ПОНЯТИЕ, КОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИЗУЮТ СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ: ЭЛЕМЕНТ, СВЯЗЬ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИЯ, СОСТОЯНИЕ, ПОВЕДЕНИЕ, ПРОЦЕСС, РАВНОВЕСИЕ, УСТОЙЧИВОСТЬ, РАЗВИТИЕ.

3.1. Элементомназивается некоторый объекто (материальный, энергетический, информационный, который имеет ряд важных свойств, но но внутреннее строение его безотносительно к цели исследования, то есть элемент не поддается декомпозиции при выбранном уровне рассмотрения системы.

Под элементом принято понимать простейшую часть системы, которую условно рассматривают как неделимую. Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначной и зависит от цели и конкретных задач исследования.

Например, в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем, элементами компьютера можно считать процессор, платы, шины, монитор и прочие большие блоки или их составные – микросхемы, транзисторы, соединения и т.п.. Аналогично в системе управления предприятием элементами можно считать приказы, распоряжения, положения и другие нормативно-методические или нормативно-технические документы, которые регламентируют процессы управления, или отдельные показатели, реквизиты, операции организационно-технологических процедур подготовки и реализации управленческих решений.

При необходимости принцип расчленения изменяют, выделяя другие элементы системы, и получают с помощью этого нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте или проблемную ситуацию.

Иногда термин “элемент” применяют в более широком смысле, понимая под ним все составные системы. Однако при многоуровневом членении лучше использовать другие термины, предусмотренные теорией систем. Составляющие, относительно которых неизвестно, являются ли они неделимыми, называют компонентами системы; составляющие, в которых выделяют более элементарные части, называется подсистемами.

Разделение на подсистемы связано с возможностью вычленения совокупностей взаимозависимых элементов (или компонентов), способных выполнять относительно независимые функции (подцели), направленные на достижения общей цели системы. Названием “подсистема” подчеркивается, что такая часть должна иметь свойства системы (в частности, такую, как целостность). Этим она отличается от группы элементов, которая не имеет собственной подцели и которой не присуще свойство целостности. Для таких групп используется понятие компонентов.

Разделяя систему на подсистемы, следует иметь в виду, что так же, как и при членении на элементы, выделение подсистем зависит от цели и может изменяться по мере ее уточнения и развития представлений исследователя об анализируемом объекте или проблемные ситуации.

Вопрос. По каким принципам систему разделяют на подсистемы, компоненты, элементы, и отличаются ли эти понятия друг от друга?

3.2. Функция системы – это то, что выполняет система или может выполнять согласно своего предназначения. Множество функций системы являтся преобразованием предназначения системы в действия. Функцию элемента системы удобно рассматривать как совокупность его состояний в пространстве и во времени. При взаимодействии функций довольно часто возникает новое свойство (свойства), которые не проявляются в каждом отдельном элементе системы. Нпример, сложно понять функцию отдельной части автомобиля изолировано от него. Однако она становится понятной, когда мы видим его взаимодействие с другими, то есть, когда автомобиль движется. Одна и та же функция может выполнятся несколькими способами.

3.3. Понятие структурыявляется одним из основных в системном анализе. По степени связи та пониманию устройства или восприятия системы различают формы, совокупности и структуры.

Форма –это внешния взгляд безотносительно к его сути ( земной шар и бильярдный шар имеют форму шара), геметрическое понятие, которое касается объединения вещей или идей.

Совокупность –это объединение или набор в одно множество безотносительно формы или порядка.

Структура –это множество частей или форм (элементов), которые находятся во взаимодействии и специфическом порядке, необходимом для реализации функций. То есть функция первична к структуре.

Структура системы –это стойкая упорядоченность во времени ее элемнтов и связей. Свойством структуры является возможность существования на протяжении определенного времени с помощью связывающего приспособления для сохранения элементов (частей) и их отношений приблизительно в одном и том же порядке, реагируя при этом на действия среды.

Структура Т формально определяется в виде кортежа - где

- множество подмножеств элементов системы

,

- множество системообразующих отношений междуэтими подмножествами элементов системы

Систему может быть представлена простым перечнями элементов или “черным ящиком” (моделью “вход-выход”). Однако чаще при исследовании объекта недостаточно такого представления, так как нужно выяснить, что представляет собою объект, обеспечивающий выполнение поставленной цели. В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы со взаимосвязями, которые могут иметь разный характер, и вводят понятия структуры.

Структура - все то, что вносит порядок во множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимых для достижения цели.

Пример. Примеры структур: извилины мозга, факультет, государственное устройство, кристаллическая решетка вещества, микросхема. Кристаллическая решетка алмаза - структура неживой природы; пчелиные соты и полосы зебры - структуры живой природы; озеро - структура экологической природы; партия (общественная, политическая) - структура социальной природы, и т.д.

Базовые топологии структур (систем) приведены на 2-5.

Рис. 2.Структура линейного типа

Рис.3.Структура иерархического типа (первая цифра - номер уровня)

Рис. 4.Структура сетевого типа (вторая цифра - номер в пути)

Рис. 5Структура матричного типа

Пример. Примером линейной структуры является структура станций метро на одной (не кольцевой) линии в одном направлении. Примером иерархической структуры может служить структура управления вузом: "Ректор - Проректор - Декан - Заведующий кафедрой, подразделением - Преподаватель кафедры, сотрудник подразделения". Пример сетевой структуры - структура организации работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно. Пример матричной структуры - структура работников отдела НИИ, выполняющих работы по одной и той же теме.

Кроме указанных основных типов структур, используются и другие, образующиеся с помощью их корректных комбинаций - соединений и вложений.

Пример. Из комбинаций "плоскостных временных" матричных структур можно получить матричную "пространственную (время-возрастную)" структуру. Комбинация сетевых структур может вновь дать сетевую структуру. Комбинация иерархической и линейной структур может привести как к иерархической ("навешивая" древовидную структуру на древовидную), так и к неопределенной ("навешивая" древовидную структуру на линейную). Смешанную структуру могут иметь системы открытого акционерного типа, корпорации на рынке с дистрибьютерской сетью и другие.

Из одинаковых элементов можно получать структуры различного типа.

Пример. Макромолекулы различных силикатов получают из одних и тех же элементов (Si, O). Это пример связей вещества и структуры.

Пример. Из одних и тех же составляющих рынка (ресурсы, товары, потребители, продавцы) можно образовывать рыночные структуры различного типа: ОАО, ООО, ЗАО и др. При этом структура объединения может определять свойства, характеристики системы.

В современных компьютерных архитектурах, компьютерных системах и сетях важно правильно выбрать эффективную структуру и топологию.

Пример. Последовательная структура используется при организации конвейерных вычислений на суперкомпьютерах (конвейерных вычислительных структурах ). Сетевая структура (в частности, типа "бабочка") используется для организации вычислений специализированных структур, в частности, для быстрого преобразования Фурье, которое используется для обработки спутниковой информации и во многих других отраслях. Древовидные сети подвержены влиянию переменных задержек, когда данные из всех узлов одного поддерева должны быть переданы на другое поддерево. Двумерные решетки (матрицы) часто применяются для обработки изображений. Матрично-матричная структура - гиперкуб используется для связи каждого из 2ⁿ узлов с каждым, который отличен в одном двоичном разряде, и организации их независимой работы по выполнению отдельных частей большой программы ( задачи ); в частности, компьютер такой архитектуры эффективно играл с Г.Каспаровым в шахматы.

Структура является связной, если возможен обмен ресурсами между любыми двумя подсистемами системы (предполагается, что если есть обмен i-й подсистемы с j-й подсистемой, то есть и обмен j-й подсистемы с i-й).

Если структура или элементы системы плохо (частично) описываемы или определяемы, то такое множество объектов называется плохо или слабо структурируемым (структурированным).

Таково большинство социально-экономических систем, обладающих рядом специфических черт плохо структурируемых систем, а именно:

1. мультиаспектностью и взаимосвязанностью происходящих в них процессов (экономических, социальных и т.п.), невозможностью их структурирования, так как все происходящие в них явления должны рассматриваться в совокупности;

2. отсутствием достаточной информации (как правило, количественной) о динамике процессов и применимостью лишь качественного анализа;

3. изменчивостью и многовариантностью динамики процессов и т.д.

Пример. Плохо структурируемы будут проблемы описания многих исторических эпох, проблем микромира, общественных и экономических явлений, например, динамики курса валют на рынке, поведения толпы и др.

Плохо формализуемые и плохо структурируемые проблемы (системы) наиболее часто возникают на стыке различных наук, при исследовании синергетических процессов и систем.

"Система" в переводе с греческого означает "целое, составленное из частей". Это одна из абстракций системного анализа, которую можно конкретизировать, выразить в конкретных формах.

Можно теперь дать и следующее, более полное определение системы.

Система - это средство достижения цели или все то, что необходимо для достижения цели (элементы, отношения, структура, работа, ресурсы) в некотором заданном множестве объектов (операционной среде).

Структура (от лат. “structure” – строение, расположения, порядок) отображает определенные взаимосвязи, взаиморазмещение составных частей системы, ее строение. При этом в сложных системах структура отображает не все элементы и связи между ними, а лишь наиболее важные компоненты и связи, которые мало изменяются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. В случае, если стараются применить понятие структуры к простым, целиком детерминованным объектам, термини “система” и “структура” практически совпадают. Другими словами, структура характеризует организованность системы, стойкую упорядоченность ее элементов и связей.

Связи — это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Связь — одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, т.е., иными словами, связи выражают законы функционирования системы. Связи различают по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.

Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Открытие принципа обратной связи явилось выдающимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последствия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обрат­ных связей.

Рис.6 Пример обратной связи

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Основными функциями обратной связи являются:

1. противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);

2. компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

3. синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

4. выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависимость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математический аппарат для иссле­дования этих связей, называемый «корреляционными зависимос­тями».

Таким образом, структура – это стойка взаимная связь между элемнтами системы, которая обеспечивает ее целосность. Структура – самая консервативная характеристикак системы, хотя состояние системя изменяется, структура ее сохраняется. Если рссматривать понятие структура во взаимосвязи с понятием цель, то под структурой следует понимать способ достижения цели.

3.4. Изменения и преобразования, которые происходят в сложных системах, как правило, сразу не удается подать в форме математических соотношений или хотя бы алгоритмов. Поэтому для того, чтобы хоть как-то охарактеризовать стабильную ситуацию или ее изменения, используются специальные термини, заимствованные теорией систем из физики, биологии, философии, кибернетики и других наук. Рассмотрим основные из этих терминов.

Состояние. Понятием “состояние” характеризуют мгновенную фотографию, “срез” системы, остановку в ее развития. Его определяют или через входные влияния и исходные сигналы (результаты), или через макропараметры, макросвойства системы (давление, скорость, температура, уставный фонд и т.п.). Так, говорят о состоянии покоя (стабильные входные влияния и исходные сигналы), о состоянии равномерного прямолинейного движения (стабильная скорость) и т.д.

Состояние системы – это зафиксированное значение важных для целей исследования характериситк системы. Изменеие некоторых из этих характеристик означает переход системы в другое состояние. Таким обрахом получают набор состояний, который является процессом.