История теории систем и системного анализа. Классификация систем

 

Существенный недостаток в понимании Л. Берталанфи общей  теории систем состоял в том, что  он объявил ее заменяющей философию, что вызвало справедливые возражения философов. Если обратить внимание на содержание общей теории систем, то в нее входят в основном формализованные науки, которые хорошо применимы к относительно простым системам. Потребность исследования сложных систем заставляет использовать качественный анализ, которым владеют философские науки. Но философии систем в общей теории систем места не нашлось. Поэтому произошло раздвоение общей теории систем (ОТС) на ОТС в широком смысле и на ОТС в узком (рис. 1).

 

Рис. 1 — Схема общей теории систем в представлении Л. Берталанфи

 

Сама ОТС в узком  смысле также в значительной мере осталась количественно-формальной наукой.

 

Последующее развитие системных  знаний привело к тому, что возникло несколько вариантов общей теории систем в узком смысле слова, сформировалось знание, которое отражало отдельные  стороны систем, появились значительные наработки о системах различной природы: физических, химических, биологических, психических и социальных.

 

В качестве особого и  главного популяризатора системных  идей выступила научно-техническая  революция, которая обеспечила бурное развитие системного подхода. На Западе идеи теории систем развивали такие ученые, как Р. Акофф, О. Ланге, Р. Мертон, М. Ме-сарович, Т. Парсонс, У. Росс Эшби и др. В СССР в 60-70-е годы проблемы системологии, создания общей теории систем были также очень популярными. Исследованиями здесь занимались В. Г. Афанасьев, В. М. Глушков, В. П. Кузьмин, Ю. Г. Марков, И. Б. Новик, Л. А. Петрушенко, В. Н. Садовский, М. И. Сетров, В. С. Тюхтин, А. И. Уемов, Э. Г. Юдин и другие ученые.

 

Системный подход широко распространился в экономике, социологии, психологии и др. В социологии большой вклад в развитие системных представлений об обществе внесли В. Г. Афанасьев, Р. Мертон, Т. Парсонс, П. А. Сорокина и др. Значительно развиты в социологии целые течения теорий, получившие название функционализм, структурализм и структурный функционализм.

 

Торжество системного подхода  в экономической науке связано  с лауреатом Нобелевской премии 1973 г. Василием Леонтьевым, который  исследовал структуру экономики, разработал метод экономических расчетов «затраты — выпуск», «методом межотраслевого баланса». Политологическое применение системного подхода обеспечено трудами М. Вебера. Системность в психологии предопределена исследованиями П. А. Анохина, А. А. Леонтьева, А. Р. Лурии. Проникновение системных идей в управление подготовлено исследованиями Р. Акоффа, В. Г. Афанасьева, В. М. Глушкова.

 

К настоящему времени  в мире насчитываются десятки  тысяч публикаций по проблемам системного подхода, теории систем и системного анализа. Можно говорить о существенном обновлении системных идей, которое связано с работами В. А. Карташова, С. А. Кузьмина, И. И. Пригожина, В. Н. Спицнаделя, Г. Хагена и др.

 

 

 

Классификация систем

 

 

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

 

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

 

По содержанию различают реальные (материальные), объективно существующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся продуктом мышления.

 

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

 

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

 

Искусственные системы: создаются  человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий.

 

Искусственные делятся  на технические (технико-экономические) и социальные (общественные).

 

Техническая система  спроектирована и изготовлена человеком  в определенных целях.

 

К социальным системам относятся  различные системы человеческого  общества.

 

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

 

Организационная система, для эффективного функционирование которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой.

 

Примеры человеко-машинных систем: автомобиль — водитель; самолет  — летчик; ЭВМ — пользователь и т.д.

 

Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных и  взаимодействующих объектов, предназначенная  для целенаправленных действий с  задачей достижения в процессе функционирования заданного результата.

 

Отличительными признаками технических систем по сравнению  с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными элементами является конструктивность (практическая осуществляемость отношений  между элементами), ориентированность  и взаимосвязанность составных элементов и целенаправленность.

 

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

 

Абстрактные системы  являются результатом отражения  действительности (реальных систем) в  мозге человека.

 

Их настроение — необходимая  ступень обеспечения эффективного взаимодействия человека с окружающим миром. Абстрактные (идеальные) системы объективны по источнику происхождения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.

 

 

Абстрактные системы  разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определенные аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и эвристические модели, а ко вторым — концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.

 

На основе понятия  внешней среды системы разделяются  на: открытые, закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные. Деление систем на открытые и закрытые связано с  их характерными признаками: возможность  сохранения свойств при наличии  внешних воздействий. Если система нечувствительна к внешним воздействиям ее можно считать закрытой. В противном случае — открытой.

 

Открытой называется система, которая взаимодействует  с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. Открытая система является частью более общей системы или нескольких систем. Если вычленить из этого образования собственно рассматриваемую систему, то оставшаяся часть — ее среда.

 

Открытая система связана  со средой определенными коммуникациями, то есть сетью внешних связей системы. Выделение внешних связей и описание механизмов взаимодействия «система-среда» является центральной задачей теории открытых систем. Рассмотрение открытых систем позволяет расширить понятие структуры системы. Для открытых систем оно включает не только внутренние связи между элементами, но и внешние связи со средой. При описании структуры внешние коммуникационные каналы стараются разделить на входные (по которым среда воздействует на систему) и выходные (наоборот). Совокупность элементов этих каналов, принадлежащих собственной системе называются входными и выходными полюсами системы. У открытых систем, по крайней мере, один элемент имеет связь с внешней средой, по меньшей мере, один входной полюс и один выходной, которыми она связана с внешней средой.

 

Для каждой системы связи  со всеми подчиненными ей подсистемами и между последним, являются внутренними, а все остальные — внешними. Связи между системами и внешней  средой также, как и между элементами системы, носят, как правило, направленный характер.

 

Важно подчеркнуть, что  в любой реальной системе в  силу законов диалектики о всеобщей связи явлений число всех взаимосвязей огромно, так что учесть и исследования абсолютно все связи невозможно, поэтому их число искусственно ограничивают. Вместе с тем, учитывать все возможные связи нецелесообразно, так как среди них есть много несущественных, практически не влияющих на функционирование системы и количество полученных решений (с точки зрения решаемых задач). Если изменение характеристик связи, ее исключение (полный разрыв) приводят к значительному ухудшению работы системы, снижению эффективности, то такая связь — существенна. Одна из важнейших задач исследователя — выделить существенные для рассмотрения системы в условиях решаемой задачи связи и отделить их от несущественных. В связи с тем, что входные и выходные полюса системы не всегда удается четко выделить, приходится прибегать к определенной идеализации действий. Наибольшая идеализация имеет место при рассмотрении закрытой системы.

 

Закрытой называется система, которая не взаимодействует со средой или взаимодействует со средой строго определенным образом. В первом случае предполагается, что система не имеет входных полюсов, а во втором, что входные полюса есть, но воздействие среды носит неизменный характер и полностью (заранее) известно. Очевидно, что при последнем предположении указанные воздействия могут быть отнесены собственно к системе, и ее можно рассматривать, как закрытую. Для закрытой системы, любой ее элемент имеет связи только с элементами самой системы.

 

Разумеется, закрытые системы  представляют собой некоторую абстракцию реальной ситуации, так как, строго говоря, изолированных систем не существует. Однако, очевидно, что упрощение  описания системы, заключаются в  отказе от внешних связей, может привести к полезным результатам, упростить исследование системы. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой — открытые. Если временный разрыв или изменение характерных внешних связей не вызывает отклонения в функционировании системы сверх установленных заранее пределов, то система связана с внешней средой слабо. В противном случае — тесно.

 

Комбинированные системы  содержат открытые и закрытые подсистемы. Наличие комбинированных систем свидетельствует о сложной комбинации открытой и закрытой подсистем.

 

В зависимости от структуры  и пространственно-временных свойств  системы делятся на простые, сложные  и большие.

 

Простые — системы, не имеющие разветвленных структур, состоящие из небольшого количества взаимосвязей и небольшого количества элементов. Такие элементы служат для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархические уровни. Отличительной особенностью простых систем является детерминированность (четкая определенность) номенклатуры, числа элементов и связей как внутри системы, так и со средой.

 

Сложные — характеризуются  большим числом элементов и внутренних связей, их неоднородностью и разнокачественностью, структурным разнообразием, выполняют  сложную функцию или ряд функций. Компоненты сложных систем могут  рассматриваться как подсистемы, каждая из которых может быть детализирована еще более простыми подсистемами и т.д. до тех пор, пока не будет получен элемент.

 

Определение N1: система  называется сложной (с гносеологических позиций), если ее познание требует  совместного привлечения многих моделей теорий, а в некоторых случаях многих научных дисциплин, а также учета неопределенности вероятностного и невероятностного характера. Наиболее характерным проявлением этого определения является многомодельность.

 

Модель — некоторая система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе. Это описание систем (математическое, вербальное и т.д.) отображающее определенную группу ее свойств.

 

Определение N2: систему  называют сложной если в реальной действительности рельефно (существенно) проявляются признаки ее сложности. А именно:

структурная сложность  — определяется по числу элементов  системы, числу и разнообразию типов  связей между ними, количеству иерархических  уровней и общему числу подсистем  системы. Основными типами считаются следующие виды связей: структурные (в том числе, иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные), информационные, пространственно-временные;

сложность функционирования (поведения) — определяется характеристиками множества состояний, правилами перехода из состояния в состояние, воздействие системы на среду и среды на систему, степенью неопределенности перечисленных характеристик и правил;

сложность выбора поведения  — в многоальтернативных ситуациях, когда выбор поведения определяется целью системы, гибкостью реакций на заранее неизвестные воздействия среды;

сложность развития —  определяемая характеристиками эволюционных или скачкообразных процессов.

 

Естественно, что все  признаки рассматриваются во взаимосвязи. Иерархическое построение — характерный признак сложных систем, при этом уровни иерархии могут быть как однородные, так и неоднородные. Для сложных систем присущи такие факторы, как невозможность предсказать их поведение, то есть слабо предсказуемость, их скрытность, разнообразные состояния.