Основная терминология теории систем

Понятие о системе

Можно считать, что понятие «система» возникло в древнем мире, когда Аристотель обратил внимание на то, что целое (т.е. система) несводимо к сумме частей, его образующих.

Потребность в использовании этого термина возникает в тех случаях, когда невозможно что-то продемонстрировать, изобразить, представить математическим выражением и нужно подчеркнуть, что это будет большим, сложным, не полностью сразу понятным (с неопределенностью), при этом целым, единым.

Например, Солнечная система, система организационного управления предприятием (городом, регионом и т. п.), экономическая система, система кровообращения и т. д.

В математике термин «система» используют для отображения совокупности математических выражений или правил: система уравнений, система мер и т. п. Казалось бы, в этих случаях можно было бы воспользоваться терминами «множество» или «совокупность». Однако понятие «системы» подчеркивает упорядоченность, целостность, проявление закономерности эмерджентности (появления у целого новых свойств по сравнению со свойствами элементов) и других закономерностей их построения, функционирования и развития.

Для применения термина «система» при исследовании, проектировании или управлении необходимо дать более точное определение этому понятию.

Развитие определения системы

Термин «система» и связанные с ним понятия комплексного, системного подхода исследуют и подвергают осмыслению философы, биологи, психологи, кибернетики, физики, математики, экономисты, инженеры различных специальностей.

Существует несколько десятков определений этого понятия. Их анализ показывает, что определение понятия «система» изменялось не только по форме, но и по содержанию.

В первых определениях система рассматривалась как совокупность только элементов аi и связей rj между ними:

(3.1).

В приведенных формализованных записях определения использованы различные способы теоретико-множественных представлений.

Такими формализованными записями может быть отображено определение системы Л. фон Берталанфи: " комплекс взаимодействующих компонентов"^[1].

В Большой Советской Энциклопедии система определяется прямым переводом с греческого ???, что означает «??-???» — «со-став», т. е. составленное, соединенное из частей.

Термины «элементы» — «компоненты», «связи» — «отношения» обычно используются как синонимы (особенно в переводах определений). Однако, строго говоря, «компоненты» — понятие более общее, чем «элементы». Относительно понятий «связь» и «отношение» также существуют разные точки зрения.

Если элементы принципиально неоднородны, то иногда это сразу учитывали в определении, выделяя разные множества элементов А= {ai} и В = {bk}. В определении М. Месаровича^[2]. например, выделены множество X входных объектов (воздействующих на систему) и множество Y выходных результатов, а между ними установлено обобщающее отношение пересечения, что можно отобразить либо как у автора определения:

(3.16).

либо используя другие обозначения пересечения:

(3.1в) Затем в определениях стали учитывать свойства Q (А. Холл, А. И. Уёмов и др.):

(3.2).

А. Холл называет свойства атрибутами^[3].

А. И. Уёмов^[4] определяя систему через понятия вещи, свойства, отношения, предложил двойственные определения, в одном из которых свойства qi, характеризуют элементы (вещи) аi, а в другом — свойства qj характеризуют связи (отношения) rj.

(3.2, а) В дальнейшем в определениях системы появляется понятие " цель" . Вначале — в неявном виде: в определении Ф. Е. Темникова^[5] «система — организованное множество» (в котором цель появляется при раскрытии понятия " организованное"). Потом — в виде конечного результата, системообразующего критерия, функции (подробнее см. в [1,19]), а позднее — и в явном виде:

(3.3).

где Z — цель, совокупность или структура целей.

В определении В. Н. Сагатовского уточняются условия целеобразования — среда SR, интервал времени? Т, т. е. период, в рамках которого будет существовать система и ее цели: система — «конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала» ^[6]:

(3.3, а) В последующем в определении предлагается учитывать наблюдателя N.

(3.4).

На необходимость учета взаимодействия между изучаемой системой и исследователем первоначально указал У. Р. Эшби^[7]. Первое определение, в которое в явном виде включен наблюдатель, дал Ю. И. Черняк: «Система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания»^[8].

(3.5).

В последующих вариантах этого определения Ю. И. Черняк стал учитывать и язык наблюдателя LN: «Система — отображение на языке наблюдателя объектов, отношений и их свойств в решении задачи исследования, познания»^[9].

(3.5, а) В выражениях (3.5) и (3.5, а) сложное понятие цели заменено более конкретным понятием — задача Z.

В ряде определений основные компоненты — элементы, связи (отношения) детализируются с учетом особенностей конкретных сфер деятельности, включают правила преобразования в форме функций, операций, моделей.

Существовали определения, в которых было еще больше компонентов, что помогало в исследовании и проектировании систем определенной физической природы.

Разумеется, с самого начала в определениях подразумевалось, что система — это нечто целое. В философском словаре система — «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих некоторое целостное единство»^[10]. Поэтому некоторые исследователи в первую очередь определяли систему на основе ее отделения от среды и определения взаимоотношений с ней.

Частным случаем выделения системы из среды является определение ее через входы и выходы, посредством которых система общается со средой. В кибернетике такое представление системы называют «черным ящиком». На этой модели базировалось начальное определение системы У. Р. Эшби^[7].

В одной из работ Л. фон Берталанфи определял систему как «совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой»^[12].

Сложное взаимодействие системы с ее окружением отражено в определении В. Н. Садовского и Э. Г. Юдина^[13]: «…2) она образует особое единство со средой; 3) как правило, любая исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка; 4) элементы любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкого порядка» .

Это определение является основой закономерности коммуникативности (см. суть этой закономерности в параграфе 3.4). Согласуется с этим определением и развивает его и определение В. Н. Сагатовского, в котором предлагается разделение сложной среды на подсистему, или вышестоящие системы, нижележащие, или подведомственные системы, системы актуальной или существенной среды.

Взаимоотношения системы со средой носят динамический характер: какие-то части среды становятся частями системы, а какие-то передаются среде. Проблемы взаимодействия системы со средой остаются актуальными и в настоящее время^[14].

Остается актуальной и проблема отражения в определении закономерности целостности, эмерджентности (см. параграф 3.4). Определение, в которое включены условия, обеспечивающие целостность системы, дает Р. Акофф^[15]:

" Система есть целое, состоящее из двух или более частей, которое удовлетворяет следующим шести условиям" :

(3.6).

где Q1 — целое обладает одним или более определяющими свойствами или функциями; Q2 - каждая часть в этом множестве может влиять на поведение или свойства целого; Q3 — существует подмножество частей, которое достаточно в одном или нескольких внешних условиях для выполнения определяющей функции целого, каждая из этих частей необходима, но недостаточна для выполнения этой определяющей функции; Q4 — способ, которым любая существенная часть воздействует на поведение или свойства системы, зависит от поведения или свойств, по крайней мере, одной другой существенной части системы; Q5 — воздействие любого подмножества существенных частей на систему в целом зависит от поведения, по крайней мере, еще одного другого подмножества; Q6 — система есть целое, которое не может быть разделено на независимые части без потери ее существенных свойств или функции.

В определении Ф. П. Тарасенко^[16] учитываются не только статические свойства системы (целостность, открытость, внутренняя неоднородность, структурированность), но и динамические (функциональность, стимулируемость, изменчивость во времени, существование в изменяющейся среде), и синергетические (эмерджентности, выделение ее из целостности, которая понимается статически, неразделимость на части; ингерентность от англ. ingerent, т. е. являющаяся неотъемлемой частью чего-либо), и целесообразность.

Сопоставляя эволюцию определения системы (элементы и связи, затем — свойства, затем — цель, затем — наблюдатель) и эволюцию использования категорий теории познания, исследовательской деятельности, можно обнаружить сходство: вначале модели (особенно формальные) базировались на учете только элементов и связей, взаимодействий между ними, затем — стало уделяться внимание цели, поиску методов ее формализованного представления (целевая функция, критерий функционирования и т. п.), а начиная с 1960;х гг., все большее внимание обращается на лицо (по Эшби — наблюдателя), осуществляющее моделирование или проводящее эксперимент (даже в физике), т. е. лицо, принимающее решение.

В период становления системных исследований одним из первых определений системы было определение С. Оптнера: «Система — есть способ или средство решения проблемы»^[17], т. е. средство познания, отображения объекта.

Однако в 1960—1970 гг. довольно часто возникали дискуссии о том, материальны или нематериальны системы, и определения Ю. И. Черняка и С. Оптнера критиковали за идеализм, за то, что в них систему можно трактовать только как отображение, т. е. как нечто, существующее лишь в сознании исследователя, конструктора.

Бессмысленность спора о материальности и нематериальности системы показал В. Г. Афанасьев: «…объективно существующие системы — и понятие системы; понятие системы, используемое как инструмент познания системы, — и снова реальная система, знания о которой обогатились нашими системными представлениями; - такова диалектика объективного и субъективного в системе…»^[18].

Таким образом, в понятии «система» (как и любой другой категории познания) объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить не о материальности или нематериальности системы, а о подходе к объектам исследования как к системам, о различном представлении их на разных стадиях познания или создания.

Например, Ю. И. Черняк^[9] показывает, что один и тот же объект на разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различных аспектах, и соответственно, предлагает одну и ту же систему отображать на разных уровнях существования: философском (теоретико-познавательном), научно-исследовательском, проектном, инженерном и т. д. — вплоть до материального воплощения.

Приведенные принципы классификации определений ориентированы на то, чтобы помочь в выборе определения для исследования конкретных классов систем. На этих определениях основаны методики структуризации целей и функций систем управления.

Так, двойственные определения А. И. Уёмова использованы при разработке одной из первых методик структуризации целей; определение В. Н. Сагатовского положено в основу методики структуризации, позволяющей учесть взаимодействие системы со средой (см. гл. 5).

С учетом рассмотренного и опираясь на более глубокий анализ сущности понятия системы, следует, по-видимому, относиться к этому понятию как к категории теории познания, теории отражения как к средству, помогающему начать ее исследование, проектирование.

Поэтому интересно посмотреть на определения системы с точки зрения подходов к представлению (отображению), анализу и проектированию систем.

Традиционный подход, применяющийся в математических исследованиях: определить элементы-переменные и связать их соответствующим соотношением (формулой, уравнением, системой уравнений), отображающим принцип взаимодействия элементов.

Когда задачи усложнились, и такое соотношение не удавалось сразу найти, то предлагалось формировать «пространство состояний» элементов и вводить «меры близости» между элементами этого пространства. Такой подход вначале пытались применить для исследования сложных систем. Однако первые же попытки применить его к исследованию сложных технических комплексов, систем управления предприятиями и организациями показали, что определить все элементы и связи между ними в сложной системе практически невозможно.

Учитывая трудности «перечисления» (установления состава) системы, с самого начала возникновения системных теорий исследователи искали подходы к ее анализу и созданию (см. параграф 3.3).

Анализ определений системы показывает, что первые определения опирались на подход к исследованию и проектированию системы, базирующийся на отображении пространства состояний (элементов, связей, их свойств) и поиске мер близости па этом пространстве (этот подход в теории систем М. Месарович называет терминальным, а Ю. И. Черняк — лингвистическим или методом «языка» системы); для краткости в теории систем принят упрощенный термин — подход к исследованию или проектированию системы от элементов, т. е. как бы «снизу» .

В то же время последующие исследования показали, что при исследовании сложных систем с активными элементами, и особенно социально-экономических объектов, пред почтительным является аксиологический подход — от целей, потребностей (т.е. «сверху»).

Поэтому автором данного учебника было предложено определение системы, в котором реализуется системно-целевой подход^[20]:

(3.7).

где Z = {z} - совокупность или структура целей; STR = = {STRnp, STRopг, …} - совокупность структур, реализующих цели (STRIIS - производственная, STRopг — организационная и т. п.); TECH = {meth, means, alg, …} - совокупность технологий (методы — meth, средства — means, алгоритмы — alg и т. п.), реализующих систему; COND = {?ex, ?in} - условия существования системы, т. е. факторы, влияющие на ее создание и функционирование (?вх — внешние, ?,•" - внутренние); ? - «наблюдатели» (по У. Р. Эшби), т. е. лица, принимающие и исполняющие решения, осуществляющие структуризацию целей, корректировку организационной и производственной структуры, осуществляющие выбор методов и средств моделирования и т. п.

Это определение положено в основу концепции многоуровневой структуры информационной системы организации, рассматриваемой в гл. 8.

• [1] Берталанфи Л. фон. Общая теория систем: критический обзор // Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969. С. 29.
• [2] Месарович М. Общая теория систем: математические основы / М. Месарович, И. Такахара. М.: Мир, 1978.
• [3] Холл А. Опыт методологии для системотехники / А. Холл. М.: Сов. радио, 1975.
• [4] Уёмов А. И. Системный подход и общая теория систем / А. И. Уёмов. М.: Мысль, 1978.
• [5] Темников Ф. Е. Вопросы теории и методологии систем / Ф. Е. Темников // Труды Моск. энергетич. института: Системотехника, вып. 158. М.: МЭИ, 1973. С. 3−5.
• [6] Основы системного подхода и их приложение к разработке территориальных АСУ / под ред. Ф. И. Перегудова. Томск: Изд-во ТГУ, 1976.
• [7] Эшби У. Р. Введение в кибернетику / У. Р. Эшби. М.: ИЛ, 1959.
• [8] Черняк Ю. И. Анализ и синтез систем в экономике / Ю. И. Черняк. М.: Экономика, 1970.
• [9] Черняк Ю. И. Системный анализ в управлении экономикой / Ю. И. Черняк. М.: Экономика, 1975.
• [10] Философский словарь. 4-е. изд. М.: Политиздат, 1980. С. 329.
• [11] Эшби У. Р. Введение в кибернетику / У. Р. Эшби. М.: ИЛ, 1959.
• [12] Берталанфи Л. фон. История и статус общей теории систем // Системные исследования: ежегодник. 1972. М.: Наука, 1973. С. 29.
• [13] Вступительная статья // Исследования по общей теории систем / под ред. В. Н. Садовского и Э. Г. Юдина. М.: Прогресс, 1969. С. 12.
• [14] Тарасенко Ф. П. Где границы системы? / Ф. П. Тарасенко // Системный анализ в проектировании и управлении: Труды конф. СПб.: Нестор, 1999. С. 22.
• [15] Акофф Р. Л. Менеджмент в XXI веке: преобразование корпорации / Р. Л. Акофф / пер. с англ. Ф. П. Тарасенко. Томск: Изд-во Томского ун-та, 2006.
• [16] Тарасенко Ф. П. Прикладной системный анализ: Наука и искусство решения проблем: учебник / Ф. П. Тарасенко. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004
• [17] Оптнер С. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем / С. Оптнер. М.: Сов. радио, 1969.
• [18] Афанасьев В. Г. О целостных системах / В. Г. Афанасьев // Вопросы философии. 1980. № 6. С. 62−78.
• [19] Черняк Ю. И. Системный анализ в управлении экономикой / Ю. И. Черняк. М.: Экономика, 1975.
• [20] Это определение использовалось в 1970;е гг. при разработке методики структуризации целей, которая использовалась для формирования основных направлений и проблематики перспективных исследований и по проблемам высшей школы, но впервые опубликовано было только в 2001 г. Волкова В. Н. Развитие определения системы / В. Н. Волкова // Матер. Международной научно-практической конференции: Системный анализ в проектировании и управлении: сб. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2001. С. 12−14.