Лекція Поняття системи та системного аналізу

« Назад

1. Визначення поняття «система». Приклади систем

Термін «система» уживається в різних областях науки і техніка і інших областях людської діяльності. Астрономи використовують поняття «сонячна система», математики - «система рівнянь», фізиологи - «система травлення», економісти - «фінансова система», актори - «система Станіславського» і т.д. Загальним у всіх цих варіантах вживання поняття «система» є те, що йому відповідає поняття деякої впорядкованості множини елементів, наявність зв'язків між елементами. В словнику російської мови Даля система визначається як «план, порядок розташування цілого». За визначенням енциклопедичного словника система - «об'єктивна єдність закономірно пов'язаних один з одним предметів, явищ, а також знань про природу і суспільство». В основу поняття «система» встановлено наявність зв'язків між об'єднуваними в систему елементами; ці зв'язки повинні визначатися деякими загальними правилами або принципами.

Розглянемо деяку сукупність елементів і відповідно до якогось принципу об'єднаємо їх все або частина їх в систему; розглянувши цю ж сукупність елементів або частину її і об'єднавши їх відповідно до іншого принципу, ми одержимо вже іншу систему. Тому справедливе твердження, що характеристики системи в цілому визначаються як характеристиками  її складових елементів, так і характеристиками зв'язків між ними. Можна сказати, що визначення будь-якої конкретної системи є довільним. Будь-яка організація є складною соціально-технічною системою. Термін «система», що вживається в сучасній практиці, має безліч значень і смислових нюансів. Це приводить до необхідності виділити ті значення, які мають безпосереднє відношення до системного аналізу діяльності організації. Далі приведено чотири визначення, які представляються найвдалішими.

Перше з них дане в Міжнародному стандарті ІСО 9000:2000 «Системи менеджменту якості. Основні положення і словник». Система - це сукупність взаємозв'язаних і взаємодіючих елементів. Слід зазначити, що в сучасному менеджменті якості надається велика увага системному підходу до діяльності організації.

Російський енциклопедичний словник трактує поняття «система» таким чином: Система (від грецького Systema - ціле, складене з частин) - множина елементів, що знаходяться у відносинах і зв'язках один з одним, створюючих певну цілісність, єдність.

Третє визначення: система - сукупність зв'язаних між собою і із зовнішнім середовищем елементів і частин, функціонування яких направлено на отримання конкретного результату.

І, нарешті, четверте визначення (стосовно складних систем): системою є сукупність взаємозв'язаних елементів, об'єднаних єдністю мети і загальними цілеспрямованими правилами взаємостосунків.

Причому під сукупністю елементів тут слід розуміти не просто набір елементів, хоч би і із загальними ознаками, а набір, який дозволяє знайти у системи деяку загальну характеристику. Ця загальна характеристика хоча і залежить від характеристик окремих елементів, але не властива ні окремому елементу, ні набору взаємозв'язаних елементів. Взаємозв'язок елементів розумітимемо так, що елементи, які не мають взаємозв'язку або взаємовпливу з іншими елементами системи, не належать даній системі.

Оскільки кібернетика враховує вплив на систему зовнішнього середовища, початковою характеристикою системи є її зіставлення оточенню.

Середовище - це все те, що не входить в систему. Середовище є сукупністю всіх систем, окрім досліджуваної, виділеної, цікавила нас зараз частині реального навколишнього світу. Тому можна сказати, що система - це скінчена кількість об'єктів, якимсь чином виділена з середовища за допомогою межі системи. Поняття «межі» у цілому ряді випадків вельми умовне, і при моделюванні необхідно чітко визначити, де кінчається система, а де починається середовище.

Таким чином, система є впорядкованою підмножиною об'єктів, інтенсивність взаємозв'язків яких перевищує інтенсивність відносин з об'єктами, що не входять в дану підмножину, тобто із зовнішнім середовищем.

Об'єкт (елемент, компонент) - частина системи, виділена по якій-небудь ознаці, сформульованій зацікавленою особою.При цьому об'єкти системи і відношення між ними виділяються залежно від точки зору зацікавленої особи або групи осіб, наприклад, одне і те ж підприємство може розглядатися як виробнича, організаційно-економічна або соціальна система. Вибір точки зору - категорія системного аналізу, що характеризується виділенням певних аспектів розгляду проблеми і вживанням особливої термінології, відповідної цим аспектам.

По суті, весь Всесвіт складається з безлічі систем, кожна з яких міститься в крупнішій системі подібно безлічі порожнистих кубиків, вкладених один в одного. Так само, як завжди, можна уявити собі обширнішу систему, в яку входить дані, завжди можна виділити з даної системи більш обмежену. Пару ножиць, про яку ми тільки що згадували, можна вважати мінімальною системою. Проте подивимося, що вийде, якщо зламати гвинт, що сполучає леза, і розглядати одне лезо. Виходячи із старої точки зору, це вже не система, а один млявий її уламок. Дійсно, одне лезо вже не представляє систему для різання. Але, поклавши лезо під мікроскоп, ми побачимо цей «уламок» як складну систему.

Істотною ознакою системи є наявність деякої «глобальної» мети, загальної для системи в цілому. Слід зазначити, що власні цілі елементів, що входять в систему, можуть бути різні і не завжди співпадають із загальною метою системи. Взаємодія елементів в системі часто така, що зміну однієї або декількох зв'язків між елементами приводять до зміни інших зв'язків. Іншими словами, взаємозв'язки елементів в системі є істотними обставинами, які необхідно враховувати при аналізі системи.

Як вже наголошувалося, початковою характеристикою системи є зовнішнє середовище або оточення, що розуміється як множина тих елементів системи (і їх істотних властивостей), які не є частинами системи, але зміни в будь-якому з яких може спричинити за собою зміна в стані системи. І навпаки, система може впливати на своє оточення (зовнішнє середовище).

Таким чином, оточення системи - це сукупність зовнішніх елементів, здатних впливати на її стан, яке залежить як від параметрів системи, так і від стану оточення.

Станом оточення системи у момент часу називатимемо множина істотних властивостей оточення у цей момент. Слід ще раз підкреслити, що хоча конкретні системи і їх оточення об'єктивні по характеру, вони в той же час є категоріями певною мірою суб'єктивними, оскільки конфігурація створюючих їх елементів вибирається відповідно до цілей дослідження. Різні спостерігачі однієї і тієї ж системи можуть по-різному виділити її з оточення, описати стан і провести дослідження різних характеристик.

Таким чином, введене поняття оточення системи або її зовнішнього середовища є в деякій мірі невизначеним, залежним від точки зору дослідника. Виникає питання виділення меж системи. Які з елементів, що взаємодіють з системою, віднести до її оточення, а які вважати елементами самої системи? Багато дослідників вважають, що неможливо досліджувати або проектувати об'єкт, межі якого не визначені. Звідси природнє бажання локалізувати систему, чіткіше визначити її межі. Проте тут трудність носить принциповий характер. В реальних системах елементи часто «проникають» з однієї системи в іншу. І цей перехід часто відбувається плавно, а не стрибком. Дослідник не завжди може ігнорувати зв'язки елементів системи з іншими системами, а, не маючи нагоди і засобів точно розрізняти межі системи, йде по шляху використовування нечітких уявлень (своїх власних або представлень експертів). У ряді випадків використовуються такі поняття, як «більше», «краще», «багато більше», «багато краще» і т.д. Такі поняття не мають аналогів в класичній математиці, проте, якщо цю «якісну» або, як ще говорять, «нечітку» або «семантичну» інформацію відкинути, то це може обіднити аналіз, який буде ще віддаленіший від реальності.

На практиці визначення меж системи, визначення істотних взаємозв'язків проводиться за допомогою формалізованих методик, керівних методичних матеріалів, типових проектних рішень. При розробці і дослідженні складних систем з передачею і обробкою інформації, особливо, якщо система будується вперше, розробник сам повинен вибрати межі системи і її підсистем, визначити, які з взаємозв'язків є істотними. Це пов'язано із значною різноманітністю систем, а також з великою специфікою кожної з конкретних систем.

Загалом, щоб виокремити систему із зовнішнього середовища, потрібно мати:

- об’єкт дослідження, що складається з множини елементів, об’єднаних у деяку сукупність. Цими елементами можуть бути люди, природні об’єкти, технічні пристрої або їхні частини, знаки-символи, слова природної мови тощо;

- суб’єкт дослідження — так званого спостерігача;

- задачу, що характеризує ставлення спостерігача до об’єкта, зумовлюючи поділ системи на складові (елементи та підсистеми) та вибір їхніх істотних властивостей.

 

2. Поняття структури системи

Підсистемою називатимемо виділену з системи підмножину взаємозв'язаних елементів, об'єднаних деяким цільовим призначенням. Розділення системи на підсистеми, а підсистеми - на дрібніші, можна продовжувати до тих пір, поки залишаються елементи (мінімум два), об'єднані загальною ознакою і метою. Правила об'єднання елементів для крупної системи є загальнішими, для підсистеми - більш приватними.

Будь-яка система може бути представлена як композиція (об'єднання) підсистем різних рівнів і рангів.

Декомпозиція як (розділення) системи на підсистеми може бути проведена за певними ознаками і різними способами. Розподіл системи на підсистеми по рівнях і рангах називають ієрархією.

При розподілі число рівнів і кількість підсистем в кожному рівні залежить від конкретної системи і не повинне обумовлятися наперед, проте вимагається, щоб підсистеми, що входять в дану систему, при сумісному функціонуванні виконували всі функції системи.

Ієрархічна система управління даного рівня підкоряється системі вищого рівня, до складу якої вона входить.

Структурою  системи називають сукупність її елементів та взаємозв’язків між ними, які забезпечують цілісність системи.

 

3. Властивості систем. Поняття складної системи

Як всяке фундаментальне поняття, термін «система» краще всього конкретизується при розгляді її основних властивостей. Для системи характерні наступні основні властивості:

- цілеспрямованість - визначає поведінку системи;

- складність - залежить від компоненті системи, їх структурної взаємодії, а також від складності внутрішніх і зовнішніх зв'язків і їх динамічності;

- подільність - система складається з ряду підсистем або елементів, виділених за певною ознакоюі, що відповідає конкретним цілям і задачам;

- цілісність - функціонування множини елементів системи підпорядковане єдиній меті. При цьому система проявляє так звані інтеграційні, емерджентні (від англ. emergent - несподівано виникаючий) властивості, тобто властивості, властиві системі в цілому, але відсутні в окремо взятих її елементах;

- різноманіття елементів і відмінність їх природи - це пов'язано з їх функціональною специфічністю і автономністю;

- структурованість - визначається наявністю встановлених зв'язків і відносин між елементами усередині системи, розподілом елементів системи по рівнях ієрархії.

За  ступенем складності структури виділяють прості і складні системи, іноді в окремий клас зводять так звані «великі» системи - сукупність різнорідних складних систем з порівняно слабкими зв'язками між ними.

Характеристики «складності» систем багатоманітні і супроводжуються одночасно багатьма специфічними рисами, такими, як:

- багатокомпонентність  системи (велике число елементів, зв'язків ін.);

- різноманіття можливих форм зв'язків елементів;

- наявність багатьох цілей, тобто наявність ряду різнопланових (зокрема суперечливих) цілей;

- різноманітність природи елементів, що становлять систему;

- високий динамізм поведінки системи і її структурних характеристик і ін.

Економічна система належить до складних систем.

За складністю поведінки виділяють наступні типи конкретних систем:

- автоматичні системи, які можуть реагувати на зовнішні дії тільки детерміновано, наприклад, годинник;

- вирішуючі системи, яким властивий акт рішення; вони мають постійні стохастичні критерії розрізнення випадкових сигналів. Прикладами можуть служити станція радіолокації, рецепторні механізми організмів;

- системи, що самоорганізовуються, мають гнучкі критерії розрізнення сигналів і гнучкі реакції на дії, що пристосовуються до наперед невідомих сигналів і дій. Приклади - прості організми;

- передбачаючі системи мають таку високоорганізовану структуру і великі об'єми запам’ятовуючих пристроїв, що складність їх поведінки перевершує складність зовнішніх нецілеспрямованих дій. Такі системи можуть вивчати результати взаємодій і на основі цього вивчення «передбачати» подальший хід подій. (Наприклад - людина.)

 

4. Адаптивні системи. Гомеостат

Відкриті системи - це системи, що взаємодіють із навколиш­нім середовищем.

Будь-яка відкрита система має цикл життя:

- виникнення - становлення - функціонування - криза - крах

Для підтримки життєздатності системи повинен бути забезпечений як зовнішній, так і внутрішній гомеостазіс, тобто підтримка критичних параметрів системи в заданих межах. З поняттям гомеостазіса тісно зв'язана така властивість системи, як стійкість. В стійкій системі все наслідки збурень швидко відновлюються.

Причому стійка система має здатність повертатися в стан рівноваги навіть після таких збурень, на існування яких вона не була розрахована, і причини виникнення яких повністю нею не вивчені. Зовнішній гомеостазіс припускає, що при будь-якій зміні зовнішніх умовфункціонування система переходить в такий стан, який найкращим чином відповідає умовам, що склалися, і зберігає стабільность системи відносно навколишнього середовища. Внутрішній гомеостазіс передбачає, що на кожну непередбачену зміну внутрішнього стану системи в системі управління виробляється управляюча дія, яка ліквідовує наслідки даної зміни і зберігає внутрішню стабільність системи.

Системи, здатні пристосовуватись до змін середовища, називають адаптивними системами.

Гомеостат – різновид самоналагоджувальної  система. Перший гомеостат був створений англійським вченим У.Р. Ешбі. Гомеостат моделює характерну властивість поведінки живих організмів - гомеостазіс, тобто можливість підтримки деяких величин, наприклад, температури тіла, у фізіологічно допустимих межах шляхом реалізації процесів вірогідності управління. В гомеостаті керована характеристика підтримується на необхідному рівні механізмом саморегулювання. Прикладів гомеостазісу в природі дуже багато. Наприклад, це гомеостазіс, що керує чисельністю тварин в природі: чим більше з'являється зайців, тим спостерігається більша кількість рисей, які поїдають зайців, обмежуючи їх зростання, а отже, і зростання чисельності самих рисей.

 

5. Сутність системного підходу при дослідженні систем

Системний підхід - це методологія спеціального наукового пізнання і соціальної практики, а також пояснювальний принцип, в основі якого лежить дослідження об'єктів як систем.

Методологічна специфіка системного підходу визначається тим, що він орієнтує дослідження на:

- розкриття цілісності об'єкту і забезпечуючих його механізмів;

- виявлення багатоманітних типів зв'язків складного об'єкту;

- зведення цих зв'язків в єдину теоретичну картину.

Отже, системний підхід грунтується на принципі цілісності об'єкту дослідження, тобто дослідження його властивостей як єдиного цілого, єдиної системи. Цей принцип виходить з того, що ціле володіє такими якостями, які не володіє жодна з його частин. Така властивість - емерджентність - обговорювалося нами при описі властивостей систем. Проявом емерджентних властивостей є всякий ефект взаємодії, не аддитивний по відношенню до локальних ефектів.

Системний підхід вимагає розгляду явища або процесу, що вивчається, не тільки як самостійної системи, але і як підсистеми деякої суперсистеми вищого рівня.

Системний підхід вимагає дослідження якомога більшого числа зв'язків, не тільки внутрішніх, але і зовнішніх - з тим, щоб не упустити дійсно істотні зв'язки і чинники і оцінити їх ефекти. Практично системний підхід - це системний обхват, системні уявлення, системна організація дослідження.

Будь-який об'єкт дослідження, таким чином, може бути представлений і як підсистема деякої системи вищого рангу - це приводить до проблеми виділення системи, встановлення її меж, - і як система по відношенню до деякої сукупності підсистем нижчого рангу, які, у свою чергу, утворені деякими елементами, подальше дроблення яких недоцільне з погляду конкретного дослідження, - це визначає необхідність постановки задачі вибору такого первинного елементу.

Не існує однозначного підходу до визначення первинного елементу, вибір якого здійснюється суб'єктивно, відповідно до цілей дослідження. Первинним елементом системи є елементарний об'єкт, неподільний далі засобами даного методу декомпозиції у межах даного дослідження; стійкість якого вища, ніж стійкість системи в цілому.

Концепція первинного елементу системи дозволяє проводити структурний аналіз системи, причому первинні елементи виступають модулями структури, «чорними скриньками», внутрішня структура яких не є предметом дослідження.

Системний підхід дає змогу глибше зрозуміти причини багатьох явищ, які в розрізненому вигляді здаються випадковими, але об’єднані в систему сприяють виявленню закономірностей їх перебігу. Із системного підходу випливає новий погляд на ефективність функціонування соціально-економічних систем: взаємодія між окремими частинами системи набагато більше впливає на її ефективність, ніж результативна робота зазначених частин.