ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
Система: Определение и классификация
Понятие системы относится к числу основополагающих и используется в различных научных дисциплинах и сферах человеческой деятельности. Известные словосочетания «информационная система», «человеко-машинная система», «экономическая система», «биологическая система» и многие другие иллюстрируют распространенность этого термина в разных предметных областях.
В литературе существует множество определений того, что есть «система». Несмотря на различия формулировок, все они в той или иной мере опираются на исходный перевод греческого слова systema - целое, составленное из частей, соединенное. Будем использовать следующее достаточно общее определение.
Система - совокупность объектов, объединенных связями так, что они существуют (функционируют) как единое целое, приобретающее новые свойства, которые отсутствуют у этих объектов в отдельности.
Замечание о новых свойствах системы в данном определении является весьма важной особенностью системы, отличающей ее от простого набора несвязанных элементов. Наличие у системы новых свойств, которые не являются суммой свойств ее элементов называют эмерджентностью (например, работоспособность системы «коллектив» не сводится к сумме работоспособности ее элементов - членов этого коллектива).
Объекты в системах могут быть как материальными, так и абстрактными. В первом случае говорят о материальных (эмпирических) системах ; во втором - о системах абстрактных. К числу абстрактных систем можно отнести теории, формальные языки, математические модели, алгоритмы и др.
Системы. Принципы системности
Для выделения систем в окружающем мире можно использовать следующие принципы системности .
Принцип внешней целостности - обособленность системы от окружающей среды. Система взаимодействует с окружающей средой как единое целое, ее поведение определяется состоянием среды и состоянием всей системы, а не какой-то отдельной ее частью.
Обособление системы в окружающей среде имеет свою цель, т.е. система характеризуется назначением. Другими характеристиками системы в окружающем мире являются ее вход, выход и внутреннее состояние.
Входом абстрактной системы, например некоторой математической теории, является постановка задачи; выходом - результат решения этой задачи, а назначением будет класс задач, решаемых в рамках данной теории.
Принцип внутренней целостности - устойчивость связей между частями системы. Состояние самой системы зависит не только от состояния ее частей - элементов, но и от состояния связей между ними. Именно поэтому свойства системы не сводятся к простой сумме свойств ее элементов, в системе появляются те свойства, которые отсутствуют у элементов в отдельности.
Наличие устойчивых связей между элементами системы определяет ее функциональные возможности. Нарушение этих связей может привести к тому, что система не сможет выполнять назначенные ей функции.
Принцип иерархичности- в системе можно выделить подсистемы, определяя для каждой из них свой вход, выход, назначение. В свою очередь, сама система может рассматриваться как часть более крупной системы.
Дальнейшее разбиение подсистем на части приведет к тому уровню, на котором эти подсистемы называются элементами исходной системы. Теоретически систему можно разбивать на мелкие части, по-видимому, бесконечно. Однако практически это приведет к тому, что появятся элементы, связь которых с исходной системой, с ее функциями будет трудно уловима. Поэтому элементом системы считают такие ее более мелкие части, которые обладают некоторыми качествами, присущими самой системе.
Важным при исследовании, проектировании и разработке систем является понятие ее структуры. Структура системы - совокупность ее элементов и устойчивые связи между ними. Для отображения структуры системы наиболее часто используются графические нотации (языки), структурные схемы. При этом, как правило, представление структуры системы выполняется на нескольких уровнях детализации: сначала описываются связи системы с внешней средой; потом рисуется схема с выделением наиболее крупных подсистем, далее - для подсистем строятся свои схемы и т.д.
Подобная детализация является результатом последовательного структурного анализа системы. Метод структурного системного анализа является подмножеством методов системного анализа вообще и применяется, в частности, в инженерии программирования, при разработке и внедрении сложных информационных систем. Основной идеей структурного системного анализа является поэтапная детализация исследуемой (моделируемой) системы или процесса, которая начинается с общего обзора объекта исследования, а затем предполагает его последовательное уточнение.
В системном подходе к решению исследовательских, проектных, производственных и других теоретических и практических задач этап анализа вместе с этапом синтеза образуют методологическую концепцию решения. В исследовании (проектировании, разработке) систем на этапе анализа производится разбиение исходной (разрабатываемой) системы на части для ее упрощения и последовательного решения задачи. На этапе синтеза полученные результаты, отдельные подсистемы соединяются воедино путем установления связей между входами и выходами подсистем.
Важно отметить, что разбиение системы на части даст разные результаты в зависимости от того, кто и с какой целью выполняет это разбиение. Здесь мы говорим только о таких разбиениях, синтез после которых позволяет получить исходную или задуманную систему. К таким не относится, например, «анализ» системы «компьютер» с помощью молотка и зубила. Так, для специалиста, внедряющего на предприятии автоматизированную информационную систему, важными будут информационные связи между подразделениями предприятия; для специалиста отдела поставок - связи, отображающие движение материальных ресурсов на предприятии. В итоге можно получить различные варианты структурных схем системы, которые будут содержать различные связи между ее элементами, отражающие ту или иную точку зрения и цель исследования.
Представление системы , при котором главным является отображение и исследование ее связей с внешней средой, с внешними системами, называется представлением на макроуровне. Представление внутренней структуры системы есть представление на микроуровне.
Классифкация систем
Классификация систем предполагает разделение всего множества систем на различные группы - классы, обладающие общими признаками. В основу классификации систем могут быть положены различные признаки.
В самом общем случае можно выделить два больших класса систем: абстрактные (символические) и материальные (эмпирические).
По происхождению системы делят на естественные системы (созданные природой), искусственные, а также системы смешанного происхождения, в которых присутствуют как элементы природные, так и элементы, сделанные человеком. Системы, которые являются искусственными или смешанными, создаются человеком для достижения своих целей и потребностей.
Дадим краткие характеристики некоторых общих видов систем.
Техническая система представляет собой взаимосвязанный, взаимообусловленный комплекс материальных элементов, обеспечивающих решение некоторой задачи. К таким системам можно отнести автомобиль, здание, ЭВМ, систему радиосвязи и т.п. Человек не является элементом такой системы, а сама техническая система относится к классу искусственных.
Технологическая система - система правил, норм, определяющих последовательность операций в процессе производства.
Организационная система в общем виде представляет собой множество людей (коллективов), взаимосвязанных определенными отношениями в процессе некоторой деятельности, созданных и управляемых людьми. Известные сочетания «организационно-техническая, организационно-технологическая система» расширяют понимание организационной системы средствами и методами профессиональной деятельности членов организаций.
Другое название - организационно-экономическая система применяют для обозначения систем (организаций, предприятий), участвующих в экономических процессах создания, распределения, обмена материальных благ.
Экономическая система - система производительных сил и производственных отношений, складывающихся в процессе производства, потребления, распределения материальных благ. Более общая социально-экономическая системаотражает дополнительно социальные связи и элементы, включая отношения между людьми и коллективами, условия трудовой деятельности, отдыха и т.п. Организационно-экономические системы функционируют в области производства товаров и/или услуг, т.е. в составе некоторой экономической системы. Эти системы представляют наибольший интерес как объекты внедрения экономических информационных систем (ЭИС), являющихся компьютеризированными системами сбора, хранения, обработки и распространения экономической информации. Частным толкованием ЭИС являются системы, предназначенные для автоматизации задач управления предприятиями (организациями).
По степени сложности различают простые, сложные и очень сложные (большие) системы. Простые системы характеризуются малым числом внутренних связей и относительной легкостью математического описания. Характерным для них является наличие только двух возможных состояний работоспособности: при выходе из строя элементов система или полностью теряет работоспособность (возможность выполнять свое назначение), или продолжает выполнять заданные функции в полном объеме.
Сложные системы имеют разветвленную структуру, большое разнообразие элементов и связей и множество состояний работоспособности (больше двух). Эти системы поддаются математическому описанию, как правило, с помощью сложных математических зависимостей (детерминированных или вероятностных). К числу сложных систем относятся практически все современные технические системы (телевизор, станок, космический корабль и т.д.).
Современные организационно-экономические системы (крупные предприятия, холдинги, производственные, транспортные, энергетические компании) относятся к числу очень сложных (больших) систем. Характерными для таких систем являются следующие признаки:
сложность назначения и многообразие выполняемых функций;
большие размеры системы по числу элементов, их взаимосвязей, входов и выходов;
сложная иерархическая структура системы, позволяющая выделить в ней несколько уровней с достаточно самостоятельными элементами на каждом из уровней, с собственными целями элементов и особенностями функционирования;
наличие общей цели системы и, как следствие, централизованного управления, подчиненности между элементами разных уровней при их относительной автономности;
наличие в системе активно действующих элементов - людей и их коллективов с собственными целями (которые, вообще говоря, могут не совпадать с целями самой системы) и поведением;
многообразие видов взаимосвязей между элементами системы (материальные, информационные, энергетические связи) и системы с внешней средой.
В силу сложности назначения и процессов функционирования построение адекватных математических моделей, характеризующих зависимости выходных, входных и внутренних параметров для больших систем является невыполнимым.
По степени взаимодействия с внешней средой различают открытые системы и замкнутые системы . Замкнутой называют систему, любой элемент которой имеет связи только с элементами самой системы, т.е. замкнутая система не взаимодействует с внешней средой. Открытые системы взаимодействуют с внешней средой, обмениваясь веществом, энергией, информацией. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой и являются открытыми.
По характеру поведения системы делят на детерминированные и недетерминированные. К детерминированным относятся те системы, в которых составные части взаимодействуют между собой точно определенным образом. Поведение и состояние такой системы может быть однозначно предсказано. В случае недетерминированных систем такого однозначного предсказания сделать нельзя.
Если поведение системы подчиняется вероятностным законам, то она называется вероятностной. В таком случае прогнозирование поведения системы выполняется с помощью вероятностных математических моделей. Можно сказать, что вероятностные модели являются определенной идеализацией, позволяющей описывать поведение недетерминированных систем. Практически отнесение системы к детерминированным или недетерминированным часто зависит от задач исследования и подробности рассмотрения системы.
Понятие системы широко используется в науке, технике, в экономике когда говорят о некоторой упорядоченной совокупности любого содержания.
Система – это объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов и явлений, а так же знаний о природе и обществе.
Определение системы, как объекта исследования, начинается с выделения входящих в нее элементов из внешней среды, с которой она взаимодействует.
Под элементом системы понимается простейшая неделимая часть системы. Элемент является пределом деления системы с точки зрения решаемой исследователем задачи. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением ее на подсистемы.
Элемент системы не способен к самостоятельному существованию и не может быть описан вне его функциональных характеристик. С точки зрения системы важно не то, из чего состоит элемент, а какова его функция в рамках системы. Элемент определяется как минимальная единица, способная к самостоятельному осуществлению некоторой функции.
Подсистема представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимую функцию, направленную на достижение общей цели системы.
Элементы, образующие систему, находятся в определенных отношениях и связях между собой. Как целое, система противостоит среде, во взаимодействии с которой проявляются ее свойства. Функционирование системы во внешней среде и сохранение ее целостности возможно благодаря определенной упорядоченности ее элементов, описываемой понятием структуры.
Структура есть совокупность наиболее существенных связей между элементами системы, мало изменяющихся при ее функционировании и обеспечивающих существование системы и ее основных свойств. Понятие структуры отражает инвариантный аспект системы. Структура системы часто изображается в виде графа, в котором элементы представлены вершинами, а связи между ними дугами.
Возможность выделения для системы внешнего окружения и относительно независимых подсистем приводит к представлению об иерархичности систем. Иерархичность означает возможность представить каждую систему как подсистему или элемент системы более высокого уровня. В свою очередь, каждая подсистема может рассматриваться как самостоятельная система, для которой исходная система служит системой более высокого уровня. Этот взгляд приводит к представлению о мире, как о иерархической системе взаимно вложенных систем.
Основным свойством системы, выделяющим ее из простой совокупности элементов, является целостность. Целостность – это принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств ее элементов, а также невыводимость свойств системы из свойств ее элементов. Система есть нечто большее, чем сумма ее частей. Именно наличие этого свойства выделяет системы из произвольных совокупностей элементов как самостоятельный объект исследования.
2.2. Классификация систем
Классификацию систем можно проводить по различным признакам. В наиболее общем плане системы можно разделить на материальные и абстрактные.
Материальные системы представляют собой совокупность материальных объектов. Среди материальных систем можно выделит неживые системы (физические, химические, технические и т.п.), живые или биологические системы и системы, содержащие в своем составе как неживые, так и биологические элементы. Важное место среди материальных систем занимают социально-экономические системы, в которых связями между элементами являются общественные отношения людей в процессе производства.
Абстрактные системы – это продукты человеческого мышления: знания, теории, гипотезы и т.п.
В зависимости от изменения состояния системы во времени различают статические и динамические системы. В статических системах с течением времени состояние не изменяется, в динамических системах происходит изменение состояния в процессе функционирования.
По степени определенности состояния системы делятся на детерминированные и стохастические (вероятностные). В детерминированное системе состояние её элементов в любой момент времени полностью определяется их состоянием в предшествующие моменты времени. Поведение детерминированной системы всегда можно точно предсказать. Состояние стохастической системы можно предсказать только с некоторой вероятностью.
По способу взаимодействия системы с внешней средой различают замкнутые и открытые системы. Замкнутые системы не взаимодействуют с внешней средой, все процессы, кроме энергетических, замыкаются внутри системы. Открытые системы активно взаимодействуют с внешней средой, что позволяет им развиваться и усложнять свою структуру.
По степени сложности системы делятся на простые и сложные.
Под сложностью системы часто понимается количество ее элементов и связей между ними. Такое определение сложности не отражает качественных изменений, происходящих в поведении систем при их усложнении. Под сложной системой будем понимать систему, способную управлять своим поведением. Системы, не обладающие таким свойством, отнесем к простым. В соответствии с этим определением атом и солнечную систему следует отнести к простым системам. Любые технические системы, взятые сами по себе, вне зависимости от человека, также являются простыми. Действительно сложными системами, способными управлять своим поведением, являются человеко-машинные системы. В строгом смысле сложные системы появляются только с появлением жизни.
Среди сложных систем можно выделить системы, существенной особенностью которых является наличие разумной деятельности. Примерами таких систем являются экономическая система, любые виды социальных систем, эколого-экономическая система. Характерной особенностью таких систем является целенаправленность их поведения.
Под целенаправленностью понимается способность системы к выбору поведения в зависимости от внутренней цели. Для обозначения такого рода систем с высшим типом сложности в общей теории систем вводится понятие целеустремленной системы.
Целеустремленной системой называется система, осуществляющая целенаправленное поведение и способная к самосохранению и развитию посредством самоорганизации и самоуправления на основе переработки информации. Способность системы формировать цель своего поведения предполагает присутствие в ней человека, обладающего свободой выбора при принятии решений. Все социальные и экономические системы являются целеустремленными, поскольку в них присутствуют люди, ставящие перед собой определенные цели.
Целенаправленная система должна обладать следующими свойствами, позволяющими ей моделировать и прогнозировать свое поведение во внешней среде:
воспринимать и распознавать внешнее воздействие, формирую образ внешней среды;
обладать априорной информацией о среде, хранимой в виде ее образов;
обладать информацией о самой себе и о своих свойствах, хранимой в виде морфологического и функционального образов, образующих информационное описание системы.
это структура, рассматриваемая в отношении определенной функции. Более подробный анализ понятия "система" позволяет выделить следующие общие моменты, присущие любой системе. Во-первых, "система" представляет собой нечто целостное, отличное от окружающей ее среды; во-вторых, эта целостность носит функциональный характер, в-третьих, система представляется дифференцируемой на конечное множество взаимосвязанных элементов, обладающих вполне определенными свойствами; в-четвертых, отдельные, элементы взаимосодействуют в плане общего назначения системы, в-пятых, свойства системы не сводятся к свойствам, образующих ее компонентов; в-шестых, система находится в информационном и энергетическом взаимодействии с окружающей средой; в-седьмых, система изменяет характер функционирования в зависимости от информации о полученных результатах; в-восьмых, системы могут обладать свойствами адаптивности. Целесообразно отметить, что один и тот же результат может быть достигнут разными системами, а в одной и той же структуре одни и те же элементы могут группироваться в разные системы, в зависимости от целевого назначения.
Система всегда носит функциональный характер, поэтому понятия "система" и "функциональная система" следует рассматривать как синонимы.
СИСТЕМА
сложный объект - совокупность качественно различных достаточно устойчивых элементов, взаимно связанных сложными и динамическими отношениями. Система как целое не сводится к "сумме своих частей", но проявляет системные свойства, коими не обладает ни одна из составных частей системы. Она подчиняется особым законам, не сводимым и не выводимым из законов функционирования отдельных элементов или частных связей, между ними. Это понятие изошло из теории систем, пограничной с математикой и кибернетикой, но стало общенаучным.
СИСТЕМА (ОРГАНИЗМА)
Совокупность органов и тканей, взаимосвязанных анатомически и функционально, отличающихся структурной общностью и эмбриогенетически.
С. АФФЕРЕНТНАЯ. Часть нервной системы, преобразующая энергию поступающих раздражений в нервные импульсы, поступающие в ЦНС.
С. ВЕСТИБУЛОМОЗЖЕЧКОВАЯ. Охватывает вестибулярные ядра ствола головного мозга, вестибулярный отдел мозжечка и их проводящие пути. Регулирует положение тела и его частей в пространстве, сохранение равновесия тела, координацию движений.
С. ЛИМБИЧЕСКАЯ. Включает участки коры головного мозга, расположенные на медиальной поверхности полушарий, связанные с ними проводящими путями базальные ядра, часть ядер гипоталамуса, гипоталамус, поводок. Выполняет функцию регулятора сна и бодрствования, эмоций, мотиваций и других наиболее общих состояний и реакций организма.
С. НЕРВНАЯ. Включает в себя нервные клетки (нейроны) и вспомогательные элементы. Осуществляет регуляцию и координацию всех органов и систем организма в их адаптации к условиям внешней среды.
С. НЕРВНАЯ ВЕГЕТАТИВНАЯ. Иннервирует внутренние органы, гладкие мышцы, железы, кровеносные и лимфатические сосуды, осуществляет адаптационно-трофическую функцию. Разделяется на симпатическую и парасимпатическую части.
Син.: С. нервная автономная.
С. НЕРВНАЯ ТРОФОТРОПНАЯ. Отдел С. нервной вегетативной, осуществляет функции регуляции анаболизма и поддержания гомеостаза в периоды отдыха.
С. НЕРВНАЯ ЦЕНТРАЛЬНАЯ. Включает головной и спинной мозг.
С. НЕРВНАЯ ЭРГОТРОПНАЯ. Регулирует катаболизм, осуществляет обеспечение приспособления к изменению условий окружающей среды, физическую и психическую деятельность. Как и С. нервная трофотропная, не связана с определенной структурной основой.
С. ПИРАМИДНАЯ. Включает проводящие пути, идущие от коры прецентральных извилин к двигательным ядрам и передним рогам спинного мозга (пирамидные пути). Участвует в организации произвольных движений.
С. СЕНСОРНАЯ. Включает С. афферентную и органы чувств.
С. СТРИОПАЛЛИДАРНАЯ. Часть экстрапирамидной (ядра полосатого тела и их проводящие, афферентные и эфферентные, пути).
С. ЭКСТРАПИРАМИДНАЯ Включает проекционные эфферентные пути от коры головного мозга, ядра полосатого тела, некоторые ядра ствола, мозжечок. Руководит координацией движений, осуществляет регуляцию мышечного тонуса.
С. ЭФФЕРЕНТНАЯ. Осуществляет передачу нервных импульсов из ЦНС к исполнительным органам (мышцам, железам и др.).
СИСТЕМА
1. В переводе с греческого означает организованное целое. Это значение термина сохраняется в большинстве специализированных контекстов, в которых он встречается. Фактически из-за ширины и разнообразия способов употребления этот термин редко встречается изолированно, он чаще модифицируется или определяется другим (одним или более) термином или фразой, например, кровеносная система, динамическая система, открытая система, нервная система и т.д. 2. Более или менее хорошо структурированный набор идей, предположений, понятий и интерпретативных тенденций, который служит для того, чтобы структурировать данные в определенной научной области, например, система Коперника в астрономии, или любая из школ в психологии, например, бихевиоризм, структурализм и т.д. 3. Более узкое значение – определенным образом организованные или взаимосвязанные вещи (объекты, механизмы, стимулы и т.д.); см. конфигурация.
Система
это комплекс объектов, а также взаимоотношения между объектами и их атрибутами (определениями). В качестве объектов семейной системы, являющихся ее составными частями, выступают подсистемы (супружеская, детско-родительская, сиблинговая и индивидуальная), в то время как атрибуты представляют собой свойства подсистем.
Система
от греч. systema - составленное из частей, соединенное) - совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство, качество.
СИСТЕМА
от греч. syst?ma – составленное из частей, соединенное) – совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство. Понятие «C.» играет важную роль в философии, науке, технике и практической деятельности. Начиная с середины ХХ в. ведутся интенсивные разработки в области системного подхода и общей теории систем. Для С. характерно не только наличие связей и отношений между образующими ее элементами (определенная организованность), но и неразрывное единство со средой, во взаимоотношениях с которой C. проявляет свою целостность. Любая C. м. б. рассмотрена как элемент C. более высокого порядка, в то время как ее элементы могут выступать в качестве C. более низкого порядка. Для большинства C. характерно наличие процессов передачи информации и управления. K наиболее сложным типам C. относятся целенаправленные С, поведение которых подчинено достижению определенной цели, и самоорганизующиеся C., способные в процессе своего функционирования изменять свою структуру. Для многих сложных C. (живых, социальных и т. д.) характерно существование разных по уровню, часто не согласующихся целей, кооперирование и конфликт этих целей и т. д. Конфликт является классической социальной С, имеющей свою структуру, функции, информационную подсистему и др. Конфликт входит как один из компонентов в С. более высокого порядка. Системный подход к исследованию конфликтов является одним из наиболее перспективных на сегодняшнем этапе развития отечественной конфликтологии.
Система
греч. systema – соединение, целое, состоящее из частей). Совокупность каких-либо компонентов, взаимосвязанных и взаимодействующих, имеющих общие происхождение и общие черты строения и выполняемых функций.
СИСТЕМА
от греч. systema - целое, составленное из частей; соединение] - 1) множество закономерно связанных друг с другом элементов (предметов, явлений, взглядов, знаний и т.д.), представляющее собой определенное целостное образование, единство. Выделяют материальные и абстрактные С. Первые подразделяются на С. неорганической природы и живые С. Абстрактные С. - понятия, гипотезы, теории, научные знания о С., лингв. (языковые), формализованные, логические С. и др. 2) физиол. совокупность тканей, органов, их частей, представляющих собой определенное единство и связанных общей функцией (см., напр., Нервная система, Дыхательная система)
СИСТЕМА
от греч. systema - составленное из частей, соединение) - совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство. Понятие С. играет важную роль в науке, технике, практической деятельности. Велико его значение для психологии вообще и инженерной психологии в частности. Изучение С. ведется с позиций системного подхода, общей теории систем, системотехники. Большую роль для понимания механизмов С. управления (больших, сложных С.) сыграли кибернетика и ряд смежных с ней технических дисциплин. Для С. характерно не только наличие связей и отношений между образующими ее элементами (определенная организованность), но и неразрывное единство со средой, во взаимодействии с которой С. проявляет свою целостность. Любая С. может быть рассмотрена как элемент С. более высокого порядка, в то время как ее элементы могут выступать в качестве С. более низкого порядка. Напр., человек, являясь элементом СЧМ, в качестве входящих в него элементов содержит нервную систему, сердечно-сосудистую систему и др. Иерархичность, многоуровневость характеризуют строение, морфологию С. и ее поведение, функционирование: отдельные уровни С. обусловливают определенные аспекты ее поведения, а целостное функционирование оказывается результатом взаимодействия всех ее сторон, уровней. Для большинства С. характерно наличие в них процессов передачи информации и управления. В наиболее общем плане С. делятся на материальные и абстрактные (идеальные). Первые, в свою очередь, включают С. неорганической природы (технические, геологические и др.), живые С, особый класс материальных С. образуют социальные С. Абстрактные С. являются продуктом человеческого мышления (напр., С. психологических понятий, С. стандартов безопасности труда и т. п.). По степени сложности различают простые и сложные С, для последних характерны существование различных по уровню, часто не согласующихся между собой целей, кооперирование и конфликт этих целей и т. д. К наиболее сложным относятся целеустремленные С. По величине и размерам могут быть малые и большие С, причем большая С. не всегда является сложной и наоборот. При использовании других оснований классификации выделяются статичные (не меняющие своего состояния с течением времени) и динамичные (меняющие свое состояние; человек) С.; детерминированные и стохастические (вероятностные) С. Для последней знание значений переменных в данный момент времени позволяет, в отличие от статичных С, только предсказать вероятность распределения значений этих переменных в последующие моменты времени. По характеру взаимоотношения С. и среды С. делятся на закрытые - замкнутые (в них не поступает и из них не выделяется вещество, происходит только обмен энергией) и открытые - не замкнутые (в них постоянно происходит ввод-вывод не только энергии, но и вещества). По второму закону термодинамики каждая закрытая С. в конечном итоге достигает состояния равновесия. Рост научно-технического прогресса привел к необходимости разработки и создания автоматизированных С. управления в различных отраслях народного хозяйства. Теоретические вопросы создания таких С. разрабатываются в теориях иерархических, многоуровневых С, целенаправленных С, в своем функционировании стремящихся к достижению определенных целей), самоорганизующихся С. (способных менять свою организацию, структуру) и др. Сложность, многокомпонентность, стохастичность и др. важнейшие особенности современных технических С. потребовали разработки теорий СЧМ, сложных систем, системотехники, системного анализа.
Понятие «система» распространено достаточно широко. Мы говорим: система образования, система здравоохранения, экологическая система, транспортная система, система кровоснабжения, биологическая система и т.д.
Любое определение должно выделять и обобщать некоторые особенные черты и характеристики объекта, с одной стороны, и отделять его от смежных понятий, с другой. Определения могут раскрывать понятие с различных сторон, с различной глубиной и конкретизацией. Основная задача при этом, чтобы они не противоречили, а дополняли друг друга.
Приведем некоторые определения понятия «система», различных по объему, содержанию, раскрывающее его с разных направлений. При этом принцип их «непротиворечивости» выполняется.
Опр. 1. Система – комплекс взаимодействующих элементов.
Опр. 2. Система – обособленная сознанием часть реальности, элементы (части) которой обнаруживают свою общность в процессе взаимодействия между собой и/или с окружающей средой.
Опр. 3. Система – совокупность взаимосвязанных, взаимозависимых элементов (подсистем), обладающая свойствами целостности, целесообразности и открытости.
Организации считаются открытыми системами, потому что они динамично взаимодействуют с внешней средой.
Опр. 4. Система – единство, состоящее из взаимозависимых частей, каждая из которых привносит что-то конкретное в уникальные характеристики целого.
Опр. 5. Система – совокупность элементов взаимосвязанность и упорядоченность которых позволяет рассматривать ее как целостность.
Опр. 6. Система – это целое, созданное из частей и элементов, взаимодействующих между собой, для целенаправленной деятельности.
Опр. 7. Система как «черный ящик » – это: «вход» – «процесс» – «выход» – «обратная связь» и «ограничения».
При выборе определения, на наш взгляд, следует исходить из следующего. Всегда брать наиболее короткое, отражающее ядро понятия («что есть что»), а потом расширять его при изучении других более широких, емких и содержательных.
В нашем случае, можно сказать, что ядро определения следующее: «система – это комплекс взаимосвязанных элементов».
Более широкое определение будет раскрывать характеристики этого «комплекса»: «взаимосвязанные, взаимозависимые, образующие целостность, взаимодействующие с внешней средой» и т.д.
Аналогично можно привести примеры других «кратких» определений:
- управление – этовоздействие (…научно обоснованное, непрерывное, властное, осуществляемое в правовой форме и направленное на организацию и регулирование деятельности людей, коллектива, общества);
- решение – это выбор альтернатив(…это сложный логико-мыслительный, эмоционально психологический и интеллектуально-правовой выполняемый субъектом в пределах своих полномочий по достижению поставленной цели).
В конечном итоге запоминать следует наиболее близкое понятие, которое можно воспринять и достаточно при рассмотрении того или иного вопроса.
Элемент – часть системы - минимально целая часть системы, которая функционально способна отразить некоторые общие закономерности системы в целом. Кроме того, субъект сам может определять «минимальность», как достаточную часть системы, удовлетворяющую познавательной и преобразовательной потребности субъекта.
Связи – взаимоотношения между элементами, проявляющиеся в обмене энергией, информацией, ресурсами. Связи формируют структуру системы.
Процессы – изменения во времени количественных и качественных характеристик, проходящих в элементах и связях.
Свойства – совокупность параметров, характеризующих систему в целом.
Отметим, любая система представляет собой «элемент» системы более высокого порядка («надсистемы»), а ее элементы, в свою очередь, выступают в роли систем более низкого порядка («подсистемы»).
В наиболее общем виде любая реальная система может проявить свою сущность и смысл как целостная совокупность (система) четырех подсистем:
- элементов (элементы, связи, структуры, законы организации);
- процессов (процессы, состояния, факторы, законы изменения);
- знаний (язык, информация, память, законы интерпретации);
- ценностей (ценности, цели, отображения, принципы бытия).
Понятие «система» применяется для изучения того, насколько свойства элементов и связи, взаимоотношения между ними влияют на свойства системы в целом и, напротив, как системные качества сказываются на характере взаимоотношений и свойствах, включенных в систему элементов.
Поясним это образным «доказательством»:
«Одна овца все стадо портит», «На жару и сырая головешка горит», «С волками жить – по волчьи выть» «Не ходи со своим уставом в чужой монастырь», «Один с сошкой, а семеро с ложкой», «Ложка дегтя в бочке с медом».
Другие примеры:
1. Графит в карандаше, элементом которого является углерод. Изменим не элементы, а только связи между элементами – и можем получить алмаз. Здесь элементы – одинаковые (углерод); связи – разные. Свойства этих веществ будут разные (твердость).
2. Формула воды – Н 2 О. Однако она в зависимости от внешних процессов может находиться в разных состояниях при изменении связей: туман – роса – лед. Свойства каждого состояния разные.
3. Для иллюстрации на образно-бытовом уровне можно рассмотреть и такой пример, как приготовление щей («принцип котелка»). Элементы системы: капуста, картошка, мясо, соль, вода, кастрюля, огонь. Связи: механические (ограничены кастрюлей), частично химические (соль растворяется в холодной воде). Процессы (температурная обработка) – в каждом элементе проходят свои процессы и за свое время (мясо варится дольше). Свойства: вкус, прозрачность и т.д. Роль каждого элемента можно показать так. Если в систему не включим (пропустим, забудем) один из них (мясо), то свойства (вкус) системы будет другим. Или изменим только один элемент «соль» и получим: «недосол - на столе, пересол – на спине».
Из этих «образов» выходим на понятие «приятие решений»: знание состава элементов системы, свойств каждого элемента при определенных условиях позволяет принять верное решение при воздействии на систему (в нашем примере: что и в какой последовательности закладывать в кастрюлю, чтобы получить лучший результат).
Использование приведенных образных примеров позволит, на наш взгляд, лучше запомнить материал. Прием не является новым. В школе, на уроке физики, при изучении спектра дневного света запоминают фразу: «К аждый о хотник ж елает з нать, г де с идят ф азаны» (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый); на уроках по геометрии проводится свой образ: «Пифагоровы штаны – во все стороны равны», на уроках литературы: «то-либо-нибудь» - черточку не позабудь» и т.д.
Итак, мы ввели понятие «системы» и дали ее образное представление на примерах.
Большую ценность представляет выделение структурного и функционального аспектов системы с последующим рассмотрением взаимодействия этих планов.
Структура системы отражает единство отношений, связей и элементов, выделяемое на основании принципов сохранности и инвариантности (неизменности).
Функциональный аспект системы составляет ее содержательную характеристику, выражает, в отличие от структурного, менее устойчивые свойства системы.
В наших рассуждениях под «системой» будем понимать совокупностьэлементов, связей между этими элементами, процессов, проходящих как в самих элементах, так и в связях и свойств,которыми обладает любая система.
Структурные элементы системы можно представить на рисунке следующим образом:
Структурные элементы системы
Используя «воронку сворачивания информации», сведем материал данного раздела в «Плакат 1»
1. Системы систем -- это направление системной инженерии, занимающееся инженерией систем, отдельные части которых могут существовать автономно, были разработаны независимо друг от друга, и тем самым представляют собой полноценную целевую систему. Тем не менее, из этих автономных и независимых систем (кому-то) хочется сделать систему с эмерджентными свойствами.
2. Примеры, из-за которых пришлось вводить понятие системы систем:
а) телекоммуникационные системы ("сети сетей"), прежде всего интернет.
б) мультимодальные транспортные системы
в) обеспечивающие системы ("расширенное предприятие") в любом большом проекте системной инженерии
г) всякие взаимодействия родов войск в театре военных действий
д) любая организационная система (с быстрым проскоком всех уровней от "группы людей" до "общества в целом" и выхода на сплошную гуманитарщину безо всякой инженерии -- но с некоторыми особенностями, см. пункт 10). Тем самым в подходе "инженерии системы систем" можно рассматривать инженерию обеспечивающей системы проекта системной инженерии (см. пункт 11), реинжиниринг (или даже инжиниринг, в системах систем эти границы зыбки) какого-нибудь промышленного холдинга, тимбилдинг, создание страновых блоков, образование картелей, функционирование консорциумов, государственное строительство и т.д.. Как всегда в случае пересечения инженерных технологий и систем из (в конечном итоге) людей, делаю оговорку о безопасности (см. также пункт 10в).
3. Основная проблема в том, что для так определенной системы не подходят традиционные методы системной инженерии:
а) системы (подсистемы целевой системы) не нужно проектировать, закупать и т.д.. Они, как правило, уже есть -- уж какие есть.
б) совсем необязательно системный инженер (в том числе архитектор) имеет влияние на владельцев систем-составляющих. Его могут слушать, а также могут и не слушать.
в) поскольку автономные системы обычно должны продолжать работать, а "составлять из себя новую систему" у них является лишь дополнительной функцией к их основным функциям, то нельзя "все остановить, создать и отладить систему, а затем запустить в работу заново". Приходится править на ходу, согласовывая тщательно небольшие изменения (отсюда практически консенсус: говорят не столько о стадийном жизненном цикле, сколько об "эволюции", "инкрементальных изменениях", "мониторинге изменений"). Более того, править каждую систему, скорее всего, будет персонал этой системы-составляющей -- а не сотрудники целевой системы систем, у которой часто и персонала-то нет.
г) особо нужно отметить, что заказ на систему систем осуществляется в терминах capabilities (возможностей), а не functions (функций каких-то систем). То есть заказчики пытаются купить возможность что-то достичь, а не собственно системы. Системы уже давно куплены, существуют, у них есть владельцы и все необходимые функции. Но нужно достичь возможности что-то этим системам совместно сделать, тогда и говорят о системе систем.
Capabilities формулируются как "данная система должна обеспечивать возможность [и далее хотя бы один глагол того действия, которое она должна давать возможность сделать]".
д) системы систем появляются там и тогда, где у отдельных систем разные собственники, и для их совместной работы нужно устраивать переговорный процесс (по теории речевых актов Хабермаса иметь два уровня: дискурса с договоркой о протоколе взаимодействия и затем следование протоколу взаимодействия с регулярным вываливанием в дискурс в случае неработы этого протокола). В частности, собственники системы вряд ли строят свои системы на базе какой-то общей онтологии: у них своя (по типу) деятельность, и поэтому с необходимостью используется разная онтология (то есть их взгляды на мир отнюдь не разные группы описаний одной архитектуры! Ведь общей архитектуры у составляющих систем без системы систем по определению нет! Тем самым для описания системы систем нам нужно применять хитрое семантическое моделирование -- мы не можем гарантировать парадигмальную единообразность описания при декомпозиции, причем эта неоднородность совсем другого сорта, чем парадигмальное разнообразие при описании со сменой метода описаний (viewpoint) при сдвижке от стейкхолдера к стейхолдеру: для каждой составляющей системы в SoS меняется весь набор заинтересованных сторон и предпочитаемые ими языки и нотации! Так что "традиционная" моделеориентированная инженерия требований тут будет тоже хромать.
4. В литературе рассматриваются самые разные варианты появления заинтересованных в системе систем сторон: кто-то один с деньгами или без, несколько в разном заинтересованных сторон с деньгами и без, а также ситуации, когда в число этих сторон входят или не входят владельцы составляющих системы. Тем самым разговор о системе систем возникает каждый раз, когда речь идет о социотехнической системе.
5. В программировании, моделировании все чаще говорят о программировании и моделировании-в-большом, когда нужно сделать большую программную систему из разных компонент, работающих на разных компьютерах. Теория этого in-the-lagre только-только появляется, в жизни основные проблемы переходят туда (вместо программирования отдельных коротких автономных программ все чаще приходится программировать связки между такими программами). Более того, все чаще говорят, что "все, что могли, уже автоматизировали -- и теперь стоит задача интеграции островков автоматизации". Greenfield программирование перешло в brownfield. Вот ровно то же самое обсуждается для системы систем. Отличие в том, что составляющие системы с системе систем -- акторы (т.е. обладают собственным поведением). Если продолжить программистские аналогии, то разница между "системами систем" и "просто системами" как между Smalltalk-71 и Smalltalk-80 -- а именно, встроенным в них акторским пониманием. "Просто системы" -- это объект-ориентированный подход с пассивными объектами, которые "не могут ослушаться", а системы систем -- это акторы, которые работают асинхронно и автономно, и требуют для своей организации совсем другого отношения (парадигмы программирования), нежели объекты. Отсюда забавные следствия для объект-ориентированного моделирования (например, SysML/UML): поскольку оно не актор-ориентированное, то для описания архитектуры системы систем нужно как минимум менять язык моделеориентированной системной инженерии! С UML/SysML-диаграммами в системах систем делать нечего, хотя таких работ огромное количество.
6. Тема системы систем -- самая главная сейчас тема в западных военных закупках. Ибо оружия уже накуплено столько, что можно убить всех (на глобусе, а не только в стане потенциального противника) тысячу раз. Систем разведки уже есть столько, что можно разведать все и еще чуть-чуть. Транпорта хоть отбавляй. Единственная задача: нужно, чтобы все это как-то работало вместе -- договариваясь о целях, средствах, времени нанесения ударов, понимая последствия, оценивая риски, помогая друг другу. А вместе все современные военные системы не работают, и как этого добиться без совместного проектирования заново всех уже имеющихся систем, в общем случае непонятно. Поэтому военные сильно вкладываются в проблематику системы систем -- навязывая свою терминологию, засоряя Сеть своими "писанными кровью" уставами инженерии систем систем, и "просто систем" с обязательным добавлением туда случаев системы систем (http://www.acq.osd.mil/se/docs/SE-Guide-for-SoS.pdf , http://www.ndia.org/Divisions/Divisions/SystemsEngineering/Documents/Committees/Mission%20Analysis%20Committee/Support%20Documentation/Early%20Systems%20Engineering%20Guide%2031Mar09.pdf и т.д.).
7. Выделяют следующие виды системы систем:
-- управляемые (directed), в которых есть назначенный архитектор, который может выдавать приказы составляющим системам и распоряжается ресурсами.
-- подтвержденные (acknowledged), в которых признаваемый архитектор есть, но он может только уговаривать составляющие системы самоизмениться согласно разработанной им архитектуре.
-- сотрудничающие (collaborative), в которых все системы договариваются друг с другом по каждому чиху, но архитектора, менеджера проекта или аналогичного выделенного органа управления нет.
-- виртуальные (virtual), в которых системы вообще не знают друг о друге ничего и не влияют друг на друга (например, современный интернет. Smart Grid тоже собирается быть такой системой).
8. У военных же есть и другой частый случай, который "путается" с системами систем: семейство систем -- когда все системы, составляющие семейство, не обнаруживают эмерджентности при взаимодействии -- но заказываются, используются, разрабатываются вместе. К этой концепции семейства систем близка концепция продуктных линий, о которой совсем отдельная песня: http://jcse.org.za/upload/events/100/product_lines_2_0_jcse_30apr2010presentation.pdf (тем не менее, близость "семейств" и "системы систем" даже в этой презентации тоже отмечается -- "The System of Systems engineering community speaks of directed vs. collaborative vs. acknowledged systems of systems. These correspond to proactive (top-down), proactive (bottom-up), and reactive software product lines.".
9. Большинство работ по инженерии систем представляют собой шаблон, в котором
а) формулируется сложность проблемы системы систем (сводящаяся к "не хотят, гады"!),
б) постулируется полное отсутствие методов работы с системами в системной инженерии (ибо системная инженерия занимается менеджентом технических систем, а не человеческих) и необходимость делать хоть что-нибудь
в) радостного замечания, что "вот тут совсем случайно мы обнаружили метод [далее взахлеб рассказывается о давным давно известных в менеджменте, экономике, социологии, проектном управлении, политологии и т.д. "гуманитарных" школах мысли -- но используется терминология "системы систем" и "эволюция"], и применили этот метод в [описание какого-нибудь "пилотного проекта"]".
Тем самым текущая "наука" про системы систем сводится к пересказу идей, давно и хорошо известных гуманитарщикам инженерным языком.
10. Тем не менее, инженерная специфика в системах систем важна: она вполне может позволить сделать прорывы в тех самых гуманитарных дисциплинах, ибо
а) основным методом работы с системами систем предлагается получение их архитектуры as is и архитектуры to be. Для этого прежде всего нужно понять и отмоделировать (перейти от понимания архитектуры к архитектурному описанию) "систему систем". Особо отмечу, что "архитектура" определяется в ISO 42010 как основная организация
системы (а не основная структура: в пример приводится как раз интернет, у которого структуры по факту нет, а вот организация
есть). "Организация", кстати, в наиболее общем онтологическом смысле -- это распределение функций по материалу, из которого сделана система. Именно архитектурное описание должно быть основным интеграционным средством, вокруг которого разворачивается коммуникация владельцев составляющих систем и других заинтересованных сторон, ведущих эволюцию системы систем.
б) поскольку основное в архитектуре -- это модели, то разговор об архитектуре с неизежностью требует формального моделирования (с указанием выбранного языка, нотации, контролем конфигурации получающейся архитектурной мегамодели и т.д.). Это дает строгость в рассуждениях, обычно недоступную для представителей гуманитарных дисциплин. Вокруг формальных моделей трудно эмоционально спорить, аргументируя размахиванием рук. Поэтому у инженеров есть шанс продвинуть теории, которые долго и с весьма переменным успехом разрабатывали гуманитарщики.
в) Отдельно оставим вопрос о безопасности: конечно, инженерные решения для создания системы систем могут привести к вполне инженерному созданию организаций-систем систем, само существование которых трудно оправдать морально или этически. Но эта дискуссия о безопасности встроенна в современную инженерию (но зачастую не встроена в "гумантираные науки", как это ни удивительно), поэтому есть шанс продвинуться и в этом вопросе.
11. Особым случаем "системы систем" является обеспечивающая система проекта системной инженерии: та организация (в системной инженерии определяемая как совокупность людей, оборудования с понятным разделением труда, полномочиями и ответственностью), которая продвигает целевую систему по ее жизненному циклу. Эта обеспечивающая система является системой систем по определению: там ведь есть люди, которые владеют собой сами, и лишь договариваются работать вместе в организации -- частью эти договоренности являются явными, а частью представляют собой эхо представлений о таких договоренностях, находящихся "в культуре" (устной, письменной, в стандартах, а то и в законодательстве -- т.е. не только в договоренностях, но и обычаях, и даже законах).
12. Еще один "особый случай" -- это понимание того, как устроена современная промышленность, которая медленно, но верно ползет от непосредственного конструирования своих изделий и сервисов к проектированию изделий из покупных деталей, самих по себе довольно сложных. Производители компьютеров закупают микросхемы и разъемы, нефтяники закупают насосы и трубопроводную арматуру, все что-то закупают на базе промышленных каталогов. И потом вся эта "система производственных систем" действует, как Промнет.
13. Smart Grid, определяемая ныне, как Enernet (такое название дал недавно автор Ethernet Боб Меткалф -- http://news.cnet.com/8301-11128_3-10203683-54.html). Генераторы-потребители, каждый из которых работает автономно, и то ли продает, то ли покупает энергию в зависимости от ситуации. Владельцы линий электропередачи, владельцы средств телекоммуникаций, и многие другие агенты, которые составляют из себя сеть. В случае России ситуация немного другая, нежели во всем мире: у нас уже есть объединенная энергосистема (к которой многие страны только хотят приблизиться), и нужно решать, как на этой живой инфраструктуре разворачивать ("эволюционировать") Smart Grid как систему систем.
14. Остается понять, в чем состоит специфика подхода инженерии системы систем и какие можно предложить методы этой инженерии:
а) практически консенсус, что взаимодействие (interoperability) обеспечивается стандартами (внутрисистемными, или -- о чем проще договориться -- внешними, т.е. отраслевыми или международными).
б) практически консенсус, что изменения инкрементальны, и описываются словом "эволюция". Более того, признается, что пока меняется составляющая система А, составляющая система B может попасть в суровый переплет с изменением всех планов, и вся "эволюция" остальных систем должна на это отреагировать. Поэтому у архитекторов странная дополнительная функция "мониторинга" неожиданного изменения составляющих систем своей системы систем (представьте себе системного инженера, у которого вдруг турбина проектируемой электростанции вдруг под давлением внешних обстоятельств решила изменить свое выходное напряжение и способ подключения к сети в одностороннем порядке -- и даже забыла об этом его уведомить! А ведь это в системах систем штатная ситуация).
в) практически консенсус, что системы должны рефлексировать то, что они сейчас делают (моделировать методы своей работы). Ибо без этого оказывается невозможным что-то поменять. Для меня это означает, что для работы с системами систем нужно использовать ISO 24744, позволяющий отмоделировать метод (я считаю, что этот стандарт может быть применен не только к методам разработки, но и просто к методам работы в целом).
г) постепенно зреет консенсус, что от "словарных" взаимодействий информационных систем придется переходить к семантическим технологиям (это идет от американской армии, флота, и авиации, которые выяснили, что их "сетевые взаимодействия" другим способом просто не обеспечить, и поэтому "эволюционно" переходят сейчас на семантические технологии). Мне в этом случае проще думать об использовании ISO 15926.
д) зреет понимание, что придется импортировать современные методы менеджмента организационных изменений -- попутно формализовав и заменив терминологию на "системную".
е) нормативную базу (например, регламенты деятельности каждой отдельной системы) правильно было бы оцифровать (те же "семантические технологии"), чтобы иметь хоть какую-то возможность валидизировать их потенциальную совместную работу при функционировании в системе систем. Можно, конечно, и "вручную", но компьютером всяко поиск коллизий проще делать. Тут, конечно, нужно ехидно заметить, что одновременно нужно разбираться с обеспечением соответствия "процессов в жизни" и "процессов из регламентов" -- написано и вбито в программы компьютеров одно, а делается обычно совсем другое. Но никто не говорил, что будет легко.
е) всякие "теории сложности" и прочие похожие заклинания по линии "продвинутого системного мышления", увы, пока не показали своей применимости (равно как и многие чисто кибернетические идеи с "обратными связями"). Хотя публикаций, конечно, хватает.
ж) реальный прогресс нужно ожидать тогда, когда гуманитарные (менеджмента, конфликтологии, политологии и т.д.) теории, агентский подход (с его "желаниями", "моделью мира" и "сотрудничеством" агентов) и системно-инженерный подход (с понятиями систем-холонов, каждая из которых является частью целого и в свою очередь целым одновременно, жизненного цикла, а также архитектурными идеями и идеями моделирования) склеются в месте. Это и будет будущая
системо-системная инженерия.
Анонс: в Москве 18-20 октября будет проходить международный семинар по системам систем -- http://personal.stevens.edu/~bsauser/System_Readiness_Level/ICUMT_2010.html , я планирую там выступить. Чтобы попасть туда, пишите на указанные в тексте по ссылке контактные адреса.
