Система и ее основные признаки. Модель - это материальный или мысленно представляемый объект, замещающий в процессе изучения объект-оригинал, и сохраняющий значимые для данного исследования типичные его черты. Процесс построения модели называется моделиро

1. Целостность и делимость . Система — это прежде всего целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система - целостное образование и, с другой — в ее составе отчетливо могут быть выделены целостные объекты (элементы). При этом следует иметь в виду, что элементы существуют лишь в системе. Вне системы это в лучшем случае объекты, обладающие системнозначимыми свойствами. При вхождении и систему элемент приобретает системноопределенное свойство взамен системнозначимого. Для системы первичным является признак целостности, т. е. она рассматривается как единое целое, состоящее из взаимодействующих частей, часто разнокачественных, но одновременно совместимых.

2. Наличие устойчивых связей . Наличие существенных устойчивых связей (отношений) между элементами или (и) их свойствами, превосходящих по мощности (силе) связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему, является следующим атрибутом системы. Система существует как некоторое целостное образование, когда мощность (сила) существенных связей между элементами системы на интервале времени, не равном нулю, больше, чем мощность связей этих же элементов с внешней средой. Для информационных связей оценкой потенциальной мощности может служить пропускная способность данной информационной системы, а реальной мощности - действительная величина потока информации. Однако в общем случае при оценке мощности информационных связей необходимо учитывать качественные характеристики передаваемой информации (ценность, полезность, достоверность и т. п.).

3. Организация . Это свойство характеризуется наличием определенной организации, что проявляется в снижении энтропии (степени неопределенности) системы H (S) по сравнению с энтропией системоформирующих факторов H (F), определяющих возможность создания системы.

4. Эмерджентность . Эмерджентность предполагает наличие таких качеств (свойств), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности.

Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью.

Отсюда можно сделать выводы:

1) система не сводится к простой совокупности элементов;

2) расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.

Любой объект, который обладает всеми рассматриваемыми свойствами можно называть системой. Одни и те же элементы (в зависимости от принципа, используемого для их объединения в систему) могут образовывать различные по свойствам системы. Поэтому характеристики системы в целом определяются не только и не столько характеристиками составляющих ее элементов, сколько характеристиками связей между ними. Наличие взаимосвязей (взаимодействия) между элементами определяет особое свойство сложных систем — организованную сложность. Добавление элементов в систему не только вводит новые связи, но и изменяет характеристики многих или всех прежних взаимосвязей, приводит к исключению некоторых из них или появлению новых.

Основными признаками системы, отвечающими дескриптивному определению «система», могут быть: совокупность, связь, объект, подсистема, элемент,структура, организация, управление, цель, функция,функционирование, поведение, эффективность,оптимальность. Дадим их краткое определение.

Под совокупностью можно понимать сочетание, соединение, объединение объектов.

Связь - обязательное свойство элементов системы. Она рассматривается как способ воздействия, взаимодействия или отношение элементов между собой, обусловливающий структуру системы и ее размещение в пространстве и вo времени. Обычно рассматриваются следующие типы связей: материальные

энергетические, информационные. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь характеризуется направлением (направленные и ненаправленные), силой (сильные и слабые), характером (связи подчинения, равноправные связи), а также местом приложения (внутренние и внешние) и направленностью

процессов в системе и ее частях (прямые и обратные).

Постулируется, что связи существуют между всеми системными элементами, между системами и подсистемами и между двумя и более подсистемами.

Связями первого порядка называются связи, функционально необходимые друг другу. Связи второго порядка -это такие связи, которые являются дополнительными. Как правило, такие связи не являются функционально необходимыми, но они в значительной степени улучшают действие системы. Примером могут служить синергические связи, которые при кооперативных

действиях независимых организаций обеспечивают увеличение их общего эффекта до величины большей, чем сумма эффектов этих же независимо действующих организаций. В том случае, если связи являются излишними или противоречивыми, то они определяются как связи третьего порядка. Избыточность описывает такое состояние системы, когда она содержит

ненужные элементы. Противоречие существует тогда, когда система содержит два объекта, таких что, если один истинен то другой ложен по

определению.

Под объектом понимается то, что существует вне нас, и не зависит от нашего сознания, выступает предметом познания и воздействия.

Подсистема - часть системы, представляющая собой совокупность некоторых ее элементов, и отличающаяся подчиненностью, с точки зрения выполняемых функций. Подсистемы выделяются по функциональным и (или) технологическим признакам. Названием "подсистема" подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности).

Элемент - часть системы, обладающий некоторой самостоятельностью и имеющий связи с другими частями. Элемент системы при данном рассмотрении объекта не подлежит дальнейшему расчленению, т. е. - это предел разделения системы с точки зрения решения конкретной задачи и

поставленной цели. При исследовании элемента нас должны интересовать только те свойства, которые определяют его взаимодействие с другими элементами. Обычно рассматривают элементы однородного, разнородного и смешанного характера.

Структура - совокупность элементов системы и связи между ними. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающее строение, расположение, порядок. Выявление структуры позволяет зафиксировать объект как нечто целое. Структура под воздействием функции во многом определяет свойства системы, в том числе и общесистемные свойства

целостности, иерархичности и интегративности. Она также играет важную роль в функционировании системы, обеспечивая относительную ее устойчивость и способствуя сохранению качественной определенности системы. Со структурой системы тесно связана ее организация, нередко эти понятия отождествляются. Существуют также попытки определить организацию как сложность системы (такой взгляд был характерен для Н. Винера и JI. фон Неймана), хотя понятие организации давно определено каквзаимодействие частей целого, обусловленное его строением .

Это определение ясно показывает отличие и взаимосвязь организации и структуры. Если структура системы отражает ее устойчивые компоненты и связи, то организация – как устойчивые, так и неустойчивые объекты и связи, т.е.организация выражает и структурные, и составные аспекты системы.

На практике часто используют два понятия структуры системы: организационная структура и функциональная структура. Организационная структура понимается как взаимосвязь объектов системы, находящихся на разных уровнях управления.

При этом связь между объектами представляет собой совместное выполнение ими операций по обработке потоковой информации, идущих с верхних уровне управления вниз и на оборот.

Функциональная структура понимается как взаимосвязь объектов системы находящихся, как правило, на одном уровне управления осуществляющаяся путем совместной обработки потоков информации, материальных или энергетических потоков в интересах функционального взаимодействия для выполнения своих задач.

Управление - совокупность информационных воздействий, для достижения поставленных целей.

Цель - область состояний среды и системы, которую необходимо достичь при функционировании системы. По другому, цель - это "желаемое" состояние ее выходов, т.е. некоторое значение или подмножество значений функций системы. Цель может быть заданной как из вне и поставлена системой самой себе; в последнем случае цель будет выражать внутренние потребности системы. Поэтому, вопреки сложившемуся в экономической литературе, так и в исследованиях по теории систем мнению, цели подсистемы, если она, в свою очередь, является целенаправленной

самоуправляемой системой, не могут (и не должны) быть подчинены целям системы, в которую она входит, в силу изначального различия потребностей. Их цели должны быть непротиворечивыми, взаимно не исключающими друг друга, для чего в теории систем разработано немало эффективных процедур,

подробно описанных в соответствующей литературе. Вопреки достаточно распространенному, в частности среди тех, кто разрабатывает и осуществляет социальные реформы, волюнтаристскому взгляду, система может достичь цели не из любого состояния, не при любом начальном условии и тем более не в любой промежуток времени. Чтобы достичь цели, система должна находиться в "области достижимости ".

Основным системообразующим признаком является функция системы. Единого мнения по поводу того, что представляетсобой функция, не сложилось. Анализ научной литературыпозволяет выделить четыре основных группы взглядов на природу ипроисхождение функции системы.

Исследователи первой группы полагают, что функция системы состоит в переработке входов в выходы. Несуразность подобного подхода очевидна: если, например, рассмотреть такую систему, как фирма, выпускающая компьютеры, то ее функцией нужно назвать переработку пластмассы, интегральных схем, идей, энергии и др. в компьютеры. А зачем? Для чего это, в свою очередь, нужно? Практика СССР показала, что подобное понимание функции истощает ресурсы и приводит систему к разрушению.

Вторая точка зрения близка первой и видит функцию в сохранении системы, поддержании ее структуры, т.е. получается, что система должна существовать для того, чтобы существовать.

Третья группа исследователей отождествляет функцию и функционирование системы, определяя вторую как способ или средства достижения цели, как действия, предпринимаемые для этого, однако возможно существование нецелевых систем, осуществляющих функционирование, а значит, и имеющих функцию.

И, наконец, четвертой группой функция рассматривается как смысл существования, назначение, необходимость системы. Именно эту точку зрения и следует признать наиболее близкой к истине, ибо, по определению, функция отражает назначение системы, что исключает и споры по вопросу, каково ее происхождение.

Функция задается системе извне и показывает, какую роль данная система выполняет по отношению к более общей системе, в которую она включена составной частью наряду с другими системами, выступающими для нее средой. Это положение имеет очень важные следствия: импульс к изменению, в том числе и развитию системы, может как генерироваться внутри системы, так и вызываться внешними факторами. Если первое достаточно обосновано еще в рамках материалистической диалектики, то

второе нуждается в логическом обосновании. Во-первых, любое изменение функции, производимое средой, вызывает смену механизма функционирования системы (по определению понятий "функция" и "функционирование"), а это приводит к изменению структуры системы, которое может происходить как в направлении прогресса, так и в направлении регресса. Во-вторых, с усложнением функции в пределах старого строения происходит дифференциация, которая в будущем может вызвать обособление новой части, т.е. развитие системы. Именно то, что функцияопределяет структуру, функционирование и развитиесистемы, дает основание говорить о ней как о главномсистемообразующем факторе.

Немаловажное значение имеет вопрос о соотношении функции и цели системы, особенно для целенаправленных социальных систем, тем более что нередко цель и функция либо отождествляются, либо функцию считают подчиненной цели. По определению, функция отражает назначение системы, ее роль в среде и является объективно обусловленной средой; цель, наоборот,

выражает внутренние потребности системы, имеющей внутренний блок управления, следовательно, об отождествлении цели и функции или подчинении одного другому речь идти не может.

Может утверждаться лишь, что каждая из них в состоянии препятствовать осуществлению другой, или не препятствовать. При этом главенствующая роль принадлежит функции, поскольку именно от нее зависит возможность самого существования системы: если функция не выполняется, влияние среды может быть для системы разрушительным, в то время как обратное

верно не всегда - если система выполняет свою функцию, то недостижение (или достижение) цели, как правило, не несет непосредственной угрозы разрушения. Например, если какая-либо фирма не удовлетворяет потребностей потребителей своей, продукцией (функция), то рано или поздно она разорится. Если же, вполне удовлетворяя потребности, фирма не получает прибыль (одна из возможных целей), она вполне может существовать значительное время.

Конечно, цель оказывает огромное влияние как на структуру, так и на поведение системы и наряду с функцией должна быть признана системообразующим фактором, но при решающей роли функции.

Функционирование - осуществление различных процессов в системе при взаимодействии со средой. Функционирование системы во времени называют ее поведением . Все еще встречающуюся в литературе по теории трактовку поведения как суммы или последовательного набора состояний следует признать неверной, поскольку никакая "сумма" (если вообще можно применять это понятие к качественным категориям) дискретных статических срезов системы не в состоянии показать ее динамические характеристики, одной из которых является поведение (хотя изучение поведения системы

человеком в силу особенностей его мышления происходит так, как подмечено выше, но является отражением законов познающего субъекта, а не познаваемого объекта).

В процессе функционирования система достигает определенного результата - эффекта. Вопрос об эффективности системы, а тем более формализованном ее выражении можно считать до сих пор не разрешенным, хотя определенные высказывания на этот счет имеются.

Поскольку какой бы то ни было эффект (результат), включая, возможно, и достижение какой-либо цели, является продуктом функционирования системы, то эффективность или результативность следует понимать как степень достижения результата, заданного ее функцией, как степень соответствия действительного результата тому, который должен иметь место

при всей полноте выполнения системой своей функции. Иногда оптимум системы отождествляется с эффективностью. В литературе определение оптимума – как экстремума целевой функции системы, - страдает неопределенностью, поскольку неясно, какой экстремум функции - максимум или минимум - имеется в виду. Понятие оптимума системы можно в общем определить следующим образом.

Оптимум системы представляет собой максимально (минимально) достижимое при имеющихся ресурсах значение целевой функции системы.

Таким образом, система может быть эффективной, но не оптимальной; оптимальной, но неэффективной и как эффективной, так и оптимальной.

Как эффективность, так и оптимальность системы сильно зависят от того, насколько эффективны и оптимальны ее подсистемы, и наоборот, однако зависимость здесь не прямая: эффективность функционирования объектов способствует эффективности системы в целом, но не всегда приводит к ней в

силу системного свойства интегративности. Что касается оптимума, то здесь еще более сложная и противоречивая зависимость, которая может быть даже обратной: достижение системой глобального оптимума нарушило бы нормальное функционирование подсистем; а подсистемы не могут одновременно достичь оптимума, ибо это может вывести за допустимые пределы переменные других подсистем.

Дескриптивный подход к определению системы требует также описание основных ее свойств. В качестве общесистемных свойств могут выступать: целостность, иерархичность,интегративность, переходный процесс, устойчивость,управляемость, достижимость, обратная связь,адаптивность, открытость (закрытость).

Дадим краткое описание основным свойствам системы.

Целостность - это общесистемное свойство, заключающееся в том, что изменение любого объекта системы оказывает воздействие на все другие ее объекты и приводит к изменению системы в целом; и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех объектах системы; она означает также

преобразование компонентов, входящих в систему, соответственно ее природе.

Иерархичность системы состоит в том, что она может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, а каждый ее элемент, в свою очередь, является системой. И, наконец, интегративность представляет собой обладание системой свойствами, отсутствующими у ее элементов (верно и обратное - элементы обладают свойствами, не присущими системе).

Реакция системы на какой-либо входной сигнал называется переходным процессом. Переходные процессы систем изображены на рис. 1.2. Эти процессы характеризуются временем переходного процесса Т, величиной

перерегулирования σ (максимальное отклонение Y1 от Y0 за время переходного процесса).

Переходный процесс - это показатель функционирования системы во времени, указывающий как быстро и в какое новое состояние перейдет система в результате появления входного сигнала. Система находится в равновесии, если ее состояние может оставаться неизменным неограниченное время. В системе может быть несколько состояний равновесия.

Под устойчивостью системы понимается ее способность под действием входного сигнала переходить из одного состояния равновесия в другое. На рис. 1.2. переходные процессы I и II соответствуют устойчивой системе, а III - неустойчивой.

Понятие устойчивости связано с величиной воздействия, вызвавшего изменения состояния системы. Надо учитывать предельное значение входного сигнала.

Принцип управляемости выражает необходимость зависимости показателя эффективности, целевой функции от параметров управления системой (входных сигналов).

Достижимость означает что параметры, как самой системы, так и ее среды должны достичь определенных значений.

Обратная связь означает получение информации о результате управления. Обратная связь может быть отрицательной и положительной.

Отрицательная обратная связь характеризуется тем, что выходной сигнал, воздействующий на вход системы, имеет противоположный знак по отношению к входному, вызывающему изменение состояния системы. Системы с отрицательной обратной связью обычно предназначены для

поддержания ее в устойчивом состоянии.

Положительная обратная связь характеризуется тем, что выходной сигнал, подаваемый на вход в качестве обратной связи, имеет одинаковый знак с входным сигналом. Системы с положительной обратной связью неустойчивы.

Свойством адаптивности обладает система, имеющая управление с обратной связью, которая отличается наличием специального адаптивного механизма накапливающего и анализирующего информацию о прошлых управленческих ситуациях, вырабатывающего новое поведение. Адаптивное управление присуще сложным системам, которым в процессе управления приходится изменять программы и стратегии поведения путем обучения.

Теория адаптивного управления пока не получила большого развития, в следствие чрезвычайной сложности формирования процессов обучения.

Открытость - означает, что система имеет связь со средой.

Закрытость – система не имеет связи со средой.

Классификация систем

Системы могут быть разделены на классы по различным признакам. На рисунке 1.3 представлена классификация систем по наиболее общим признакам:

− по природе элементов;

− по происхождению;

− по степени сложности;

− по характеру поведения;

− по степени автоматизации управления;

− по приспособленности к среде;

− по отношению к среде;

− по длительности существования;

− по изменению свойств;

− по характеру реакции на воздействие среды.

Физические системы состоят из изделий, оборудования и машин и, вообще, из естественных или искусственных объектов. Этим системам могут быть противопоставлены абстрактныесистемы, которые не имеют прямого аналога. В абстрактных системах свойства объектов, которые могут существовать только в уме исследователя, представляют символы. Это могут быть: языки (естественные и искусственные), системы исчислений и т.п. Идеи, планы гипотезы и понятия, находящиеся в процессе исследования, могут также быть представлены как абстрактные системы.

Естественные системы - это системы, которые существуют реально, например: механические, биологические, эргодические (человеко-машинные). В свою очередь, искусственные системы являются продуктом человеческого труда и ума.

Разделение систем на простые и сложные является условным.

Мы будем относить к разряду сложных систем те, для которых характерны следующие признаки:

Наличие большого количества взаимодействующих между

собой элементов;

Возможность разбиения системы на подсистемы;

Сложность функционирования системы;

Наличие управления (обработки потоков информации);

Наличие взаимодействия с внешней средой и

функционирование в условиях воздействия случайных факторов.

Рисунок 1.3 Классификация систем управления

Любую сложную систему в соответствии с кибернетическим подходом к исследованию систем можно рассматривать как систему управления , состоящую из двух или более систем. При этом одна из них является управляющей системой , а другая управляемой системой . Адаптивная система - это система, которая способна

приспосабливаться к внешнему воздействию, или, другими словами, в которой происходит непрерывный процесс обучения или самоорганизации.

Системы существуют в определенной окружающей среде и обусловливаются ею. Открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом или энергией регулярным и понятным образом. Деловая деятельность в основном происходит в обстановке открытой системы.

Противоположностью открытым системам являются закрытые системы, у которых отсутствует взаимодействие с внешнейсредой, или которые действуют с относительно небольшимобменом энергией или веществом с окружающей средой. Лучшийпример частично закрытой системы в деловом мире - монополия,процессы и продукты которой защищены патентами или другимисредствами. Отсутствие конкуренции может позволить монополии

действовать менее открытым способом. Сделанные человеком системы являются закрытыми, если они характеризуются как полностью структурированные. Конструирование деловых систем имеет целью переход к открытым системам. Эта цель достигается с помощью обратной связи. Системы, сделанные человеком, могут быть также адаптивными.

Постоянная система - это естественная система, но на практике довольно часто некоторые искусственные системы относят к постоянным системам.

Стабильная система - это система, свойства которой не меняются во времени. В том случае, если изменения все-таки имеют место, то они носят циклический характер.

Пассивные системы не оказывают ответного воздействия на среду. В случае, если ответная реакция имеет место, то такая система является активной.

Как видно из рисунка 1.4, каждая управляемая система в свою очередь может быть представлена системой управления состоящей из управляющей и управляемой систем. Таким образом, любую сложную систему можно рассматривать каккомплекс вложенных друг в друга систем управления . Образно говоря, сложная система - это «матрешка», число, вложений в

которую зависит от целей исследования системы. Они конкретно определяют, какую по счету управляемую систему не следует далее

представлять системой управления с двумя составляющими - управляющей и управляемой.

Функционирование сложной системы как системы управления, состав которой показан на рисунке 1.4, можно представить в виде процесса управления, состоящего из последовательности следующих четырех системных операций:

− операции прогноза;

− операции принятия решения;

− операции планирования;

− операции регулирования или оперативного управления,

состоящей в свою очередь из операций контроля (учет и анализ

выполнения мероприятий плана) и управляющего воздействия в

интересах выполнения плана.

Рисунок 1.4 – Состав системы управления

В общем случае процесс управления является циклическим процессом (рисунок 1.5). Это значит, что каждая из четырех операций может выполняться в цикле в зависимости от возможностей состава системы – количества элементов и их свойств, и воздействия окружающей среды.

Первый цикл - повторение операции контроля до тех пор, пока не обнаружено отклонение мероприятий от плана.

Второй цикл - в случае обнаружения отклонений от плана повторяется операция управляющего воздействия, затем снова выполняется операция контроля.

Третий цикл - повторение операции планирования - корректировки старого плана так, чтобы операция оперативного управления в целом оставалась эффективной. При этом вначале выполняется операция принятия решения.

Четвертый цикл - повторяется операция принятия решения на разработку нового плана, если корректировка старого плана не принесла успеха. При этом, как правило, выполняется и операция прогнозирования.

Рисунок 1.5 – Циклический процесс управления

Такое циклическое повторение характерно для всех сложных систем, нас окружающих. Отличия могут заключаться лишь в той или иной конкретной детализации состава циклов. Теперь несколько слов о простых системах. Главной отличительной чертой простой системы является, как правило,

небольшое количество элементов в составе системы и отсутствие управления.

При большом количестве элементов простые системы называются большими системами .

Состояние простой системы не может меняться (структура, элементы) поскольку отсутствует управление, то есть, нет управляющей части. Состояние простой системы изменяется только под воздействием внешней управляющей системы, когда простая система превращается в управляемую, но не в систему управления.

В отличие от управляющей системы, обрабатывающей информационные потоки, простая система, превращенная в управляемую, обрабатывает материальные или энергетические потоки. На практикетакими системами является различное оборудование,управляемое людьми или автоматами. Подобные системы могутвходить в качестве элементов в состав систем управления,примером которых являются такие сложные системы какпредприятия текстильной или легкой промышленности. Этипредприятия полностью соответствуют определению сложнойсистемы, а значит, системы управления, структура которойопределяется информационными, материальными иэнергетическими связями.

Система - это совокупность элементов произвольной природы, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которая образует определённую целостность . Энергия связей между элементами системы превышает энергию их связей с элементами других систем, тем самым формируя систему в качестве целостного образования. Категория системы задаёт онтологическое ядро системного подхода (см. ). Формы объективации этой категории в разных вариантах подхода различны и определяются используемыми теоретико-методологическими представлениями и средствами.

Понятие системы

Исключительное многообразие представлений о системе в человеческом познании порождает стремление редуцирования характеристик системы к некоторому минимуму. При всём разнообразии истолкований, понимание системы в самом общем плане традиционно включает в себя представление о единстве и целостности взаимосвязанных между собой её элементов , то есть предполагает рассмотрение системы как объекта, прежде всего, с точки зрения целого . Семантическое поле такого понимания включает термины «элемент», «целое», «единство», «связь», «взаимодействие», а также «структура» - схема связей между элементами системы (см. ). Структура системы предполагает упорядоченность, организацию, устройство, обусловленные характером взаимоотношений между элементами и её взаимоотношением со внешней средой, в которых проявляются два противоположных свойства системы: ограниченность (внешнее свойство системы) и целостность (внутреннее свойство системы).

Понятие системы имеет чрезвычайно широкую область применения (практически каждый объект может быть рассмотрен как система), поэтому достаточно полное понимание категории системы предполагает построение семейства соответствующих определений - как содержательных, так и формальных. Лишь в рамках такого семейства определений удаётся выразить основные признаки систем и соответствующие им системные принципы:

1. Целостность - определённая независимость системы от внешней среды и от других систем; определённая зависимость каждого элемента, свойства и отношения системы от его места, функций и так далее внутри целого.
2. Связность - наличие связей и отношений, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента системы;
3. Структурность - возможность описания системы через установление её структуры, то есть схему связей и отношений; обусловленность поведения системы не столько поведением её отдельных элементов, сколько свойствами её структуры.
4. Иерархичность - каждый компонент системы, в свою очередь, может рассматриваться как система, а исследуемая в таком случае система представляет собой один из компонентов более широкой системы.
5. Функция - наличие целей (возможностей), при этом не являющихся простой суммой целей (возможностей) элементов, входящих в систему; принципиальная несводимость (степень несводимости) свойств системы к сумме свойств её элементов называется эмерджентностью .
6. Множественность описания каждой системы - в силу принципиальной сложности каждой системы её адекватное познание требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определённый аспект системы.

Соответственно указанному подходу, общую схему компонентов системы можно представить следующим образом:

1. Элемент системы. Неделимая часть системы, характеризующаяся конкретными свойствами, определяющими её в данной системе однозначно. Множество составляющих единство элементов, их связей и взаимодействий между собой и между ними и внешней средой, образуют присущую системе целостность, качественную определённость и целенаправленность (целеустремлённость). Число различных элементов и их взаимосвязей, которые включает в себя система, определяют её сложность .
2. Связи системы. Совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы: односторонних; двусторонних, многосторонних. Связи определяют важный для системы порядок обмена между элементами веществом, энергией, информацией. Простейшими связями являются последовательное и параллельное соединения элементов и положительная и отрицательная обратные связи. В сложных системах особое значение имеют информационные связи, однако не менее важны и энергетические и материальные связи. Сложная совокупность связей в подобных системах образует такое свойство как иерархичность , которая присуща не только строению, морфологии системы, но и её поведению : отдельные уровни системы обусловливают определённые аспекты её поведения, а целостное функционирование оказывается результатом взаимодействия всех её сторон и уровней.
3. Структура системы. Упорядоченность отношений, связывающих элементы системы, определяет структуру системы как множество элементов, функционирующих в соответствии с установившимися между элементами системы связями. Структуру можно представить как схему - статическую модель системы, которая характеризует только строение системы, не учитывая множества свойств и состояний её элементов. Как правило, при введении понятие структуры систему отображают путём разделения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер. Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания и так далее. При этом, по мере развития исследований или в ходе проектирования структура системы может изменяться. Структуры могут быть представлены в матричной форме, в форме теоретико-множественных описаний, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем. Наиболее распространены следующие классы структур:
   1. Сетевая структура представляет собой декомпозицию системы во времени. Такие структуры могут отображать порядок действия технической системы (например, телефонная сеть, электрическая сеть и тому подобные), этапы деятельности человека (например, при производстве продукции - сетевой график, при проектировании - сетевая модель, при планировании - сетевой план и тому подобные).
   2. Иерархическая структура представляет собой декомпозицию системы в пространстве. Все компоненты и связи существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Такие структуры могут иметь большее число уровней декомпозиции (структуризации). Структуры, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинён одному узлу вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами, или иерархическими структурами с «сильными» связями. Структуры, в которых элемент нижележащего уровня может быть подчинён двум и более узлам вышестоящего, называют иерархическими структурами со «слабыми» связями.
   3. Матричная структура представляет собой иерархическую структуру со «слабыми» связями, которая базируется на принципе множественной иерархии. Отношения, имеющие вид «слабых» связей между двумя уровнями, построены по функциональному принципу и подобны отношениям в матрице, образованной из составляющих этих двух уровней.
   4. Многоуровневая иерархическая структура представляет собой иерархическую структуру с «сильными» и «слабыми» связями, которая базируется на принципе множественной иерархии. Так, в теории систем М. Месаровича предложены особые классы иерархических структур, отличающиеся различными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и различным правом вмешательства вышестоящего уровня в организацию взаимоотношений между элементами нижележащего, для названия которых он предложил следующие термины: «страты», «слои», «эшелоны».
   5. Смешанная иерархическая структура представляет собой структуру с вертикальными и горизонтальными связями.
   6. Структура с произвольными связями может иметь любую форму, объединять принципы разных видов структур и нарушать их.
4. Взаимодействие системы. Процесс взаимного влияния элементов, системы и внешней среды друг на друга, а также совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между их свойствами, когда они приобретают характер взаимодействия.
5. Внешняя среда системы. Всё, что не входит в систему, объединяется понятием «внешняя среда». В сущности, выявление системы есть разделение по определённым основаниям некоторой области материального или абстрактного мира на две части, одна из которых рассматривается как система, а другая - как внешняя среда. Это подразумевает, что внешняя среда представляет собой множество существующих в пространстве и во времени объектов и других систем, которые, как предполагается, действуют на систему тем или иным образом. При этом, между системой и внешней средой существует определённая взаимозависимость - система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, будучи активным компонентом этого взаимодействия.

Свойства системы

Среди множества свойств, присущих системам, выделяются наиболее важные, характеризующие их функционирование:

1. Состояние системы. Набор значений основных параметров системы, определяющий характер её функционирования на определённом временном интервале. Состояние системы можно представить как совокупность состояний её n элементов и связей между ними (двусторонних связей не может быть более чем n (n - 1 ) в системе с n элементами). Задание конкретной системы сводится к заданию её состояний на всём протяжении её жизненного цикла. Реальная система не может находиться в любом состоянии, так как всегда есть известные ограничения - некоторые внутренние и внешние факторы. Возможные состояния реальной системы образуют в пространстве её состояний некоторое множество допустимых состояний системы. Определяют состояние системы (в случае систем материальной природы) либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы.
2. Поведение системы. Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, s1 → s2 → s3 → …), то подразумевается, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности или правила перехода системы из одного состояния в другое. В таких случаях говорят, что система обладает некоторым поведением и выясняют его характер, алгоритм и другие особенности.
3. Равновесие системы. Способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять своё состояние сколь угодно долго (или на протяжении заданного временного интервала) называют состоянием равновесия.
4. Устойчивость системы. Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних (а в системах с активными элементами - внутренних) возмущавших воздействий. Эта способность относительна и обычно присуща системам только тогда, когда отклонения не превышают некоторого предела. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия. Возврат в это состояние может сопровождаться колебательным процессом. Соответственно, в сложных системах возможны неустойчивые состояния равновесия.
5. Развитие системы. Каждая система в своём развитии проходит ряд основных этапов:
   1. возникновение;
   2. становление;
   3. преобразование.

   Возникновение системы - сложный противоречивый процесс, связанный с понятием «нового». Этот процесс, в свою очередь, можно разделить на два этапа:

   1. скрытый этап - появление новых элементов и новых связей в рамках старого;
   2. явный этап, когда накопившиеся новые факторы приводят к скачку - появлению нового качества.

   Процесс становления системы связан с дальнейшим количественном увеличением качественно тождественных множеств её элементов и с появлением у системы новых качеств.

   Противоречие между качественно тождественными элементами является одним из источников развития системы. Следствие этого противоречия - стремление элементов разойтись в пространстве. С другой стороны, существуют системообразующие факторы, которые не дают системе распасться. К тому же существует граница системы, выход за которую может быть губительным для элементов системы и для системы в целом. Кроме того, на каждую систему действуют другие системы, препятствующие расширению системных границ. Всё это определяет целостность как специфическое свойство зрелой системы.

   Приобретаемые системой новые функциональные качества включают в себя специфические свойства, приобретённые системой в процессе её общения с внешней средой. Наиболее перспективными оказываются те элементы системы, функции которых соответствуют потребностям существования системы в конкретной внешней среде. Система в целом становится специализированной. Она может успешно функционировать только в той среде, в которой она сформировалась. Всякий переход системы в другую среду неизбежно вызывает её преобразование.

   Система в период зрелости внутренне противоречива вследствие двойственности своего существования как системы, завершающей одну форму движения и являющейся носителем более высокой формы движения. Даже при благоприятных внешних условиях внутренние противоречия приводят систему в состояние преобразования - неизбежному этапу её развития.

   Внешние причины преобразования системы:

   1. изменения внешней среды;
   2. проникновение в систему чуждых элементов, воздействующих на структуру системы.

   Внутренние причины преобразования системы:

   1. ограниченность пространства развития и обострение противоречий между элементами системы;
   2. накопление ошибок при развитии системы (мутации в живых организмах);
   3. прекращение воспроизводства элементов, составляющих систему.

   Преобразование системы может привести как к гибели системы, так и к возникновению качественно иной системы, причём степень организованности новой системы может быть равной или более высокой, чем степень организованности преобразуемой системы.

   Таким образом, при определённых условиях возможен скачкообразный переход системы на новый более высокий (или более низкий) уровень упорядоченности. Причём переход системы к различным свойственным ей состояниям, а также разрушение системы могут быть результатом как достаточно сильных внешних воздействий, так и относительно слабых флюктуаций длительно существующих или усиливающихся за счёт положительных обратных связей. Переход системы на новый уровень организованности в определённых ситуациях представляет собой случайный процесс выбора системой одного из возможных путей эволюции. Здесь вновь следует подчеркнуть слово «возможных», то есть разумно говорить о создании условий перехода системы в одно из возможных, свойственных ей состояний.

   Возможны два крайних варианта изменения структуры системы, которые можно условно обозначить как революционный и эволюционный. При революционном преобразовании предполагается, что созданию новой организации системы, новой её структуры должна предшествовать насильственная ломка структуры старой. Обычно после такой насильственной ломки система переходит на более низкий уровень упорядоченности, при этом формирование новой структуры затягивается на длительный, порой неопределённый, срок. При эволюционном преобразовании новые отношения формируются в рамках существующей структуры, возникают новые тенденции развития системы. При накоплении количественных изменений возможен и скачкообразный, и в этом смысле революционный, переход системы в новое равновесное состояние - к новой структуре, к которой система «внутренне» готова. В этом случае суть революционного преобразования сводится к уничтожению элементов, препятствующих становлению новой структуры (например, в социально-экономических системах такими элементами являются органы управления).

   Если предположить, что состояние системы может быть представлено набором из n параметров, то каждому состоянию системы будет соответствовать точка в n -мерном пространстве состояний системы, а функционирование системы проявится в перемещении этой точки по некоторой траектории в пространстве состояний. По-видимому, достижение желаемого состояния возможно в общем случае по нескольким траекториям. Предпочтительность траектории определяется оценкой качества траектории и зависит также от ограничений, накладываемых на систему, в том числе внешней средой. Эти ограничения определяют область допустимых траекторий. Для определения предпочтительной траектории из числа допустимых вводится критерий качества функционирования системы - в общем случае [формально] в виде некоторых целевых функций (функционалов, отношений). На предпочтительной [оптимальной] траектории целевые функции достигают экстремальных значений. Целенаправленное вмешательство в поведение системы, обеспечивающее выбор системой оптимальной траектории развития, называется управлением (см. ).

6. Движение системы . Процесс последовательного изменения состояния системы. Движение бывает как вынужденным, так и собственным. Вынужденное движение системы - это изменение её состояния под влиянием внешней среды. Так, примером вынужденного движения системы «организация» может служить перемещение ресурсов по приказу, поступившему в систему извне. Собственное движение системы - это изменение состояния системы без воздействия внешней среды (только под действием внутренних причин). Так, собственным движением системы «человек» будет его жизнь как биологического (а не общественного) индивида, то есть питание, сон, размножение и тому подобное.
7. Ограничения системы. Набор факторов, определяющих условия функционирования системы (реализацию процесса). Ограничения бывают как внутренними, так и внешними. Одним из основных внешних ограничений является цель функционирования системы. Примером внутренних ограничений могут быть ресурсы, обеспечивающие реализацию того или иного процесса.
8. Процессы системы. Совокупность последовательных изменений состояния системы для достижения цели. К процессам системы относятся:
   1. входной процесс - множество входных воздействий, которые изменяются с течением времени;
   2. выходной процесс - множество выходных воздействий на внешнюю среду, которые изменяются с течением времени и определяются выходными величинами (реакциями);
   3. переходный процесс - множество преобразований начального состояния и входных воздействий системы в выходные величины, которые изменяются с течением времени по определённым правилам.
9. Функции системы. Свойства системы, приводящие к достижению цели. Функционирование системы проявляется в её переходе из одного состояния в другое или в сохранении какого-либо состояния в течение определённого периода. В этом смысле поведение системы - это её функционирование во времени. Целенаправленное (целеустремлённое) поведение ориентировано на достижение системой предпочтительной для неё 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 .

Развитие системных представлений

Природная системность человеческого мышления, деятельности и связанных с ними практик является одним из объективных факторов возникновения и развития системных понятий и теорий. Естественный рост системности человеческой деятельности сопровождается её усовершенствованием на протяжении всей истории развития человека. В современном обществе системные представления уже достигли такого уровня, что мысли о полезности системного подхода применительно к любой деятельности являются привычными и общепринятыми.

Претерпев длительную историческую эволюцию, понятие «система» в XX веке становится одним из ключевых философско-методологических, общенаучных и специально-научных понятий. В современном научном (см. ) и техническом (см. ) знании разработка проблематики, связанной с исследованием и конструированием систем разного рода, проводится в рамках системного подхода (см. ), общей теории систем (см. ), различных специальных теорий систем , системном анализе , в кибернетике , системной инженерии (см. ), синергетике (см. ) и многих других областях.

Первые представления о системе возникли в античной философии, выдвинувшей онтологическое истолкование системы как упорядоченности и целостности бытия (см. ), а также идею системности знания (целостность знания, аксиоматическое построение логики, геометрии). В античной философии и науке понятие системы включается в контекст философских поисков общих принципов организации мышления и знания. Для понимания генезиса понятия системы принципиален момент включения мифологических представлений о Космосе, Мировом порядке, Едином и тому подобных категорий в контекст собственно философско-методологических рассуждений. Например, сформулированный в Античности тезис о том, что целое больше суммы его частей, имел уже не только мистический смысл, но и фиксировал проблему организации мышления. Пифагорейцы и элеаты решали проблему не только объяснения и понимания мира, но и онтологического обоснования используемых ими рациональных процедур. Число и Бытие - начала, не столько объясняющие и описывающие мир, сколько выражающие точку зрения становящегося рационального мышления и требование мыслить единство многого. Платон выражает это требование уже в явном виде: «Существующее единое есть одновременно и единое и многое, и целое и части…» Только единство многого, то есть система, может быть, согласно Платону, предметом познания. Отождествление стоиками системы с Мировым порядком можно осмыслить только с учётом всех этих факторов.

Воспринятые от Античности представления о системности бытия развивались как в системно-онтологических концепциях Б. Спинозы и Г. В. Лейбница, так и в построениях научной систематики XVII–XVIII веков, стремившейся к естественной (а не телеологической) интерпретации системности мира (например, классификация К. Линнея). В философии и науке Нового времени понятие системы использовалось при исследовании научного знания; при этом спектр предлагаемых решений был очень широк - от отрицания системного характера научно-теоретического знания (Э. Б. де Кондильяк) до первых попыток философского обоснования логико-дедуктивной природы систем знания (И. Г. Ламберт и другие).

Принципы системной природы знания разрабатывались в немецкой классической философии: согласно И. Канту, научное знание есть система, в которой целое главенствует над частями; Ф. Шеллинг и Г. В. Ф. Гегель трактовали системность познания как наиболее важное требование теоретического мышления. В западной философии второй половины XIX - начала XX века содержатся постановки, а в отдельных случаях и решения некоторых проблем системного исследования: специфики теоретического знания как системы (неокантиантво), особенностей целого (холизм, гештальт-психология), методы построения логических и формализованных систем (неопозитивизм). Определённый вклад в разработку философских и методологических оснований исследования систем внесла марксистская философия, основанная на принципах материалистической диалектики (всеобщей связи явлений, развития, противоречия и других).

Для начавшегося со второй половины XIX века проникновения понятия системы в различные области конкретно-научного знания важное значение имело создание эволюционной теории Ч. Дарвина, теории относительности, квантовой физики, позднее - структурной лингвистики. Возникла задача построения строгого определения понятия системы и разработки оперативных методов анализа систем. Приоритет в этом отношении принадлежит разработанной А. А. Богдановым в начале XX века концепции всеобщей организационной науки - тектологии . Эта теория в своё время не получила достойного признания и только во второй половине XX века значение тектологии Богданова было адекватно оценено.

Ряд конкретно-научных концепций систем и принципов их анализа был сформулирован в 1930–1940-х годах в работах В. И. Вернадского, Т. Котарбиньского, Л. фон Берталанфи. Предложенная в конце 1940-х годов Берталанфи программа построения общей теории систем явилась одной из попыток обобщённого анализа системной проблематики. Именно эта программа системных исследований получила наибольшую известность в мировом научном сообществе второй половины XX века и с её развитием и модификацией во многом связано возникшее в это время системное движение в науке и технических дисциплинах. Дополнительно к этой программе в 1950–1960-х годах был выдвинут ряд общесистемных концепций и определений понятия системы - в рамках кибернетики, системного подхода, системного анализа, системотехники, теории необратимых процессов и других направлений исследований.

Повсеместное распространение идей системных исследований и системного подхода является одной из характерных особенностей научного и технического знания XX века. Развитие инженерного подхода и технологий в XX веке открывает эру искусственно-технического освоения систем. Теперь системы не только исследуются, но проектируются и конструируются. Одновременно оформляется и организационно-управленческая установка: объекты управления также начинают рассматриваться как системы. Это приводит к выделению всё новых и новых классов систем: целенаправленных, самоорганизующихся, рефлексивных и других. Сам термин «система» входит в лексикон практически всех профессиональных сфер. Начиная с середины XX века широко разворачиваются исследования по общей теории систем и разработки в области системного подхода, складывается межпрофессиональное и междисциплинарное системное движение.

В настоящее время основная задача специализированных теорий систем заключается в построении конкретно-научного знания о разных типах и разных аспектах систем, в то время как главные проблемы общей теории систем концентрируются вокруг логико-методологических принципов анализа систем, построения метатеории системных исследований. В рамках этой проблематики особое значение имеет установление методологических условий и ограничений применения системных методов. К числу таких ограничений относятся, в частности, так называемые системные парадоксы, например парадокс иерархичности (решение задачи описания любой данной системы возможно лишь при условии решения задачи описания данной системы как элемента более широкой системы, а решение последней задачи возможно лишь при условии решения задачи описания данной системы как системы). Выход из этого и аналогичных парадоксов состоит в использовании метода последовательных приближений, позволяющего путём оперирования неполными и заведомо ограниченными представлениями о системе постепенно добиваться более адекватного знания об исследуемой системе. Анализ методологических условий применения системных методов показывает как принципиальную относительность любого, имеющегося в данный момент времени описания той или иной системы, так и необходимость использования при анализе любой системы всего арсенала содержательных и формальных средств системного исследования.

Вместе с тем, несмотря на широкое распространение системных исследований, категориальный и онтологический статус «системы как таковой» остаётся во многом неопределённым. Это вызвано, с одной стороны, принципиальными различиями в профессиональных установках сторонников системного подхода, с другой стороны, попытками распространить это понятие на чрезвычайно широкий круг явлений, и наконец, процедурной ограниченностью традиционного понятия системы.

Во всём многообразии трактовок систем продолжают сохраняться два подхода. С точки зрения первого из них (его можно назвать онтологическим или, более жёстко, натуралистическим), системность интерпретируется как фундаментальное свойство объектов познания. Тогда задачей системного исследования становится изучение специфически системных свойств объекта: выделение в нём элементов, связей и структур, зависимостей между связями и тому подобных категорий. Причём элементы, связи, структуры и зависимости трактуются как «натуральные», присущие «природе» самих объектов и в этом смысле объективные. Система в таком подходе полагается как объект, обладающий собственными законами жизни. Другой подход (его можно назвать эпистемолого-методологическим) заключается в том, что система рассматривается как эпистемологический конструкт, не имеющий естественной природы, и задающий специфический способ организации знаний и мышления. Тогда системность определяется не свойствами самих объектов, но целенаправленностью деятельности и организацией мышления. Различие в целях, средствах и методах деятельности неизбежно производит множественность описаний одного и того же объекта, что порождает в свою очередь установку на их синтез и конфигурирование.

Классификация систем

Существенным аспектом раскрытия содержания трактовок систем является выделение различных типов систем, при этом разные типы и аспекты систем - законы их строения, поведения, функционирования, развития и так далее - описываются в соответствующих специализированных теориях систем. Для выделения классов систем могут использоваться различные классификационные признаки. Основными из них считаются: природа элементов системы, происхождение, длительность существования, изменчивость свойств, степень сложности, отношение к среде, реакция на возмущающие воздействия, характер поведения и степень участия людей в реализации управляющих воздействий. К настоящему времени сформировался ряд классификаций систем, использующих указанные основания.

В наиболее общем плане системы можно разделить по природе их элементов на материальные (реальные) и идеальные (абстрактные). Деление систем на материальные и абстрактные позволяет различать реальные системы (объекты, явления, процессы) и системы, являющиеся определёнными отображениями (моделями) реальных объектов или чистыми абстракциями.

Материальные системы представляют собой целостные совокупности объектов различных областей действительности и, в свою очередь, делятся на системы, состоящие из элементов неорганичной природы (физические, геологические, химические и другие) и живые системы, куда входят как простейшие биологические системы, так и очень сложные биологические объекты типа организма, вида, экосистемы. Материальные системы бывают относительно простыми и относительно сложными. Более простые системы состоят из относительно однородных непосредственно взаимодействующих элементов. В более сложных системах элементы группируются в подсистемы, вступающие во взаимоотношения как некоторые целостности. Особый класс материальных живых систем образуют социальные системы, многообразные по типам и формам (от простейших социальных объединений до социально-экономической структуры общества).

Идеальные (абстрактные) системы представляют собой продукты человеческого мышления, элементы которых не имеют прямых аналогов в реальном мире и представляют собой идеальные объекты - понятия или идеи, связанные определёнными взаимоотношениями. Они создаются путём мысленного отвлечения от тех или иных сторон, свойств и/или связей предметов и образуются в результате творческой деятельности человека. Они также могут быть разделены на множество различных типов (особые системы представляют собой научные понятия, гипотезы, теории, системы уравнений и тому подобные). Абстрактной системой является, например, система понятий той или иной науки. К числу абстрактных систем относятся и научные знания о системах разного типа, как они формулируются в общей теории систем, специальных теориях систем и других областях. В современной науке большое внимание уделяется исследованию языка как [семиотической] системы; в результате обобщения этих исследований возникла общая теория знаков - семиотика (см. ).

Задачи обоснования математики и логики (см. ) вызвали интенсивную разработку принципов построения формализованных логических систем . Результаты этих исследований широко применяются во всех областях науки и техники. В целом, формализованные логические системы подразделяются на три основных класса:

1. статические математические системы или модели, которые описывают объект в какой-либо момент времени;
2. динамические математические системы или модели отражают поведение объекта во времени;
3. находящиеся в неустойчивом положении между статикой и динамикой, которые при одних воздействиях ведут себя как статические, а при других воздействиях - как динамические.

В зависимости от происхождения систем, выделяют естественные и искусственные системы. Естественные системы, будучи продуктом развития природы, возникли без вмешательства человека. Искусственные системы представляют собой результат созидательной деятельности человека, причём со временем их количество постоянно увеличивается.

По длительности существования системы подразделяются на постоянные и временные . К постоянным обычно относятся естественные системы, хотя с точки зрения диалектики все существующие системы - временные. К постоянным принято относить и искусственные системы, которые в процессе заданного времени функционирования сохраняют существенные свойства, определяемые предназначением этих систем.

В зависимости от степени изменчивости свойств систем, выделяются статичные и динамичные системы. Для статичной системы характерно, что её состояние с течением времени остаётся постоянным (например, газ в ограниченном объёме - в состоянии равновесия). Динамичная система изменяет своё состояние во времени (например, живой организм). Если знание значений переменных системы в данный момент времени позволяет установить состояние системы в любой последующий или любой предшествующий моменты времени, то такая система является однозначно детерминированной. Для вероятностной (стохастической) системы знание значений переменных в данный момент времени позволяет предсказать вероятность распределения значений этих переменных в последующие моменты времени. Поведение указанных классов систем описывается с помощью дифференциальных уравнений, задача построения которых решается в математической теории систем.

По характеру взаимоотношений систем с внешней средой, выделяют закрытые и открытые системы.

Закрытые (изолированные) системы физически изолированы от внешней среды. Все статические системы являются закрытыми, что, однако, не исключает присутствия динамических процессов в закрытых системах. В соответствии со вторым законом термодинамики, способность изолированных физических систем поддерживать постоянный обмен веществ и энергии со временем ослабевает, в результате чего система расходует запас энергии, вследствие чего энтропия такой системы стремится к своему максимуму. В таких системах нивелируются различия, а процессы самоорганизации в них невозможны. Второе начало термодинамики предсказывает довольно пессимистический прогноз однородного будущего изолированных систем. Изолированных и закрытых систем в природе фактически не существует. Если проанализировать пример любой из таких систем, то можно убедиться, что не существует абсолютных «изолирующих экранов» сразу от всех форм материи или энергии, что любая система быстрее или медленнее развивается или деградирует. В вечности понятия «быстро» и «медленно» смысла не имеют, поэтому, строго говоря, существуют только открытые системы, близкие к равновесию, условно названные открытыми равновесными системами. С этой точки зрения изолированные и закрытые системы - заведомо упрощённые схемы открытых систем, полезные при приближённом решении частных задач.

Открытые системы характеризуются постоянным обменом вещества и энергии с внешней средой. Так, в биологических организмах доминирует подвижное равновесие при постоянном обмене вещества и энергии со средой. Такие открытые системы избегают энтропии через метаболизм и постоянное поступление информации из внешней среды. Все открытые системы характеризуются самостабилизацией и саморегуляцией. Эти системы оказываются способными на поддержание наличного состояния в результате включения процессов контроля. Негативные обратные сигналы противодействуют поступающей информации из среды, элиминируют возмущения и, таким образом, реставрируют желаемое состояние системы. В открытых органических системах способность на динамическую самостабилизацию желаемого состояния называется гомеостазом. Такие системы характеризует плавное равновесие, поскольку абсорбирование возмущений среды приводит не к первоначальному состоянию, а к новому равновесному состоянию. Самоорганизация и морфогенез представляют наиболее общие процессы системных изменений в эволюции открытых систем. В то время как самостабилизация достигается посредством негативных обратных связей, самоорганизация достигается посредством позитивных обратных связей. Развитие системы (морфогенез) предполагает адаптацию первоначального равновесного состояния внешним возмущениям и, соответственно, достижение нового этапа развития. Возмущения среды вызывают усиление механизмов самостабилизации.

Новая трактовка второго начала термодинамики была предложена . По мысли Пригожина, энтропия - это не просто безостановочное соскальзывание системы к состоянию, лишённому какой бы то ни было организации. Необратимые процессы являются источником порядка. В сильно неравновесных условиях может совершаться переход от беспорядка, хаоса к порядку. Могут возникать новые динамические состояния материи, отражающие взаимодействие данной системы с окружающей средой. Эти новые структуры Пригожин называет диссипативными, поскольку их стабильность покоится на диссипации энергии и вещества. Теории неравновесной динамики и синергетики задают новую парадигму эволюции систем, преодолевающую термодинамический принцип прогрессивного соскальзывания к энтропии. С точки зрения этой новой парадигмы, порядок, равновесие и устойчивость систем достигаются постоянными динамическими неравновесными процессами.

В зависимости от реакции на возмущающие воздействия выделяют активные и пассивные системы. Активные системы способны противостоять воздействиям внешней среды и других систем и сами могут воздействовать на них. У пассивных систем это свойство отсутствует.

По характеру поведения все системы подразделяются на системы с управлением и без управления . Класс систем с управлением образуют системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления. Примером систем без управления может служить Солнечная система, в которой траектории движения планет определяются действующими во Вселенной законами гравитации.

В прикладных науках, а также в теории и практике управления широко используются классификации систем в зависимости от степени их сложности и организованности. По этим основаниям системы делятся на большие , простые , сложные и организационные . Как правило, когда речь идёт о различных видах систем управления, прежде всего подразумевается именно такое общее их деление.

К организационным системам относятся социальные системы - группы, коллективы, сообщества людей, общество в целом (см. ).

Простыми системами называют системы, состоящие из ограниченного и относительного малого числа элементов с однотипными одноуровневыми связями. Такие системы с достаточной степенью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями.

Большими системами называют многокомпонентные системы, включающие значительное число элементов с однотипными многоуровневыми связями. Большие системы - это пространственно-распределённые системы высокой степени сложности, в которых подсистемы (их составные части) также относятся к категориям сложных. Дополнительными признаками, характеризующими большую систему, являются:

• большие размеры;
• сложная иерархическая структура;
• циркуляция в системе больших информационных, энергетических и материальных потоков;
• высокий уровень неопределённости в описании системы.

Сложными системами называют структурно и функционально сложные многокомпонентные системы с большим числом взаимосвязанных и взаимодействующих элементов различного типа и с многочисленными и разнородными связями между ними. Сложные системы отличаются многомерностью, разнородностью структуры, многообразием природы элементов и связей, организационной разносопротивляемостью и разночувствительностью к воздействиям, асимметричностью потенциальных возможностей осуществления функциональных и дисфункциональных изменений. При этом каждый из элементов подобной системы может быть также представлен в виде системы (подсистемы). К сложной можно отнести систему, обладающую по крайней мере одним из следующих признаков:

• система в целом обладает свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих её элементов;
• систему можно разделить на подсистемы и изучать каждую из них отдельно;
• система функционирует в условиях существенной неопределённости и воздействия среды на неё, что обусловливает случайный характер изменения её показателей;
• система осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.

В кибернетике мера сложности связывается с понятием разнообразия. В частности, из принципа разнообразия следует, что анализ систем (процессов, ситуаций), обладающих определённым разнообразием, возможен лишь с использованием управляющих систем, способных порождать, по крайней мере, не меньшее разнообразие.

Важной особенностью сложных систем, особенно живых, технических и социальных, является передача в них информации , что обусловливает существенные взаимосвязи их свойств. Поэтому значительную роль в функционировании таких систем играют процессы управления. К наиболее сложным видам подобных систем относятся целенаправленные системы, поведение которых подчинено достижению определённых целей, и самоорганизующиеся системы, способные в процессе функционирования видоизменять свою структуру. При этом для многих сложных систем характерно наличие разных по уровню, часто не согласующихся между собой целей.

Системы, содержащие активные элементы (подсистемы), то есть такие элементы, которые имеют возможность самостоятельно принимать решения относительно своего состояния, называются организационными системами (организациями). В организационных системах свойством целеустремлённости обладает как вся система, так и отдельные её элементы. Этим организация отличается от системы, называемой организмом. Между отдельными элементами (органами) организма существует разделение системных функций, но только организм в целом может быть целеустремлённым.

1. Целостность и делимость . Система - это прежде всœего целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система - целостное образование и, с другой - в ее составе отчетливо бывают выделœены целостные объекты (элементы). При этом следует иметь в виду, что элементы существуют лишь в системе. Вне системы это в лучшем случае объекты, обладающие системнозначимыми свойствами. При вхождении и систему элемент приобретает системноопределœенное свойство взамен системнозначимого. Важно заметить, что для системы первичным является признак целостности, т. е. она воспринимается как единое целое, состоящее из взаимодействующих частей, часто разнокачественных, но одновременно совместимых.

2. Наличие устойчивых связей . Наличие существенных устойчивых связей (отношений) между элементами или (и) их свойствами, превосходящих по мощности (силе) связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему, является следующим атрибутом системы. Система существует как неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ целостное образование, когда мощность (сила) существенных связей между элементами системы на интервале времени, не равном нулю, больше, чем мощность связей этих же элементов с внешней средой. Для информационных связей оценкой потенциальной мощности может служить пропускная способность данной информационной системы, а реальной мощности - действительная величина потока информации. При этом в общем случае при оценке мощности информационных связей крайне важно учитывать качественные характеристики передаваемой информации (ценность, полезность, достоверность и т. п.).

3. Организация . Это свойство характеризуется наличием определœенной организации, что проявляется в снижении энтропии (степени неопределœенности) системы H{S} по сравнению с энтропией системоформирующих факторов H{F), определяющих возможность создания системы.

4 .Эмерджентность . Эмерджентность предполагает наличие таких качеств (свойств), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности.

Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Отсюда можно сделать выводы:

1) система не сводится к простой совокупности элементов;

2) расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них отдельности, нельзя познать всœе свойства системы в целом.

Любой объект, который обладает всœеми рассматриваемыми свойствами можно называть системой. Одни и те же элементы (в зависимости от принципа, используемого для их объединœения в систему) могут образовывать различные по свойствам системы. По этой причине характеристики системы в целом определяются не только и не столько характеристиками составляющих ее элементов, сколько характеристиками связей между ними. Наличие взаимосвязей (взаимодействия) между элементами определяет особое свойство сложных систем - организованную сложность. Добавление элементов в систему не только вводит новые связи, но и изменяет характеристики многих или всœех прежних взаимосвязей, приводит к исключению некоторых из них или появлению новых.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

Система: Определение и классификация

Понятие системы относится к числу основополагающих и используется в различных научных дисциплинах и сферах человеческой деятельности. Известные словосочетания «информационная система», «человеко-машинная система», «экономическая система», «биологическая система» и многие другие иллюстрируют распространенность этого термина в разных предметных областях.

В литературе существует множество определений того, что есть «система». Несмотря на различия формулировок, все они в той или иной мере опираются на исходный перевод греческого слова systema - целое, составленное из частей, соединенное. Будем использовать следующее достаточно общее определение.

Система - совокупность объектов, объединенных связями так, что они существуют (функционируют) как единое целое, приобретающее новые свойства, которые отсутствуют у этих объектов в отдельности.

Замечание о новых свойствах системы в данном определении является весьма важной особенностью системы, отличающей ее от простого набора несвязанных элементов. Наличие у системы новых свойств, которые не являются суммой свойств ее элементов называют эмерджентностью (например, работоспособность системы «коллектив» не сводится к сумме работоспособности ее элементов - членов этого коллектива).

Объекты в системах могут быть как материальными, так и абстрактными. В первом случае говорят о материальных (эмпирических) системах ; во втором - о системах абстрактных. К числу абстрактных систем можно отнести теории, формальные языки, математические модели, алгоритмы и др.

Системы. Принципы системности

Для выделения систем в окружающем мире можно использовать следующие принципы системности .

Принцип внешней целостности - обособленность системы от окружающей среды. Система взаимодействует с окружающей средой как единое целое, ее поведение определяется состоянием среды и состоянием всей системы, а не какой-то отдельной ее частью.

Обособление системы в окружающей среде имеет свою цель, т.е. система характеризуется назначением. Другими характеристиками системы в окружающем мире являются ее вход, выход и внутреннее состояние.

Входом абстрактной системы, например некоторой математической теории, является постановка задачи; выходом - результат решения этой задачи, а назначением будет класс задач, решаемых в рамках данной теории.

Принцип внутренней целостности - устойчивость связей между частями системы. Состояние самой системы зависит не только от состояния ее частей - элементов, но и от состояния связей между ними. Именно поэтому свойства системы не сводятся к простой сумме свойств ее элементов, в системе появляются те свойства, которые отсутствуют у элементов в отдельности.

Наличие устойчивых связей между элементами системы определяет ее функциональные возможности. Нарушение этих связей может привести к тому, что система не сможет выполнять назначенные ей функции.

Принцип иерархичности- в системе можно выделить подсистемы, определяя для каждой из них свой вход, выход, назначение. В свою очередь, сама система может рассматриваться как часть более крупной системы.

Дальнейшее разбиение подсистем на части приведет к тому уровню, на котором эти подсистемы называются элементами исходной системы. Теоретически систему можно разбивать на мелкие части, по-видимому, бесконечно. Однако практически это приведет к тому, что появятся элементы, связь которых с исходной системой, с ее функциями будет трудно уловима. Поэтому элементом системы считают такие ее более мелкие части, которые обладают некоторыми качествами, присущими самой системе.

Важным при исследовании, проектировании и разработке систем является понятие ее структуры. Структура системы - совокупность ее элементов и устойчивые связи между ними. Для отображения структуры системы наиболее часто используются графические нотации (языки), структурные схемы. При этом, как правило, представление структуры системы выполняется на нескольких уровнях детализации: сначала описываются связи системы с внешней средой; потом рисуется схема с выделением наиболее крупных подсистем, далее - для подсистем строятся свои схемы и т.д.

Подобная детализация является результатом последовательного структурного анализа системы. Метод структурного системного анализа является подмножеством методов системного анализа вообще и применяется, в частности, в инженерии программирования, при разработке и внедрении сложных информационных систем. Основной идеей структурного системного анализа является поэтапная детализация исследуемой (моделируемой) системы или процесса, которая начинается с общего обзора объекта исследования, а затем предполагает его последовательное уточнение.

В системном подходе к решению исследовательских, проектных, производственных и других теоретических и практических задач этап анализа вместе с этапом синтеза образуют методологическую концепцию решения. В исследовании (проектировании, разработке) систем на этапе анализа производится разбиение исходной (разрабатываемой) системы на части для ее упрощения и последовательного решения задачи. На этапе синтеза полученные результаты, отдельные подсистемы соединяются воедино путем установления связей между входами и выходами подсистем.

Важно отметить, что разбиение системы на части даст разные результаты в зависимости от того, кто и с какой целью выполняет это разбиение. Здесь мы говорим только о таких разбиениях, синтез после которых позволяет получить исходную или задуманную систему. К таким не относится, например, «анализ» системы «компьютер» с помощью молотка и зубила. Так, для специалиста, внедряющего на предприятии автоматизированную информационную систему, важными будут информационные связи между подразделениями предприятия; для специалиста отдела поставок - связи, отображающие движение материальных ресурсов на предприятии. В итоге можно получить различные варианты структурных схем системы, которые будут содержать различные связи между ее элементами, отражающие ту или иную точку зрения и цель исследования.

Представление системы , при котором главным является отображение и исследование ее связей с внешней средой, с внешними системами, называется представлением на макроуровне. Представление внутренней структуры системы есть представление на микроуровне.

Классифкация систем

Классификация систем предполагает разделение всего множества систем на различные группы - классы, обладающие общими признаками. В основу классификации систем могут быть положены различные признаки.

В самом общем случае можно выделить два больших класса систем: абстрактные (символические) и материальные (эмпирические).

По происхождению системы делят на естественные системы (созданные природой), искусственные, а также системы смешанного происхождения, в которых присутствуют как элементы природные, так и элементы, сделанные человеком. Системы, которые являются искусственными или смешанными, создаются человеком для достижения своих целей и потребностей.

Дадим краткие характеристики некоторых общих видов систем.

Техническая система представляет собой взаимосвязанный, взаимообусловленный комплекс материальных элементов, обеспечивающих решение некоторой задачи. К таким системам можно отнести автомобиль, здание, ЭВМ, систему радиосвязи и т.п. Человек не является элементом такой системы, а сама техническая система относится к классу искусственных.

Технологическая система - система правил, норм, определяющих последовательность операций в процессе производства.

Организационная система в общем виде представляет собой множество людей (коллективов), взаимосвязанных определенными отношениями в процессе некоторой деятельности, созданных и управляемых людьми. Известные сочетания «организационно-техническая, организационно-технологическая система» расширяют понимание организационной системы средствами и методами профессиональной деятельности членов организаций.

Другое название - организационно-экономическая система применяют для обозначения систем (организаций, предприятий), участвующих в экономических процессах создания, распределения, обмена материальных благ.

Экономическая система - система производительных сил и производственных отношений, складывающихся в процессе производства, потребления, распределения материальных благ. Более общая социально-экономическая системаотражает дополнительно социальные связи и элементы, включая отношения между людьми и коллективами, условия трудовой деятельности, отдыха и т.п. Организационно-экономические системы функционируют в области производства товаров и/или услуг, т.е. в составе некоторой экономической системы. Эти системы представляют наибольший интерес как объекты внедрения экономических информационных систем (ЭИС), являющихся компьютеризированными системами сбора, хранения, обработки и распространения экономической информации. Частным толкованием ЭИС являются системы, предназначенные для автоматизации задач управления предприятиями (организациями).

По степени сложности различают простые, сложные и очень сложные (большие) системы. Простые системы характеризуются малым числом внутренних связей и относительной легкостью математического описания. Характерным для них является наличие только двух возможных состояний работоспособности: при выходе из строя элементов система или полностью теряет работоспособность (возможность выполнять свое назначение), или продолжает выполнять заданные функции в полном объеме.

Сложные системы имеют разветвленную структуру, большое разнообразие элементов и связей и множество состояний работоспособности (больше двух). Эти системы поддаются математическому описанию, как правило, с помощью сложных математических зависимостей (детерминированных или вероятностных). К числу сложных систем относятся практически все современные технические системы (телевизор, станок, космический корабль и т.д.).

Современные организационно-экономические системы (крупные предприятия, холдинги, производственные, транспортные, энергетические компании) относятся к числу очень сложных (больших) систем. Характерными для таких систем являются следующие признаки:

сложность назначения и многообразие выполняемых функций;

большие размеры системы по числу элементов, их взаимосвязей, входов и выходов;

сложная иерархическая структура системы, позволяющая выделить в ней несколько уровней с достаточно самостоятельными элементами на каждом из уровней, с собственными целями элементов и особенностями функционирования;

наличие общей цели системы и, как следствие, централизованного управления, подчиненности между элементами разных уровней при их относительной автономности;

наличие в системе активно действующих элементов - людей и их коллективов с собственными целями (которые, вообще говоря, могут не совпадать с целями самой системы) и поведением;

многообразие видов взаимосвязей между элементами системы (материальные, информационные, энергетические связи) и системы с внешней средой.

В силу сложности назначения и процессов функционирования построение адекватных математических моделей, характеризующих зависимости выходных, входных и внутренних параметров для больших систем является невыполнимым.

По степени взаимодействия с внешней средой различают открытые системы и замкнутые системы . Замкнутой называют систему, любой элемент которой имеет связи только с элементами самой системы, т.е. замкнутая система не взаимодействует с внешней средой. Открытые системы взаимодействуют с внешней средой, обмениваясь веществом, энергией, информацией. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой и являются открытыми.

По характеру поведения системы делят на детерминированные и недетерминированные. К детерминированным относятся те системы, в которых составные части взаимодействуют между собой точно определенным образом. Поведение и состояние такой системы может быть однозначно предсказано. В случае недетерминированных систем такого однозначного предсказания сделать нельзя.

Если поведение системы подчиняется вероятностным законам, то она называется вероятностной. В таком случае прогнозирование поведения системы выполняется с помощью вероятностных математических моделей. Можно сказать, что вероятностные модели являются определенной идеализацией, позволяющей описывать поведение недетерминированных систем. Практически отнесение системы к детерминированным или недетерминированным часто зависит от задач исследования и подробности рассмотрения системы.