Глава 3. Особенности социотехнических систем
3.1. Основные характеристики социотехнических систем
Биологические системы являются наиболее высокоорганизованными системами, приспособляемость, гибкость, надежность, экономичность которых пока не могут быть достигнуты при создании искусственных технических систем и тем более социотехнических и управленческих систем типа организаций. Поэтому приведенные ниже понятия, заимствованные из специальных теорий систем (в том числе технических дисциплин), требуют уточнения (отраслевой специализации) при их применении для целей системного анализа и синтеза сложных систем, искусственно организуемых человеком.
Социотехническая система - тип сложных (целенаправленных функциональных самоорганизующихся) систем, состоящих из независимой (доминирующей) организационной и подчиненных ей (зависимых) социальной и технической составляющих, которые способны в процессе функционирования изменять свое поведение и организационную структуру для достижения заданной цели в условиях изменчивости среды.
Взаимодействие этих составляющих носит вероятностный характер, который обусловлен сложностью настройки социальной подсистемы, обладающей большими степенями свободы по сравнению с технической подсистемой. Рост степеней свободы усиливает гибкость (эффективность) социотехнической системы, но в тоже время увеличивает неопределенность достижения результата ее функционирования (т.е. ее неустойчивость). Неустойчивость социотехнической системы преодолевается организационной составляющей (организационным процессом и управленческой функцией) путем согласования (гармонизации) целей, параметров и ритмов ее функционирования со средой, которое в практическом плане реализуется посредством циркулирования информационных потоков (управляемого информационного взаимодействия) в иерархии систем. Главной отличительной особенностью социотехнических систем, в отличие от систем организационно-технических, является наличие (в дополнение к управленческой функции) и преобладание целенаправленного процесса организации (самоорганизации), характер и скорость которого обусловлены состоянием внешней среды70.
В отличие от физиологической кибернетики и биологии, которые являются первоосновой (фундаментом) специальных теорий систем, социотехнические, организационно-технические и технические системы описываются следующими характеристиками, общепринятыми в технической кибернетике и системотехнике.
Состояние - это мгновенная фотография, «срез» системы в ходе ее функционирования или развития. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макрохарактеристики системы (например, давление, скорость, ускорение - для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль - для экономических систем). Таким образом, состояние - это множество существенных характеристик (параметров и показателей), которыми система обладает в данный момент времени.
Поведение – последовательность изменений состояния системы, обусловленная ее способностью переходить из одного состояния в другое. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходных процессов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением, и выясняют его закономерности.
В качестве примера на рис. 1.1 графически представлено поведение некоторой системы (например, шара на бильярдном столе или фигуры на шахматной доске) в двумерном фазовом пространстве состояний.
Функционирование любой системы в пространстве и времени характеризуется некоторой совокупностью ее состояний (поведением), которое может быть описано в определенной системе координат определенной системой параметров и показателей как некая траектория движения системы.
I
Рис. 1.1. Фазовое пространство состояний системы (бильярд)71
Так, если задано пространство состояний Z, то задание отображения конкретного состояния системы означает задание точки Z1 в пространстве состояний Z ее координатами X1 и Y1
Переходный процесс – это реакция системы на воздействие среды (входной сигнал). Переходный процесс характеризуется следующими показателями: временем перехода - Т, максимальной амплитудой отклонения системы от нового состояния – А (ошибка регулирования) и затуханием колебаний системы относительно нового состояния – σ (коэффициент демпфирования или декремент затухания)72.
Данные показатели позволяют оценить как быстро, с какими отклонениями и в какое новое состояние перейдет система в результате воздействия среды (входного сигнала).
На рис.1.2 представлены варианты переходов системы из одного состояния в другое: переходные процессы I и II соответствуют устойчивой системе, а III – неустойчивой.
Равновесие - это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) среды сохранять неизменным свое состояние неограниченное время. При этом система может переходить из одного состояния равновесия в другое под действием среды (входных сигналов) или в силу внутренних причин.
Устойчивость - это способность системы переходить в новое состояние или возвращаться в прежнее состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием воздействий среды.
Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, по аналогии с техническими устройствами называют устойчивым состоянием равновесия.
I
Рис. 1.2. Варианты переходов системы из одного состояния в другое
Равновесие и устойчивость в социально-экономических и организационно-технологических системах - гораздо более сложные понятия, чем в технике, и до недавнего времени ими пользовались только для некоторого предварительного описательного представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организационных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.
Обратная связь – это воздействие выходной величины некоторой системы на вход ее этой же системы. В более широком смысле - воздействие результатов функционирования некоторой системы А на характер этого функционирования (см. рис. 1.3), посредством обратной связи и управляющего органа (УО).
Рис. 1.3. Модель системы с обратной связью
Выходной сигнал системы Y1, несущий информацию о ее состоянии, поступает на вход системы через управляющий орган. При этом он может иметь как одинаковый, так и противоположный знак по отношению к входному сигналу X1, вызвавшему изменение состояния системы.
Если действие обратной связи имеет противоположный знак и направлено на уменьшение отклонения системы от первоначального или вновь заданного состояния (нейтрализацию входного сигнала), то она называется отрицательной обратной связью (коэффициент обратной связи при этом меньше нуля). Системы с отрицательной обратной связью являются устойчивыми.
Если действие обратной связи характеризуется тем, что выходной сигнал, подаваемый в качестве обратной связи на вход, имеет одинаковый знак с входным сигналом и усиливает его, то она называется положительной обратной связью. Системы с положительной обратной связью неустойчивы.
В зависимости от характера связи различают непрерывную, дискретную, статическую (жесткую) и динамическую (гибкую), линейную и нелинейную обратные связи. В системах автоматического управления часто используют дополнительные обратные связи для стабилизации систем или улучшения переходных процессов в них (так называемые корректирующие обратные связи).
Гибкость социотехнических систем - системная характеристика, отражающая способность какой-либо системы адаптироваться к динамике внешних дестабилизирующих воздействий, поддерживая на необходимом уровне эффективность показателей функционирования. Основными принципами реализации гибкости социотехнических систем являются: модульность и способность к адаптации.
Экономичность - это системная характеристика, отражающая отношение достигнутого системой результата к затратам, направленным на его достижение.
В природе любая система располагает ограниченным объемом (запасом) энергии, который расходуется в процессе ее функционирования и пополняется из внешней среды. Следовательно, при прочих равных условиях экономичной (оптимальной, жизнеспособной) будет такая система, которая обеспечивает наименьшее потребление энергии в процессе ее функционирования благодаря высокому уровню ее организации.
Надежность - свойство систем выполнять возложенные на них функции в течение заданного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации. Надежность системы часто определяется надежностью ее наименее надежного звена. В связи с этим для повышения надежности систем управления производством большое значение имеет выявление узких мест в системе управления, а также разработка мер по их устранению. Общими для разных систем мерами обеспечения требуемой надежности является дублирование (резервирование) недостаточно надежных элементов и функциональная избыточность.
Первые работы в области повышения надежности социотехнических систем шли по пути механического дублирования (резервирования) элементов для выполнения отдельных функций (введения избыточных элементов в систему), то есть построения надежных систем из ненадежных элементов.
В идеале, для обеспечения высокого уровня надежности сложных социотехнических систем состав элементов, качество и количество связей между ними не могут быть жесткими, а наоборот, должны обладать гибкостью перестройки во имя достижения результата.
Поэтому альтернативой резервированию систем является функциональная избыточность, которая предполагает для обеспечения заданной надежности функционирования социотехнической системы ее структурную перестройку и функциональную подмену одних элементов (отказавших) другими, выполнявшими ранее иные функции (например, повышение квалификации работников и овладение смежными специальностями, расширение зон обслуживания и т. д.).