Пособие ТСиСА

3

4

ГЛАВА 1. Представление объекта в виде системы

Раскрываются основные понятия теории систем и системного подхода к представлению объектов в виде системы: cистемный подход, система, подсистема, элемент, структура, надсистема, внешняя среда. Рассматриваются основные модели структур, их достоинства и недостатки, а также условия их применения. Предлагается практический пример построения структуры и проведения на ее основе анализа системы.

1.1.Общие теоретические сведения

Воснову исследования систем положен системный подход, конечной целью которого является системное представление объекта исследования.

Системный подход – направление методологии исследования,

воснове которого лежит рассмотрение системы как целостного множества взаимосвязанных компонентов.

Анализ системы на базе классического подхода означает суммирование отдельных компонентов системы в единую модель системы, где каждый из компонентов решает свои собственные задачи и цели, а также изолирован от других компонентов системы. Можно отметить две отличительные стороны классического подхода: наблюдается движение от частного к общему, система образуется путем суммирования отдельных ее компонентов, а возникновение нового системного эффекта и не учитывается.

Вэтой связи классический подход может быть использован для анализа сравнительно простых систем, в которых возможно разделение и взаимно независимое рассмотрение отдельных сторон функционирования реальной системы.

Для модели сложной системы такая разобщенность недопустима, так как приводит к значительным затратам ресурсов при реализации модели на базе конкретных программно-технических средств. С усложнением объектов моделирования возникла необходимость наблюдения их с более высокого уровня. В этом случае система рассматривается как некоторая подсистема надсистемы.

Центральной концепцией теории систем и системного подхода является понятие системы. Понятие «система» используется в случа-

5

ях, когда необходимо охарактеризовать исследуемый или проектируемый объект как нечто целое, единое, сложное.

Под системой понимают совокупность взаимосвязанных некоторой структурой элементов, объединенных единством цели (или назначения) и функциональной целостностью. Структура системы может изучаться извне с точки зрения состава отдельных подсистем и отношений между ними, а также изнутри, когда анализируются отдельные свойства, позволяющие системе достигать заданной цели, т. е. когда изучаются функции системы.

Важным понятием, лежащим в основе развития системы, является цель системы. Цель системы – желательное состояние или результаты поведения системы.

Любая система образуется в результате взаимодействия составляющих ее элементов, причем это взаимодействие придает системе новые свойства, отсутствующие у отдельно взятых элементов. Под элементом понимается простейшая, далее неделимая единица системы, обладающая самостоятельностью по отношению к данной системе. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах данной системы и способе расчленения его внутреннего строения с точки зрения аспекта рассмотрения системы. Неделимость элемента – это понятие, а не его физическое свойство. В зависимости от уровня и целей исследования может потребоваться разложение элемента на составные компоненты: декомпозиция, т. е. рассмотрение его как системы, или объединение нескольких элементов в один – композиция, т. е. рассмотрение системы как элемента. Элемент – это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. В зависимости от целей исследования и размера системы элементы системы могут рассматриваться как подсистемы. Таким образом, в любой системе можно выделить подсистемы различных уровней.

Подсистема представляет собой относительно обособленное (независимое) подмножество элементов системы, для которых можно указать некоторое системообразующее отношение, позволяющее отделить данное подмножество от других элементов системы, а также подцелей, направленные на достижение общей цели системы.

Необходимо отметить, что система, подсистема и элемент – понятия относительные. Любой элемент может рассматриваться как

6

система или как подсистема, если его расчленить на составляющие – элементы. И наоборот, любая подсистема может рассматриваться как система, если входящие в его состав системы рассматривать как элементы.

В качестве важнейшей системной характеристики выступает связь – взаимное ограничение на поведение объектов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии. Связи между подсистемами и элементами ведут к появлению в системе новых свойств, не присущих подсистемам и элементам по отдельности. При этом свойства системы не сводятся к сумме свойств составных элементов. Чем большим числом связей характеризуется система, тем она сложнее. Максимальное количество связей в системе (системы, для которой между двумя элементами допустима одна связь) определяется числом возможных сочетаний между элементами и может быть найдено по формуле: С = n(n–1), где n – количество элементов, входящих в систему; С – количество связей между ними.

Необходимым условием существования системы является внешняя среда. Под внешней средой понимают совокупность равнозначных систем, которые взаимодействуют с рассматриваемой системой, задают правила поведения системы, обмениваются с ней ресурсами (веществом, энергией и информацией).

При этом часть внешней среды, в которую входит изучаемая система, называется надсистемой – более общая система, частью которой является рассматриваемая система.

Главная сложность при построении модели состава системы заключается в том, что вычленение из целостной системы отдельных областей является относительным, условным и зависящим от целей моделирования (это относится не только к границам между областями системы, но и к границам самой системы). Кроме того, относительным является и определение самой малой части – элемента. Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания или от цели создания системы. В соответствии с этим наметился ряд подходов к исследованию структуры системы с ее свойствами, к которым следует прежде всего отнести структурный и функциональный.

7

Конечно, система может быть представлена простым перечислением элементов. Однако для полного исследовании системы данного представления недостаточно, так как требуется выяснить, как в системе обеспечивается выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов, установить взаимосвязи и отношения между элементами и подсистемами. Таким образом, после определения компонентного состава системы, обычно переходят к построению модели структуры системы. На рис. 1 представлена обобщенная модель состава системы.

Рис. 1. Обобщенная модель состава системы

Структурой называют совокупность тех свойств системы, которые являются существенными с точки зрения проводимого исследования, обладают инвариантностью (независимостью или минимальной зависимостью) и обеспечивают целостность системы, отражающих их взаимодействие, устойчивую упорядоченность элементов и связей на всем интересующем исследователя интервале функционирования системы. Обычно в структуру включают не все элементы и связи, а лишь наиболее существенные, которые обеспечивают существование системы.

8

Структуры различают разных типов и топологий:

–линейные (структура станций метро на одной линии, структура электронной книги);

–иерархические (структура управления вузом);

–сетевые (телефонная сеть, железнодорожная сеть, структура организации строительно-монтажных работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно);

–звездные (частный случай иерархии, когда центральная позиция выполняет командные функции) и т.п;

–матричные (структура отдела, где сотрудники выполняют работы по одной и той же тематике).

Структура может быть представлена в виде графических зависимостей, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Рассмотрим основные способы выделения систем:

1.Явление или процесс расчленяется на множество составных элементов и между ними выявляются системообразующие межэлементные связи и отношения, придающие этому множеству целостность. Пример: школа – это система, состоящая из кафедр, специальностей, групп и учеников. Для сложных систем возможно представление не всего исследуемого объекта, явления, или процесса как системы, а только лишь его отдельных сторон, граней, аспектов, разрезов, которые считаются существенными для исследуемой проблемы.

Вэтом случае каждая система в одном и том же объекте выражает лишь определенную грань его сущности. Такое применение понятия системы позволяет досконально и цельно изучать разные аспекты или грани единого объекта. Пример: школа, как система для директора, главного бухгалтера, начальника охраны состоит из совершенно различных подсистем.

2.Способ выделения систем в сложной системе без разбиения ее на подсистемы и элементы, иначе называемым процессным (или функциональным) подходом. Гранями служат существенные процессы (функции), протекающие в сложной системе, а системы принимают участие в этих процессах. В рассматриваемом случае под функцией понимается свойство, приводящее систему к достижению цели. Пример: представление обучения как процесса преобразования

9