Состояние системы и ее свойства. Системы и их основные свойства. Группа динамических свойств

В силу того, что системный анализ направлен на решение любых проблем понятие системы должно быть очень общим, применимым к любым ситуациям. Выход видится в том, чтобы обозначить, перечислить, описать такие черты, свойства, особенности систем, которые, во-первых, присущи всем системам без исключения, независимо от их искусственного или естественного происхождения, материального или идеального воплощения; а во-вторых, из множества свойств были бы отобраны и включены в список по признаку их необходимости для построения и использования технологии системного анализа. Полученный список свойств можно назвать дескриптивным (описательным) определением системы.

Необходимы нам свойства системы естественно распадаются на три группы, по четыре свойства в каждой.

Статические свойства системы

Статическими свойствами назовем особенности конкретного состояния системы. Это как бы то, что можно разглядеть на мгновенной фотографии системы, то, чем обладает система в любой, но фиксированный момент времени.

Динамические свойства системы

Если рассмотреть состояние системы в другой, отличный от первого, момент времени, то мы вновь обнаружим все четыре статических свойства. Но если наложить эти две "фотографии" друг на друга, то обнаружится, что они отличаются в деталях: за время между двумя моментами наблюдения произошли какие-то изменения в системе и ее окружении. Такие изменения могут быть важными при работе с системой и, следовательно, должны быть отображены в описаниях системы и учтены в работе с нею. Особенности изменений со временем внутри системы и вне ее и именуются динамическими свойствами систем. Если статические свойства - это то, что можно увидеть на фотографии системы, то динамические-то, что обнаружится при просмотре кинофильма про систему. О любых изменениях мы имеем возможность говорить в терминах перемен в статических моделях системы. В этой связи различаются четыре динамических свойства.

Синтетические свойства системы

Этот термин обозначает обобщающие, собирательные, интегральные свойства, учитывающие сказанное раньше, но делающие упор на взаимодействия системы со средой, на целостность в самом общем понимании.

Из бесконечного числа свойств систем выделено двенадцать присущих всем системам. Они выделены по признаку их необходимости и достаточности для обоснования, построения и доступного изложения технологии прикладного системного анализа.

Но очень важно помнить, что каждая система отличается от всех других. Это проявляется, прежде всего, в том, что каждое из двенадцати общесистемных свойств в данной системе воплощается в индивидуальной форме, специфической для этой системы. Кроме того, помимо указанных общесистемных закономерностей, каждая система обладает и другими, присущими только ей свойствами.

Прикладной системный анализ нацелен на решение конкретной проблемы. Это выражается в том, что с помощью общесистемной методологии он технологически направлен на обнаружение и использование индивидуальных, часто уникальных особенностей данной проблемной ситуации.

Для облегчения такой работы можно употребить некоторые классификации систем , фиксирующие тот факт, что для разных систем следует использовать разные модели, разную технику, разные теории. Например, Р. Акофф и Д. Гарайедаги предложили различать системы по соотношению объективных и субъективных целей у частей целого: системы технические, человеко-машинные, социальные, экологические. Другая полезная классификация, по степени познанности систем и формализованности моделей, предложена У. Чеклендом: "жесткие" и "мягкие" системы и, соответственно, "жесткая" и "мягкая" методологии, обсужденные в гл. 1.

Итак, можно сказать, что системное видение мира состоит в том, чтобы, понимая его всеобщую системность, приступить к рассмотрению конкретной системы, уделяя основное внимание ее индивидуальным особенностям. Классики системного анализа сформулировали этот принцип афористически: "Думай глобально, действуй локально".

Тарасенко Ф. П. Прикладной системный анализ (наука и искусство решения проблем): Учебник. - Томск; Издательство Томского университета, 2004. ISBN 5-7511-1838-3. Фрагмент

ТЕМА 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Основные принципы системного подхода

Моделирование социально-экономических процессов является сложной зада­чей. Сложность обусловлена разнообразием общественной жизни, в которой одинаково важны как общие, так и частные, и индивидуальные особенности поведения структурных образований. Чтобы создаваемая модель в наибольшей степени была согласована с реальной действительностью используется системный подход.

Системный анализ - научное направление, связанное с исследованием слабострук­турированных, сложных проблем междисциплинарного характера на основе систем­ного подхода и представления объекта исследования в виде системы.

Основные принципы системного подхода.

Принцип системности требует всестороннего, целостного подхода к исследуемому предмету задачи и процессу ее решения.

Принцип иерархичности требует многоуровневого подхода. К числу связанных с данным принципом проблем можно, например, отнести проблему «роли личности в исто­рии». Так, судьба целого народа или государства, или отдельной организации иногда зависит от одного единственного поступка одного единственного человека.

Принцип интегральности требует подхода к исследуемому объекту с точки зрения отражения общих интегральных его свойств, оказывающих на него существенное влияние. Он базируется на фундаментальном свойстве систем: свойства системы не есть простая сумма свойств составляющих ее частей.

Принцип физической содержательности запрещает использование модельных представлений, элементы которых не имеют физически содержательного объяснения.

Принцип формализма требует использования формальных моделей, позволяющих получить конструктивные результаты и сде­лать необходимые позитивные выводы.

Принцип эмпирической согласованности требует, чтобы в пределах области своей применимости используемые модели не противоречили эмпирическим данным.

Пример. В качестве примера использования принципов систематики можно привести фрагмент видов ресурсов власти, отражающей их многоаспектность.

Виды ресурсов власти:

Экономические (финансы, налоги, патронат, собственность и др.).

Технологические (организационный ресурс, технологии управления, опыт и др.).

Физические (минеральные ресурсы, энергетические ресурсы, физические явления и др.).

Биологические (продовольствие, демографические ресурсы, экология и др.).

Психологические (имидж, ментальность, психологические чувства и др.).

Социально-политические (права, насилие, социально-политические идеи, общественные блага и др.).

Информационные (духовность, культура, знания, информация и др.).

Данная схема с системной точки зрения является достаточно полной. Она охватывает не только традиционные виды ресурсов власти, но и ряд таких, которые обычно мало кем осознаются в полной мере. К числу подобных ресурсов можно отнести некоторые ресурсы физической сферы.

Например, физические явления. Данные явления (метеорологические, климатические, геофизические и даже космические) во многих случаях могут быть использованы в интересах власти (в интересах ее укрепления и расширения). Так в интересах правящей политической группировки назначается дата выборов. Как правило, при этом учитывается не только экономическая и социально-политическая ситуация, но и время года и ожидаемая погода. И в этом смысле жаркую, сухую или прохладную, дождливую погоду следует рассматривать как соответствующий ресурс, с помощью которого можно повлиять на социальный состав участников голосования, а в некоторых случаях и на их предпочтения. Так в романе Пруса «Фараон» описывается ситуация, когда египетские жрецы в интересах борьбы за сохранение своей власти воспользовались солнечным затмением и своим знанием о моменте его наступления.

Основные понятия и отношения

Структура отражает наиболее существенные и устойчивые связи и отношения между элементами, принадлежа­щими изучаемому объекту. К числу наиболее важных структурных образований относятся те, которые проявляют себя как некоторые целостные объекты. Такие структурные образования называются системами.

Система - есть совокупность элементов (подсистем) и связей между ними, обла­дающая свойствами целостности, целесообразности и открытости.

Со структурной точки зрения реальная система есть неразрывная совокупность че­тырех взаимосвязанных, взаимозависимых фундаментальных систем: структур (элементы, связи, структуры, законы организации), процессов (процессы, факторы, состояния, законы изменения), ценностей (ценности, принципы, цели, законы пре­вращений) и знаний (язык, память, информация, законы интерпретации).

Подсистема - часть системы, выступающая по отношению ко всей остальной части системы как некоторое целостное структурное образование, обладающее признаками системы.

Типичными подсистемами, например, являются: органы кровообращения, дыхания и пищеварения животного; министерство эконо­мики в общей системе исполнительной власти.

Элемент - наименьшая часть системы, внутренняя структура которой не проявля­ется во взаимодействии с системой-наблюдателем в течение некоторого заданного отрезка времени или не учитывается при решении поставленной задачи анализа или синтеза. Так элементами общества являются его граждане;

Часть внешнего мира, непосредственно взаимодействующая с системой или оказывающая на нее существенное влияние, называется внешней средой.

Поэтому при анализе экономической или политической ситуации внутри какого-либо государственного образования необходимо выйти за его пределы и проанализировать экономические и социально-политические ситуации в системах внешнего окружения с целью учета их влияния на состояние рассматриваемого объекта. Любая реально существующая система отделена от внешней среды некоторой границей. Граница является особой функциональной подсистемой (кожа человека, службы охраны государственной границы и т. п.). Наличие границы есть одно из необходимых условий существования системы.

Связи выражают активные отношения, существующие между структурными образованиями.

Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером. По первому признаку связи делятся на направленные и ненаправленные. По второму - на сильные и слабые. По характеру различают связи подчинения, связи порождения, равноправые связи, связи управления, обратные связи. Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими признаками. Обратная связь является основой саморегулирования, развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования. В исследованиях выделяются внутренние и внешние связи. Внешние связи системы - это ее связи со средой. Они проявляются в виде характерных свойств системы.

Цель - ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени. Система может быть представлена простым перечислением элементов или «черным ящиком» (моделью «вход - выход»). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно. В этих случаях систему отображают путем разбиения на подсистемы, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер и вводят понятие структуры. Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение основных частей системы, ее устройство (строение),

Состояние системы - это множество значений характеристик системы в данный момент времени. Если система способна переходить из одного состояния в другое; говорят, что она обладает поведением.

Равновесие определяется как способность системы при отсутствии внешних возму­щающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия.

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. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться называют устойчивым состоянием равновесия. В сложных системах возможны неустойчивые состояния равновесия.

Процессом - называется совокупность состояний системы, упорядоченных по изменению какого-либо параметра, определяющего свойства системы. Эффективность процесса - степень его приспособленности к достижению цели.

Основные свойства систем

Интегративными называются свойства, присущие системе в целом и не присущие ни одному из ее элементов в отдельности. Так, государство не является простой суммой своих регионов.

Пример. Индивидуальным интегративным свойством самолета как технологической системы является его способность со­вершать управляемый полет. При этом ни одна из его частей сама по себе, включая и членов экипажа, этой способностью не обладает.

Задание 1.1. Приведите примеры проявления свойства интегративности в экономической и политической сфе­рах, а также в области человеческих отношений.

Целостность - способность системы проявлять себя во взаимодействии с внешним миром как единое целое.

Это свойство содержит два аспекта:

Свойства системы не являются простой суммой свойств составляющих ее элементов;

Свойства системы зависят от свойств составляющих ее элементов.

Объединенные в систе­му элементы могут утрачивать часть своих свойств, присущих им вне систе­мы, т. е. система как бы подавляет ряд свойств элементов. С другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

Связность заключается в наличии устойчивых и относительно мощных связей меж­ду структурными компонентами системы.

Временная согласованность существования элементов системы устанавливается посредством взаимодействий, обеспечивающих определенный порядок внутренней жизни системы, как в ситуационном, так и информационном, и в ценностном про­странствах.

Примеры. Взаимодействия членов некоторого сообщества в экономической сфере приводят к некоторому закону распределения населения по доходам. Харак­терным примером этой ситуации являются ситуации монополизирующего сго­вора нескольких производителей, работающих на один общий рынок.

Открытость - свойство взаимосвязи и взаимосогласованности системы и ее внеш­него окружения, проявляющееся в коммуникативности и расплывчатости. Откры­тость - это взаимопроникновение и взаимовлияние (взаимозависимость) системы и окружения. Открытость, с одной стороны, есть необходимое условие существования системы, а с другой - одна из основных причин ее изменения.

Коммуникативность представляет собой свойство системы, заключающееся в на­личии между системой и внешней средой множества связей (коммуникаций).

Пример. Различные государства могут быть связаны между собой линиями воздушного, железнодорожного, автомо­бильного и т. д. сообщения. Между ними осуществляются культурные, научные и другие виды обмена.

Расплывчатость есть свойство взаимопринадлежности, взаимного родства реаль­ных систем, свойство проявления в них единого целого. Расплывчатость системы порождает определенное противоречие во взаимодействии ее с внешним миром. Благодаря этому свойству система в какой-то степени входит в состав своего окружения и, взаимодействуя с ним, взаимодействует сама с собой.

План лекции:

1. Понятие системы, свойства системы.

2. Классификация системы.

СИСТЕМА – ЭТО СОВОКУПНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБЪЕДИНЁННЫХ ОБЩЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СРЕДОЙ И ЦЕЛЬЮ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.

Термин система употребляется очень широко не только в научных исследованиях, но и в любой области практической деятельности и в бытовом разговоре. Повседневно мы употребляем выражения ”солнечная система”, ”система взглядов”, ”система машин”, ”система севооборотов”, ”система земледелия” и т. д. Система – одно из фундаментальных, универсальных понятий современной научной методологии познания. Содержательное определение сущности понятия системы, как научной категории, требует уровня определённых абстракций.

В первом приближении самое простое определение понятия системы следует из его происхождения от греческого слова (system) – нечто целое, составленное из частей. Определение системы, как некоторого целостного множества элементов, предполагает наличие следующих основных признаков:

Наличие множества структурных элементов, образующих систему (рассматривается некоторое множество);

Связность, упорядоченность элементов;

Целенаправленный и целесообразный характер взаимодействия элементов системы, то есть наличие общесистемной цели;

Относительная обособленность системы от внешней среды (то есть, возможность её идентифицировать как единое целое);

Способность реализовать определённые функции (способность достижения цели системы), что обеспечивается информационными процессами управления.

Системе любой природы присущи 3 свойства.

1. Важнейшим и определяющим свойством системы является её свойство целостности . Свойство целостности возникает из специфических особенностей взаимодействия структурных элементов для достижения общесистемных целей. Система как целое всегда обладает качественно новыми свойствами, которых не было у первичных элементов системы, и эти новые свойства не являются простой суммой характеристик составляющих частей системы. Появление качественно новых свойств, не присущих отдельным элементам системы, получило название эмерджентности .

Например, биологическая система ”лес” обладает свойствами, которые невозможно получить как сумму свойств и характеристик отдельных деревьев, кустарников, трав, произрастающих в этом лесу, а также животного мира, обитающего здесь же.

2. Свойства организованности системы. Существенное значение в оценке организованности системы имеет характер структуры и сложности взаимосвязей между элементами. Чем более высоко организована система, тем сложнее в ней взаимосвязи. Свойство организованности системы проявляются в изменении соотношения между нарастающей сложностью системы и совершенствованием её структуры. Совершенствование структуры осуществляется путём организации новых форм взаимосвязей и взаимодействий между элементами системы. Управление системой требует её соответствующей организации. Благодаря совершенствованию структуры и организованности системы повышается её управляемость.

3. Каждой системе свойственна определённая степень сложности. Степень сложности определяется числом элементов, составляющих систему, степенью разветвления её внутренней структуры, характером функционирования системы, возможностью описания системы на некотором языке исследования. По степени сложности принято различать системы: простые, сложные, очень сложные.

К основным системным понятиям можно отнести: функциональную среду, элементы системы, компоненты системы, структуру системы.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СРЕДА СИСТЕМЫ – ЭТО ХАРАКТЕРНАЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ СОВОКУПНОСТЬ ЗАКОНОВ, АЛГОРИТМОВ И ПАРАМЕТРОВ, ПО КОТОРЫМ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (ОБМЕН) МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ СИСТЕМЫ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ (РАЗВИТИЕ) СИСТЕМЫ В ЦЕЛОМ.

ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ – ЭТО УСЛОВНО НЕДЕЛИМАЯ, САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИОНИРУЮЩАЯ ЧАСТЬ СИСТЕМЫ.

КОМПОНЕНТ СИСТЕМЫ – ЭТО МНОЖЕСТВО ОТНОСИТЕЛЬНО ОДНОРОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБЪЕДИНЁННЫХ ОБЩИМИ ФУНКЦИЯМИ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ВЫПОЛНЕНИЯ ОБЩИХ ЦЕЛЕЙ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ – ЭТО СОВОКУПНОСТЬ СВЯЗЕЙ, ПО КОТОРЫМ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЭНЕРГО-, МАССО- И ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБМЕН МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ СИСТЕМЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ В ЦЕЛОМ И СПОСОБЫ ЕЁ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ.

Функциональную среду организма составляет совокупность законов физиологии. Эти законы ограничивают возможную динамику взаимосвязей между элементами организма некоторыми правилами, не позволяющими данным элементам развиваться во вред целому – организму. Нарушение функциональной среды вызывает болезнь организма.

Основная цель функционирования любого организма очевидна – выживание и обеспечение размножения (способствующего выживанию, но не индивидуальному, а групповому).

Элементами системы в рассмотренном примере являются клетки различных органов и тканей организма.

Компоненты системы – различные органы, в свою очередь состоящие из клеток, основу которых составляют так называемые специализированные клетки, обеспечивающие функционирование данных органов.

Структуру рассматриваемой системы – организма, составляет совокупность связей между органами и тканями. Осуществляются эти связи в процессе функционирования дыхательной, кровеносной, нервной, выделительной и других систем организма.

Любая система, независимо от её природы, существует в определённой среде – физической, социальной, экономической и т. д., постоянно взаимодействуя с ней. Чтобы исследовать систему, вначале её нужно вычленить из среды. Определение системы означает её распознавание (идентификация), выделение из окружающей среды как целого, относительно обособленного и самостоятельного, способностью достигать заданные цели.

Вычленение системы из окружающей среды равнозначно разбиению явления на две части – систему и внешнюю по отношению к ней среду. Постоянное взаимодействие системы и среды конкретно выражается в обмене веществом, энергией, информацией. Так, засеянное клевером поле севооборота, как система, испытывает влияние таких факторов внешней среды, как солнечная радиация, выпадающие осадки, обработка ядохимикатами и т. д. В свою очередь, совокупность растений данного поля оказывает влияние на среду, поглощая и отражая солнечный свет и т. д. Поскольку взаимодействие системы и среды носит всеобщий универсальный характер, рассмотрим формализованные подходы к анализу и оценки их взаимодействия, введя некоторые общие понятия и методические приёмы.

Среда оказывает вещественные, энергетические и информационные взаимодействия на систему через соответствующие элементы системы, которые будем называть входами системы , а факторы внешней среды, осуществляющие эти взаимодействия, входными величинами, или импульсами. Так, для вегетирующего растения входными величинами (факторами внешней среды) являются солнечная радиация, температура окружающего воздуха, наличие углекислого газа и кислорода, почвенной влаги, растворённых в ней элементов минерального питания, различные механические взаимодействия (ветра, насекомых и т. д.). Эти входные величины оказывают воздействие на систему “растение” через соответствующие элементы системы, образующие вход.

Система в свою очередь оказывает влияние на среду через определённые элементы, образующие выход системы .

Факторы, определяющие воздействие системы на среду, называются выходными величинами или реакциями системы на соответствующие импульсы на входе. Так, выходными величинами системы “растение” являются факторы, определяющие нарастание органической массы, плодоношение, выделение кислорода при фотосинтезе и углекислого газа в процессе дыхания и т. п.

Понятие “вход” и ”выход” системы, “импульс” и “реакция” являются общепринятыми, универсальными для любых систем, независимо от их природы и предметной области исследований.

При исследовании системы входные и выходные величины целесообразно рассматривать как математические переменные, могущие принимать конкретные значения.

Фундаментальным понятием ТС является понятие «система» (гр. systema – это составленное из частей, соединение).

Система - совокупность (множество) элементов, между которыми имеются связи (отношения, взаимодействие). Таким образом, под системой понимается не любая совокупность, а упорядоченная (за счёт наличия отношений).

Термины «отношение » и «взаимодействие » используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий таких как ограничение, структура, организационная связь, соединение, зависимость и т.д.

Система S представляет собой упорядоченную пару S=(A, R), где A - множество элементов; R - множество отношений между A.

Система - это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Система - это объективная часть мироздания, включающая схожие и совместимые элементы, образующие особое целое, которое взаимодействует с внешней средой. Допустимы и многие другие определения. Общим в них является то, что система есть некоторое правильное сочетание наиболее важных, существенных свойств изучаемого объекта.

Если собрать вместе (объединить) одно- или разнородные элементы (понятия, предметы, людей), то это не будет системой, а лишь более или менее случайным смешением. Считать ту или иную совокупность элементов системой или нет, зависит также во многом от целей исследования и точности анализа, определяемой возможностью наблюдать (описывать) систему.

Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, - образуют систему.

Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой».

Из этих рассуждений вытекает, что нельзя рассматривать систему без ее внешней среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

Любая деятельность человека носит целенаправленный характер. Наиболее четко это прослеживается на примере трудовой деятельности. Цели, которые ставит перед собой человек, редко достижимы только за счет его собственных возможностей или внешних средств, имеющихся у него в данный момент. Такое стечение обстоятельств называется «проблемной ситуацией». Проблемность существующего положения осознается в несколько «стадий»: от смутного ощущения что «что-то не так», к осознанию потребности, затем к выявлению проблемы и, наконец, к формулировке цели.

Цель - это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему. Вся последующая деятельность, способствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цели, т.е. как работа по созданию системы. Другими словами: система есть средство достижения цели .

Приведем несколько упрощенных примеров систем, предназначенных для реализации определенных целей.