Система — это достаточно сложный объект, который можно расчленить (провести декомпозицию) на составляющие элементы или подсистемы. Элементы связаны друг с другом и с окружающей средой объекта. Совокупность связей образует структуру системы. Система имеет алгоритм функционирования, направленный на достижение определенной цели.
Все системы можно условно разделить на малые и большие.
Малые системы однозначно определяются свойствами процесса и обычно ограничены одним типовым процессом, его внутренними связями, а также особенностями функционирования.
Большие системы представляют собой сложную совокупность малых (подсистем) систем и отличаются от них в количественном и качественном отношениях.
Рассмотрим составляющие системы и ее основные свойства.
Элементы — это объекты, части, компоненты системы. Причем их число ограничено.
Свойства — качества элементов, дающие возможность количественного описания системы, выражая ее в определенных величинах.
Связи — это то, что соединяет элементы и свойства системы в целое.
При анализе систем значительный интерес представляет изучение их структуры. Структура отражает наиболее существенные, устойчивые связи между элементами системы и их группами, которые обеспечивают основные свойства системы. То есть структура — это форма организации системы. Структура системы может претерпевать определенные изменения в зависимости от факторов (причин) внутренней и внешней природы, от времени.
Понятие «состояние» обычно выявляют на основании исследования, ситуационного анализа, исследуя, например, входные воздействия и выходные результаты системы.
Поведение системы характеризует возможность устойчивого, контролируемого перехода системы из одного состояния в другое.
Понятие «равновесие» определяется как способность системы в отсутствие внешних воздействий сохранять заранее заданное состояние.
Устойчивость характеризуется как способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была выведена из него под влиянием внешнего воздействия. На рисунке 4 схематично показана система в устойчивом и неустойчивом состояниях. Реально устойчивость систем может достигаться только в определенных пределах.
Понятие «развитие» характеризует совершенствование структуры и функций системы под влиянием внутренних факторов, в связи с чем поведение системы приобретает более упорядоченный и предсказуемый характер.
Рис. 4. Система в устойчивом состоянии (справа) и неустойчивом (слева)
Главное свойство системы в том, что она приобретает особенности, не свойственные ее элементам. Здесь можно привести множество примеров: компьютер, как система, состоящая из определенного набора деталей и программного обеспечения. И если все собрано и отлажено правильно (организована система), то получаем новые качества входящих в эту систему элементов. Это свойство называется принципом эмерджентности.
Общая теория систем — междисциплинарная область научных исследований, в задачи которой входит разработка обобщенных моделей систем, построение методологического аппарата, описание функционирования и поведения системных объектов, рассмотрение динамики систем, их поведения, развития, иерархического строения и процессов управления в системах. Теория систем оперирует такими понятиями, как системный анализ и системный подход.
Системный анализ — это стратегия изучения сложных систем. В качестве метода исследования в нем используется математическое моделирование, а основным принципом является декомпозиция сложной системы на более простые подсистемы (принципы иерархии системы). В этом случае математическая модель строится по блочному принципу: общая модель подразделяется на блоки, которым можно дать сравнительно простые математические описания.
В основе стратегии системного анализа лежат следующие общие положения: 1) четкая формулировка цели исследования; 2) постановка задачи по реализации этой цели и определение критерия эффективности решения задачи; 3) разработка развернутого плана исследования с указанием основных этапов и направлений решения задачи; 4) последовательное продвижение по всему комплексу взаимосвязанных этапов и возможных направлений; 5) организация последовательных приближений и повторных циклов исследований на отдельных этапах; 6) принцип нисходящей иерархии анализа и восходящей иерархии синтеза в решении составных задач и т. п.
Системный анализ позволяет организовать наши знания об объекте таким образом, чтобы помочь выбрать нужную стратегию либо предсказать результаты одной или нескольких стратегий, представляющихся целесообразными для тех, кто должен принимать решение.
С позиций системного анализа решаются задачи моделирования, оптимизации, управления и оптимального проектирования систем.
Особый вклад (важность) системного анализа в решении различных проблем заключается в том, что он позволяет выявить факторы и взаимосвязи, которые впоследствии могут оказаться весьма существенными, дает возможность спланировать методику наблюдений и построить эксперимент так, чтобы эти факторы были включены в рассмотрение, освещает слабые места гипотез и допущений. Как научный подход системный анализ создает инструментарий познания физического мира и объединяет его в систему гибкого исследования сложных явлений.
Системный подход — направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем. Системный подход ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта, на выявление разных личных типов связей в нем и сведения в единую теоретическую картину.
Системный подход основан на представлении о системе как о чем-то целостном, обладающем новыми свойствами (качествами) по сравнению со свойствами составляющих ее элементов. Новые свойства при этом понимаются очень широко. Они могут выражаться, в частности, в способности решать новые проблемы или достигать новые цели. Для этого требуется определить границы системы, выделив ее из окружающего мира, и затем соответствующим образом изменить (преобразовать), или, говоря математическим языком, перевести систему в желаемое состояние. Академик В. М. Глушков выделил в системном подходе следующие этапы[4]:
1. Постановка задачи (проблемы): определение Объекта исследования, постановка целей, задание критериев для изучения объекта и управления им;
2. Очерчивание границ изучаемой системы и ее (первичная) структуризация. На этом этапе вся совокупность объектов и процессов, имеющих отношение к поставленной цели, разбивается на два класса — собственно изучаемая система и внешняя среда;
3. Составление математической модели изучаемой системы: параметризация системы, задание области определения параметров, установление зависимостей между введенными параметрами;
4. Исследование построенной модели: прогноз развития изучаемой системы на основе ее модели, анализ результатов моделирования;
5. Выбор оптимального управления.
Выбор оптимального управления как раз и позволяет перевести систему в желаемое (целевое) состояние и тем самым решить проблему.
Несмотря на четкую математическую трактовку системного подхода, он не получил, однако, однозначном практической интерпретации. В связи с этим развиваются несколько направлений его практической реализации. Наибольшее распространение получили АСУПовское и системотехническое направления, суть которых заключается в совершенствовании существующих систем управления. Для этого проводится их обследование (диагностическим анализ), выявляются недостатки и пути устранения последних, формируются мероприятия по совершенствованию систем, разрабатываются проекты систем, внедрение которых рассматривается как способ преобразования существующих систем управления.
Значительную роль в этих методах играют понятие системы, подсистемы, окружающей среды, классификация основных свойств и процессов в системах, классификация систем и т. д.
Остановимся на обобщенном определении системы.
Система, с одной стороны, может быть описана динамически как процесс, а с другой — статически, с точки зрения либо внешних, либо внутренних характеристик.