свойств)

Все эти процессы носят постепенный и монотонный характер, но ни один процесс не длится бесконечно долго. В истории любой системы можно усмотреть все периоды, последовательность которых образует жизненный цикл системы – это история развития системы с момента ее появления до момента исчезновения. Это непрерывный процесс. Описание прошлых событий часто имеет пробелы, поэтому при определении будущего цикла непрерывность должна быть предметом особой заботы, иначе история системы закончится на первом же пробеле.

Другие классификации: по предсказуемости: детерминированные и случайные, по типу зависимости от времени: монотонные, периодические, гармонические.

8. Существование в постоянно изменяющейся среде.

Изменяется не только система, но и окружающая среда, что имеет последствия, начиная с необходимости её приспосабливаемости к переменам, до различных других реакций. Скорости изменения самой системы могут не совпадать со скоростью изменения внешнего окружения: быть медленнее, совпадать или идти быстрее. В управлении выполнение функций возможно только, если изменения в системе опережают изменения в среде.

Эти процессы называются процессами адаптации. Они должны происходить синхронно. Прогнозирование и обучение – важные средства, но более эффективным считается выработка иммунитета к неподконтроьлным с нашей стороны изменениям и усиление контроля над остальными.

III. Синтетические свойства систем.

Этот термин обозначает обобщающие, собирательные, интегральные свойства с упором на взаимодействие системы со средой, на целостность в общем понимании.

9. Эмерджентность.

EMERGENCE – внезапное появление.

Объединение частей в систему порождает у системы качественно новые свойства частей, не сводящиеся к свойствам частей, не выводящиеся из свойств частей, присущие только самой системе и существующие только пока система составляет одно целое. Качества, присущие только ей, называются эмерджентными.

Системы могут отличаться только структурой, которая и определяет их эмерджентные свойства.

Эмерджентность – ещё одна грань целостности: система – единое целое, так как носитель эмерджентного свойства.

Эмерджентные свойства появляются за счет определения и фиксации структуры системы.

Эмерджентность – более развитая форма закона диалектики: количество переходит в качество. Не обязательно накопление количества, чтобы появилось новое качество, достаточно объединить в целое хотя бы два элемента.

Динамический аспект эмерджентности – синергетичность.

Важным случаем является фрактальное построение системы, когда принципы структурирования частей те же, что и у системы в целом.

Эмерджентность – это исключительно информативное свойство.

Система выглядит как целое, т. к. является носителем эмерджентных свойств. Если ее разобрать на части, она перестанет обладать этими свойствами. Отсюда следует 10-е свойство.

10. Неразделимость на части.

Систему нельзя делить на части, иначе мы получим совсем другую систему с другой структурой и свойствами. Существенно или нет скажется изъятие части из системы – вопрос оценки последствий. Второе следствие изъятия в том, что часть в системе и вне её – не одно и то же. Требуется специальная забота о сохранении связей рассматриваемой части с остальными частями системы.

Система является единым целым. Изъятие любой части меняет систему. Но нельзя абсолютизировать неделимость систем.

11. Ингерентность – это степень согласованности системы с окружающей средой, а также степень эффективности выполнения функций системой в данной окружающей среде. Степень ингерентности бывает разной и может изменяться.

От этого свойства зависят степень и качество осуществления системой избранной функции. В ряде случаев ингерентность обеспечивается с помощью промежуточных, посреднических систем.

inherent – то, что является родным элементом для данной окружающей среды.

Если система несовместима с данной окружающей средой, то она не сможет в ней функционировать.

Это важно для проектирования системы.

Например, это свойство является очень важным при пересадке органов, в разведке при внедрении шпиона и т. п. Обучение – это повышение ингерентности по отношению к той среде, в которой мы будем работать.

Ингерентность – не абсолютное свойство, а привязано к некоторой конкретной функции.

12. Целесообразность.

В создаваемых человеком системах подчинённость всего должна быть признана фундаментальным свойством – целесообразностью. Цель, ради которой создаётся система, определяет, какое эмерджентное свойство будет обеспечивать реализацию цели, диктует выбор состава и структуры. Следует одно из определений системы как средства достижения цели. Важно, чтобы реализовалась нужная функция.

Y(t) – выход из системы

Y₀(t) – то, что есть и меня не устраивает, т. е. проблемная ситуация.

Y^* - то, чего нет, но что я хочу, чтобы было. Но для цели этого еще мало. Я хочу, чтобы это было в будущем. Это невозможно сделать мгновенно. Когда? Надо определить реальные сроки осуществления этого желания. Пусть это станет возможно в момент T^*. Значит, моя цель – выйти на уровень Y^* в момент T^*. Но мало туда дойти. Можно туда дойти разными путями, которые надо сравнить и выбрать оптимальный путь.

Цель – это дойти в Y^* в момент T^* наилучшим образом, чтобы реализовалась вся траектория.

1 – цель – состояние Y*.

2 – цель – желательное будущее состояние.

3 – цель – желательное будущее состояние через время T*.

4 – цель – все желаемые будущие состояния системы Y*(t).

 

Цель как образ желаемого будущего – субъективна, как реальное будущее состояние – объективна. Искусственные системы создаются для достижения субъективных целей. Во-вторых, это объясняет, почему не всякая субъективная цель достижима («Если человек и может достичь любых целей, но не любым образом» С. Лем). Объективные цели – результат проявления законов природы.

Существуют понятия effective & efficient. Effective – достигнуть цели любым способом, а efficient – наилучшим образом.

Субъективные цели не всегда может совпадать с объективными целями, поэтому не все цели достижимы. (Если совпадают, то такие цели достижимы). Цели, которые заведомо недостижимы, называют идеалом.

У любой системы кроме 12-ти общих свойств, присущих всем системам, могут быть индивидуальные свойства, присущие только данной системе, которые отличают данную систему от всех других. Их нужно изучать и использовать. Поэтому принцип системного анализа – “ДУМАЙ ГЛОБАЛЬНО, ДЕЙСТВУЙ ЛОКАЛЬНО”.

Понятие большой системы.

Чтобы эффективно управлять системой, необходимо не просто вычислить и применить эффективное воздействие, но это нужно сделать своевременно. Если мы успеваем выработать решение, то мы имеем дело с малой системой.

Если не хватает ресурсов для моделирования системы и поиска управляющего воздействия, то мы оказываемся в качественно другом положении. Такую систему называют большой.

Например, наша экономика – это большая и сложная система. Пока ей не создали эффективной, адекватной модели, ей трудно управлять.

Понятие сложной системы.

На модели при применении управляющего воздействия мы получаем цель, но при применении его на системе, она ведет себя по-другому, чем модель, и мы не достигаем цели. Такие системы называют сложными, а модели, которые не позволяют добиться цели – неадекватными. Это означает, что в модели недостаточно информации о системе. Бороться со сложностью можно путем увеличения количества знаний, добывания информации о системе. Системный анализ – это технология разрешения сложности, он превращает сложные системы в простые.