Упорядоченность системы характеризуется ее. Закономерности иерархической упорядоченности систем

1. Основные понятия теории систем (определение системы, внешней среды, объекта, элемента; системы представлений)

Система - это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Исследование объекта как системы предполагает использование ряда систем представлений (категорий) среди которых основными являются:

Структурное представление связано с выделением элементов системы и связей между ними.

Функциональные представление систем - выделение совокупности функций (целенаправленных действий) системы и её компонентов направленное на достижение определённой цели.

Макроскопическое представление - понимание системы как нерасчленимого целого, взаимодействующего с внешней средой.

Микроскопическое представление основано на рассмотрении системы как совокупности взаимосвязанных элементов. Оно предполагает раскрытие структуры системы.

Иерархическое представление основано на понятии подсистемы, получаемом при разложении (декомпозиции) системы, обладающей системными свойствами, которые следует отличать от её элемента - неделимого на более мелкие части (с точки зрения решаемой задачи). Система может быть представлена в виду совокупностей подсистем различных уровней, составляющую системную иерархию, которая замыкается снизу только элементами.

Процессуальное представление предполагает понимание системного объекта как динамического объекта, характеризующегося последовательностью его состояний во времени.

Объектом познания является честь реального мира, которая выделяется и воспринимается как единая целая в течении длительного времени. Объект может быть материальным или абстрактым, естественным или искусственным. Объект обладает бесконечным набором свойств. Но на практике необходим ограниченный набор свойств, которые нам важны.

Внешняя среда - Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, - образуют систему.

Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой».

Из этих рассуждений вытекает, что немыслимо рассматривать систему без ее внешней среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

В зависимости от воздействия на окружение и характер взаимодействия с другими системами функции систем можно расположить по возрастающему рангу следующим образом:

пассивное существование;

материал для других систем;

обслуживание систем более высокого порядка;

противостояние другим системам (выживание);

поглощение других систем (экспансия);

преобразование других систем и сред (активная роль).

Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистемы), а с другой, как надсистема системы более низкого порядка (подсистема). Например, система «производственный цех» входит как подсистема в систему более высокого ранга - «фирма». В свою очередь, надсистема «фирма» может являться подсистемой «корпорации».

Обычно в качестве подсистем фигурирует более или менее самостоятельные части систем, выделяемые по определённым признакам, обладающие относительной самостоятельностью, определённой степенью свободы.

Компонент - любая часть системы, вступающая в определённые отношения с другими частями (подсистемами, элементами).

Элементом с истемы является часть системы с однозначно определёнными свойствами, выполняющие определённые функции и не подлежащие дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя).

Понятие элемент, подсистема, система взаимопреобразуемы, система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка (метасистема), а элемент при углубленном анализе, как система. То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой приводит к 2 аспектам изучения систем: на макро- и микро- уровнях.

При изучение на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой. Причём системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель), условия её функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.

На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.

Для изучения системы сочетаются оба компонента.

2. Понятия структуры системы. Связи и их виды.

Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы опережает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.

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. - 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:

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

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

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);

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 и косвенную зависимость между элементами. Теория вероятности предлагает специальный математический аппарат для исследования этих связей, называемый корреляционный анализ.

Критерии - это признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы её цели при заданных ограничениях

Эффективность системы - соотношение между целевым результатом функционирования и фактически реализованным.

Часто на входе и выходе присутствуют ограничения - обеспечивает соответствие между выходом системы и требованиями ко входу в последующую систему. Если требования не выполняются, ограничение не пропускает его через себя, то есть, работает по принципу фильтра.

Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в текущий момент.

3. Основные свойства систем.(6 свойств).

Под свойством понимают сторону объекта (его характеристику), обуславливающую его отличие или сходство с другим объектом, либо проявляющиеся при взаимодействии.

Из определения системы следует, что главным свойством является целостность или единство, обеспечиваемое взаимосвязями между компонентами и проявляющееся в возникновении новых свойств, которыми отдельные элементы не обладают.

Это свойство называют свойством эмержентности.

Эмержентность - свойство систем, обуславливающее появление новых свойств и качеств, не присущих отдельным элементам системы. В основе лежит принцип, противоположный редукционизму, который утверждает, что целое можно изучать, разделив его на части и затем, определив свойства частей, определить свойства целого.

Целостность - каждый элемент системы вносит свой вклад в реализацию цели системы.

Целостность и эмержентность - интегративные свойства системы.

Целостность заключается в том, что каждый из компонент обеспечивает собственную закономерность функциональности и достижения цели.

Наличие интегративных свойств является одной из важнейших черт системы. Целостность проявляется в том, что система обладает собственной закономерностью функциональности, собственной целью.

Организованность - сложное свойство систем, заключающиеся в наличие структуры и функционирования (поведения). Непременной принадлежностью систем является их компоненты, именно те структурные образования, из которых состоит целое и без чего оно не возможно.

Функциональность - это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же определяется цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.

Структурность - это упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структурой системы существует взаимосвязь, как между философскими категориями содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой изменение формы (структуры), но и наоборот.

Важным свойством системы является наличие поведения - действия, изменений, функционирования и т.д. Считается, что это поведение системы связано со средой (окружающей), т.е. с другими системами с которыми она входит в контакт или вступает в определенные взаимоотношения. Процесс целенаправленного изменения во времени состояния системы называется поведением. В отличие от управления, когда изменение состояния системы достигается за счет внешних воздействий, поведение реализуется исключительно самой системой, исходя из собственных целей.

Еще одним свойством является свойство роста (развития ). Развитие можно рассматривать как составляющую часть поведения (при этом важнейшим).

Фундаментальным свойством систем является устойчивость , т.е. способность системы противостоять внешним возмущающим воздействиям. От нее зависит продолжительность жизни системы. Простые системы имеют пассивные формы устойчивости: прочность, сбалансированность, регулируемость, гомеостаз. А для сложных определяющими являются активные формы: надежность, живучесть и адаптируемость. Если перечисленные формы устойчивости простых систем (кроме прочности) касается их поведения, то определяющая форма устойчивости сложных систем носят в основном структурный характер.

Надежность - свойство сохранения структуры систем, несмотря на гибель отдельных ее элементов с помощью их замены или дублирования, а живучесть - как активное подавление вредных качеств. Таким образом, надежность является более пассивной формой, чем живучесть.

Адаптируемость - свойство изменять поведение или структуру с целью сохранения, улучшения или приобретение новых качеств в условиях изменения внешней среды. Обязательным условием возможности адаптации является наличие обратных связей.

4. Классификация систем по содержанию. Дайте краткое описание каждого класса.

Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации.

Система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками и соответственно ей может быть найдено место в различных классификациях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии исследования. Обычно цель классификации ограничить выбор подходов к отображению систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего класса.

Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и искусственные (антропогенные).

Естественные системы : системы неживой (физические, химические) и живой (биологические) природы.

Искусственные системы: создаются человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий. Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные (общественные). Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в определенных целях.

К социальным системам относятся различные системы человеческого общества.

Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать свое состояние. Эти системы выступают как части более крупных, включающие людей - организационно-технических систем.

Организационная система, для эффективного функционирование которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой . Примеры человеко-машинных систем: автомобиль - водитель; самолет - летчик; ЭВМ - пользователь и т.д.

Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, предназначенная для целенаправленных действий с задачей достижения в процессе функционирования заданного результата. Отличительными признаками технических систем по сравнению с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными элементами является конструктивность (практическая осуществляемость отношений между элементами), ориентированность и взаимосвязанность составных элементов и целенаправленность.

Для того чтобы система была устойчивой к воздействию внешних влияний, она должна иметь устойчивую структуру. Выбор структуры практически определяет технический облик как всей системы, так ее подсистем, и элементов. Вопрос о целесообразности применения той или иной структуры должен решаться исходя из конкретного назначения системы. От структуры зависит также способность системы к перераспределению функций в случае полного или частичного отхода отдельных элементов, а, следовательно, надежность и живучесть системы при заданных характеристиках ее элементов.

Абстрактные системы являются результатом отражения действительности (реальных систем) в мозге человека. Их настроение - необходимая ступень обеспечения эффективного взаимодействия человека с окружающим миром. Абстрактные (идеальные) системы объективны по источнику происхождения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.
Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определенные аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и эвристические модели, а ко вторым - концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.

5. Классификация систем на 9 групп. Дайте краткое описание каждого класса.

Открытой называют систему, взаимодействующую с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. При описании структуры таких систем, внешние коммуникационные каналы стараются разделить на входные и выходные.

У открытой системы по крайней мере 1 элемент имеет связь с внешней средой.

В реальной системе количество взаимосвязей огромно. Поэтому одной из задач исследователя является выделение и включение в систему только существенных связей. Несущественные отбрасываются.

Закрытая система - та, которая не взаимодействует со средой, либо взаимодействует с ней строго определённым образом. Во втором случае существую входные каналы, но воздействие среды носит неизменный характер и заранее полностью известно. В таком случае, такие воздействия относят непосредственно к системе, что позволяет рассматривать её как закрытую.

Комбинированные системы содержат в себе открытые и закрытые подсистемы. То есть, в них можно выделить одну или несколько подсистем, взаимодействуя с окружающей средой, а остальные подсистемы являются закрытыми.

Простые системы - не имеют разветвлённых структур и состоят из небольшого количества взаимосвязей и элементов. Служит для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархических уровней. Отличительной особенностью является детерминированность (чёткая определённость) номенклатуры, числа элементов и внутренних и внешних связей.

Сложные - содержат большое число элементов и внутренних связей, отличаются структурным разнообразием. Выполняет сложную функцию или ряд функций. Могут быть легко поделены на подсистемы. Систему называют сложной, если для её познания требуют привлечения нескольких научных дисциплин, теорий, моделей, а также, учёта неопределённости.

Модель - некое описание (математическое, вербальное, и т. д.) системы или подсистемы, отражающее группу и её свойство.

Систему называют сложной, если в действительности существенно проявляются следующие признаки сложности:

Структурная сложность

Основные понятия связей:

Структурные

Иерархические

Функциональные

Каузальные (причинно-следственные)

Информационные

Пространственно-временные

Сложность функционирования (поведения)

Сложность выбора поведения.В многоальтернативных ситуациях выбор поведения определяется целью системы.

Сложность развития.

Определяется характеристиками эволюционных или стохастических процессов.

Эти признаки следует рассматривать во взаимосвязи. Сложным системам присущи слабая предсказуемость, скрытность, и разнообразие возможных состояний.

Большой системой называют такую систему, которую невозможно наблюдать одновременно с позиции одного наблюдателя во времени и пространстве. То есть, для неё существенен пространственный фактор. Число её подсистем очень велико, а состав разнороден. При анализе и синтезе больших и сложных систем основополагающими являются процедуры декомпозиции и агрегирования.

Для специализированных систем характерна единственность назначения и узкая специализация обслуживающего персонала. В универсальных системах множество действий также выполняется на единой структуре, однако, состав функций по их виду и количеству менее однороден.

Автоматические - однозначно реагируют на ограниченный набор внешних взаимодействий. Внутренняя организация имеет несколько равновесных состояний.

Решающие - имеют постояннные критерии различения внешних воздействий и постоянные реакции на них.

Самоорганизующиеся - имеют гибкие критерии различения и гибкие реакции на внешние воздействия. Могут приспосабливаться к воздействиям. Обладают признаками диффузных систем, стохастичностью поведения и нестабильностью параметров и процессов. Способны незначительно изменять структуру. Например: биологические организации, коллективное поведение людей и т. д. Если по своей устойчивости превосходит внешние воздействия, то это предвидящие системы . То есть, могут предвидеть дальнейший ход событий.

Превращающиеся системы - воображаемые сложные системы на высшем уровне сложности, не связанные постоянством существующих носителей. Они могут менять вещественные носители и свою структуру, сохраняя индивидуальность.

Детерминированными называют системы, для которых их состояние однозначно определяется начальным моментом и может быть предсказано для любого последующего момента времени. Стохастические системы - системы, изменения в которых носит случайный характер. В этом случае, начальных данных для предсказания недостаточно.

Систему называют централизованной, если одной из её части принадлежит доминирующая (центральная) роль, которая и определяет функционирование.

Децентрализованными системами называют те системы, в которых компоненты одинаково значимы.

В производящих системах реализуются процессы получения продуктов или услуг. Такие системы делятся на вещественно-энергетические и информационные.

Управляющие системы - занимаются организацией и управлением вещественно-энергетических и информационных процессов.

Обслуживающие системы - занимаются поддержкой работоспособности производящих и управляющих систем.

6. Назовите закономерности взаимодействия части и целого (2). Дайте краткую характеристику каждой закономерности.

Прогрессирующая систематизация

d > B

Прогрессирующая факторизация

Аддитивность (суммативность)

Закономерность целостности/ эмержентности проявляется в системе в появлении у нее новых свойств, отсутствующих у элементов. Для того чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо, прежде всего, учитывать две ее стороны:

свойства системы (целого) Qs не является простой суммой свойств составляющих ее элементов (частей):

Qs ≠ ∑Qi

свойства системы (целого) зависят от свойств составляющих ее элементов (частей):

Qs = f(qi)

Кроме этих двух основных сторон, следует иметь в виду, что объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, т.е. система как бы подавляет ряд свойств элементов. Но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

Обратимся к закономерности, двойственной по отношению к закономерности целостности. Ее называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособленностью. Свойство физической аддитивности проявляются у системы, как бы распавшейся на независимые элементы; тогда становится справедливым

Qs = ∑Qi

В этом крайнем случае и говорить о системе уже нельзя.

Рассмотрим промежуточные варианты - две сопряженные закономерности, которые можно назвать прогрессирующей факторизацией - стремлением системы к состоянию с все более независимыми элементами, и прогрессирующей систематизацией - стремлением системы к уменьшению самостоятельности элементов, т. е. к большей целостности.

Интегративность - Этот термин часто употребляется как синоним целостности. Однако некоторые исследователи выделяют эту закономерность как самостоятельную, стремясь подчеркнуть интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам, обусловливающим возникновение этого свойства, к факторам, обеспечивающим сохранение целостности.

Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, в числе которых важную роль играют неоднородность и противоречивость элементов (исследуемые большинством философов), с одной стороны, и стремление их вступать в коалиции - с другой.

7. Назовите закономерности иерархической упорядоченности (2). Дайте краткую характеристику каждой закономерности.

Эта группа закономерностей характеризует и взаимодействие системы с ее окружением - со средой (значимой или существенной для системы), надсистемой, подчиненными системами.

Коммуникативность - Эта закономерность составляет основу определения системы, где система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее надсистему (метасистему - систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы), и системы одного уровня с рассматриваемой.

Такое сложное единство со средой названо закономерностью коммуникативности, которая, в свою очередь легко помогает перейти к иерархичности как закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы.

Иерархичность - Закономерности иерархичности или иерархической упорядоченности были в числе первых закономерностей теории систем, которые выделил и исследовал Л. фон. Берталанфи. Необходимо учитывать не только внешнюю структурную сторону иерархии, но и функциональные взаимоотношения между уровнями. Например, в биологических организациях более высокий иерархический уровень оказывает направляющее воздействие на нижележащий уровень, подчиненный ему, и это воздействие проявляется в том, что подчиненные члены иерархии приобретают новые свойства, отсутствовавшие у них в изолированном состоянии (подтверждение положения о влиянии целого на элементы, приведенного выше), а в результате появления этих новых свойств формируется новый, другой «облик целого» (влияние свойств элементов на целое). Возникшее таким образом новое целое приобретает способность осуществлять новые функции, в чем и состоит цель образования иерархий.

Основными особенностями иерархической упорядоченности являются:

Непосредственное взаимодействие системы с вышестоящими и нижележащими уровнями. В этом случае появляется понятие надсистемы и подсистемы, цель для общего уровня (для высоких уровней) , подцель(для низких и средних уровней) и средство (для нижележащих)

Закономерность целостности и эмержентности проявляется на каждом уровне иерархии.

8. Назовите закономерности осуществимости систем. Дайте краткую характеристику каждой закономерности.

Проблема осуществимости систем является наименее исследованной. Рассмотрим некоторые из закономерностей, помогающие понять эту проблему и учитывать ее при определении принципов проектирования и организации функционирования систем управления.

Эквифинальность - Эта закономерность характеризует как бы предельные возможности системы. Л. фон Берталанфи, предложивший этот термин, определил эквифинальность как «способность в отличие от состояния равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями,... достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и определяется исключительно параметрами системы». В соответствии с данной закономерностью система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям.

Закон «необходимого разнообразия» - На необходимость учитывать предельную осуществимость системы при создании впервые в теории систем обратил внимание У.Р. Эшби. Он сформулировал закономерность, известную под названием закон «необходимого разнообразия». Для задач принятия решений наиболее важным является одно из следствий этой закономерности, которое можно упрощенно пояснить на следующем примере.

Когда исследователь (ЛПР - лицо, принимающее решение, наблюдатель) N сталкивается с проблемой D, решение которой для него неочевидно, то имеет место некоторое разнообразие возможных решений Vd. Этому разнообразию противостоит разнообразие мыслей исследователя (наблюдателя) Vn. Задача исследователя заключается в том, чтобы свести разнообразие Vd - Vn к минимуму, в идеале - к 0.

Эшби доказал теорему, на основе которой формулируется следующий вывод: «Если Vd дано постоянное значение, то Vd - Vn может быть уменьшено лишь за счет соответствующего роста Vn. только разнообразие в N может уменьшить разнообразие, создаваемое в D; только разнообразие может уничтожить разнообразие».

Применительно к системам управления закон «необходимого разнообразия» может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей системы (системы управления) Vsu должно быть больше (или, по крайней мере, равно) разнообразию управляемого объекта Vou:

Vsu > Vou.

Возможны следующие пути совершенствования управления при усложнении производственных процессов:

увеличение Vsu, что может быть достигнуто путем роста численности аппарата управления, повышения его квалификации, механизации и автоматизации управленческих работ;

уменьшение Vou, за счет установления более четких и определенных правил поведения компонентов системы: унификация, стандартизация, типизация, введение поточного производства, сокращение номенклатуры деталей, узлов, технологической оснастки и т.п.;

снижение уровня требований к управлению, т.е. сокращение числа постоянно контролируемых и регулируемых параметров управляемой системы;

самоорганизация объектов управления путем ограничения контролируемых параметров с помощью создания саморегулирующихся подразделений (цехов, участков с замкнутым циклом производства, с относительной самостоятельностью и ограничением вмешательства централизованных органов управления предприятием и т.п.).

9. Назовите закономерности развития систем (2). Дайте краткую характеристику каждой закономерности.

В последнее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем принципов их изменения во времени, для понимания которых могут помочь рассматриваемые ниже закономерности.

Историчность - Хотя, казалось бы, очевидно, что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем, все же для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы, что каждая система подчиняется закономерности историчности, и что эта закономерность - такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и др. При этом закономерность историчности можно учитывать не только пассивно, фиксируя старение, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая «механизмы» реконструкции, реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.

Закономерность самоорганизации- В числе основных особенностей самоорганизующихся систем с активными элементами названы способность противостоять энтропийным (энтропия в данном случае - степень неопределенности, непредсказуемости состояния системы и внешней среды) тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и т.п. В основе этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реальной развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся, открытых систем справедлив второй закон термодинамики («второе начало»), т.е. стремление к возрастанию энтропии; а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные (противоположные энтропийным) тенденции, лежащие в основе эволюции.

Важные результаты в понимании закономерности самоорганизации получены в исследованиях, которые относят к развивающейся науке, называемой синергетикой.

10. Что такое синергетика? Для чего она служит? Дайте краткое описание 9 главных принципов синергетического подхода.

Синергетикой называют междисциплинарное научное направление, изучающее универсальные закономерности процессов самоорганизации, эволюции и кооперации. Ее цель состоит в построении общей теории сложных систем, обладающих особыми свойствами. В отличие от простых, сложные системы имеют следующие основные характеристики:

множество неоднородных компонентов;

активность (целенаправленность) компонентов;

множество различных, параллельно проявляющихся взаимосвязей между компонентами;

семиотическая (слабоформализуемая) природа взаимосвязей;

кооперативное поведение компонентов;

открытость;

распределенность;

динамичность, обучаемость, эволюционный потенциал;

неопределенность параметров среды.

Особое место в синергетике занимают вопросы спонтанного образования упорядоченных структур различной природы в процессах взаимодействия, когда исходные системы находятся в неустойчивых состояниях. Следуя ученому И.Пригожину, ее можно кратко охарактеризовать как «комплекс наук о возникающих системах».

Согласно синергетическим моделям, эволюция системы сводится к последовательности неравновесных фазовых переходов. Принцип развития формулируется как последовательное прохождение критических областей (точек бифуркаций (раздвоения, разветвления)). Вблизи точек бифуркации наблюдается резкое усиление флуктуации (от лат. fluctuatio - колебание, отклонение). Выбор, по которому пойдет развитие после бифуркации, определяется в момент неустойчивости. Поэтому зона бифуркации характеризуется принципиальной непредсказуемостью - неизвестно, станет ли дальнейшее развитие системы хаотическим или родится новая, более упорядоченная структура. Здесь резко возрастает роль неопределенности: случайность на входе в неравновесной ситуации может дать на выходе катастрофические последствия. В то же время, сама возможность спонтанного возникновения порядка из хаоса - важнейший момент процесса самоорганизации в сложной системе.

Главные принципы синергетического подхода в современной науке таковы:

Принцип дополнительности Н. Бора. В сложных системах возникает необходимость сочетания различных, ранее казавшихся несовместимыми, а ныне взаимодополняющих друг друга моделей и методов описания.

Принцип спонтанного возникновения И. Пригожина. В сложных системах возможны особые критические состояния, когда малейшие флуктуации могут внезапно привести к появлению новых структур, полностью отличающихся от обычных (в частности, это может вести к катастрофическим последствиям - эффекты «снежного кома» или эпидемии).

Принцип несовместимости Л. Заде . При росте сложности системы уменьшается возможность ее точного описания вплоть до некоторого порога, за которым точность и релевантность (смысловая связанность) информации становятся несовместимыми, взаимно исключающими характеристиками.

Принцип управления неопределенностями. В сложных системах требуется переход от борьбы с неопределенностями к управлению неопределенностями. Различные виды неопределенности должны преднамеренно вводиться в модель исследуемой системы, поскольку они служат фактором, благоприятствующим инновациям (системным мутациям).

Принцип незнания . Знания о сложных системах принципиально являются неполными, неточными и противоречивыми: они обычно формируются не на основе логически строгих понятий и суждений, а исходя из индивидуальных мнений и коллективных идей. Поэтому в подобных системах важную роль играет моделирование частичного знания и незнания.

Принцип соответствия . Язык описания сложной системы должен соответствовать характеру располагаемой о ней информации (уровню знаний или неопределенности). Точные логико-математические, синтаксические модели не являются универсальным языком, также важны нестрогие, приближенные, семиотические модели и неформальные методы. Один и тот же объект может описываться семейством языков различной жесткости.

Принцип разнообразия путей развития . Развитие сложной системы многовариантно и альтернативно, существует «спектр» путей ее эволюции. Переломный критический момент неопределенности будущего развития сложной системы связан с наличием зон бифуркации - «разветвления» возможных путей эволюции системы.

Принцип единства и взаимопереходов порядка и хаоса . Эволюция сложной системы проходит через неустойчивость; хаос не только разрушителен, но и конструктивен. Организационное развитие сложных систем предполагает своего рода конъюнкцию порядка и хаоса.

Принцип колебательной (пульсирующей) эволюции. Процесс эволюции сложной системы носит не поступательный, а циклический или волновой характер: он сочетает в себе дивергентные (рост разнообразия) и конвергентные (свертывание разнообразия) тенденции, фазы зарождения порядка и поддержания порядка. Открытые сложные системы пульсируют: дифференциация сменяется интеграцией, разбегание - сближением, ослабление связей - их усилением и т, п.

Нетрудно понять, что перечисленные принципы синергетической методологии можно разбить на три группы: принципы сложности (1-3), принципы неопределенности (3-6) и принципы эволюции (7-9).

11. Назовите закономерности возникновения и формулирования целей (4). Дайте краткую характеристику каждой закономерности.

Обобщение результатов исследований процессов целеобразования, проводимых философами, психологами, кибернетиками, и наблюдение процессов обоснования и структуризации целей в конкретных условиях позволили сформулировать некоторые общие принципы, закономерности, которые полезно использовать на практике.

Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта (процесса) и от времени - Анализ определений понятия «цель» позволяет сделать вывод о том, что, формулируя цель нужно стремиться отразить в формулировке или в способе представления цели основное противоречие: ее активную роль в познании, в управлении, и в то же время необходимость сделать ее реалистичной, направить с ее помощью деятельность на получение определенного полезного результата. При этом формулировка цели и представление о цели зависит от стадии познания объекта, и по мере развития представления о нем цель может переформулироваться.

Зависимость цели от внешних и внутренних факторов - При анализе причин возникновения и формулирования целей нужно учитывать, что на цель влияют как внешние по отношению к системе факторы (внешние требования, потребности, мотивы, программы), так и внутренние факторы (потребности, мотивы, программы самой системы и ее элементов, исполнителей цели); при этом последние являются такими же объективно влияющими на процесс целеобразования факторами, как и внешние (особенно при использовании в системах управления понятия цели как средства побуждения к действию).

Проявление в структуре целей закономерности целостности - В иерархической структуре закономерность целостности (эмерджентности) проявляется на любом уровне иерархии. Применительно к структуре целей это означает, что, с одной стороны, достижение цели вышестоящего уровня не может быть полностью обеспечено достижением подчиненных ей подцелей, хотя и зависит от них, а, с другой стороны, потребности, программы (как внешние, так и внутренние) нужно исследовать на каждом уровне структуризации, и получаемые разными ЛПР расчленения подцелей в силу различного раскрытия неопределенности могут оказаться разными, т.е. разные ЛПР могут предложить разные иерархические структуры целей и функций, даже при использовании одних и тех же принципов структуризации и методик.

Закономерности формирования иерархических структур целей - Учитывая, что наиболее распространенным способом представления целей в системах организационного управления являются древовидные иерархические структуры («деревья целей»), рассмотрим основные рекомендации по их формированию:

приемы, применяющиеся при формировании древовидных иерархий целей, можно свести к двум подходам: а) формирование структур «сверху» - методы структуризации, декомпозиции, целевой или целенаправленный подход, б) формирование структур целей «снизу» - морфологический, лингвистический, тезаурусный, терминальный подход; на практике обычно эти подходы сочетаются;

цели нижележащего уровня иерархии можно рассматривать как средства для достижения целей вышестоящего уровня, при этом они же являются целями для уровня нижележащего по отношению к ним;

в иерархической структуре по мере перехода с верхнего уровня на нижний происходит как бы смещение рассмотренной выше «шкалы» от цели-направления (цели-идеала, цели-мечты) к конкретным целям и функциям, которые на нижних уровнях структуры могут выражаться в виде ожидаемых результатов конкретной работы с указанием критериев оценки ее выполнения, в то время как на верхних уровнях иерархии указание критериев может быть либо выражено в общих требованиях (например, «повысить эффективность»), либо вообще не приводится в формулировке цели;

для того чтобы структура целей была удобной для анализа и организации управления, к ней рекомендуется предъявлять некоторые требования - число уровней иерархии и число компонентов в каждом узле должно быть (в силу гипотезы Миллера или числа Колмогорова) К = 5 ± 2 (предел восприятия человеком).

И еще несколько важных законов .

Закон простоты сложных систем - Реализуется, выживает, отбирается тот вариант сложной системы, который обладает наименьшей сложностью. Закон простоты сложных систем реализуется природой в ряде конструктивных принципов:

Оккама,

иерархического модульного построения сложных систем,

симметрии,

симморфоза (равнопрочности, однородности),

полевого взаимодействия (взаимодействия через носитель),

экстремальной неопределенности (функции распределения характеристик и параметров, имеющих неопределенные значения, имеют экстремальную неопределенность).

Закон конечности скорости распространения взаимодействия - Все виды взаимодействия между системами, их частями и элементами имеют конечную скорость распространения. Ограничена также скорость изменения состояний элементов системы. Автором закона является А.Эйнштейн.

Теорема Геделя о неполноте - В достаточно богатых теориях (включающих арифметику) всегда существуют недоказуемые истинные выражения. Поскольку сложные системы включают в себя (реализуют) элементарную арифметику, то при выполнении вычислений в ней могут возникнуть тупиковые ситуации (зависания).

Закон эквивалентности вариантов построения сложных систем - С ростом сложности системы доля вариантов ее построения, близких к оптимальному варианту, растет.

Закон Онсагера максимизации убывания энтропии - Если число всевозможных форм реализации процесса, согласных с законами физики, не единственно, то реализуется та форма, при которой энтропия системы растет наиболее медленно. Иначе говоря, реализуется та форма, при которой максимизируется убывание энтропии или рост информации, содержащейся в системе.

12. Что подразумевают под функциональным описанием систем? Зачем и как это делается? Поясните общую формулу функционального описания любой динамической системы.

Изучение любой системы предполагает создание модели системы, позволяющей произвести анализ и предсказать ее поведение в определенно диапазоне условий, решать задачи анализа и синтеза реальной системы. В зависимости от целей и задач моделирования оно может проводиться на различных уровнях абстракции.

Модель - описание системы, отражающее определенную группу ее свойств.

Описание системы целесообразно начинать с трех точек зрения: функциональной, морфологической и информационной.

Всякий объект характеризуется результатами своего существования, местом, которое он занимает среди других объектов, ролью, которую он играет в среде. Функциональное описание необходимо для того, чтобы осознать важность системы, определить ее место, оценить отношения с другими системами.

Функциональное описание (функциональная модель) должно создать правильную ориентацию в отношении внешних связей системы, ее контактов с окружающим миром, направлениях ее возможного изменения.

Функциональное описание исходит из того, что всякая система выполняет некоторые функции: просто пассивно существует, служит областью обитания других систем, обслуживает системы более высокого порядка, служит средством для создания более совершенных систем.

Как нам уже известно, система может быть однофункциональной и многофункциональной.

Во многом оценка функций системы (в абсолютном смысле) зависит от точки зрения того, кто ее оценивает (или системы, ее оценивающей).

Функционирование системы может описываться числовым функционалом, зависящем от функций, описывающих внутренние процессы системы, либо качественным функционалом (упорядочение в терминах «лучше», «хуже», «больше», «меньше» и т.д.)

Функционал количественно или качественно описывающий деятельность системы называют функционалом эффективности.

Функциональная организация может быть описана:

алгоритмически,

аналитически,

графически,

таблично,

посредством временных диаграмм функционирования,

вербально (словесно).

Описание должно соответствовать концепции развития систем определенного класса и удовлетворять некоторым требованиям:

должно быть открытым и допускать возможность расширения (сужения) спектра функций, реализуемых системой;

предусматривать возможность перехода от одного уровня рассмотрения к другому, т.е. обеспечивать построение виртуальных моделей систем любого уровня.

При описании системы будем рассматривать ее как структуру, в которую в определенные моменты времени вводится нечто (вещество, энергия, информация), и из которой в определенные моменты времени нечто выводится.

В самом общем виде функциональное описание системы в любой динамической системе изображается семеркой:

Sf = {T, x, C, Q, y, φ, η},

где T - множество моментов времени, х - множество мгновенных значений входных воздействий, С = {c: T → x} - множество допустимых входных воздействий; Q - множество состояний; y - множество значений выходных величин; Y = {u: T → y} - множество выходных величин; φ = {T×T×T×c → Q} - переходная функция состояния; η:T×Q → y - выходное отображение; с - отрезок входного воздействия; u - отрезок выходной величины.

Такое описание системы охватывает широкий диапазон свойств.

Недостаток данного описания - не конструктивность: трудность интерпретации и практического применения. Функциональное описание должно отражать такие характеристики сложных и слабо познанных систем как параметры, процессы, иерархию.

Примем, что система S выполняет N функций ψ1, ψ2, ..., ψs, ..., ψN, зависящих от n процессов F1, F2, ..., Fi, ..., Fn. Эффективность выполнения s-й функции

Эs = Эs(ψs) = Э(F1, F2, ..., Fi, ..., Fn) = Эs({Fi}), i = 1...n, s = 1...N.

Общая эффективность системы есть вектор-функционал Э = {Эs}. Эффективность системы зависит от огромного количества внутренних и внешних факторов. Представить эту зависимость в явной форме чрезвычайно сложно, а практическая ценность такого представления незначительна из-за многомерности и многосвязности. Рациональный путь формирования функционального описания состоит в применении такой многоуровневой иерархии описаний, при которой описание более высокого уровня будет зависеть от обобщенных и факторизованных переменных низшего уровня.

Иерархия создается по уровневой факторизацией процессов {Fi} при помощи обобщенных параметров {Qi}, являющихся функционалами {Fi}. Предполагается, что число параметров значительно меньше числа переменных, от которых зависят процессы. Такой способ описания позволяет построить мост между свойствами взаимодействующих со средой элементов (подсистемами низшего уровня) и эффективностью системы.

Процессы {Fi(1)} можно обнаружить на выходе системы. Это процессы взаимодействия со средой. Будем называть их процессами первого уровня и полагать, что они определяются:

параметрами системы первого уровня - Q1(1), Q2(1), ..., Qj(1), ..., Qm(1);

активными противодействующими параметрами среды, непосредственно направленными против системы для снижения ее эффективности - b1, b2, ..., bk, ..., bK;

нейтральными (случайными параметрами среды) c1, c2, ..., cl, ..., cL;

благоприятными параметрами среды d1, d2, ..., dp, ..., dP.

Среда имеет непосредственный контакт с подсистемами низших уровней, воздействуя через них на подсистемы более высокого уровня иерархии, так что Fi* = Fi*({bk}, {cl}, {dp}). Путем построения иерархии (параметры β-го уровня - процессы (β-1)-го уровня - параметры (β-1)-го уровня) можно связать свойства среды с эффективностью системы.

Параметры системы {Qj} могут изменяться при изменении среды, они зависят от процессов в системе и записываются в виде функционалов состояния Qj1(t).

Собственным функциональным пространством системы W называется пространство, точками которого являются все возможные состояния системы, определяемое множеством параметров до уровня b:

Q = {Q(1), Q(2), ... Q(β)}.

Состояние может сохраняться постоянным на некотором интервале времени Т.

Процессы {Fi(2)} не могут быть обнаружены на выходе системы. Это процессы второго уровня, которые зависят от параметров Q(2) подсистем системы (параметров второго уровня). И так далее.

Образуется следующая иерархия описания: эффективность (конечное множество функционалов) - процессы первого уровня (функции) - параметры первого уровня (функционалы) - процессы второго уровня (функции) - параметры второго уровня (функционалы) и т.д. На каком-то уровне наши знания о функциональных свойствах системы исчерпываются, и иерархия обрывается. Обрыв может произойти на разном уровне для разных параметров (процессов), причем как на процессе, так и на параметре.

Внешние характеристики системы определяются верхним уровнем иерархии, поэтому часто удается ограничиться описанием вида ({Эi},{ψS}, {Fi(1)}, {Qj(1)}, {bk}, {cl}, {dp}). Число уровней иерархии зависит от требуемой точности представления входных процессов.

13. Графические способы функционального описания систем. Дерево функций системы.

Выше был рассмотрен способ обобщенного аналитического функционального описания систем. Очень часто при анализе и синтезе систем используется графическое описание, разновидностями которого являются:

дерево функций системы,

стандарт функционального моделирования IDEF0.

Все функции, реализуемые сложной системой, могут быть условно разделены на три группы:

целевая функция;

базисные функции системы;

дополнительные функции системы.

Целевая функция системы соответствует ее основному функциональному назначению, т.е. целевая (главная) функция - отражает назначение, сущность и смысл существования системы.

Основные функции отражают ориентацию системы и представляют собой совокупность макрофункций, реализуемых системой. Эти функции обусловливают существование системы определенного класса. Основные функции - обеспечивают условия выполнения целевой функции (прием, передача приобретение, хранение, выдача).

Дополнительные (сервисные) функции расширяют функциональные возможности системы, сферу их применения и способствуют улучшению показателей качества системы. Дополнительные функции - обеспечивают условия выполнения основных функций (соединение (разведение, направление, гарантирование)).

Описание объекта на языке функций представляется в виде графа.

Формулировка функции внутри вершин должна включать 2 слова: глагол и существительное «Делать что».

Дерево функций системы представляет декомпозицию функций системы и формируется с целью детального исследования функциональных возможностей системы и анализа совокупности функций, реализуемых на различных уровнях иерархии системы. На базе дерева функций системы осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей. В дальнейшем структура на основе таких модулей покрывается конструктивными модулями (для технических систем) или организационными модулями (для организационно-технических систем). Таким образом, этап формирования дерева функций является одним из наиболее ответственных не только при анализе, но и при синтезе структуры системы. Ошибки на этом этапе приводят к созданию «систем-инвалидов», не способных к полной функциональной адаптации с другими системами, пользователем и окружающей средой.

Исходными данными для формирования дерева функций являются основные и дополнительные функции системы.

Формирование дерева функций представляет процесс декомпозиции целевой функции и множества основных и дополнительных функций на более элементарные функции, реализуемые на последующих уровнях декомпозиции.

При этом каждая из функций конкретно взятого i-ого уровня может рассматриваться как макрофункция по отношению к реализующим ее функциям на (i+1)-го уровня, и как элементарная функция по отношению к соответствующей функции верхнего (i-1)-го уровня.

Описание функций системы с использованием IDEF0-нотации основано на тех же принципах декомпозиции, но представляется не в виде дерева, а набора диаграмм.

14. Графические способы функционального описания систем. Методология IDEF0. Синтаксис языка.

Объектами моделирования являются системы.

Описание IDEF0 модели построено в виде иерархической пирамиды, в вершине которой представляется самое общее описание системы, а основание представляет собой множество более детальных описаний.

IDEF0 методология построена на следующих принципах:

Графическое описание моделируемых процессов. Графический язык Блоков и Дуг IDEF0 Диаграмм отображает операции или функции в виде Блоков, а взаимодействие между входами/выходами операций, входящими в Блок или выходящими из него, Дугами.

Лаконичность. За счет использования графического языка описания процессов достигается с одной стороны точность описания, а с другой - краткость.

Необходимость соблюдения правил и точность передачи информации. При IDEF0 моделировании необходимо придерживаться следующих правил:

На Диаграмме должно быть не менее 3-х и не более 6-и функциональных Блоков.

Диаграммы должны отображать информацию, не выходящую за рамки контекста, определенного целью и точкой зрения.

Диаграммы должны иметь связанный интерфейс, когда номера Блоков, Дуги и ICOM коды имеют единую структуру.

Уникальность имен функций Блоков и наименований Дуг.

Четкое определение роли данных и разделение входов и управлений.

Замечания для Дуг и имена функций Блоков должны быть краткими и лаконичными.

Для каждого функционального Блока необходима как минимум одна управляющая Дуга.

Модель всегда строится с определенной целью и с позиций конкретной точки зрения.

В процессе моделирования очень важным является четко определить направление разработки модели - ее контекст, точку зрения и цель.

Контекст модели очерчивает границы моделируемой системы и описывает ее взаимосвязи с внешней средой.

Необходимо помнить, что одна модель представляет одну точку зрения. Для моделирования системы с нескольких точек зрения используется несколько моделей.

Цель отражает причину создания модели и определяет ее назначение. При этом все взаимодействия в модели рассматриваются именно с точки зрения достижения поставленной цели.

В рамках методологии IDEF0 модель системы описывается при помощи Графических IDEF0 Диаграмм и уточняется за счет использования FEO, Текстовых и Диаграмм Глоссария. При этом модель включает в себя серию взаимосвязанных Диаграмм, разделяющих сложную систему на составные части. Диаграммы более высокого уровня (А-0, А0) - являются наиболее общим описанием системы, представленным в виде отдельных Блоков. Декомпозиция этих Блоков позволяет достигать требуемого уровня детализации описания системы.

Разработка IDEF0 Диаграмм начинается с построения самого верхнего уровня иерархии (А-0) - одного Блока и интерфейсных Дуг, описывающих внешние связи рассматриваемой системы. Имя функции, записываемое в Блоке 0, является целевой функцией системы с принятой точки зрения и цели построения модели.

При дальнейшем моделировании Блок 0 декомпозируется на Диаграмме А0, где целевая функция уточняется с помощью нескольких Блоков, взаимодействие между которыми описывается с помощью Дуг. В свою очередь, функциональные Блоки на Диаграмме А0 могут быть также декомпозированы для более детального представления.

В результате, имена функциональных Блоков и интерфейсные Дуги, описывающие взаимодействие всех Блоков, представленных на Диаграммах, образуют иерархическую взаимосогласованную модель.

Хотя вершиной модели является Диаграмма уровня А-0, настоящей «рабочей вершиной или структурой» является Диаграмма А0, поскольку она является уточненным выражением точки зрения модели. Ее содержание показывает, что будет рассматриваться в дальнейшем, ограничивая последующие уровни в рамках цели проекта. Нижние уровни уточняют содержание функциональных Блоков, детализируя их, но, не расширяя границ модели.

15. Методология IDEF0. Понятие Дуг. Пять типов взаимосвязей между блоками. Принцип декомпозиции блоков .

Блоки отображают функции или действия системы. Их действия записываются глагол + объект действия + дополнение

например, «разработать план-график проведения работ».

Дуги отображают информацию или материальные объекты, которые необходимы для выполнения функции или появляются в результате выполнения. В роли объекта могут выступать: Документы, физические материалы, инструменты, станки, информация, организации м даже подсистемы. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Замечания к дуге формулируются в виде оборота существительного, отвечающего на вопрос «что». Блоки располагаются на диаграмме по степени автора в зависимости от степени автора. Доминирующим является блок, выполнение которого оказывает влияние управления для максимального количества блоков. Доминирующий блок располагается в левом верхнем углу, наименее важный - в правом нижнем.

Важно!

Расположение блоков не задаёт временную зависимость операции!

Смотри рис. 1

Взаимосвязь по управлению.

Взаимосвязь по входу. (конвеер)

Обратная связь по управлению. Выход первой функции управляет входом второй, которая в свою очередь влияет на работу 1-го.

Обратная связь по входу.

Взаимосвязь выход - механизм. Редкий тип связи, используемый в подготовительных операциях.

Пример: создать idef модель для отдела контроля оценки эффективности управления и функционирования библиотеки. см. рисунок 2. Блок А0, отражающий целевую функцию. Затем, на рисунке 3 происходит декомпозиция диаграммы А0. В случае необходимости каждый из блоков необходимо декомпозировать.

Декомпози́ция - научный метод, использующий структуру задачи и позволяющий заменить решение одной большой задачи решением серии меньших задач.

16. Морфологическое описание и моделирование систем. Описание структуры системы и отношений между элементами.

морфологическое описание должно давать представление о строении системы (морфология - наука о форме, строении). Глубина описания, уровень детализации, т.е. определение какие компоненты системы будут рассматриваться в качестве элементарных (элементов), обусловливается назначением описания системы. Морфологическое описание иерархично. Конфигурация морфологии дается на стольких уровнях, сколько их требуется для создания представления об основных свойствах системы.

Целями структурного анализа являются:

разработка правил символического отображения систем;

оценка качества структуры системы;

изучение структурных свойств системы в целом и ее подсистем;

выработка заключения об оптимальности структуры системы и рекомендаций по дальнейшему ее совершенствованию.

В структурном подходе можно выделить два этапа: определение состава системы, т.е. полное перечисление ее подсистем, элементов, и выяснение связей между ними.

Изучение морфологии системы начинается с элементного состава. Он может быть:

гомогенным (однотипные элементы);

гетерогенным (разнотипные элементы);

смешанным.

Однотипность не означает полной идентичности и определяет только близость основных свойств.

Гомогенности, как правило, сопутствует избыточность и наличие скрытых (потенциальных) возможностей, дополнительных резервов.

Гетерогенные элементы специализированы, они экономичны и могут быть эффективными в узком диапазоне внешних условий, но быстро теряют эффективность вне этого диапазона.

Иногда элементный состав определить не удается - неопределенный.

Важным признаком морфологии является назначение (свойства) элементов. Различают элементы:

информационные;

энергетические;

вещественные.

Следует помнить, что такое деление условно и отражает лишь преобладающие свойства элемента. В общем же случае, передача информации не возможна без энергии, перенос энергии не возможен без информации.

Информационные элементы предназначены для приема, запоминания (хранения), преобразования и передачи информации. Преобразование может состоять в изменении вида энергии, которая несет информацию, в изменении способа кодирования (представления в некоторой знаковой форме) информации, в сжатии информации путем сокращения избыточности, принятия решений и т.д.

Различают обратимые и необратимые преобразования информации.

Обратимые не связаны с потерей (либо созданием новой) информации. Накопление (запоминание) является обратимым в том случае, если не происходит потерь информации в течение времени хранения.

Преобразование энергии состоит в изменении параметров энергетического потока. Поток входной энергии может поступать извне, либо от других элементов системы. Выходной энергетический поток направлен в другие системы, либо в среду. Процесс преобразования энергии, естественным образом, нуждается в информации.

Процесс преобразования вещества может быть механическим (например, штамповка), химическим, физическим (например, резка), биологическим. В сложных системах преобразование вещества носит смешанный характер.

В общем случае, следует иметь в виду, что любые процессы, так или иначе, приводят к преобразованию вещества, энергии и информации.

Морфологические свойства системы существенно зависят от характера связей между элементами. Понятие связи входит в любое определение системы. Оно одновременно характеризует и строение (статику) и функционирование (динамику) системы. Связи обеспечивают возникновение и сохранение структуры и свойств системы. Выделяют информационные, вещественные и энергетические связи, определяя их в том же смысле, в каком были определены элементы.

Характер связи определяется удельным весом соответствующего компонента (или целевой функцией).

Связь характеризуется:

направлением,

силой,

видом.

По первым двум признакам связи делят на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру - подчинения, порождения (генетические), равноправные и связи управления.

Некоторые из этих связей можно раздробить еще более детально. Например, связи подчинения на связи «род-вид», «часть-целое»; связи порождения - «причина-следствие».

Их можно разделить также по месту приложения (внутренние - внешние), по направленности процессов (прямые, обратные, нейтральные).

Прямые связи предназначены для передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций от одного элемента другому в соответствии с последовательностью выполняемых функций.

Качество связи определяется ее пропускной способностью и надежностью.

Очень важную роль, как мы уже знаем, играют обратные связи - они являются основной саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования. Они в основном служат для управления процессами и наиболее распространены информационные обратные связи.

Нейтральные связи не относятся к функциональной деятельности системы, непредсказуемы и случайны. Однако нейтральные связи могут сыграть определенную роль при адаптации системы, служить исходным ресурсом для формирования прямых и обратных связей, являться резервом.

Морфологическое описание может включать указания на наличие и вид связи, содержать общую характеристику связи либо их качественные и количественные оценки.

Структурные свойства систем определяются характером и устойчивостью отношений между элементами. По характеру отношений между элементами структуры делятся на:

многосвязные,

иерархические,

смешанные.

Наиболее устойчивы детерминированные структуры, в которых отношения либо постоянны, либо изменяются во времени по детерминированным законам. Вероятностные структуры изменяются во времени по вероятностным законам. Хаотические структуры характерны отсутствием ограничений, элементы в них вступают в связь в соответствии с индивидуальными свойствами. Классификация производится по доминирующему признаку.

Структура играет основную роль в формировании новых свойств системы, отличных от свойств ее компонентов, в поддержании целостности и устойчивости ее свойств по отношению к изменению элементов системы в некоторых пределах.

Важными структурными компонентами являются отношения координации и субординации.

Координация выражает упорядоченность элементов системы «по-горизонтали». Здесь идет речь о взаимодействии компонент одного уровня организации.

Субординация - «вертикальная» упорядоченность подчинения и субподчинения компонент. Здесь речь идет о взаимодействии компонент различных уровней иерархии.

Иерархия (hiezosazche - священная власть, греч.) - это расположение частей целого в порядке от высшего к низшему. Термин «иерархия» (многоступенчатость) определяет упорядоченность компонентов системы по степени важности. Между уровнями иерархии структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонент нижележащего уровня одному из компонент вышележащего уровня, т.е. отношения древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархии типа «дерево».

Однако между уровнями иерархической структуры необязательно должны существовать отношения древовидного характера. Могут иметь место связи и в пределах одного уровня иерархии. Нижележащий компонент может подчиняться нескольким компонентами вышележащего уровня - это иерархические структуры со слабыми связями.

Для иерархических структур характерно наличие управляющих и исполнительных компонент. Могут существовать компоненты, являющиеся одновременно и управляющими и исполнительными.

Различают строго и нестрого иерархические структуры.

Система строгой иерархической структуры имеют следующие признаки:

в системе имеется один главный управляющий компонент, который имеет не менее двух связей;

имеются исполнительные компоненты, каждый из которых имеет только одну связь с компонентом вышележащего уровня;

связь существует только между компонентами, принадлежащим двум соседним уровням, при этом компоненты низшего уровня связаны только с одним компонентом высшего уровня, а каждый компонент высшего уровня не менее, чем с двумя компонентами низшего. Рис.1

Рис. 2.

На рис.1 приведен граф строго иерархической структуры, на рис.2 граф нестрогой иерархической структуры. Обе структуры трехуровневые.

Так на рис.1 элемент 1-го уровня иерархии может представлять собой ректора университета, элементы 2-го уровня - проректоров, 3-го уровня - деканов, остальные элементы (4-го уровня, не отраженного на рисунке) будут представлять заведующих кафедрами. Понятно, что все элементы и связи представленной структуры не равноправны.

Как правило, наличие иерархии является признаком высокого уровня организации структуры, хотя могут существовать и не иерархические высокоорганизованные системы.

В функциональном отношении иерархические структуры более экономичны.

Для не иерархических структур не существует компонент, которые являются только управляющими или только исполнительными. Любой компонент взаимодействует более чем с одним компонентом.

Рис. 3 - Граф многосвязной структуры системы

Рис. 4 - Граф сотовой структуры системы

Смешанные структуры представляют собой различные комбинации иерархических и неиерархических структур.

Введем понятие лидерства.

Лидирующей называется подсистема, удовлетворяющая следующим требованиям:

подсистема не имеет детерминированного взаимодействия ни с одной подсистемой;

подсистема является управляющей (при непосредственном или опосредованном взаимодействии) по отношению к части (наибольшему числу подсистем);

подсистема либо не является управляемой (подчиненной), либо управляется наименьшим (по сравнению с другими) числом подсистем.

Лидирующих подсистем может быть больше одной, при нескольких лидирующих подсистемах возможна главная лидирующая подсистема. Подсистема высшего уровня иерархической структуры одновременно должна быть главной лидирующей, если же этого нет, то предполагаемая иерархическая структура либо неустойчива, либо не соответствует истинной структуре системы.

Смешанные структуры представляют собой различные комбинации иерархических и неиерархических структур. Стабильность структуры характеризуется временем ее изменения. Структура может изменяться без преобразования класса или преобразованием одного класса в другой. В частности, возникновение лидера в неиерархической структуре может привести к преобразованию ее в иерархическую, а возникновение лидера в иерархической структуре - к установлению ограничивающей, а затем детерминированной связи между лидирующей подсистемой и подсистемой высшего уровня. В результате этого подсистема высшего уровня заменяется лидирующей подсистемой, либо объединяется с ней, или иерархическая структура преобразуется в неиерархическую (смешанную).

Равновесными называются неиерархические структуры без лидеров. Чаще всего равновесными бывают многосвязные структуры. Равновесность не означает покомпонентной идентичности метаболизма, речь идет только о степени влияния на принятие решений.

Особенностью иерархических структур является отсутствие горизонтальных связей между элементами. В этом смысле данные структуры являются абстрактными построениями, поскольку в реальной действительности трудно найти производственную или какую-либо другую действующую систему с отсутствующими горизонтальными связями.

Важное значение при морфологическом описании системы имеют ее композиционные свойства. Композиционные свойства систем определяются способом объединения элементов в подсистемы. Будем различать подсистемы:

эффекторные (способные преобразовывать воздействие и воздействовать веществом или энергией на другие подсистемы и системы, в том числе на среду),

рецепторные (способные преобразовывать внешнее воздействие в информационные сигналы, передавать и переносит информацию)

рефлексивные (способные воспроизводить внутри себя процессы на информационном уровне, генерировать информацию).

Композиция систем, не содержащих (до элементного уровня) подсистем с выраженными свойствами, называется слабой. Композиция систем, содержащих элементы с выраженными функциями, называется соответственно с эффекторными, рецепторными или рефлексивными подсистемами; возможны комбинации. Композицию систем, включающих подсистемы всех трех видов, будем называть полной Элементы системы (т.е. подсистемы, в глубь которых морфологический анализ не распространяется) могут иметь эффекторные, рецепторные или рефлексивные свойства, а также их комбинации.

На теоретико-множественном языке морфологическое описание есть четверка:

SM = {S, V, d, K},

где S={Si}i - множество элементов и их свойств (под элементом в данном случае понимается подсистема, вглубь которой морфологическое описание не проникает); V ={Vj}j - множество связей; δ - структура; К - композиция.

Все множества считаем конечными.

Будем различать в S:

Состав:

гомогенный,

гетерогенный,

смешанный (большое количество гомогенных элементов при некотором количестве гетерогенных),

неопределенный.

Свойства элементов:

информационные,

энергетические,

информационно-энергетические,

вещественно-энергетические,

неопределенные (нейтральные).

Будем различать во множестве V:

Назначение связей:

информационные,

вещественные,

энергетические.

Характер связей:

прямые,

обратные,

нейтральные.

Будем различать в d:

Устойчивость структуры:

детерминированная,

вероятностная,

хаотическая.

Построения:

иерархические,

многосвязные,

смешанные,

преобразующиеся.

Будем различать во множестве К:

Композиции:

слабые,

с эффекторными подсистемами,

с рецепторными подсистемами,

с рефлексивными подсистемами,

полные,

неопределенные.

Морфологическое описание, как и функциональное, строится по иерархическому (многоуровневому) принципу путем последовательной декомпозиции подсистем. Уровни декомпозиции системы, уровни иерархии функционального и морфологического описания должны совпадать. Морфологическое описание можно выполнить последовательным расчленением системы. Это удобно в том случае, если связи между подсистемами одного уровня иерархии не слишком сложны. Наиболее продуктивны (для практических задач) описания с единственным членением или с небольшим их числом. Каждый элемент структуры можно, в свою очередь, описать функционально и информационно. Морфологические свойства структуры характеризуются временем установления связи между элементами и пропускной способностью связи. Можно доказать, что множество элементов структуры образует нормальное метрическое пространство. Следовательно, в нем можно определить метрику (понятие расстояния). Для решения некоторых задач целесообразно введение метрики в структурном пространстве.

17. Методы описания структур при морфологическом описании. Графы структур .

Структурные схемы - Формирование структуры является частью решения общей задачи описания системы. Структура выявляет общую конфигурацию системы, а не определяет систему в целом.

Если изобразить систему как совокупность блоков, осуществляющих некоторые функциональные преобразования, и связей между ними, то получим структурную схему, в обобщенном виде описывающую структуру системы. Под блоком обычно понимают, особенно в технических системах, функционально законченное и оформленное в виде отдельного целого устройство. Членение на блоки может осуществляться исходя из требуемой степени детализации описания структуры, наглядности отображения в ней особенностей процессов функционирования, присущих системе. Помимо функциональных, в структурную схему могут включаться логические блоки, позволяющие изменять характер функционирования в зависимости от того, выполняются или нет некоторые заранее заданные условия.

Структурные схемы наглядны и вмещают в себя информацию о большом числе структурных свойств системы. Они легко поддаются уточнению и конкретизации, в ходе которой не надо изменять всю схему, а достаточно заменить отдельные ее элементы структурными схемами, включающими не один, как раньше, а несколько взаимодействующих блоков.

Однако, структурная схема - это еще не модель структуры. Она с трудом поддается формализации и является скорее естественным мостиком, облегчающим переход от содержательного описания системы к математическому, чем действительным инструментом анализа и синтеза структур. Рис. - Пример структурной схемы

Графы - Отношения между элементами структуры могут быть представлены соответствующим графом, что позволяет формализовать процесс исследования инвариантных во времени свойств систем и использовать хорошо развитый математический аппарат теории графов.

Определение. Графом называют тройку G=(M, R, P), где М - множество вершин, R - множество ребер (или дуг графа), Р - предикат инцидентности вершин и ребер графа. Р(x, y, r) = 1 означает, что вершины x,y ∈ M инцидентны (связаны, лежат на) ребру графа r ∈ R.
Для того чтобы облегчить работу с графом, вершины его обычно нумеруют. Граф с пронумерованными вершинами называется отмеченным.

Каждое ребро графа связывает две вершины, называемые в этом случае смежными. Если граф отмечен, то ребро задается парой (i,j), где i и j - номера смежных вершин. Очевидно, что ребро (i,j) инцидентно вершинам i и j , и обратно.

Если все ребра графа заданы упорядоченными парами (i,j), в которых порядок расположения смежных вершин имеет значение, то граф называется ориентированным. Неориентированный граф не содержит ориентированных ребер. В частично ориентированном графе ориентированы не все ребра.

Геометрически графы изображают в виде диаграмм, на которых вершины отображаются точками (окружностями, прямоугольниками), а ребра - отрезками, соединяющими смежные вершины. Ориентированное ребро задают отрезком со стрелкой.

Использование диаграмм настолько распространено, что обычно, говоря о графе, представляют себе именно диаграмму графа.

Если ребра графа имеют некоторые числовые характеристики связи, то такие графы называются взвешенными. В этом случае матрица инцидентности содержит веса соответствующих связей, знак перед числом определяет направление ребра.

Важной характеристикой структурного графа является число возможных путей, по которым можно пройти от одной вершины к другой. Чем больше таких путей, тем совершеннее структура, но тем она избыточнее. Избыточность обеспечивает надежность структуры. Например, разрушение 90% нервных связей головного мозга не ощущается и не влияет на поведение. Может существовать и бесполезная избыточность, которая в структурном графе изображается в виде петель.

18. Структура системного анализа. Базовый цикл решения. Дерево функций.

Общий подход к решению проблем может быть представлен как цикл.

При этом в процессе функционирования реальной системы выявляется проблема практики как несоответствие существующего положения дел требуемому. Для решения проблемы проводится системное исследование (декомпозиция, анализ и синтез) системы, снимающее проблему. В ходе синтеза осуществляется оценка анализируемой и синтезируемой систем. Реализация синтезированной системы в виде предлагаемой физической системы позволяет провести оценку степени снятия проблемы практики и принять решение на функционирование модернизированной (новой) реальной системы.

При таком представлении становится очевидным еще один аспект определения системы: система есть средство решения проблем.

Основные задачи системного анализа могут быть представлены в виде трехуровневого дерева функций.

На этапе декомпозиции, обеспечивающем общее представление системы, осуществляются:

Определение и декомпозиция общей цели исследования и основной функции системы как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций.

Выделение системы из среды (разделение на систему/«несистему») по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.

Описание воздействующих факторов.

Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.

Описание системы как «черного ящика».

Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элементами) декомпозиции системы.

Глубина декомпозиции ограничивается. Декомпозиция должна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстракции - представить элемент как подсистему. Если при декомпозиции выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика», то в этом случае произошло изменение уровня абстракции. Это означает выход за пределы цели исследования системы и, следовательно, вызывает прекращение декомпозиции.

В автоматизированных методиках типичной является декомпозиция модели на глубину 5-6 уровней. На такую глубину декомпозируется обычно одна из подсистем. Функции, которые требуют такого уровня детализации, часто очень важны, и их детальное описание дает ключ к секретам работы всей системы.

В общей теории систем доказано, что большинство систем могут быть декомпозированы на базовые представления подсистем. К ним относят: последовательное (каскадное) соединение элементов, параллельное соединение элементов, соединение с помощью обратной связи.
Проблема проведения декомпозиции состоит в том, что в сложных системах отсутствует однозначное соответствие между законом функционирования подсистем и алгоритмом, его реализации. Поэтому осуществляется формирование нескольких вариантов (или одного варианта, если система отображена в виде иерархической структуры) декомпозиции системы.

Рассмотрим некоторые наиболее часто применяемые стратегии декомпозиции.

Функциональная декомпозиция. Декомпозиция базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос что делает система, независимо от того, как она работает. Основанием разбиения на функциональные подсистемы служит общность функций, выполняемых группами элементов.

Декомпозиция по жизненному циклу. Признак выделения подсистем - изменение закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы «от рождения до гибели». Рекомендуется применять эту стратегию, когда целью системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов в выходы.

Декомпозиция по физическому процессу. Признак выделения подсистем - шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Хотя эта стратегия полезна при описании существующих процессов, результатом ее часто может стать слишком последовательное описание системы, которое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуемые функциями друг другу. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять эту стратегию следует, только если целью модели является описание физического процесса как такового.

Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция). Признак выделения подсистем - сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических, энергетических и т.п.). Силу связи, например, по информации можно оценить коэффициентом информационной взаимосвязи подсистем k = N / N0 , где N - количество взаимоиспользуемых информационных массивов в подсистемах, N0 - общее количество информационных массивов. Для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные модели. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы, только когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем быстро обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

На этапе анализа, обеспечивающем формирование детального представления системы, осуществляются:

Функционально-структурный анализ существующей системы, позволяющий сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияний подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояний Z, задание параметрического пространства Т, в котором задано поведение системы, анализ целостности системы, формулирование требований к создаваемой системе.

Морфологический анализ - анализ взаимосвязи компонентов.

Генетический анализ - анализ предыстории, причин развития ситуации, имеющихся тенденций, построение прогнозов.

Анализ аналогов.

Анализ эффективности (по результативности, ресурсоемкости, оперативности). Он включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, непосредственно оценивание и анализ полученных оценок.

Формирование требований к создаваемой системе, включая выбор критериев оценки и ограничений.

Этап синтеза системы, решающей проблему, представлен в виде упрощенной функциональной диаграммы на рисунке. На этом этапе осуществляются:

Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата, моделирование, оценка модели по критериям адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения).

Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.

Синтез параметров системы, снимающей проблему.

Оценивание вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта).

Рис. - Упрощенная функциональная диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему

Оценка степени снятия проблемы проводится при завершении системного анализа.

Наиболее сложными в исполнении являются этапы декомпозиции и анализа. Это связано с высокой степенью неопределенности, которую требуется преодолеть в ходе исследования.

19. 9 стадий формирования представления системы.

Стадия 1. Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование (выбор) основных предметных понятий, используемых в системе. На этой стадии речь идет об уяснении основных выходов в системе. Именно с этого лучше всего начинать ее исследование. Должен быть определен тип выхода: материальный, энергетический, информационный, они должны быть отнесены к каким-либо физическим или другим понятиям (выход производства - продукция (какая?), выход системы управления - командная информация (для чего? в каком виде?), выход автоматизированной информационной системы - сведения (о чем?) и т.д.).

Стадия 2. Выявление основных функций и частей (модулей) в системе. Понимание единства этих частей в рамках системы. На этой стадии происходит первое знакомство с внутренним содержанием системы, выявляется, из каких крупных частей она состоит и какую роль каждая часть играет в системе. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей. Такие сведения следует представлять и изучать при помощи структурных или объектно-ориентированных методов анализа систем, где, например, выясняется наличие преимущественно последовательного или параллельного характера соединения частей, взаимной или преимущественно односторонней направленности воздействий между частями и т.п. Уже на этой стадии следует обратить внимание на так называемые системообразующие факторы, т.е. на те связи, взаимообусловленности, которые и делают систему системой.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний в функционировании; в системах с управлением - выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе, ход событий, вводятся параметры состояния, рассматриваются факторы, влияющие на эти параметры, обеспечивающие течение процессов, а также условия начала и конца процессов. Определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществлению системой своих главных функций. Для управляемых систем уясняются основные управляющие воздействия, их тип, источник и степень влияния на систему.

Стадия 4. Выявление основных элементов «несистемы», с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии решается ряд отдельных проблем. Исследуются основные внешние воздействия на систему (входы). Определяются их тип (вещественные, энергетические, информационные), степень влияния на систему, основные характеристики. Фиксируются границы того, что считается системой, определяются элементы «несистемы», на которые направлены основные выходные воздействия. Здесь же полезно проследить эволюцию системы, путь ее формирования. Нередко именно это ведет к пониманию структуры и особенностей функционирования системы. В целом данная стадия позволяет лучше уяснить главные функции системы, ее зависимость и уязвимость или относительную независимость во внешней среде.

Стадия 5. Выявление неопределенностей и случайностей в ситуации их определяющего влияния на систему (для стохастических систем).

Стадия 6. Выявление разветвленной структуры, иерархии, формирование представлений о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами.

Стадией 6 заканчивается формирование общих представлений о системе. Как правило, этого достаточно, если речь идет об объекте, с которым мы непосредственно работать не будем. Если же речь идет о системе, которой надо заниматься для ее глубокого изучения, улучшения, управления, то нам придется пойти дальше по спиралеобразному пути углубленного исследования системы.

Формирование детального представления системы

Стадия 7. Выявление всех элементов и связей, важных для целей рассмотрения. Их отнесение к структуре иерархии в системе. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны друг с другом, поэтому их обсуждение полезно провести вместе. Стадия 6 - это предел познания «внутрь» достаточно сложной системы для лица, оперирующего ею целиком. Более углубленные знания о системе (стадия 7) будет иметь уже только специалист, отвечающий за ее отдельные части. Для не слишком сложного объекта уровень стадии 7 - знание системы целиком - достижим и для одного человека. Таким образом, хотя суть стадий 6 и 7 одна и та же, но в первой из них мы ограничиваемся тем разумным объемом сведений, который доступен одному исследователю.

При углубленной детализации важно выделять именно существенные для рассмотрения элементы (модули) и связи, отбрасывая все то, что не представляет интереса для целей исследования. Познание системы предполагает не всегда только отделение существенного от несущественного, но также акцентирование внимания на более существенном. Детализация должна затронуть и уже рассмотренную в стадии 4 связь системы с «несистемой». На стадии 7 совокупность внешних связей считается проясненной настолько, что можно говорить о доскональном знании системы.

Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению системы. Дальнейшие стадии уже рассматривают только ее отдельные стороны. Поэтому важно еще раз обратить внимание на системообразующие факторы, на роль каждого элемента и каждой связи, на понимание, почему они именно таковы или должны быть именно таковыми в аспекте единства системы.

Стадия 8. Учет изменений и неопределенностей в системе. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных частей (модулей) на новые, позволяющие не только противостоять старению, но и повысить качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. Такое совершенствование искусственной системы принято называть развитием. К нему также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей, накопление информации для лучшего ее использования, а иногда и перестройку структуры, иерархии связей.

Основные неопределенности в стохастической системе считаются исследованными на стадии 5. Однако недетерминированность всегда присутствует и в системе, не предназначенной работать в условиях случайного характера входов и связей. Добавим, что учет неопределенностей в этом случае обычно превращается в исследование чувствительности важнейших свойств (выходов) системы. Под чувствительностью понимают степень влияния изменения входов на изменение выходов.

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решения. Управляющие воздействия как системы управления. Для целенаправленных и других систем с управлением данная стадия имеет большое значение. Основные управляющие факторы были уяснены при рассмотрении стадии 3, но там это носило характер общей информации о системе. Для эффективного введения управлений или изучения их воздействий на функции системы и процессы в ней необходимо глубокое знание системы. Именно поэтому мы говорим об анализе управлений только сейчас, после всестороннего рассмотрения системы. Напомним, что управление может быть чрезвычайно разнообразным по содержанию - от команд специализированной управляющей ЭВМ до министерских приказов.

Однако возможность единообразного рассмотрения всех целенаправленных вмешательств в поведение системы позволяет говорить уже не об отдельных управленческих актах, а о системе управления, которая тесно переплетается с основной системой, но четко выделяется в функциональном отношении.

На данной стадии выясняется, где, когда и как (в каких точках системы, в какие моменты, в каких процессах, скачках, выборах из совокупности, логических переходах и т.д.) система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо. При введении управлений в системе должны быть исследованы варианты перевода входов и постоянных параметров в управляемые, определены допустимые пределы управления и способы их реализации.

После завершения стадий 6-9 исследование систем продолжается на качественно новом уровне - следует специфическая стадия моделирования. О создании модели можно говорить только после полного изучения системы.

Целевая

Осн. Функция 2

Осн. Функция 1

Всп. функция 2

Всп. функция 1

Всп. функция 3

Всп. функция 1

Всп. функция 2

Системные методы и процедуры.Какие типы математических моделей по способу построения вы...

В природе и обществе всем целостным системам свойственна известная внутренняя и внешняя упорядоченность, без которой невозможно их устойчивое бытие. Это - одно из коренных отличий всякой системы от хаотичного множества, обреченного на недолговечность.

Система, тем более общественная, может существовать, функционировать и развиваться только в упорядоченном виде, выражающем ее организованность и жизнеспособность. Свойством упорядоченности должны обладать и государственная система, и правовая система, и экономическая система, и любое общество в целом. Понимание этой объективной закономерности особенно важно в современных российских условиях.

В зависимости от ряда факторов упорядоченность общественных систем может находиться на разных ступенях совершенства, однако ни одна из них не в состоянии нормально существовать, если хотя бы в минимальной мере не налажена ее внутренняя организация и формы проявления во вне.

Упорядоченность общественных систем имеет экономическую, социальную, политическую (включая государственно-правовую) и духовную основы. Тем не менее, нельзя не согласиться с тем, что урегулированность и порядок являются одним из решающих условий жизнедеятельности любого общества.

Упорядоченность тех или иных систем может рассматриваться как следствие определенной регуляции, которая непрерывно происходит в природе и обществе. Такая регуляция фактически бывает двоякого рода: стихийная и сознательная, и они существенно отличаются друг от друга.

Когда упорядочение осуществляется под воздействием самопроизвольных факторов, оно оказывается усредненным результатом столкновения, перекрещивания и переплетения всей совокупности различных - закономерных и случайных, гармоничных и противоборствующих, повторяющихся и однократных и т.д. - сил, действующих помимо сознания и воли людей. Соответственно здесь имеет место стихийная регуляция, где нет взаимодействующих субъектов. Когда же, наоборот, упорядочение, так или иначе, опосредствовано человеческой волей, достигается при помощи целенаправленных операций, налицо сознательная регуляция, производимая соответствующим социальным субъектом.

Сознательная регуляция, в свою очередь, тоже неоднородна, имеет разновидности, каждая из которых достаточно специфична. Она выражается, прежде всего, в упорядочении тем или иным социальным субъектом собственного образа жизнедеятельности: человек, общность людей или их образования согласуют свое поведение с образцами, требованиями и установками, существующими в данном обществе. Здесь происходит целенаправленная саморегуляция, при которой ближайшим предметом регуляции является собственное поведение ее субъекта.

Но в человеческом обществе упорядочение тех или иных систем этим не исчерпывается. Давно известно всем и каждому, что если каждый отдельный музыкант сам управляет собой, то оркестр нуждается в дирижере. Как раз для такого "дирижирования" существует другая разновидность сознательной регуляции, предназначаемая для того, чтобы организовать слаженную жизнедеятельность всего "оркестра", т.е. соответствующих общественных систем.

Отличительная особенность только что отмеченного явления заключается в том, что здесь: во-первых, четко размежеваны субъект и предмет (объект) регуляции; во-вторых, регулирующий субъект выполняет функциональные задачи, руководствуясь определенными интересами; в-третьих, им в этих целях обязательно совершаются некие внешние операции, предпринимаемые для воздействия в заданном направлении на остальные слагаемые данной системы.

Соответственно эта разновидность сознательной регуляции выступает как специфическая деятельность, которую можно назвать социально-функциональным регулированием, отграничивая ее тем самым от стихийной регуляции, целенаправленной саморегуляции и всевозможных регулятивных операций технического характера.

Смысл указанной деятельности состоит, в первую очередь, в стабилизации упорядочиваемой системы, в сохранении ее жизнедеятельности, в ограждении от нежелательных воздействий временного, случайного или сугубо волевого порядка. Но весьма значима и ее способность повлиять на развитие, динамику общественной системы. В зависимости от цели субъекта регуляции, характера выбранной им программы и некоторых иных факторов социально-функциональное регулирование может повлиять на ход событий в том или ином направлении, ускоряя и укрепляя или, наоборот, замедляя и разрушая происходящие процессы.

Следовательно, в принципе общественные системы подвластны всем существующим разновидностям упорядочения. Стихийная регуляция, целенаправленная саморегуляция и социально-функциональное регулирование влияют на такие системы одновременно, дополняя и корректируя друг друга. Их фактическое соотношение и интенсивность исторически меняются, определяются степенью организованности того или иного общества, уровнем сознательности его членов, их менталитетом и характером той миссии, которая выполняется ими в естественноисторическом процессе. Это обстоятельство должно учитываться при изучении всей государственно-правовой действительности, а равно ее роли и места в жизнедеятельности общества.

Это необходимо тем более, если речь идет о возможности сочетания регулятивного и саморегулятивного начал в организации тех или иных отношений. Такое сочетание, к примеру, наблюдается при создании хозяйственных товариществ и обществ, когда их учредители (участники) в учредительных документах устанавливают общие правила жизнедеятельности создаваемых организаций, а затем сами же на саморегулятивных началах сообразуют с этими нормами свое поведение. Нечто подобное наблюдается и в договорных отношениях, где их участники, пользуясь принципом свободы договора, определяют в договоре правила поведения, которыми в дальнейшем сами же руководствуются. Но в аналогичной ситуации происходит не смешение правового регулирования с саморегуляцией, а их сочетание, необходимое для организации соответствующих жизненных отношений.

В общественных системах функциональная регуляция во многом сопряжена с социальным управлением. Их объединяют "людская природа", сознательное направление системы к заданной цели, сообразование этой цели с осознанными потребностями, ценностными ориентациями и т.д. Даже в современных условиях, когда в социальном управлении все шире используются экономико-математические методы, вычислительная техника, в нем решающими остаются общественные, "людские" факторы.

Вместе с тем между социальной регуляцией и социальным управлением существуют определенные различия. Давно подмечено, что регулирование общественных отношений выполняет роль одного из компонентов социального управления, существующего наряду с руководством, организацией, координацией и контролем, что управление следует соотнести не с любой сознательной регуляцией, а лишь с ее одной разновидностью - с функциональным регулированием. Каждый цикл управленческого процесса состоит из многочисленных операций (сбор и обработка информации об интересующем объекте, прогнозирование его тенденций, определение стратегии и тактики воздействия на него, выработка и принятие решения, организация его выполнения, контроль и др.), где функциональное регулирование фигурирует в роли стержневого элемента и способа достижения цели.

Социальное управление неизбежно предполагает непрерывное двустороннее взаимодействие двух подсистем, одна из которых является управляющей, другая - управляемой. Управляющая подсистема, играющая роль субъекта управления, - это кто и что управляет, управляемая подсистема, выступающая как социальный объект воздействия, - кто и что управляется.

В качестве социального объекта, т.е. управляемой подсистемы здесь выступают отдельные члены общества, их группы, коллективы, образования и естественноисторические общности, производственные и иные объединения, различные сферы жизнедеятельности людей, общество в целом. Причем каждый из них относится к классу больших смешанных объектов, заключает в себе, как правило, и людские, и вещные компоненты, исключительно сложен по количеству и строению образующих его элементов.

По существу те же социальные феномены представляют собой (разумеется, в иных связях) субъект организующего воздействия, управляющую подсистему. В обществе не наблюдается жесткого привязывания одних элементов к объекту, других - к субъекту управления. То, что в данном конкретном отношении является социальным объектом воздействия, в другом - становится его полнокровным субъектом. Например, местные и региональные организации, будучи социальным объектом управления со стороны вышестоящих органов, в то же время выступают в роли важного субъекта управления применительно ко всем тем, кто находится под их организующим влиянием.

Однако данное обстоятельство, показывающее сложность природы социальных организмов, не дает достаточного основания ни для отказа в выделении в структуре социального управления объекта и субъекта, ни для их смешения. Оно свидетельствует только о том, что эти организмы сочетают в себе свойства управляемой (организуемой) и управляющей (организующей) подсистем, способность в разных ситуациях быть как объектом, так и субъектом управления в зависимости от конкретных факторов, в первую очередь, от характера соответствующих социальных связей.

В рамках одного и того же общественного отношения ни один из элементов системы не может служить одновременно и управляющей (регулирующей), и управляемой (регулируемой) подсистемой.

История мировой цивилизации показывает, что управление в той или иной стране может осуществляться посредством определенных распоряжений (команд), политических директив, законов, различных их сочетаний и т.д. В недалеком прошлом в нашей стране наиболее характерным было директивное управление, при котором сначала партийными органами вырабатывались политические директивы, излагаемые в решениях съездов, пленумов и Центрального комитета КПСС, а на их основе принимались акты непосредственного управления. При этом роль права и государства в организации жизнедеятельности общества всячески принижалась.

Между тем западные страны давно перешли на рельсы управления посредством права, Закона. Именно этот путь способствует достижению наибольших результатов в обеспечении демократичности, экономичности и эффективности организации общественных отношений. И одна из фундаментальных задач России на современном этапе состоит как раз в переходе к такой системе управления с тем, чтобы остатки директивного управления заменить упорядочением жизненных отношений посредством права, Закона. Это в равной мере относится ко всем сферам жизнедеятельности общества, нуждающимся в юридическом воздействии.

Очень важно иметь в виду, что все общественные системы, так или иначе, включают в себя личность. Связанные с ними отношения происходят при участии человека, одаренного волей и сознанием. Человек вносит в эти отношения волевой, субъективный момент. Немыслимо ни одно общественное отношение, в котором объективное, закономерное не было бы каким-то образом соотнесено с субъективным, волевым. Как раз благодаря этому обстоятельству открывается возможность сознательной регуляции тех или иных общественных систем. Не было бы в них субъективного фактора, исключалась бы сознательная их регуляция, поскольку всякое регулятивное воздействие может осуществляться только через сознание людей.

Конечно, соотношение объективного (закономерного) и субъективного (волевого) моментов в разных сферах жизни общества не одинаково. Есть основания считать, что такое соотношение меняется в пользу субъективного по мере перехода от экономических к социальным, от социальных к политическим, от политических к духовным отношениям. Иначе говоря, в экономических отношениях наблюдается наименьшее субъективное и наибольшее объективное, а в духовных - наоборот. Однако, так или иначе, субъективный, волевой момент есть в любых общественных отношениях, в том числе в экономических, хотя здесь он весьма ограничен из-за преобладания закономерного фактора, не зависящего от воли человека.

При упорядочении общественных систем личность вовлекается в оба способа социальной регуляции - и в сознательную саморегуляцию, и в функциональное регулирование. Соответственно, для активной роли личности в этих процессах необходимы двоякого рода возможности, позволяющие, с одной стороны, совершенствовать начало саморегуляции, с другой - полнее участвовать в деятельности управляющей (организующей) подсистемы, в функциональном регулировании. Личность, кроме того, выступает в роли социального объекта регулятивного воздействия и, стало быть, ей важны свойства, расширяющие избирательную восприимчивость влияния извне.

Саморегулятивные и регулятивные возможности личности, а равно ее восприимчивость к внешнему воздействию имеют некоторые общие корни. Экономическая независимость, позитивные исторические традиции, гражданское общество, надлежащая общая и правовая культура, конституционное признание естественных прав и свобод, современный общий правовой статус, демократический политико-правовой режим и многое другое повышают роль личности в упорядочении общественных систем на уровнях и саморегуляции, и функционального регулирования, и восприятия регулятивного воздействия извне. И наоборот, отрицание частной собственности, отказ от признания естественных (неотъемлемых) прав и свобод, тоталитарный режим, низкие правовая культура и правовое сознание, негативные традиции прошлого и иные негативные обстоятельства существенно ограничивают возможности личности, связанные с упорядочением общественных систем, в которые она вовлечена.

Но есть и специфические факторы, касающиеся отдельных способов участия личности в упорядочении общественных систем. Для усиления саморегулятивных возможностей важны, например, гарантированность имеющихся прав и свобод, обеспеченность исполнения юридических обязанностей, децентрализация власти, существование самоуправления, а для регулятивных потенций - доступ к управлению делами общества, надлежащее определение статуса управляющих подсистем, налаженность взаимодействия между ними, борьба с бюрократизмом и коррупцией, отзывчивость и т.д.

Реальное задействование всех факторов повышения роли личности в упорядочении общественных отношений во многом способствует развитию в стране демократии в научном ее понимании.

Представлены свойства, приписываемые самоорганизующимся системам различными источниками. Определены основополагающие из них, составляющие сущность процесса самоорганизации

Гостевая страница

Публикации

Экономика

Управление

Экология

История

Философия

Право

! ! ! Купить книгу ! ! !

Начало раздела

Теоретические подходы к самоорганизации

На основе анализа литературы по теме самоорганизации, можно выделить целый ряд свойств, которые приписывают самоорганизующимся системам. Таким образом, самоорганизующимися можно называть процессы или системы, которым присущи хотя бы некоторые из следующих свойств:

Увеличивается упорядоченность (уменьшается энтропия) .

Самопроизвольность появления .

Мерцание - способность самопроизвольно прекращать существование.

Пороговый характер появления - при достижении порогового условия.

Необходимость «управляющего параметра» для появления - необходим для начала процесса, достаточен даже при слабом проявлении.

Сложность - наличие большого числа элементов и связей.

Открытость - обмен ресурсами с внешней средой.

Динамичность (неравновесность) - изменение элементов и связей во времени.

Синергетический эффект - 1) появление у системы новых свойств, не наблюдаемых ни у одного из совокупности ее элементов; 2) увеличение эффективности функционирования элементов при их объединении.

Операциональная замкнутость системы (автономия, автопоэзис) - на одни и те же воздействия система реагирует по-разному.

Положительная обратная связь - система способна усиливать благоприятные отклонения в своем функционировании, доводя их до изменения структуры.

Отрицательная обратная связь - система способна исправлять неблагоприятные отклонения в своем функционировании.

Диссипация (питание) - система постоянно рассеивает энергию и нуждается в ее восполнении извне.

Неиерархичность - преобладание горизонтальных связей.

Адаптивность - способность приспосабливаться к неблагоприятным изменениям внешней среды.

Скачкообразность развития - резкие изменения структуры.

Значимость флуктуаций и мутаций - значимость незначительных изменений для развития системы.

Для определения самоорганизации наибольшее значение имеют два момента: упорядоченность системы и самопроизвольность процесса упорядочения.

Упорядоченность - это определенное состояние системы, которое можно определить следующим образом:

1) Субъективно, состояние системы более упорядочено, когда меньше неопределенность и известно: а) положение всех ее элементов; б) скорость и направление изменения их положения (порядок - это когда все на своих местах).

2) Объективно, состояние системы более упорядочено, если в данном ее состоянии у элементов системы существует меньше степеней свободы - вариантов расположения и движения (привязанное стадо более упорядочено, чем непривязанное). В физике используется понятие «энтропия», характеризующее вероятность состояния системы (число степеней свободы элементов). Чем больше энтропия, тем меньше упорядоченность.

3) Наиболее практичным критерием упорядоченности системы является наличие и сила связей между ее элементами. Чем больше связей и чем они сильнее, тем более упорядочена система (меньше степеней свободы и неопределенности).

Самопроизвольности упорядочения часто придают субъективный характер, т.е. система (структура) возникла независимо от человеческой воли и действий. Принцип возрастания энтропии гласит, что в закрытых системах энтропия не уменьшается (порядок не увеличивается). Повседневный опыт также показывает, что без вмешательства человека более упорядоченные системы не возникают. Поэтому, когда в физике и химии были открыты процессы, приводящие к возникновению упорядоченных структур без вмешательства человека, их определили как «самоорганизующиеся».

Но реально, в мире существует множество упорядоченных процессов и систем, появившихся без участия человека (от галактик, планетных систем, до живых организмов и атомов). Кроме того, применение субъективного критерия самопроизвольности приводит к выводу, что в человеческом обществе не может быть самоорганизации (или наоборот, все самоорганизация, поскольку, с точки зрения химии и биологии, человек - это самоорганизующаяся система химических реакций или биологических клеток).

Именно поэтому критерий определения самоорганизации не связан с человеческим фактором, а заключается в наличии свойств, указанных выше. Самопроизвольность означает лишь то, что на систему не оказывалось внешнего управляющего (организующего) воздействия. При этом можно показать, что многие из этих свойств являются описательными, а не необходимыми, или выводятся из других.

Для самоорганизации (самопроизвольного упорядочения) необходима открытая система (в закрытой энтропия не уменьшается) и определенные условия (пороговый уровень, управляющий параметр). Сложность системы влияет лишь на сложность организации (упорядочения). Уже здесь проявляется скачкообразность развития, положительная обратная связь и значимость флуктуаций для будущего системы. При упорядочивании автоматически проявляется синергетический эффект (откуда еще взяться новым свойствам у системы, как не из связей между элементами). Этих свойств уже достаточно для самоорганизации. Остальные проявляются при несколько ином процессе: саморегулировании (самоуправлении, автоматизме). Существуют самоорганизующиеся системы I типа (не способные к саморегулированию) и II типа. Основное их отличие в динамичности и диссипации. I тип - не динамичные и не питающиеся (лед), II тип - динамичные, питающиеся (живые организмы).

Динамизм и потребность в питании делают саморегулирование (отрицательную обратную связь, адаптация) свойством, позволяющим динамичным системам выживать с большей вероятностью. Необходимость саморегулирования в нестабильных условиях приводит в преобладанию горизонтальных связей (гетерархия). В итоге, сложные системы с положительной и отрицательной обратной связью (не сводимые к модели простого «черного ящика») проявляют свойства опрерациональной замкнутости (наличие памяти и множества контуров обратной связи не позволяет однозначно предсказать ее поведение).

В общем случае, самоорганизующиеся системы - это открытые системы, в которых происходит (или произошел) спонтанный процесс упорядочивания, обусловленный свойствами элементов самой системы. Практическая ценность такого системного подхода заключается в синергетике - науке об инициировании процесса упорядочивания, воздействии на него с целью формирования желаемой структуры. С синергетикой тесно связаны эволюционный подход к организациям, теории устойчивого развития, теории «управления хаосом» и т.п.

Ó SMart inov.

Эта закономерность тесно связана с закономерностью взаимосвязи части с целым на основе исследования взаимодействия системы и ее окружения, т.е. среды. Об иерархической упорядоченности мира знали еще в Древней Греции. Такая упорядоченность наблюдается на любом уровне развития Вселенной. Иерархичность характеризует закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы, являясь одним из наиболее важных моментов исследования систем.

Иерархия (от греч. hieros - священный и arche - власть) - тип структурных отношений в сложных многоуровневых системах, характеризуемый упорядоченностью, организованностью взаимодействий между отдельными уровнями по вертикали.

Первоначально этот термин возник в религии как понятие «служебной лестницы». Затем его стали широко применять для характеристики взаимоотношений в системе управления государством, обществом, экономикой, армией и т.д. В настоящее время, говоря об иерархии, имеют в виду любой согласованный но подчиненности порядок объектов. Иерархия - порядок подчинения низших организационных уровней высшим уровням в системе организационного управления предприятием, регионом, государством и т.п. Все организационно-управленческие структуры построены с учетом иерархического принципа.

Закономерность иерархичной упорядоченности элементов в системе основана на проявлении свойств иерархичности и коммуникативности, которые определяют установление ограничений между системой и средой.

Иерархичность - свойство систем, заключающееся в том, что любую систему можно представить в виде многоуровневой структуры. При этом на всех уровнях иерархии поддерживается целостность. Более высокий иерархический уровень объединяет элементы нижестоящего уровня и оказывает на них направляющее воздействие. В результате подчиненные члены иерархии приобретают новые свойства и функции, отсутствовавшие у них в изолированном состоянии, за счет проявления в них эмерджентности. Иерархические отношения характерны практически для всех систем, в которых существует структурная и функциональная дифференциация. Эти отношения определяют принципы и методы управления системой. На нижних уровнях формируется конкретная и подробная информация о функционировании подсистемы данного уровня, которая в дальнейшем обобщается (интегрируется) по заданным критериям и передается на вышестоящие уровни управления. Причем связи между уровнями не бывают абсолютно жесткими, так как управление системой осуществляется через обратные связи между уровнями (кибернетический принцип).

В системных исследованиях (системном анализе) для решения сложных проблем, обладающих неопределенностью, принцип иерархии позволяет осуществить декомпозицию (разделение) проблемы на более простые и понятные задачи, что частично снимает общую неопределенность. В этом случае обеспечивается возможность эффективного решения конкретных задач, а значит - и решения общей проблемы.

Например, перед маркетологом стоит задача оценить уровень спроса на выпускаемый предприятием инновационный продукт в регионе. Данная проблема имеет большой уровень неопределенности. Однако если разбить эту проблему на задачи выявления потребностей по секторам потребительского рынка (затем по отраслям экономики, конкретным организациям и предприятиям), то можно сократить уровень неопределенности и выявить иерархию потребностей. В конечном итоге - определить реальную потребность в инновационном продукте и решить проблему.

Коммуникативность (от лат. communication - связь, сообщение). Любая система, выделенная из окружающей среды, обладает множеством связей с этой средой, сохраняя с ней определенное единство. Связи обеспечивают информационное взаимодействие между объектами. Коммуникация является одним из свойств информации (атрибут, функция и коммуникация), так как именно с помощью информации осуществляется обмен информацией о состоянии и поведении любой системы в окружающей среде. Свойство коммуникации присуще всем объектам живой и неживой природы, разница лишь в средствах и механизмах передачи информации, которая имеет разное содержание.

Например, в технических системах существуют источник, передатчик и приемник информации в виде сигналов, которые обеспечивают нормальное функционирование технического средства. Коммуникация между людьми обеспечивает обмен мыслями, знаниями, опытом, что позволяет осуществлять взаимодействие и взаимосвязи в обществе.

Свойство коммуникативности систем связано со свойством иерархии в процессе структуризации, гак как они обеспечивают закономерное соподчинение элементов в системе и системы в среде. Закономерность соподчинения является объективным законом упорядочивания Мира, в котором все объекты реального мира имеют иерархическую (см. также гл. 2) структуру:

• надсистема - система высокого уровня, которая определяет требования и ограничения для системы нижележащего уровня. Надсистемы являются внешней средой для нижестоящих систем. Например, государство определяет требования к экономике в целом, являясь экономической средой для субъектов предпринимательской деятельности;
• подсистемы - все нижестоящие, подведомственные системы, которые являются элементами вышестоящих систем, т.е. соподчиненные системы;
• системы одного уровня формируют свою внутреннюю среду в соответствии с целями функционирования и саморазвития.

Свойство коммуникативности систем определяет основу взаимодействия исследуемой системы с окружающей средой и является проявлением закономерности взаимодействия части и целого. Закономерность коммуникативности систем и среды определяет взаимоотношения в процессе соподчинения (иерархии) на основе двустороннего обмена информацией. Один поток информации направлен от вышестоящего уровня на нижестоящие, сохраняя характер автономного целого - системы. Второй поток направлен от нижестоящих систем в сторону вышестоящих, проявляя определенную зависимость в качестве части (элемента) системы высшего уровня.

Наличие у систем свойства коммуникативности обеспечивает им не только формирование организационных структур управления, но и обменные процессы ресурсами как в самой системе, так и с ее окружением.

Закономерности возрастания и убывания энтропии связаны с процессом нелинейного развития элементов в системе при воздействии на них случайных факторов внешней среды.

Понятие «энтропия » играет важную роль в системном анализе и связано с определением обратимых и необратимых процессов системы в результате нелинейного развития ее элементов под воздействием случайных факторов. Его ввел в 1865 г. немецкий физик Р. Клаузиус как понятие в физике. Энтропия в термодинамике - достижение системой состояния термодинамического равновесия за счет накопления тепловой энергии. Согласно классической термодинамике на макроуровне энтропия в системе рассматривалась как способность энергии к превращениям. Энергия является функцией состояния системы и поэтому по мере ее возрастания способность системы удерживать свое состояние уменьшается. На микроуровне энтропия связана с переходом системы от неопределенных состояний к более вероятностным. Возрастание энтропии в термодинамических системах говорит о переходе упорядоченной формы движения частиц в неупорядоченную - тепловую. Превращение энергии упорядоченного движения в энергию хаотического движения называют диссипацией энергии (термин «диссипативный» является синонимом термина «необратимый»). Температура всех частей системы в состоянии равновесия одинакова. Термодинамическому равновесию системы соответствует состояние максимума энтропии.

Понятие «энтропия» применяется в теории информации как мера неопределенности какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы.

В экономических системах под энтропией понимается мера неопределенности, которая рассматривается как вероятностная ситуация, в которой полностью или частично отсутствует информация о состоянии и поведении системы или внешней среды. В сложных и больших системах (социальноэкономических) вероятностное поведение усиливается в зависимости от уровня неопределенности факторов внешней и внутренней среды.

Энтропию можно рассматривать как меру неопределенности состояния любой вполне упорядоченной системы. Именно эта форма энтропии, связанная с неопределенностью состояния системы, находит в последнее время наибольшее распространение при исследовании социально-экономических процессов.

В противоположность энтропии действует явление негэнтропии как мера упорядоченности и организованности системы.

Обратите внимание!

В любой реальной системе действует одновременно закон убывания (возрастания негэнтропии) и возрастания (убывание негэнтропии) энтропии по разным показателям и частям системы.

Пример

• 1. Экономический кризис приводит к возрастанию энтропии (хаоса), т.е. определенного уровня неопределенности для развития бизнеса, а антикризисные мероприятия приводят к повышению негэнтропии (порядка).
• 2. Увеличение объема информации в любой предметной области приводит к увеличению энтропии, а создание систематизированных поисковых информационных систем - к его уменьшению (увеличению негэнтропии).
• 3. Ужесточение экономических санкционных мер (повышение негэнтропии) приводит к поиску альтернативных экономических решений (увеличению энтропии), которые в результате приводят к установлению некоего нового порядка.

Следует отметить, что чередование порядка (убывание энтропии) и беспорядка (возрастание энтропии) является объективным явлением в природе и обществе. Это объясняется тем, что в процессе развития (эволюции) любых систем происходит качественное изменение организационных связей - свободных или упорядоченных.

Понятие «беспорядок», или «хаос», является относительным (теория синергетики) - это состояние системы, при котором отсутствуют упорядоченные, структурированные связи между элементами. Состояние беспорядка в системе не означает, что в ней отсутствует определенная закономерность связей между элементами, она есть, но эти связи образуются свободно, хаотично.

Второй закон термодинамики гласит, что в любой замкнутой системе беспорядок (энтропия) всегда возрастает со временем. Иначе говоря, число степеней свободы молекулярного (динамического) хаоса растет со временем - по существу вытекает из того, что состояний беспорядка всегда гораздо больше, чем состояний порядка (упорядоченных состояний) .

Понятие «порядок» предполагает наличие в системе устойчивых структурно-пространственных связей, которые «связывают» ее элементы в единое целое. Такая устойчивость сохраняется до тех пор, пока система под воздействием случайных факторов не начнет изменяться (разрушаться или переходить на новый уровень развития), т.е. переходит в состояние относительного беспорядка.

Организационная деятельность человека в социальных и экономических системах связана с упорядочением действий для получения результата (порядка), но в то же время некоторые действия могут вызывать сопротивление в определенной части общества (беспорядок). Возникновение таких противоречий является естественной закономерностью любого эволюционного движения. Поэтому порядок (уменьшение энтропии) и беспорядок (увеличение энтропии) являются основой динамичных саморазвиваю- щихся систем.

Российский философ Л. Балашов утверждает, что в обществе «...абсолютный или идеальный порядок также вреден человеку, как и абсолютный беспорядок, хаос. Стремление отдельных людей ко все большему, идеальному порядку пагубно для них и окружения. Также вредно и стремление отдельных людей хаотизировать жизнь (например, анархистов) или их стремление к безбрежному плюрализму» .

Необходимо отметить, что развитие любых общественных систем, в том числе и экономики, происходит за счет сбалансированного соотношения порядка и беспорядка, возникновение которых в большей мере связано с увеличением объема информации, сетевыми технологиями, уровнем образования и компетентности людей. Поэтому важной задачей любого государства является создавать условия не только для создания определенного порядка, но и регулирования беспорядка.

Например, в системах образования необходимо обучать специалистов нс только логически мыслить (уменьшение энтропии), но создавать условия для развития интуиции и творческого мышления (увеличение энтропии). Именно соотношение этих качеств у специалиста является современным требованиям социально-экономических систем в информационном и инновационном обществе.

В системном анализе энтропия (Э) служит количественной мерой разнообразия информации в системе и определяется числом допустимых состояний системы N s:

Приведенная формула справедлива только для равновероятных состояний. Если система может находиться в п состояниях - s v s 2 , » s n ~ с ВС Р°" ятностями соответственно р (s {), р (s 2), ..., р (s n) f то ее энтропия рассчитывается по формуле:

Так как логарифм является безразмерной величиной, то и энтропия - также безразмерная величина. Однако энтропия, как и информация, может измеряться в битах, если в формулах вместо натурального логарифма использовать двоичный логарифм .

Пример

• 1. Армия: система с нулевой или стремящейся к нулю энтропией.
• 2. Бюрократия: система со слабой изменчивостью и гибкостью, соответственно, и с малой энтропией.
• 3. В экономических системах возникновение неопределенности связано с определением меры информации. Чем меньше энтропия, или неопределенность, в экономике в целом или в отдельном бизнес-проекте, тем меньше усилий нужно затратить менеджеру на выбор решения. Из множества альтернативных решений для менеджера выбор правильного решения тем сложнее, чем выше уровень энтропии, и тем самым выше неопределенность в процессе принятия решения.

В рамках традиционного линейного мировоззрения каждая природная или общественная система исследовалась лишь только в одном или нескольких смежных аспектах, т.е. с точки зрения предметных наук. В такой картине мира нарушались связи предметных исследований, что привело к углублению дифференцированного научного взгляда на явление или объект исследования как части целого. Такие представления всегда суживают рамки системных исследований, а в процессе системного анализа часто упрощается исходная модель исследования, не учитывая влияние многих «незначительных» или случайных факторов.

Открытые и закрытые системы. Понятия открытых и закрытых систем связаны с основой системной организации, которая определяет степень (границы) взаимодействия и взаимосвязи с окружающей средой. В процессе этого взаимодействия система осуществляет обменные процессы ресурсами (веществом, энергией и информацией), необходимыми для ее существования и функционирования.

Открытая система - такая система, которая не имеет жестких границ и осуществляет динамичное взаимодействие с внешней средой. Существование открытой системы немыслимо без обменных процессов с окружением. Например, любое предприятие получает ресурсы извне. Все социальные и экономические системы являются открытыми, так как они существуют для создания продуктов потребления другими системами. Любая организации, предприятие, государство, экономика всегда являются открытой системой. Характерная особенность открытых систем состоит в том, что энтропия в них имеет тенденцию увеличиваться за счет усиления обменных процессов с внешней средой и уменьшаться за счет их упорядочивания. Поэтому в открытых системах важной становится проблема управления обменными потоками, особенно информационными, для решения производственных задач.

Закрытая (или изолированная) система практически не имеет связей с внешней средой, ее обменные процессы минимизированы. Функционирование такой системы обеспечивается за счет внутренних ресурсов. Однако таких систем практически не существует в природе и обществе. Чаще всего понятие «закрытая система» используется для построения теоретических моделей исследования состояния или специфики закономерностей функционирования какого-либо сложного объекта без учета внешних воздействий.

В закрытых системах со временем возрастает энтропия и может достигать максимального значения за счет возникновения явления активного сопротивления в ее элементах (согласно второму закону термодинамики). Лишь при возникновении флуктуации можно уменьшить энтропию за счет реорганизации в самой систем, иначе она может полностью деградировать. Снижение энтропии возможно лишь в случае создания нового порядка, а следовательно, повышения организованности на основе создания новой системы управления, которая невозможна без достаточной и объективной информации. Поэтому обмен информацией с внешней средой необходим и для функционирования условно закрытых систем.

Принцип компенсации энтропии позволяет создавать условия для самоорганизации систем. Суть этого механизма компенсации заключается в том, что энтропия в открытой системе может быть уменьшена за счет увеличения энтропии в другой, взаимодействующей с ней системе. Это означает, что обменные процессы ресурсами с внешними системами способствуют усилению порядка в открытой системе, т.е. уменьшению энтропии. В процессе взаимодействия открытых систем происходит обмен информацией, объем которой способствует изменению уровня порядка (самоорганизации) как в элементах самой системы, так и во взаимодействующих системах. Закон термодинамики (синергетика) гласит: снижение энтропии в одной части системы обязательно сопровождается повышением энтропии в другой ее части. Из этого следует, что порядок и беспорядок (энтропийные закономерности) всегда существуют в элементах большой и сложной системы, т.е. они не могут развиваться одинаковыми темпами.

Следовательно, в обществе и, в частности, в экономике темпы развития различных отраслей будут разными, так как в любой сложной системе существуют активно прогрессирующие и активно сопротивляющиеся элементы, которые способствуют уменьшению или увеличению энтропии. Компенсировать эти явления можно лишь при создании системы управления энтропийными процессами, способствующими и самоорганизации, и самоуправлению. Это соответствует универсальному закону обмена между системами или элементами в системе - если в одной части системы энергия прибывает, то в другой убывает.

Обратите внимание!

Умение использовать принцип компенсации энтропии позволяет создавать такие организационные структуры, которые усиливают корпоративные свойства и способствуют созданию новых качественных характеристик за счет динамичного взаимодействия с внешней средой. Исследование энтропийных закономерностей в системах создает предпосылки для формирования интегративных свойств в нелинейных системах, которые позволяют создавать синергетический эффект.

В синергетике важное место отводится аттракторам, которые способствуют созданию самоорганизующегося режима поведения нелинейной открытой системы.

Аттрактор (англ, attract - привлекать, притягивать) - совокупность внутренних и внешних условий, способствующих выбору самоорганизующейся системой одного из вариантов устойчивого развития; идеальное конечное состояние, к которому стремится система в процессе своего развития. Пространство внутри аттрактора, в котором каждая частица (система), туда попавшая, постепенно смещается в заданном направлении, называют «зоной аттрактора». В синергетической методологии различают простые и странные аттракторы. При состояниях системы, определяемых простым аттрактором, траектория развития системы является предсказуемой. При состояниях системы, определяемых странным аттрактором, невозможно определить поведение системы.

Синергетические системы являются сложными открытыми неравновесными самоорганизующимися системами, которые на внешнее воздействие способны отвечать созданием самоорганизации структуры.

Закономерности осуществимости систем связаны с проектированием и организацией функционирования систем управления (рис. 3.4).

Рис. ЗА. Компоненты закономерности осуществимости систем

Эквифинальность - способность системы достигать определенного состояния, которое не зависит ни от времени, ни от ее начальных условий, а определяется исключительно ее параметрами 1 .

Термин «эквифинальность» был предложен Л. фон Берталанфи для описания закономерности изменения состояний в открытых системах. Состояние равновесия в закрытых системах полностью определяется начальными условиями ее существования. Конечное состояние открытых систем не зависит от начального, а определяется особенностями протекающих внутри системы процессов и характером ее взаимодействия со средой .

Эта закономерность характеризует предельные возможности системы, что важно учитывать при проектировании организационно-управленческих систем. Эквифинальность, но определению Л. фон Берталанфи, проявляет себя только в сложных открытых системах как предел достижения устойчивого развития, которое полностью определяется параметрами самой системы.

Многое вопросы, касающиеся определения параметров, при которых система достигает предельно возможных состояний осуществления своих целей, до сих пор мало изучены. Данная закономерность позволяет определять соотношение целей организации и потенциальных организационных возможностей.

Например, люди обладают от природы разными способностями и возможностями, поэтому в менеджменте организации наиболее эффективными являются индивидуальные или смешанные методы управления кадрами.

Закон «необходимого разнообразия» Эшби. Впервые закон был сформулирован У. Р. Эшби в качестве фундаментального закона кибернетики. Его суть состоит в том, что «разнообразие сложной системы требует управления , которое само обладает некоторым разнообразием » .

Смысл этой закономерности заключается в том, что если на большую и сложную систему воздействует большое разнообразие внешних и внутренних факторов, то и система управления в такой системе должна адекватно отражать разнообразие принципов и методов. Следовательно, если организационная структура системы управления достаточно гибкая, то любое разнообразие факторов воздействия не будет нарушать принцип целостности системы. Закон Эшби связан с определением количества информации, необходимой для эффективного управления конкретной системой.

В системах управления закон необходимого разнообразия определяет варианты (разнообразие) принятия решений в зависимости от складывающихся условий и ситуаций, т.е. предполагает наличие альтернатив.

Закономерность потенциальной эффективности. Данная закономерность выявлена в сложных системах, обладающих сложным поведением, и связана с определением уровня их устойчивости, т.е. возможности противостоять воздействию внешних и внутренних факторов (помех). Наличие такой закономерности позволяет исследовать систему с точки зрения ее жизнеспособности, предельной осуществимости целей и эффективности управления.

Например, каждая организационная структура имеет предел потенциальных возможностей, и этот потенциал ограничивает эффективность ее функционирования. Если необходимо повысить эффективность результатов организации, то потребуются новые изменения как в производственно- организационной, так и в управленческой сферах деятельности.

Закономерности роста и развития. Любая система со временем претерпевает количественные и качественные изменения. Для этих изменений вводятся понятия «рост» и «развитие». Важно различать эти понятия, поскольку рост и развитие далеко не одно и то же и нс обязательно одно связано с другим.

Рост системы состоит в увеличении числа элементов и размера системы. Развитие системы состоит в изменении всех процессов системы во времени, выраженное в количественных, качественных и структурных преобразованиях от низшего уровня (простого) к высшему (сложному).

Всякое изменение имеет свою причину. Такой причиной является наличие проблемы или противоречий, которые порождают кризис, а он, в свою очередь, служит основой для нового развития.

Закономерность развития во времени - историчность. Закон диалектики гласит, что любая система не может быть неизменной, она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, т.е. любая система имеет свой жизненный цикл. Жизненный цикл - период времени, в который система возникает, функционирует, а затем снижает эффективность функционирования (стареет) и ликвидируется. В последнее время понятие жизненного цикла стали связывать с закономерностью историчности - время является непременной характеристикой системы, поэтому каждая система исторична. Если для биологических и социальных систем легко можно привести примеры становления, расцвета, упадка и даже смерти (гибели), то для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды.

• 1. Создавая компании, руководители не всегда задумываются о том, что через определенный период времени эффективность производства достигнет пика и потребуются определенные изменения в стратегии или тактике управления.
• 2. Менеджеры не всегда задумываются о том, что руководимые ими компании или подразделения когда-то морально и физически устареют и не смогут выполнять возлагаемые на них функции.
• 3. Руководители организаций с огорчением узнают, что информационная система, в которую вложено столько средств, морально и физически устаревает и требует замены. Поэтому при внедрении информационной системы следует примерно в середине ее «жизненного цикла» начинать разрабатывать концепцию и формирование технического задания на проектирование последующей очереди информационной системы.

В последнее время специалисты и руководители все больше начинают осознавать необходимость учитывать закономерности историчности систем при исследовании, моделировании, проектировании и управлении.

Закономерность неравномерного развития и рассогласованных темпов выполнения функций элементами системы. Чем сложнее система, том более неравномерно развиваются ее составные части. В процессе функционирования или развития большой и сложной системы ее элементы (или компоненты) выполняют свои локальные функции в соответствии со своим определенным темпом развития. Этот факт закономерно приводит к рассогласованию темпов функционирования разных элементов, что, в свою очередь, создает угрозу функционального рассогласования работы и целостности системы, а также дезорганизации всей системы в целом вплоть до ее разрушения.

Например, с развитием информатизации разных видов деятельности возникла необходимость изменения функциональных обязанностей сотрудников. Внесение любых нововведений приводит к необходимости изменения функциональных связей.

Закономерность повышения степени идеальности . Такая закономерность в развитии осуществляется на основе улучшения качественных характеристик. Понятие «идеальная система» сочетает два важных понятия. Первое - универсальное понятие системы, которое используется во всех областях научных знаний и определяет содержательную характеристику идеального. Другое - «идеальное» - относится к философской категории, которая означает важнейшее свойство сознания для преобразования реального материального мира на основе идеальных моделей (идей, образов). Идеальные образы возникают и формируются в процессе творческой деятельности человека как его отношение к вещественному миру, т.е. его активность, конструктивность, направленность мысли на новое, избирательная деятельность.

Поэтому понятие «идеальная система» является основным понятием в теории решения изобретательских задач, которая обосновывает основные законы развития техники (закон вытеснения человека из технической системы и закон перехода от макро- к микросистемам).

Например, создатель необычайно эффективной теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) советский ученый-изобретатель Г. С. Альтшул- лер определяет «идеальную техническую систему» как систему, «...которой как бы нет, а функция ее выполняется , т.е. это система , в которой вес , объем и площадь стремятся к нулю , хотя ее способность выполнять работу при этом не уменьшается» .

В общественных науках построение идеальных систем является достаточно проблематичным, так как каждая общественная формация имеет свои представлении о добре, зле и справедливости в качестве идеалов существования человека в обществе.

Конвергенция означает схождение, сближение, взаимовлияние, взаимопроникновение между системами или разными элементами внутри одной системы.

Закономерность внутрисистемной и межсистемной конвергенции. В экономических системах конвергенцию можно наблюдать как результат схожих, сближающихся социально-экономических процессов и явлений в странах мира. В основе теории конвергенции лежит гипотеза о возможности создания некоей «гибридной, смешанной экономической системы» на основе взаимодействия и взаимовлияния двух экономических систем - капитализма и социализма - в ходе научно-технической революции.

Согласно гипотезе конвергенции «единое индустриальное общество» соединит преимущества капиталистической и социалистической систем и при этом не будет иметь их недостатков.

В современных условиях термин «конвергенция» используется при описании интеграционных процессов в мировом социально-экономическом пространстве. В основе этих процессов лежат общие тенденции и идеи научно- технического и социально-экономического прогресса и бурное развитие информационных технологий. Они обусловливают конвергенцию экономик растущего числа стран при сохранении их национальных особенностей.

Эшби У. Р. Введение в кибернетику. М.: Иностранная литература, 1959.

Ачьтшуллер Г. С. Найти идею: введение в теорию решения изобретательских задач /отв. ред. А. К. Дюнин. Новосибирск: Наука, Сибирское отд., 1986.