Об’єктивна необхідність комп’ютеризації розв’язку задач визначення стану складних цілеспрямованих динамічних систем

Об’єктивна необхідність комп’ютеризації розв’язку задач визначення стану складних цілеспрямованих динамічних систем
У другій половині минулого століття відбулося різке прискорення темпів росту науки і техніки, що отримало назву науково-технічної революції. Одним із її проявів було швидке збільшення складності управління економікою. Були чотири основні причини такого явища:
Стрімке зростання асортименту виробів (багато мільйонів), а за кожним виробом стоїть цілий комплекс задач управління (визначення користувачів, планування, матеріально-технічне забезпечення і інше).
Різке збільшення середньої складності виробів та складності технології їх виробництва. З’явилися нові задачі матеріально-технічного забезпечення, збільшилась кількість зв’язків між підприємствами самого різного профілю, котрі і є в першу чергу об’єктом управління.
Збільшення змінності виробів, в результаті чого задачі управління необхідно вирішувати частіше й швидше.
Науково-технічної революція породила необхідність розв’язку нових задач управління, невідомих або що не мали суттєвого значення до того. Серед них треба назвати комплекс задач управління самим науково-технічним прогресом. Різко скоротився середній строк від наукового відкриття до його впровадження у промисловості.
Виникли нові проблеми, котрі люди були повинні розв’язувати у нових умовах:
- збільшився масштаб проблем, що підлягали вирішенню;
- збільшився взаємних впливів проблем одна на іншу;
- збільшився ризик неефективних втрат, що вимагає старанно обґрунтовувати рішення;
- посилилась необхідність правильно ставити цілі та формувати програму їх досягнення.
Науково-технічна революція призвела до виникнення таких понять, як великі та складні системи, що володіють специфічними для них проблемами. Необхідність рішення таких проблем викликало до існування множини прийомів, методів, підходів, що постійно накопичувалися, розвивалися, узагальнювалися, створюючи в кінці кінців деяку технологію переборення кількісних та якісних складностей. У різних сферах практичної діяльності виникли такі ситуації, а відповідні технології разом з їх теоретичними основами отримали різні назви: в інженерній діяльності – “методи проектування”, “методи інженерної творчості”, “системотехніка”; в економічних та військових питаннях – “дослідження операцій”; у адміністративному та політичному управлінні - “системний підхід”, “політологія”, “футурологія”, у прикладних наукових дослідженнях - “імітаційне моделювання”, “методологія експерименту” і т.д.
З іншої сторони, теоретична думка на різних рівнях абстракції відображала системність світу взагалі та системність людського пізнання та практики; на філософському рівні – діалектичний матеріалізм; на загальнонауковому – системологія, загальна теорія систем, теорія організації; на природничо-науковому – кібернетика; з розвитком обчислювальної техніки – інформатика та штучний інтелект.
З точки зору сучасних уявлень системність завжди, усвідомлено чи ні, була одним із методів науки – кожен вчений минулого не усвідомлено оперував з системами та їх моделями. Найраніше була усвідомлена системність процесу пізнання, а тому дискусії з системних проблем виникли вперше у філософії, логіці, основах математики.
Це виникає з об’єктивних особливостей людського мислення. Сам процес пізнання системний і знання, що досягаються людством, теж системні.
Навколишній світ нескінчений у просторі і в часі, у великому й малому, зовні й в середині. Людина ж існує скінчений час і має скінчені матеріальні, енергетичні й інформаційні ресурси. І все ж людству вдається пізнавати світ і, як свідчить практика, пізнавати вірно. А. Ейнштейн відмічав, що саме дивне у природи є те, що вона пізнавана. Протиріччя між необмеженістю бажання людини пізнати світ та обмеженістю існуючих можливостей зробити це, між нескінченістю природи і скінченністю ресурсів людства має багато важливих наслідків і в самому процесі пізнання людиною навколишнього світу. Однією з таких особливостей пізнання є існування аналітичного та синтетичного способів мислення. Суть аналізу – у розподілі цілого на частини, у представлені складного у вигляді сукупності більш прости компонент. Але щоби пізнати ціле, складне, необхідний і зворотній процес – синтез.
Аналітичність людського знання знаходить своє відображення в існуванні різних наук, у диференціації наук, у все більш глибокому вивченні все більш вузьких питань, кожний із яких сам по собі тим не менше цікавий, важливий та необхідний. Разом з тим є необхідний і зворотній процес синтезу знання. Так виникають “пограничні” науки типу біохімії, фізики хімії, біофізики або біоніки. Однак це лише одна з форм синтезу. Друга, більш висока форма синтетичного знання реалізується у вигляді наук про самі загальні властивості природи. Філософія виявляє і відображає усі (довільні) загальні властивості усіх форм матерії; математика вивчає деякі, проте також загальні, відношення. До числа синтетичних відносяться і системні науки: кібернетика, теорія систем, теорія організації і інші. В них необхідним чином поєднуються технічні, природничі і гуманітарні знання.
Системний аналіз (СА) виник у відповідь на вимоги практики, що поставила перед людством необхідність вивчати та проектувати складні системи, управляти ними в умовах неповної інформації, обмеженості ресурсів, дефіциту часу. До теперішнього часу продовжуються суперечки, чи можна СА вважати наукою, мистецтвом або “технологічним ремеслом”. Особливо гостро дискутується застосування СА до проблем, що пов’язані зі “соціальними” системами, тобто системами, в яких вирішальну роль грають люди.
З початком 80-х років минулого століття вже стало очевидним, що всі згадані вище теоретичні та прикладні дисципліни створюють як би єдиний потік, “системний рух”. Системність стала не тільки теоретичною категорією, але й усвідомленим аспектом практичної діяльності. Оскільки великі та складні системи по необхідності стали предметом вивчення, управління та проектування, стало вимагатися узагальнення методів дослідження систем і методів впливу на них. Повинна була виникнути деяка прикладна наука, що мала бути “містком” між абстрактними теоріями системності та живою системною практикою. Вона й виникла – спочатку, як ми бачили, у різних областях та під різними назвами, та в останні роки оформилася в науку, що отримала назву “системний аналіз”. Хоча СА знаходиться в розвитку, сьогодні він виступає вже як самостійна дисципліна, що має свій об’єкт діяльності, достатньо потужний арсенал засобів та значний практичний досвід.
Перші кроки, що поклали початок довгого шляху розвитку СА, були зроблені античними астрономами. Не володіючи засобами, за допомогою яких можна було б впливати на динаміку систем, що вивчалися, вони були вимушені обмежити свій аналіз лише спостереженням, класифікацією, можливо синтезом. Іншими словами, їх роль була пасивною: спостерігати. В аналогічному стані знаходяться сучасні дослідники, які працюють, наприклад, в області астрофізики. Вони поки ще також вимушені обмежитися тільки спостереженнями якихось процесів, не маючи можливості ними управляти.
Однак, скільки б цікавими та важливими ці спостереження не були, малоймовірно, що одна із складових СА - теорія систем досягла б сучасного рівня розвитку, якби не намагання управляти явищами, що спостерігаються, та не впевненість, що таке управління можливе. Сучасний дослідник призваний грати активну роль в розвитку процесу, що спостерігається, оскільки саме він генерує зовнішні впливи, що гарантують задовільну поведінку системи. Розуміється, при такому підході активного втручання виникає безліч проблем психологічного та морального характеру. Подібне розділення на активну і пасивну або ту, що управляється, та ту, що не управляється, динаміку дозволяє найбільш наглядно виявити відмінність класичного та сучасного поглядів на СА. “Кібернетичний” або управлінський підхід неминуче призводить до зміни значень входів системи в залежності від значень виходів, що спостерігаються. При цьому переслідується мета перетворити деяку первісно незалежну змінну в частково залежну так, щоби поведінка системи в певному сенсі наближалася до деякої стандартної, або бажаної, траєкторії. Такий процес може виявитися більш складним, якщо є ще й зворотне перетворення. Подібна ситуація типова для імітаційного моделювання систем, що розвиваються. Зворотне перетворення заключається в зміні та перебудові поведінки системи по виходу, що вимірюється, і є основою кібернетичного регулювання та управління.
Особливості сучасного СА витікають із самої природи складних систем. Маючи у якості мети ліквідацію проблеми, або, як мінімум, з’ясування її причин, СА залучає для цього широкий спектр засобів, використовує можливості різних наук та практичних сфер діяльності. Являючись по суті прикладною діалектикою, системний аналіз надає велике значення методологічним аспектам системного дослідження. З іншої сторони, прикладна направленість СА призводить до використання всіх сучасних засобів наукових досліджень – математики, кібернетики, обчислювальної техніки, моделювання, натурних експериментів. Зараз широко розповсюдилося розуміння того, що отримані успіхи зв’язані з тим, наскільки системно підходять до рішення проблем, а невдачі викликані відхиленнями від системності.
Було б невірним вважати, що “мислення стало системним” тільки у другій половині ХХ ст. Мислення системне завжди і іншим бути не може. Системність – це не така якість, якою можна володіти чи ні. Однак системність має різні рівні. Сигналом про недостатню системність існуючої діяльності є поява проблеми; розв’язок існуючої проблеми виконується шляхом переходу на новий, більш високий рівень системності. Тому системність не стільки стан, скільки процес.
Проблема виникає тоді, коли є розходження між бажаним та дійсним, тобто це абстрактна категорія, що відображає розуміння людьми мотивів своєї діяльності. Проблеми породжуються та розв’язуються людьми, а тому поняття “проблема” має людські риси сприйняття, що породжує наступні труднощі:
неясність розуміння проблеми;
складнощі постановки проблем на віддалену перспективу;
складнощі класифікації проблем і, як висновок, вибір неадекватних засобів їх розв’язання;
спотворена оцінка проблем (близькі, але дрібні проблеми затуляють великі, але віддалені);
неправильна оцінка значимості проблем внаслідок вузькопрофесійної точки зору;
змішування цілей із засобами їх досягнення.
Метою застосування СА до конкретної проблеми є підвищення ступеня обґрунтованості рішення, що приймається.
Для СА важливими є наступні методологічні принципи:
органічна єдність суб’єктивного та об’єктивного;
структурність системи, що визначає цілісність та стійкість характеристик системи;
динамізм системи;
міждисциплінарний характер системних досліджень;
органічна єдність формального та неформального при проведенні досліджень.
Згадане вище дає підстави для означення СА як нової науки.
СА – це особливий тип науково-технічного мистецтва, що виникає внаслідок органічної єдності суб’єктивного і об’єктивного, а тому досвідчений дослідник досягає значних результатів, а механічне застосування методик і прийомів СА недостатньо кваліфікованими особами не дозволяє отримати корисні результати. Для успішного застосування СА повинен базуватися на певному теоретичному фундаменті, а з іншого боку успішні приклади застосування СА повинні служити прикладами для наслідування. Теоретичне обґрунтування привело до формування таких напрямків системних досліджень, як системна динаміка, евристичне програмування, імітаційне моделювання та інше.
СА – це методологія дослідження таких властивостей та відношень в об’єктах, що важко спостерігаються та важко розуміються, за допомогою представлення цих об’єктів у вигляді цілеспрямованих систем та вивчення властивостей цих систем та взаємних відношень як відношень між цілями та засобами їх досягнення.
СА відрізняється від інших методів дослідження тим, що
враховує принципову складність досліджуваного об’єкта;
бере до уваги розгалужені та стійкі взаємні зв’язки його з оточенням;
враховує неможливість спостереження ряду властивостей об’єкта та оточуючого середовища;
реальні явища, їх властивості та зв’язки з оточенням переводяться в абстрактні категорії теорії систем;
ґрунтуючись на відомих властивостях складних систем, дозволяє виявити нові конкретні властивості та взаємозв’язки конкретного об’єкта дослідження;
орієнтується не на розв’язання “правильно сформульованих” задач, а на створення правильної постановки задачі (вважається, що правильно поставити задачу – це означає на 50% її розв’язати), вибір відповідних методів для її розв’язання;
основне в СА – знайти шлях, яким можна перетворити складну проблему в простішу, яким чином не лише складну до розв’язання, але й для розуміння, проблему перетворити в послідовність задач, для котрих існують методи їх розв’язання;
СА завжди конкретний – завжди має справу з конкретною проблемою, конкретним об’єктом дослідження, є продуктивним тоді, коли застосовується до розв’язання завдань певного типу.
СА не протиставляється іншим методам аналізу проблем та прийняття рішень. Новим є синтез в єдиній методології певного взаємно пов’язаного кола понять, методів та прийомів, що раніше використовувалися розрізнено при розв’язанні окремих часткових проблем. Цей комплекс системних понять та методів розповсюджується на нові області – планування та управління. Сила СА в тому, що він дозволяє розкласти складну проблему на компоненти аж до постановки конкретних задач, для яких існують методи розв’язання, і, з іншого боку, зберігає цілісність цієї проблеми.
СА застосовується для розв’язання складних проблем, що пов’язані з діяльністю людей, котру умовно можна поділити на дві області:
1) рутинна діяльність, розв’язання регулярних, щоденних завдань.
2) розв’язання нових задач, що виникають вперше.
Окрім того, проблеми розрізняються за ступенем їх структурованості:
а) добре структуровані та сформульовані кількісно;
б) слабо структуровані, в яких зустрічаються як кількісні, так і якісні оцінки;
в) неструктуровані, якісні проблеми.
Перший тип проблем не потребує СА, оскільки існує потужний апарат математичного моделювання та строгі кількісні методи розв’язку. Основною областю застосування методів СА є слабо структуровані проблеми, а для розв’язання неструктурованих проблем в більшості застосовуються евристичні методи.
Потреба в СА виникає в тому випадку, коли виникають наступні ситуації:
розв’язується нова проблема, і за допомогою СА вона формулюється, визначається, що і про що потрібно дізнатися, і хто повинен знати;
розв’язання проблеми передбачає координацію цілей з множиною засобів їх досягнення;
проблема має розгалужені зв’язки, що викликають віддалені наслідки в різних галузях, і прийняття рішення в таких випадках потребує врахування сукупної ефективності та повних затрат;
існують варіанти розв’язання проблеми або досягнення взаємно пов’язаного комплексу цілей, котрі важко порівняти;
створюються нові складові системи;
здійснюються вдосконалення, реконструювання виробництва, необхідна ре-інженерія бізнес-проектів:
при створенні інформаційних систем (ІС) та комп’ютеризованих систем управління;
коли важливі рішення повинні прийматися за наявності невизначеності та ризику та (або) на достатньо віддалену перспективу.
Різноманітність задач, цілей дослідження, об’єктів дослідження приводить до існування різних методик СА, що базуються на єдиній методології. Це пояснюється тим, що існують певні об’єктивні закони людської діяльності, що виявляються при розв’язуванні різних проблем. Ці закономірності, виявлені шляхом узагальнення досвіду та теоретичних досліджень, і становлять основу методології СА. Тому методики розв’язування системних задач, що розроблені для різних конкретних випадків, подібні між собою.
Центральною ідеєю дослідження, побудови та супроводу системи, на що по суті скеровані методи СА, є те, що система повинна бути достатньо надійною для досягнення певної мети, тобто система повинна бути в цьому сенсі стійкою. Дослідження систем реалізується з метою їх побудови, керування та модифікації, скерованої на досягнення певної мети. Система функціонує для того, щоби реалізувати певне призначення, і при цьому на неї діють збурення (завади), а також не всі проблеми, що можуть з’явитися в майбутньому, можуть бути враховані в процесі її проектування, а тому система повинна мати здатність корегувати свою поведінку та використовувати механізми зворотного зв’язку для забезпечення стійкості.
З метою раціонального сприйняття системи необхідно враховувати наступні аспекти:
припустимими є нечіткі значення та конфліктне сприйняття призначень системи, система досліджується як процес, перебіг якого розглядається у взаємодії із зовнішнім середовищем;
призначення системи визначається як на ґрунті визначень розробників (“творців”) системи, так і на визначеннях користувачів (“замовників”);
описується система та її безпосереднє оточення;
описуються елементи системи та взаємні зв’язки між ними;
ідентифікуються потоки та функції системи і їх зміни;
проблеми конкретизуються з врахуванням досвіду користувачів;
досліджуються умови, що визначають рівновагу, котра відповідає призначенню системи;
розробляються засоби, що створюють стійкість стану рівноваги стосовно до змін в елементах та в системі, а також в глобальній взаємодії системи із зовнішнім середовищем;
визначаються способи реалізації керуючих дій, що сприяють загальній стійкості (або нестійкості) системи.
При аналізі систем у різних галузях знань використовуються специфічні для кожної з них уявлення. Інженери та математики зазвичай досліджують системи мовою входів, виходів та функціональних перетворень входів у виходи; фахівці в галузях дослідження операцій та прикладній математиці ототожнюють систему з певною системою рівнянь, обмежень та формалізованою функцією якості; вчені-фізики орієнтовані більш структурно – на проведення експерименту та точні методи вимірювань.
Зовсім іншою є ситуація в системах, для функціонування яких залучені безпосередньо люди, або в яких добробут людини, її твердження та переваги є складовою системи. У випадку, якщо існує проблема, слід взаємодіяти з особами, які залучені до побудови системи чи до оцінювання її функціонування. В інших випадках проблема полягає у тому, як визначити та модифікувати призначення систем, спроектувати систему, що прагне до бажаного стану та пристосовується до оточення чи пристосовує оточення до себе, як врахувати різноманітні дії оточуючого середовища на систему. Ці аспекти є скоріше проблемами реконструювання, ніж “розв’язання проблем”.
В окремих випадках не вдається дослідити наслідки впровадження розв’язання проблеми в межах системи на функціонування інших складових системи. Якщо неможливо модифікувати систему таким чином, щоби вона виконала своє призначення і відповідала цілям, можливо або залишити проблему нерозв’язаною, або сконструювати нову з врахуванням змін в цілях, середовищі та поведінці старої системи.
Поняття системи є основним поняттям в СА, навколо якого будуються інші поняття і яке є основним предметом дослідження. Складна система розглядається з одного боку як єдине ціле, а з другого як така, що складається з частин, і відповідно до цього існують два типи визначення поняття системи. Основні положення або принципи системного підходу є загальними твердженнями, що узагальнюють досвід роботи зі складними системами, і котрі конкретизуються при дослідженні конкретної системи. Мета – це одна з найскладніших та разом з тим найдавніших категорій, пізнання мети допомагає зрозуміти сутність систем. Мета відображає призначення системи. Вона конкретизується за допомогою цілей та множини аспектів. Поняття системи, мети, декомпозиції, елементу, функції, структури, ієрархії, зв’язку, стану, процесу є основними поняттями СА, що визначені достатньо точно і повинні використовуватися відповідно до визначень.
Складну систему слід розглядати і як єдине ціле, і як таку, що складається з частин, потрібно досліджувати проблему з різних точок зору, вивчати її внутрішню будову та організацію. Формулювання цих вимог до системи досягається шляхом визначення основних принципів системного підходу, що є досить загальними твердженнями. Такими принципами є наступні:
Принцип остаточної (глобальної) мети: глобальна мета системи має абсолютний пріоритет. Цей принцип означає, що в системі все повинно бути спрямоване на досягнення призначення, підпорядковане глобальній меті. Будь-які зміни, удосконалення та управління повинні оцінюватися виходячи з того, чи сприяють вони досягненню мети. В дещо модифікованому вигляді принцип остаточної мети застосовується до систем, що не є цілеспрямованими – для таких систем поняття остаточної мети замінюється поняттям основної функції, основної властивості системи.
Принцип єдності: сумісний розгляд системи і як цілого, і як сукупності компонент (елементів, підсистем, систему утворюваних відношень.
Принцип зв’язності: довільна компонента системи розглядається сумісно з її зв’язками з оточенням.
Принцип модульності: в багатьох випадках в системі доцільно реалізувати декомпозицію на складові (модулі) різного ступеня загальності та розглядати її як сукупність модулів та зв’язків між ними Принцип модульності вказує на можливість розгляду замість частини системи сукупності входів та виходів цієї частини, тобто дозволяє абстрагуватися від зайвої деталізації за умови збереження можливості адекватного описання системи.
Принципи єдності, зв’язності та модульності доволі тісно пов’язані між собою, але якщо принцип єдності відображає “погляд ззовні” на систему, то принцип зв’язності орієнтує на “погляд зсередини” системи. На різних етапах дослідження системи ці погляди можуть знаходитися у різних співвідношеннях.
Принцип ієрархії: в більшості випадків в системі доцільно реалізувати ієрархічну побудову та (або) впорядкування її складових за важливістю. Принцип ієрархії акцентує увагу на корисності відшукання або створення в системі ієрархічного характеру зв’язків між її елементами, цілями, модулями. Ієрархічні системи, зазвичай, створюються та досліджуються “згори”, починаючи з аналізу модулів вищих рівнів ієрархії. У випадку відсутності ієрархії дослідник повинен вирішити, в якому порядку він буде розглядати складові системи та напрямок конкретизації своїх уявлень.
Принцип функціональності: структура системи та її функції повинні розглядатися сумісно з пріоритетом функції над структурою. Принцип функціональності стверджує, що довільна структура тісно пов’язана з функціями системи та її складових, і створювати (досліджувати) структуру необхідно після зрозуміння функцій системи. З практичної точки зору це означає, що у випадку надання системі нових функцій доцільно переглянути її структуру, а не прагнути “втиснути” нову функцію в стару структуру.
Принцип розвитку: необхідно враховувати змінність системи, її здатність до розвитку, розширення, зміни складових, накопичення інформації. Принцип розвитку повинен закладатися при побудові штучних систем як здатність до вдосконалення, розвитку системи за умови збереження якісних особливостей. Межі розширення функцій та модернізації повинні бути чітко усвідомленими розробниками штучної системи, тому що існують доцільні межі універсальності системи. Можливості для розвитку закладаються шляхом надання системі властивостей до самонавчання, самоорганізації, штучного інтелекту.
Принцип децентралізації: в управлінні системою співвідношення між централізацією та децентралізацією визначається призначенням та метою системи. Принцип децентралізації орієнтує на розумний компроміс між повною централізацією та наданням здатності реагувати на певні дії частинам системи. Система з повною централізацією буде негнучкою, нездатною до пристосування. Імовірно, що в такій системі інформаційні канали, що ведуть до керуючого елементу, виявляться перевантаженими, а сам керуючий елемент буде нездатним опрацювати таку велику кількість інформації. Однак чим більш децентралізованими будуть рішення в системі, тим складніше їх узгодити з точками зору досягнення глобальної мети. Досягнення спільної мети в сильно децентралізованій системі може забезпечитися лише стійким механізмом регулювання, що не дозволяє сильно відхилятися від поведінки, що веде до досягнення спільної мети. В усіх таких випадках має діяти сильний зворотний зв’язок.
В системах, що не мають стійких механізмів регулювання, наявність того чи іншого рівня централізації є необхідністю, і це пов’язане з оптимальним співвідношенням керуючих дій, що отримуються “згори” певним елементом з діями, що продукуються цим елементом самостійно. Загальне правило є наступне: ступінь централізації повинен бути мінімальним, що забезпечить досягнення остаточної мети.
Окрім того є ще один аспект централізації та децентралізації: “згори” надходять узагальнюючі керуючі дії, що конкретизуються на нижніх рівнях. Оскільки конкретизація можлива неєдиним способом, то нижні рівні отримують ще один “ступінь свободи”. Хоча, з іншого боку, з точки зору верхнього рівня, деякі керуючі дії загального характеру можуть бути неправильно проінтерпретовані нижнім рівнем.
Принцип невизначеності: невизначеності та випадковості повинні братися до уваги при визначенні стратегії та тактики розвитку системи. Принцип невизначеності стверджує, що в багатьох (більшості, коли це стосується штучних систем за участю людини) випадках працюють з системою, про яку не все відомо, чи не все зрозуміло в її поведінці. Це може бути система з невідомою структурою, не передбачуваним перебігом деяких процесів, зі значними відмовами, з невідомим зовнішнім втручанням. Частковим випадком невизначеності є випадковість – ситуація, коли вид події відомий, але вона може трапитися, або ж ні. На ґрунті такого означення можна вивести повне поле подій – множину подій, про яку відомо, що якась з подій, що належить до цієї множини, обов’язково відбудеться. Врахування невизначеності в системі можливо як на ґрунті принципу гарантованого результату, так і спробою описання за допомогою методів теорії імовірності та математичної статистики або ж лінгвістичних змінних, а підвищення рівня надійності досягається шляхом введення резервування.
Принципи системного підходу є загальними положеннями, що відображають відношення, абстраговані від конкретного змісту прикладних проблем.
В теперішній час поняття система широко використовується майже у всіх областях науки і техніки. Однак, до сих пір воно все ще не має достатньо чіткого визначення. Майже кожний, хто намагається уточнити, що ж треба розуміти під системою, перш за все намагається створити деякий умовний образ. Деяким вдається дати словесний опис такого образу у вигляді множини елементів, складна взаємодія котрих призводить до досягнення деякої мети. Або ж так: система – порядок, зумовлений правильним, планомірним розташуванням та взаємним зв’язком частин чого-небудь. Від грецького – сполучення, об’єднання. Сукупність якісно визначених елементів (зміст), між якими існує закономірний зв’язок або взаємодія (структура). Важливішою рисою системи є її цілісність.
Найважливіші ознаки системи: складність, структурованість, взаємозв’язок частин, що її складають, підпорядкованість організації всієї системи визначеній меті.
Без сумніву найбільш вживаним прикметником в літературі по СА є “складний”. Він же являється і найменш чітко визначеним. Чисто інтуїтивно ми відчуваємо, що складна проблема – це така система, статична структура або динамічна поведінка котрої “непередбачена”, “заплутана”, суперечить “здоровому глузду” і т. п. Коротше, складна система – це дещо досить складне (одна з тавтологій СА). Тим не менше розв’язування проблем, що виникають в обчислювальній техніці і теорії алгоритмів, вимагає розроблення способів кількісного опису цього поняття, і в результаті цілий ряд дослідників мусили впритул зайнятися питаннями складності.
В основному складність зв’язана з двома важливими якостями системи: (а) математичною структурою її компонент і (б) способом, котрим ці компоненти зв’язані між собою. Звідси з очевидністю слідує, що складність притаманна самій системі.
Перша властивість системи допускає можливість зниження видимої складності системи шляхом об’єднання окремих змінних в підсистеми, як це, наприклад, має місце в блок-схемі радіоприймача, де різні елементи (транзистори, резистори і т.д.) згруповані у функціональні блоки, такі як блок живлення або підсилювач. Істотно, при такій декомпозиції переслідується мета дозволити досліднику спростити аналіз системи, розглядаючи її як слабо зв’язану сукупність взаємодіючих підсистем. Проте, з цього не слідує, що взаємодія в дійсності з’явиться скільки завгодно малою.
Друга властивість в значній степені включає такі характеристики системи, як розмірність, ієрархія, довжина ланцюгів зв’язку і т. п. Окрім того, очевидно, що є питання, котрі стосуються динамічної поведінки системи, так і способом їх організації.
Поняття системи й до цього часу залишається багато в чому інтуїтивним, і різні люди вкладають в цей термін далеко не однаковий смисл. Виділяють дві групи визначень системи.
Першу групу утворюють визначення, що не виділяють поняття цілісності системи, як наприклад, наступне: “Система – множина об’єктів разом з відношеннями між об’єктами та між їх атрибутами (властивостями)”. Історія визначень такого типу зрозуміла і походить від природничих наук, в яких дослідник йшов шляхом від простого до складного – поділяв систему на елементи, розглядав властивості окремих частин і способи їх взаємодії, отримуючи таким чином уявлення про систему як про сукупність взаємопов’язаних елементів.
Пізніше цей підхід використовувався в загальній теорії систем, дозволяючи здійснити чітку формалізацію. Система визначалася як множина, на якій визначене задане відношення з фіксованими властивостями. Месарович визначає систему S як підмножину декартового добутку
S,
де Xj (j=) - повна сукупність виявів деякого атрибуту системи, тобто S є повна сукупність проявів системи.
Отже, елементи існують лише у складі системи, а поза нею це в кращому випадку є об’єкти, що можуть мати системозначимі властивості. При входженні в систему елемент набуває системно визначену властивість замість системозначимої. Звідси інтерпретація поняття системи в термінах теорії множин не адекватна задачам опису специфічних системних утворень і може розглядатися лише як один з допоміжних аналітичних засобів їх визначення. Справа в тому, що при формуванні множин первинними будуть елементи. Для системи первісною є ознака цілісності, тобто вона розглядається як єдине ціле, що складається з частин, що взаємодіють, часто різноякісних, але одночасно сумісних.
Інша група визначень включає цілісність як важливу властивість системи. Дійсно, якщо в результаті детального вивчення системи знайдена властивість, котру не можна поставити у відповідність жодному з її елементів, то визначення першої групи виявиться недійсним, і потрібно “до визначити” систему. В цьому сенсі система – це комплекс взаємозв’язаних елементів, що утворюють цілісність. Система утворює особливу єдність з середовищем та є елементом “над системи”. У свою чергу й елементи системи можна розглядати як системи, якщо визначити інший критерій декомпозиції. Виходячи з визначень цієї групи, систему S будемо розглядати у вигляді кортежу S = , де M - множина елементів системи, Xs - множина зв’язків між елементами системи, X - множина зв’язків між елементами системи і зовнішнім середовищем, F - множина нових (системних) функцій, властивостей, призначень.
Отже, наявність істотних стійких зв’язків (відношень) між елементами або (та) їхніми властивостями, що перевершують по потужності (силі) зв’язки (відношення) цих елементів з елементами, що не входять в систему, є важливим атрибутом системи. У будь-якій системі встановлюються ті або інші зв’язки між елементами. Проте із системних позицій значення мають не будь-які, а лише істотні зв’язки, що із закономірною необхідністю відрізняє систему від простого конгломерату і виділення її з навколишнього середовища у вигляді цілісного утворення.
Середовище – це сукупність всіх об’єктів, зміна яких впливає на систему, а також об’єктів, що змінюються під дією системи.
Система може бути пов’язаною з середовищем наступним чином:
Призначення. Чи сумісне призначення системи з середовищем? Якщо ні, то слід модифікувати призначення, відмовитися від системи або надати системі новий вигляд та пристосувати до середовища.
Побудова. Побудова включає складання компонент системи, щоб вони гармонійно взаємодіяли як між собою, так і з середовищем.
Оцінка. Чи сумісна система з середовищем? Чи ефективно вона реалізує своє призначення? Чи можливі додаткові цілі, що можуть досягатися за умови невеликих модифікацій?
Мета – це одна з найскладніших та разом з тим найдавніших категорій. Вона тією чи іншою мірою присутня у свідомості людини, яка здійснює довільний вид діяльності, і переноситься нею на багато природних та штучних систем. Пізнання мети допомагає зрозуміти сутність систем і власне тому інтерес до змісту цього поняття безперервно зростає.
Мета відображає призначення системи. Воно може розвиватися в часі і не обов’язково єдиним чином.
Мета конкретизується за допомогою цілей. Одним із способів розкриття внутрішньої структури мети є побудова дерева цілей. Цілі поділяються на тактичні цілі, макроцілі та ідеали.
Тактичні цілі – це бажані результати, досягнення яких відбувається за визначений і порівняно короткий період часу. Макроцілі досягаються за довший час і вимагають для цього досягнення хоча б однієї тактичної цілі. Ідеали – це такі цілі, що ніколи не досягаються, але до яких система постійно наближається, реалізуючи деякі тактичні цілі та макроцілі.
Категорія “мета” пройшла довгий шлях розвитку від найпростіших форм до складних структурно-функціональних представлень.
Мета відображає те, що може чи повинно виникнути, прообраз майбутнього, стан, котрий бажано досягнути.
Мета має декілька аспектів. Пізнавальний аспект мети відповідає прогнозу майбутнього, а конструктивний – можливим способам переходу до бажаного майбутнього чи плану дій. У тих випадках, коли мета відносно проста, усвідомлення мети включає і спосіб її досягнення, а у випадку складної мети – план набуває самостійного значення як елемент постановки мети. План встановлює послідовність етапів досягнення мети, визначає засоби та методи, строки дій.
Отже, мета виявляє себе за допомогою множини аспектів.
Декомпозиція – це поділ системи на частини з метою зробити зручнішими певні операції з цією системою. Найважливішим стимулом і суттю декомпозиції є спрощення системи, надміру складної для розгляду цілком. Таке спрощення може фактично приводити до заміни системи якоюсь іншою, в певному сенсі відповідною первинній – це здійснюється введенням гіпотез та послабленням або відкиданням деяких зв’язків та елементів в системі, або відповідати реальній системі і полегшувати роботу з нею – в цьому випадку (строга декомпозиція) потрібна розробка спеціальних процедур узгодження та координації частин.
Елементом називається деякий об’єкт (матеріальний, енергетичний, інформаційний), що має ряд важливих властивостей, але внутрішня будова якого безвідносна до мети дослідження, тобто елемент не піддається подальшій декомпозиції при обраному рівні розгляду системи.
Функція системи – це все те, що виконує система або може виконувати згідно свого призначення. Множина функцій системи є перетворення призначення системи в дії. Функцію системи зручно розглядати як сукупність її станів у просторі й часі. При взаємодії функцій доволі часто виникає нова властивість (властивості), що не виявляється в кожному окремому елементі системи. Наприклад, достатньо складно зрозуміти функцію окремої частини автомобіля ізольовано від нього, однак вона стає зрозумілою, коли ми бачимо її у взаємодії з іншою, тобто коли авто рухається. Одна і та ж функція може здійснюватися декількома шляхами.
Поняття структури є одним з основних в СА. За ступенем зв’язку та розуміння будови чи сприйняття системи розрізняють форми, сукупності та структури.
Форма – це зовнішній вигляд об’єкта безвідносно до його суті (земна куля та більярдна куля мають форму кулі), геометричне поняття, що стосується з’єднання речей або ідей.
Сукупність – це з’єднання або набір в одну множину безвідносно до форми чи порядку.
Структура – це множина частин або форм (елементів), що знаходяться у взаємодії та специфічному порядку, необхідному для реалізації функцій. Отже, функція є первинною щодо структури.
Структура системи – це стійка упорядкованість у просторі і в часі її елементів і зв’язків. Властивістю структури є можливість існування протягом певного часу за допомогою зв’язуючого пристосування для збереження елементів (частин) та їх відношень приблизно в одному й тому ж порядку, реагуючи при цьому на дії середовища. Структура T формально визначається у вигляді кортежу T = , де - множина підмножин елементів системи = , Mi Mj = = ?, (i ? j),- множина утворюючих систему відношень між цими підмножинами її елементів.
Структура системи зберігається та збагачується через її функціональні трансформації, в той же час структура полегшує ці перетворення. В організаціях та в більш широкій соціальній структурі наявні зв’язуючи сили, що підтримують форму структури. З точки зору практики представлення структури бажано спростити, щоб ідентифікувати її елементи та взаємні зв’язки між ними. Структура системи може бути охарактеризована за типами зв’язків, які в ній є або які в ній переважають. Найпростішими зв’язками є паралельне, послідовне з’єднання та зворотній зв’язок. Зворотній зв’язок виконує регулюючу роль в системі.
Зворотній зв’язок – це дія результатів функціонування системи на характер цього функціонування. Основна ідея зворотного зв’язку полягає в тому, щоби використати самі відхилення системи від деякого стану для формування управляючого впливу. Якщо під дією зворотного зв’язку перше початкове відхилення стану системи, викликане збурюючими впливами, зменшується, то вважається, що має місце негативний зворотній зв’язок, в протилежному випадку кажуть, що має місце позитивний зворотній зв’язок. Зазвичай позитивний зворотній зв’язок призводить до нестійкого функціонування системи в цілому.
Отже, є всі підстави вважати що об’єктом системного дослідження є складні, цілеспрямовані та динамічні системи.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать