Основы теории систем и системного анализа

1.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ СИСТЕМ И СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

1.1. Определение системы

Существует несколько десятков определений понятия «система». Прямой перевод этого слова с греческого означает «состав», т. е. нечто составленное, соединённое из частей. Это свойство членимости (делимости) отражается практически во всех определениях системы. Однако система — не просто множество, совокупность частей. Компоненты системы находятся во взаимосвязи, они определенным образом организованы, благодаря чему и обеспечивается целостность системы. Примеры соответствующих определений системы:

система — «организованное множество» (Ф.Е. Тем-

ников [13]);

«комплекс взаимодействующих компонентов» (Л. фон Берталанфи» [14]);

«система — это совокупность элементов, находящихся

вотношениях и связях между собой и образующих некоторое целостное единство» (Философский словарь [15]);

«система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое» (Ф.П. Тарасенко [2]).

Некоторые исследователи подчеркивают, что отношения,

существующие между частями системы, обусловливают оп-

ределенные свойства системы как целого, ее качество1:

«система есть совокупность объектов, свойство которой определяется отношением между этими объектами» (Ф.И. Перегудов и др. [16]);

система — «множество объектов, на котором реализуется определенное отношение с фиксированными свойствами» (А.И. Уемов [17]);

1 Качество — это свойства предмета, необходимые и достаточные для его отличения [18].

11

«система — это множество элементов, структура которого является необходимым и достаточным условием наличия качества данного множества» (В.Н. Сагатовский [18]).

Все выше приведенные определения являются дескриптивными, т. е. описательными, объясняющими, что представляет собой система, из чего она состоит и чем характеризуется. Однако они не объясняют, как выделить систему, что считать системой. Ведь практически любой предмет, объект, любую вещь можно рассматривать как систему, причем один

итот же объект может быть представлен как различные системы. Например, предприятие мы можем рассматривать как социальную систему, если в центре внимания оказываются отношения между работниками, или как технологическую, если исследуются взаимосвязи производственных операций, или как экономическую, если подсистемы предприятия описываются в экономических терминах.

В конструктивных определениях система рассматрива-

ется как функция от цели, т. е. что считать системой определяется тем, для чего, с какой целью человек выделяет систему. Таким образом, в определение системы вводятся такие понятия, как субъект (наблюдатель, исследователь) и цель (задача) исследования системы:

«система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания» (Ю.И. Черняк [19]);

«система есть конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала» ([16]);

«системой является то, что мы хотим рассматривать как систему» (Дж. Клир [12]).

Субъективность восприятия системы не отрицает объективности ее существования. В понятии системы объективное

исубъективное составляют диалектическое единство, ведь система — это абстракция, вводимая для объяснения сложных объектов реального мира, а также для целенаправленной деятельности человека, решающего сложные проблемы.

12

При выделении искусственных систем, создаваемых человеком, понятие цели является определяющим. Приведем примеры определений подобных систем:

«система есть средство достижения цели» (Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко [2]);

«система — это средство решения проблемы» (С. Оптнер [20]).

В связи с вышесказанным нельзя считать, что только искусственные системы характеризуются целенаправленностью. Нужно отметить, что цель — есть понятие более широкое, чем сознательная цель, которая ставится человеком. В самом общем плане цель — это состояние, к которому направлена тенденция движения объекта [16], или результат реализации объективных закономерностей [2]. И в этом смысле можно различать субъективные и объективные цели.

Определение системы через термины теории мно-

жеств. Самому общему определению системы как совокуп-

ности взаимосвязанных элементов соответствует следующая

запись (рис. 1.1, а):

S V , R ,

def

где V — множество элементов системы;

R — множество отношений между элементами.

Рис. 1.1. Представление системы в виде множеств:

а — с однородными элементами; б — с разнородными элементами

13

Если система состоит из элементов различной природы, то систему можно задать следующим образом (рис. 1.1, б):

S V1 V2 Vn

или S V1, V2 , , Vn , R ,

def

где Vi — множество однородных элементов некоторого вида. Иногда все элементы разделяют на два типа множеств:

множество входных объектов X, воздействующих на систему, и множество выходных результатов Y. В этом случае систему определяют как S X Y .

Можно задать систему как функцию выходных объектов от входов S : X Y .

Определению системы, в которое дополнительно введено множество свойств Q, характеризующих как отдельные элементы, так и всю систему в целом, соответствует запись

S V1, V2 , , Vn , Q, R ,

def

Q Qs Qv ,

где Qs — множество свойств системы; Qv — множество свойств элементов.

Конструктивное определение системы, включающее наблюдателя N (лицо, представляющее объект или процесс в виде системы) и цель (совокупность или структуру целей) Z, может быть представлено как

S V1, V2 , , Vn , Q, R, N, Z .

def

Дополнительно в формулу могут быть введены: окружающая среда Sr системы и интервал времени T, т. е. период, в рамках которого будет существовать система и её цели:

S V1, V2 , , Vn , Q, R, N, Z, Sr, T .

def

Определение системы через свойства систем. Ввиду множественности определений системы очень часто систему определяют через свойства. В список свойств, присущих любым системам, разные авторы включают разные свойства, но большинством авторов упоминаются следующие:

14

1)целостность. Всякая система обладает целостностью, обособленностью от окружающей среды, выступает как нечто единое, обладающее общими свойствами и поведением;

2)делимость. Целостность системы не означает ее однородности и неделимости: в системе всегда можно выделить определенные составные части;

3)коммуникативность. Изолированность систем является относительной, поскольку элементы, образующие систему, взаимодействуют со средой. Цельность системы основана на том, что внутрисистемные связи между элементами в каком-то отношении сильнее, существеннее, важнее, чем внешние связи со средой [2];

4)динамичность. В результате внешних и внутренних взаимодействий все системы находятся в динамике, подвержены постоянным изменениям. Они не являются застывшими, неизменными образованиями;

5)развитие. Несмотря на постоянные возмущающие воздействия со стороны внешней среды открытые системы способны не только стабильно функционировать и поддерживать динамический баланс со средой, но и усложнять свою внутреннюю структуру, развиваться;

6)целеустремленность. Динамика системы как последовательность изменений ее состояния, как правило, носит не случайный характер. Она отражает целенаправленность системы. Именно цель определяет и структуру, и функцию системы.

Первые три свойства выходят на первый план при структурном (статическом) подходе к системам, т. е. при исследовании строения системы и так называемой надсистемы — системы более высокого порядка, включающей исходную систему. Остальные свойства исследуются при функциональном (динамическом) подходе, т. е. при изучении процессов функционирования и развития систем.

Перечисленные выше и некоторые другие свойства систем, а также связанные с ними понятия и закономерности, более подробно будут рассмотрены в двух следующих параграфах.

15

1.2.Закономерности систем: статический подход

Иерархичность. В соответствии со свойством делимости система всегда рассматривается как совокупность частей — компонентов системы. При этом составные части сами могут состоять из других, более мелких, частей. Различают понятия элемента системы и подсистемы.

Элементы — это части системы, которые мы рассматриваем как неделимые. Подсистемами называются части системы, состоящие более чем из одного элемента.

При этом ответ на вопрос, что считать элементом, а что — подсистемой, не всегда однозначен. Например, в качестве элементов системы управления компанией можно считать сотрудников компании. Однако каждого сотрудника можно рассматривать как человеческий организм, состоящий из различных органов, которые, в свою очередь, также могут быть разделены на составные части и т. д. Поэтому не случайно в определении элемента указано, что это части, которые мы рассматриваем как неделимые. Предел делимости определяется целями рассмотрения системы, т. е. с точки зрения решения конкретной задачи.

Неоднозначен также и ответ на вопрос, как проводить границы между подсистемами. Расчленение системы на подсистемы может быть выполнено различными способами и определяется используемыми основаниями декомпозиции (признаками разбиения)2. Например, для предприятия подсистемы можно выделить по пространственному расположению (региональные отделения), а можно — по функциональному признаку (подсистемы снабжения, маркетинга, сбыта, финансов, научных исследований и т. д.) или по видам выпускаемой продукции.

В любом случае в качестве подсистем должны выступать более или менее самостоятельные части системы, обладаю-

2 Более подробно декомпозиция и основания декомпозиции будут рассмотрены в разделе 2 (п. 2.4.1).

16

щие определенной целостностью, т. е. они сами могут рассматриваться как системы более низкого уровня. Связи элементов внутри подсистем должны быть сильнее, чем связи между подсистемами.

Очевидно, что и сама система может рассматриваться как подсистема более крупной системы. Например, предприятие может быть частью производственного объединения. Можно рассматривать предприятие как часть отрасли, региона, наконец, как часть экономической системы страны.

Таким образом, для любой системы применим принцип иерархичности: отдельные компоненты системы (и сама система) выступают как части системы более высокого уровня и одновременно как системы для компонентов низшего уровня.

Вложенность более мелких частей системы в более крупные схематически может быть представлена в виде многоуровневой иерархии (рис. 1.2). На верхнем уровне иерархии представлена система в целом, на нижнем уровне — элементы системы, на промежуточных уровнях — подсистемы.

Необходимо подчеркнуть, что когда говорят о свойстве иерархичности систем, как правило, имеют в виду иерархичность состава системы. Отношения между частями системы при этом имеют смысл «состоять из …» или «являться частью …» (в литературе часто встречаются английские варианты названия этого вида отношений — «include» и «part of»). Структуры на основе этого вида отношений всегда представляют собой иерархию. Структуры же, отражающие другие виды отношений, могут принимать совершенно разные формы3.

Например, организационная структура управления компанией, включающая отношения подчиненности между сотрудниками, может быть не только иерархической, но и матричной, сетевой.

Иерархическая упорядоченность систем была в числе первых закономерностей теории систем, которые выделил и исследовал Л. фон Берталанфи. Очень образно сформулировал данную закономерность Кёстлер.

3 Различные формы структур будут рассмотрены в подразд. 2.2 и 2.5

17