ответы системный анализ

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО СИСТЕМНОМУ АНАЛИЗУ

1. История развития системных идей.

История развития системных представлений шла как бы по разным направлениям и с разных исходных позиций. С одной стороны к современному пониманию шла философия, с другой – конкретные науки. В своем движении к истине они неминуемо должны были сойтись, что, в сущности и происходит в настоящее время.

Особый интерес представляют те моменты в истории, когда системность сама по себе становилась объектом исследования для естественных и технических наук.

1. Рождение понятия «система» (2500-2000 г. до н.э). Слово «система» появилось в Древней Греции и означало «сочетание», «организм», «организация», «союз», а также «нечто, поставленное вместе, приведенное в порядок».

2. Первая естественнонаучная (механическая) картина мира. Идеи Галилея (1564-1642) и И.Ньютона (1642-1727). Выработана определенная концепция системы с категориями: вещь и свойства, целое и часть.

3. Немецкая классическая философия. Глубокая и основательная разработка идеи системной организации научного знания. Структура научного знания стала предметом специального философского анализа.

4. Теоретическое естествознание XIX-XX вв. Различение объекта и предмета познания, повышение роли моделей в познании, исследование системообразующих принципов (порождение свойств целого из свойств элементов и свойств элементов из свойств целого).

5. Кибернетика. В 1834 году знаменитый физик М.-А. Ампер опубликовал книгу, содержащую классификации всевозможных наук (в том числе и пока не существовавших). Среди них он выделил специальную науку об управлении государством и назвал ее кибернетикой (от слова kbervik, первоначально означавшего управление кораблем, а затем получившего у самих греков более широкое значение искусства управления вообще).

Общество середины прошлого века было не готово воспринять идеи кибернетики. Практика управления тогда еще могла обходиться без науки управления. И кибернетика была забыта.

6. Тектология. Следующий крупный вклад в теорию систем был внесен А.А.Богдановым .

Основное внимание в тектологии Богданова уделяется закономерностям развития организации, рассмотрению соотношений устойчивого и изменчивого, значению обратных связей, учету собственных целей организации (которые могут как содействовать целям высшего уровня организации, так и противоречить им).

Кроме того, Богданов подчеркивал роль моделирования и математики, как потенциальных методов решения задач тектологии. Таким образом он предвосхитил многие положения современных кибернетических и системных теорий.

7. Кибернетика Винера

Можно сказать, что мир «созрел» для массового усвоения системных понятий и сознания системности мира к концу 40-х годов нашего века, когда американский математик Н.Винер опубликовал книгу под названием «Кибернетика». Вначале он определил кибернетику как «науку об управлении и связи в животных и машинах». Однако уже в следующей своей книге «Кибернетика и общество» он расширяет это определение и анализирует с позиций кибернетики процессы, происходящие в обществе. В 1956 г. в париже состоялся Первый международный конгресс по кибернетике.

После того, как кибернетика в СССР перестала называться лженаукой, в ее становлении внесли вклад и наши ученые.

8. Общая теория систем Л. Берталанфи. Общая теория систем – это как бы параллельный, независимый по отношению к кибернетике, подход к науке о системах. Берталанфи пытался отыскивать структурное сходство законов, установленных в различных дисциплинах и, обобщая их, выводить общесистемные закономерности.

Если в кибернетике Винера изучались лишь внутрисистемные обратные связи, а функционирование систем рассматривалось как отклик на внешние воздействия, то Берталанфи, развивая идеи физика Шредингера, разработал концепцию организма как открытой системы и сформулировал программу построения общей теории систем.

9. Синергетика

Еще один подход к исследованию систем связан с так называемой бельгийской школой во главе с И. Пригожиным. Этот ученый занимался термодинамикой неравновесных физических систем (Нобелевская премия 1977 г.) и обнаружил, что выявленные им закономерности справедливы для систем любой природы. Он как бы заново открыл уже известные свойства систем, но, кроме этого, предложил новую теорию динамики систем.

2. Каковы современные направления развития теории систем и системного анализа?

В общем виде под системным анализом понимают всестороннее, систематизированное, т.е. построенное на основе определенного набора правил, исследование сложного объекта в целом, вместе со всей совокупностью его сложных внешних и внутренних связей, проводимое для выяснения возможностей повышения эффективности функционирования этого объекта путем выбора определенной альтернативы.

Современный системный анализ имеет обширный инструментарий, включающий в себя развитый математический аппарат и современные вычислительные системы.

На современном уровне развития системный анализ не является научным методом в строгом смысле, поскольку для ряда его этапов формальный аппарат пока не существует и эти этапы выполняются на содержательном уровне на основе логики, здравого смысла, опыта и интуиции. Однако научная мысль интенсивно работает в данном направлении.

Одним из важнейших направлений развития системных исследований является изучение организационных структур систем и, прежде всего, систем, обладающих иерархической организацией (теория систем).

Второе направление связано с разработкой принципов построения и использования моделей (моделирования), имитирующих протекание реальных процессов, способов объединения таких моделей в системы и представление системы моделей в ЭВМ.

Третье направление – применение методологии системного анализа в конкретных областях. Например, создание систем обеспечения безопасности, руководство и управление производством.

Действительно, что такое система обеспечения безопасности? Это совокупность людей, оборудования и процедур, специально разработанная применительно к промышленной (или любой другой трудовой системы) для увеличения безопасности работников. При этом, однако, встает вопрос: какие критерии должны использоваться при формировании штатов, составлении правил и приобретения оборудования? Очевидно, что надо стремиться к максимальной эффективности капиталовложений, однако при этом добиться достижения главной цели – безопасности. Таким образом, в системном анализе могут быть выделены три основные составляющих:

методология — базовое начало системного анализа; она включает определения базовых понятий, принципы системного подхода, постановку и общую характеристику основных проблем системного исследования

аппаратная реализация, которая подразумевает стандартные процедуры моделирования (процессов и явлений, принятия решений);

опыт применения; эта область чрезвычайно обширна, поскольку системность исследований необходима для таких отраслей, как биология, экология, психология, медицина, социология, управление государством, регионом и др.

Использование вычислительной техники. Речь идет об использовании ЭВМ при решении системных задач, т.е. о взаимодействии человека и ЭВМ. Можно выделить три стороны этого взаимодействия:

партнерство в выполнении операций (диалог с ЭВМ); диалог в виде вопросов и ответов присутствует в любой информационной базе, является удобным при работе с имитационными моделями;

программирование, создание программных средств, программного продукта (от решения квадратного уравнения до программы расчета динамики посадки самолета, космического аппарата и др.)

оценка человеком решения или другой информации, полученной с помощью ЭВМ и выработка указаний для использования результатов исследования на практике. Есть специальный термин : «лицо, принимающее решение (ЛПР)». Владение аппаратом системного анализа невозможно без умения определять тактику и стратегию использования ЭВМ, баз данных, вычислительных сетей. Зачастую это умение напрямую определяет успех системного исследования.

3. Основные принципы системного анализа.

Системный анализ — это анализ системы любой степени сложности, как:

состоящей из отдельных связанных между собой определенными отношениями частей;

находящейся во взаимодействии с окружающей средой;

находящейся в непрерывном развитии.

Непосредственно из основных положений вытекают три основных принципа.

Принцип единства — совместное рассмотрение системы как единого целого и как совокупности частей (элементов);

Принцип связности — рассмотрение любой части системы совместно с её связями с другими частями и с окружающей средой;

Принцип развития — учёт изменяемости системы, её способности к развитию, замене частей, накапливанию информации, при этом учитывается и динамика внешней среды, изменение взаимодействия системы с внешней средой.

Следующие принципы определяют рациональный, целенаправленный подход к рассмотрению структуры и функционирования системы:

Принцип конечной (глобальной) цели — особая ответственность за выбор глобальной цели. В системе, состоящей из связанных между собой взаимодействующих подсистем, оптимум для всей системы не является функцией (например, суммой) оптимумов подсистем, входящих в систему. Это положение иногда называют теоремой оптимумов системного подхода;

Принцип функциональности — совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структурой — изменение функций влечет изменение структуры;

Принцип децентрализации — сочетание децентрализации и централизации;

Принцип модульного построения — выделение модулей и рассмотрение системы как совокупности модулей;

Принцип иерархии — полезно введение иерархии частей и (или) их ранжирование;

Принцип свертки — информация и управляющие воздействия свертываются, укрупняются при движении по иерархии снизу вверх;

Принцип неопределенности — учёт неопределенности и случайности методом гарантийного результата, с помощью статистических оценок, а также уточнением структур, вводом дублирования и проч.

В зависимости от цели исследования рассматриваются также другие принципы, имеющие более узкую область применения, в том числе:

Принцип полномочности — исследователь должен иметь способность, возможность и право исследовать проблему.

Принцип организованности — решения, выводы, действия должны соответствовать степени детализации системы, ее определенности, организованности. Бессмысленно управлять системой, в которой команды не исполняются.

Принцип неопределённости является одним из основных принципов системного подхода. Достаточно типичны случаи, когда задачу необходимо решать при неполноте или нечёткости знаний относительно исследуемой системы, а зачастую просто оказывается невозможным получить сколь-нибудь достоверную информацию о будущем, предвидеть все возможные варианты изменения окружающей обстановки.

Как следствие необходимости принятия решений в условиях неопределенности является использование в системном анализе так называемых рациональных рассуждений. Рассуждения, не строгие и не приемлемые с точки зрения чистой математики, но обеспечивающие при разумном их применении правильные результаты, называются рациональными. Типичные примеры рациональных рассуждений: «Сегодня погода хорошая», «Автомобиль едет с высокой скоростью».

Возможны два варианта рациональной организации исследования.

Первый вариант: В одном лице объединяются руководитель (заказчик) и исследователь операции, т.е. лицо, отвечающее за операцию, руководит и исследованиями, в том числе созданием и использованием необходимых математических моделей. Естественно, руководитель не может быть одинаково компетентным во всех необходимых для исследования областях знания и будет привлекать различных специалистов. При этом он должен быть достаточно подготовлен, чтобы держать в руках все нити исследования, квалифицированно оценивать полученные рекомендации, и, при необходимости, уточнить постановку задачи, состав релевантных факторов, структуру допущений.

Второй вариант: Поиск решения заказчик поручает группе исследователей с предоставлением всей имеющейся информации. Тогда эта группа отвечает полностью за все этапы работы, начиная с постановки задачи и кончая выработкой рекомендаций, а также, если заказчик следует полученным рекомендации, за результаты внедрения этих рекомендаций. При работе по этому варианту исследователю для чёткого представления действительной сущности задачи потребуются неоднократные обсуждения с заказчиком существа задачи и условий реализации рекомендаций.

Пренебрежение принципами системного анализа приводит к принятию безграмотных решений порой с непоправимыми последствиями, всё более губительными по мере того, как у лиц, принимающих решение, появляются большие возможности.

4. Как развивалось понятие «система»?

Понятие системы имеет длительную историю. Еще в античности был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей. Стоики истолковывали систему как мировой порядок. Платон и Аристотель большое внимание уделяли особенностям системы знания и системе элементов мироздания. Понятие системы органически связано с понятием целостности, элемента, подсистемы, связи, отношения, структуры, иерархии, многоуровневости и др. Термин используется, когда хотят охарактеризовать сложный объект как единое целое. Обычно система определяется как совокупность элементов, объединенных некоторой формой регулярного взаимодействия или взаимозависимости для выполнения заданной функции. В понятие «система» на разных этапах ее рассмотрения можно вкладывать разное содержание, говорить о системе как бы в разных ее формах, в зависимости от задачи, которую ставит перед собой исследователь.

Термин «система» используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый или проектируемый объект как нечто целое (единое), сложное, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически описав математическим выражением.

Сопоставляя эволюцию определения системы (элементы связи, затем – цель, затем – наблюдатель) и эволюцию использования категорий теории познания в исследовательской деятельности, можно обнаружить сходство: вначале модели (особенно формальные) базировались на учёте только элементов и связей, взаимодействий между ними, затем – стало уделяться внимание цели, поиску методов её формализационного представления (целевая функция, критерий функционирования и т.п.), а, начиная с 60-х г.г. все большее внимание обращают на наблюдателя, лицо, осуществляющее моделирование или проводящее эксперимент, т.е. лицо, принимающее решение.

Рассматривая различные определения системы и их эволюцию, и не выделяя ни одного из них в качестве основного, подчеркивается тот факт, что на разных этапах представления объекта в виде системы, в конкретных различных ситуациях можно пользоваться разными определениями. Причём по мере уточнения представлений о системе или при переходе на другую страту её исследования определение системы не только может, но и должно уточняться. Белее полное определение, включающее и элементы, и связи, и цели, и наблюдателя, а иногда и его «язык» отображения системы, помогает поставить задачу, наметить основные этапы методики системного анализа. Например, в организационных системах, если не определить лицо, компетентное принимать решения, то можно и не достичь цели, ради которой создаётся система. Таким образом, при проведении системного анализа нужно прежде всего отобразить ситуацию с помощью как можно более полного определения системы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, влияющие на принятие решения, сформулировать «рабочее» определение, которое может уточняться, расширяться сближаться в зависимости от хода анализа. При этом следует учитывать, что уточнения или конкретизация определения системы в процессе исследования влечёт соответствующую корректировку её взаимодействия со средой и определения среды. Отсюда важно прогнозировать не только состояние системы, но и состояние среды с учётом естественной искусственной её неоднородностей.

Существует много определений системы.

Система есть комплекс элементов, находящийся во взаимодействии.

Система — это множество объектов вместе с отношениями этих объектов.

Система — множество элементов находящихся в отношениях или связях друг с другом, образующая целостность или органическое единство

Понятие «система» характеризуется:

наличием множества элементов;

наличием связей между ними;

целостным характером данного устройства или процесса.

Признаки системы:

целостность – определённая независимость системы от внешней среды и от других систем;

связанность, т.е. наличие связей, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента системы. Простейшими связями являются последовательное и параллельное соединения элементов, положительная и отрицательная обратные связи;

функции — наличие целей (функций, возможностей), не являющихся простой суммой подцелей (подфункции, возможностей) элементов, входящих в систему; несводимость (степень несводимости) свойств системы к сумме свойств ее элементов называется эмерджентностью.

5. Что такое элемент системы, компонент системы, подсистема?

Элемент системы — простейшая, неделимая 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. Поэтому принимается следующее определение: элемент – это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы.

Подсистема – это относительно независимая часть системы, обладающая свойствам системы, и в частности, имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также свои специфические свойства.

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

Пример. Наука — система, когнитивная система обеспечивающая получение, проверку, фиксацию (хранение), актуализацию знаний общества. Наука имеет подсистемы: математика, информатика, физика, филология и др. Любое знание существует лишь в форме систем (систематизированное знание), а теория — наиболее развитая система их организации в систему позволяющая не только описывать, но и объяснять, прогнозировать события, процессы.

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы — совокупности элементов. Такое расчленение, как правило, производится на основе определения независимой функции, выполняемой данной совокупностью элементов совместно для достижения некой частной цели, обеспечивающей достижение общей цели системы. Подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не выполняется условие целостности.

Последовательное разбиение системы в глубину приводит к иерархии подсистем, нижним уровнем которых является элемент. Типичным примером такого разбиения является структура Паскаль-программы. Так, например, тело основной программы включает модули — подсистемы первого уровня, модули включают функции и процедуры — подсистемы второго уровня, функции и процедуры включают операнды и операторы — элементы системы.

6. Понятия, характеризующие функционирование и развитие системы

Деятельность (работа) системы может происходить в двух основных режимах: развитие (эволюция) и функционирование.

Функционированием называется деятельность, работа системы без смены (главной) цели системы. Это проявление функции системы во времени.

Развитием называется деятельность системы со сменой цели системы.

При функционировании системы явно не происходит качественного изменения инфраструктуры системы; при развитии системы ее инфраструктура качественно изменяется.

Развитие — борьба организации и дезорганизации в системе, она связана с накоплением и усложнением информации, ее организации.

Пример. Информатизация страны в ее наивысшей стадии — всемерное использование различных баз знаний, экспертных систем, когнитивных методов и средств, моделирования, коммуникационных средств, сетей связи, обеспечение информационной а, следовательно, любой безопасности и др.; это революционное изменение, развитие общества. Компьютеризация общества, региона, организации без постановки новых актуальных проблем, т.е. «навешивание компьютеров на старые методы и технологии обработки информации» — это функционирование, а не развитие.

Если в системе количественные изменения характеристик элементов и их отношений приводит к качественным изменениям, то такие системы называются развивающимися системами. Развивающиеся системы имеют ряд отличительных сторон, например, могут самопроизвольно изменять свое состояние, в результате взаимодействия с окружающей средой (как детерминированно, так и случайно). В развивающихся системах количественный рост элементов и подсистем, связей системы приводит к качественным изменениям (системы, структуры), а жизнеспособность (устойчивость) системы зависит от изменения связей между элементами (подсистемами) системы.

Основные признаки развивающихся систем:

самопроизвольное изменение состояния системы;

противодействие (реакция) влиянию окружающей среды (другим системам), приводящее к изменению первоначального состояния среды;

постоянный поток ресурсов (постоянная работа по их перетоку «среда-система»), направленный против уравновешивания их потока с окружающей средой.

Если развивающаяся система эволюционирует за счет собственных материальных, энергетических, информационных, человеческих или организационных ресурсов внутри самой системы, то такие системы называются саморазвивающимися (самодостаточно развивающимися). Это форма развития системы — «самая желанная» (для поставленной цели).

Для оценки развития, развиваемости системы часто используют не только качественные, но и количественные оценки, а также оценки смешанного типа.

Гибкость системы будем понимать как способность к структурной адаптации системы в ответ на воздействия окружающей среды.

Под регулированием (системы, поведения системы, траектории системы) понимается коррекция управляющих параметров по наблюдениям за траекторией поведения системы с целью возвращения системы в нужное состояние, на нужную траекторию поведения. Под траекторией системы понимается последовательность принимаемых при функционировании системы состояний, которые рассматриваются как некоторые точки во множестве состояний системы.

7. Классификация систем

По обусловленности действия различают системы детерминированные и стохастические (вероятностные). В детерминированной системе элементы взаимодействуют точно предвиденным образом (ЭВМ); поведение стохастической системы можно предсказать лишь с некоторой вероятностью (мозг).

По происхождению различают системы естественные, созданные в ходе естественной эволюции и в целом не подверженные влиянию человека (клетка), и искусственные, созданные под воздействием человека, обусловленные его интересами и целями (машина).

По основным элементам системы могут быть разделены на абстрактные, все элементы которых являются понятиями (языки, философские системы, системы счисления), и конкретные, в которых присутствуют материальные элементы.

По степени организованности—хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), самоорганизующиеся системы.

По естественному разделению системы делятся на технические, биологические, социально-экономические. Технические – это искусственные системы, созданные человеком (машины, автоматы, системы связи). Биологические – различные живые организмы, популяции, биогеоценозы и т.п. Социально-экономические – системы существующие в обществе, обусловленные присутствием и деятельностью человека (хозяйство, отрасль, бригада и т.п.).

По взаимодействию со средой различают системы замкнутые и открытые. Замкнутая система в процессе своего функционирования использует только ту информацию, которая вырабатывается в ней самой (система кондиционирования воздуха в замкнутом объеме). В открытой системе функционирование определяется как внутренней, так и внешней, поступающей на входы, информацией. Большинство изучаемых систем являются открытыми, т.е. они испытывают воздействие среды и реагируют на него и, в свою очередь, оказывают воздействие на среду. Все организации являются открытыми системами.

По степени сложности различают простые, сложные и очень сложные системы. Простые системы характеризуются небольшим числом элементов, связи между которыми легко поддаются описанию (средства механизации, простейшие организмы). Сложные системы состоят из большого числа элементов и характеризуются разветвленной структурой, выполняют более сложные функции. Изменения отдельных элементов и (или) связей влечет за собой изменение многих других элементов. Но все же отдельные конкретные состояния системы могут быть описаны (автоматы, ЭВМ, галактики). Очень сложные системы характеризуются большим числом разнообразных элементов, обладают множеством структур, не могут быть полностью описаны (мозг, хозяйство).

В системном анализе рассматриваются не любые, а именно сложные системы большого масштаба. При этом выделяют структурную и функциональную (вычислительную) сложность. Большими системами называют системы, включающими значительное число элементов с однотипными связями.

Сложными системами называют системы с большим числом элементов различного типа и с разнородными связями между ними.

Определения эти весьма условны. Более конструктивным является определение большой сложной системы как системы, на верхних уровнях управления которой не нужна и даже вредна вся информация о состоянии элементов нижнего уровня.

Считается, что сложные системы характеризуются тремя основными признаками:

робастность — способность сохранять частичную работоспособность (эффективность) при отказе отдельных элементов или подсистем. Оно объясняется функциональной избыточностью сложной системы и проявляется в изменении степени деградации выполняемых функций, зависящей от глубины возмущающих воздействий. Простая система может находиться не более чем в двух состояниях — полной работоспособности (исправном) и полного отказа (неисправном).

наличие многочисленных и разных по типу (неоднородных) связей между элементами. Основными типами считаются следующие виды связей: структурные (в том числе иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные, отношения истинности), информационные, пространственно-временные. По этому признаку сложные системы отличаются от больших систем.

интегративность (целостность), или эмерджентность – т.е., отдельное рассмотрение каждого элемента не дает полного представления о сложной системе в целом. Эмерджентность может достигаться за счет обратных связей, играющих важнейшую роль в управлении сложной системой.

8. Опишите закономерности взаимодействия части и целого

Закономерность целостности/ эмерджентности проявляется в системе в появлении у нее новых свойств, отсутствующих у элементов.

Для того чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо, прежде всего, учитывать две ее стороны:

свойства системы (целого) Qs не является простой суммой свойств составляющих ее элементов (частей):

Qs ≠ ∑Qi

свойства системы (целого) зависят от свойств составляющих ее элементов (частей):

Qs = f(qi)

Кроме этих двух основных сторон, следует иметь в виду, что объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, т.е. система как бы подавляет ряд свойств элементов. Но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

Обратимся к закономерности, двойственной по отношению к закономерности целостности. Ее называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособленностью. Свойство физической аддитивности проявляются у системы, как бы распавшейся на независимые элементы; тогда становится справедливым

Qs = ∑Qi

В этом крайнем случае и говорить о системе уже нельзя.

Рассмотрим промежуточные варианты — две сопряженные закономерности, которые можно назвать прогрессирующей факторизацией — стремлением системы к состоянию с все более независимыми элементами, и прогрессирующей систематизацией — стремлением системы к уменьшению самостоятельности элементов, т. е. к большей целостности.

Интегративность

Этот термин часто употребляется как синоним целостности. Однако некоторые исследователи выделяют эту закономерность как самостоятельную, стремясь подчеркнуть интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам, обусловливающим возникновение этого свойства, к факторам, обеспечивающим сохранение целостности.

Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, в числе которых важную роль играют неоднородность и противоречивость элементов (исследуемые большинством философов), с одной стороны, и стремление их вступать в коалиции — с другой.

Закономерности взаимодействия части и целого

Степень целостности α

Коэффициент использования элементов β

Целостность/эмерджентность

1

0

Прогрессирующая систематизация

α > β

Прогрессирующая факторизация

α

Аддитивность (суммативность)

0

1

9. Опишите закономерности иерархической упорядоченности систем

Эта группа закономерностей характеризует и взаимодействие системы с ее окружением — со средой (значимой или существенной для системы), надсистемой, подчиненными системами.

Коммуникативность

Эта закономерность составляет основу определения системы, где система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее надсистему (метасистему — систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы), и системы одного уровня с рассматриваемой.

Такое сложное единство со средой названо закономерностью коммуникативности, которая, в свою очередь легко помогает перейти к иерархичности как закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы.

Иерархичность

Закономерности иерархичности или иерархической упорядоченности были в числе первых закономерностей теории систем, которые выделил и исследовал Л. фон. Берталанфи.

Необходимо учитывать не только внешнюю структурную сторону иерархии, но и функциональные взаимоотношения между уровнями. Например, в биологических организациях более высокий иерархический уровень оказывает направляющее воздействие на нижележащий уровень, подчиненный ему, и это воздействие проявляется в том, что подчиненные члены иерархии приобретают новые свойства, отсутствовавшие у них в изолированном состоянии (подтверждение положения о влиянии целого на элементы, приведенного выше), а в результате появления этих новых свойств формируется новый, другой «облик целого» (влияние свойств элементов на целое). Возникшее таким образом новое целое приобретает способность осуществлять новые функции, в чем и состоит цель образования иерархий.

Выделим основные особенности иерархической упорядоченности с точки зрения полезности их использования в качестве моделей системного анализа:

В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями. По метафорической формулировке, каждый уровень иерархии обладает свойством «двуликого Януса»: «лик», направленный в сторону нижележащего уровня, имеет характер автономного целого (системы), а «лик», направленный к узлу (вершине) вышестоящего уровня, проявляет свойства зависимой части (элемента вышестоящей системы). Эта конкретизация закономерности иерархичности объясняет неоднозначность использования в сложных организационных системах понятий «система» и «подсистема», «цель» и «средство» (элемент каждого уровня иерархической структуры целей выступает как цель по отношению к нижележащим и как «подцель», а начиная с некоторого уровня, и как «средство» по отношению к вышестоящей цели), что часто наблюдается в реальных условиях и приводит к некорректным терминологическим спорам.

Важнейшая особенность иерархической упорядоченности как закономерности заключается в том, что закономерность целостности/эмерджентности (т.е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компонентами нижележащего) проявляется в ней на каждом уровне иерархии. При этом объединение элементов в каждом узле иерархической структуры приводит не только к появлению новых свойств у узла и утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии.

10. Опишите закономерности осуществимости систем

Проблема осуществимости систем является наименее исследованной. Рассмотрим некоторые из закономерностей, помогающие понять эту проблему и учитывать ее при определении принципов проектирования и организации функционирования систем управления.

Эквифинальность

Эта закономерность характеризует как бы предельные возможности системы. Л. фон Берталанфи, предложивший этот термин, определил эквифинальность как «способность в отличие от состояния равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями,…достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и определяется исключительно параметрами системы».

В соответствии с данной закономерностью система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям.

Закон «необходимого разнообразия»

На необходимость учитывать предельную осуществимость системы при создании впервые в теории систем обратил внимание У.Р. Эшби. Он сформулировал закономерность, известную под названием закон «необходимого разнообразия».

Для задач принятия решений наиболее важным является одно из следствий этой закономерности, которое можно упрощенно пояснить на следующем примере.

Когда исследователь (ЛПР — лицо, принимающее решение, наблюдатель) N сталкивается с проблемой D, решение которой для него неочевидно, то имеет место некоторое разнообразие возможных решений Vd. Этому разнообразию противостоит разнообразие мыслей исследователя (наблюдателя) Vn. Задача исследователя заключается в том, чтобы свести разнообразие Vd — Vn к минимуму, в идеале — к 0.

Эшби доказал теорему, на основе которой формулируется следующий вывод: «Если Vd дано постоянное значение, то Vd — Vn может быть уменьшено лишь за счет соответствующего роста Vn. только разнообразие в N может уменьшить разнообразие, создаваемое в D; только разнообразие может уничтожить разнообразие».

Применительно к системам управления закон «необходимого разнообразия» может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей системы (системы управления) Vsu должно быть больше (или, по крайней мере, равно) разнообразию управляемого объекта Vou:

Vsu > Vou.

Возможны следующие пути совершенствования управления при усложнении производственных процессов:

увеличение Vsu, что может быть достигнуто путем роста численности аппарата управления, повышения его квалификации, механизации и автоматизации управленческих работ;

уменьшение Vou, за счет установления более четких и определенных правил поведения компонентов системы: унификация, стандартизация, типизация, введение поточного производства, сокращение номенклатуры деталей, узлов, технологической оснастки и т.п.;

снижение уровня требований к управлению, т.е. сокращение числа постоянно контролируемых и регулируемых параметров управляемой системы;

самоорганизация объектов управления путем ограничения контролируемых параметров с помощью создания саморегулирующихся подразделений (цехов, участков с замкнутым циклом производства, с относительной самостоятельностью и ограничением вмешательства централизованных органов управления предприятием и т.п.).

11. Опишите закономерности развития систем В последнее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем принципов их изменения во времени, для понимания которых могут помочь рассматриваемые ниже закономерности.

Историчность

Хотя, казалось бы, очевидно, что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем, все же для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы, что каждая система подчиняется закономерности историчности, и что эта закономерность — такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и др.

При этом закономерность историчности можно учитывать не только пассивно, фиксируя старение, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая «механизмы» реконструкции, реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.

Закономерность самоорганизации

В числе основных особенностей самоорганизующихся систем с активными элементами названы способность противостоять энтропийным (энтропия в данном случае — степень неопределенности, непредсказуемости состояния системы и внешней среды) тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и т.п. В основе этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем справедлив второй закон термодинамики («второе начало»), т.е. стремление к возрастанию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные (противоположные энтропийным) тенденции, лежащие в основе эволюции.

Важные результаты в понимании закономерности самоорганизации получены в исследованиях, которые относят к развивающейся науке, называемой синергетикой.

Синергетикой называют междисциплинарное научное направление, изучающее универсальные закономерности процессов самоорганизации, эволюции и кооперации. Ее цель состоит в построении общей теории сложных систем, обладающих особыми свойствами. В отличие от простых, сложные системы имеют следующие основные характеристики: -множество неоднородных компонентов; -активность (целенаправленность) компонентов;

- множество различных, параллельно проявляющихся взаимосвязей между компонентами; -семиотическая (слабоформализуемая) природа взаимосвязей; -кооперативное поведение компонентов; — открытость; -распределенность; — динамичность, обучаемость, эволюционный потенциал; — неопределенность параметров среды.

Главные принципы синергетического подхода в современной науке таковы:

Принцип дополнительности Н. Бора. В сложных системах возникает необходимость сочетания различных, ранее казавшихся несовместимыми, а ныне взаимодополняющих друг друга моделей и методов описания.

Принцип спонтанного возникновения И. Пригожина. В сложных системах возможны особые критические состояния, когда малейшие флуктуации могут внезапно привести к появлению новых структур, полностью отличающихся от обычных (в частности, это может вести к катастрофическим последствиям — эффекты «снежного кома» или эпидемии).

Принцип несовместимости Л. Заде. При росте сложности системы уменьшается возможность ее точного описания вплоть до некоторого порога, за которым точность и релевантность (смысловая связанность) информации становятся несовместимыми, взаимно исключающими характеристиками.

Принцип управления неопределенностями. В сложных системах требуется переход от борьбы с неопределенностями к управлению неопределенностями. Различные виды неопределенности должны преднамеренно вводиться в модель исследуемой системы, поскольку они служат фактором, благоприятствующим инновациям (системным мутациям).

Принцип незнания. Знания о сложных системах принципиально являются неполными, неточными и противоречивыми: они обычно формируются не на основе логически строгих понятий и суждений, а исходя из индивидуальных мнений и коллективных идей. Поэтому в подобных системах важную роль играет моделирование частичного знания и незнания.

Принцип соответствия. Язык описания сложной системы должен соответствовать характеру располагаемой о ней информации (уровню знаний или неопределенности). Точные логико-математические, синтаксические модели не являются универсальным языком, также важны нестрогие, приближенные, семиотические модели и неформальные методы. Один и тот же объект может описываться семейством языков различной жесткости.



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст