Системы. Понятие, структура системы, свойства систем

Содержание

1.Системы.  Понятие, структура системы, свойства  систем……………………3

2.Людвиг  фон Берталанфи……………………………………………………..…9

3.Классификация  систем………………………………………………………...12

Список  литературы………………………………………………………………19

Системы. Понятие, структура  системы, свойства систем.

    Существует  множество понятий системы. Рассмотрим понятия, которые наиболее полно  раскрывают ее существенные свойства.

Система – это комплекс взаимодействующих  компонентов.

Система – это множество связанных действующих элементов.

Система – это не просто совокупность единиц... а совокупность отношений между этими единицами.

    И хотя понятие системы определяется по-разному, обычно все-таки имеется  в виду, что система представляет собой определенное множество взаимосвязанных элементов, образующих устойчивое единство и целостность, обладающее интегральными свойствами и закономерностями.

Мы можем  определить систему как нечто  целое, абстрактное или реальное, состоящее из взаимозависимых частей.

     Системой может являться любой объект живой и неживой природы, общества, процесс или совокупность процессов, научная теория и т. д., если в них определены элементы, образующие единство (целостность) со своими связями и взаимосвязями между ними, что создает в итоге совокупность свойств, присущих только данной системе и отличающих ее от других систем (свойство эмерджентности).

    Система (от греч. SYSTEMA, означающего «целое, составленное из частей») представляет собой множество элементов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, образующих определенную целостность, единство и целенаправленность. Практически каждый объект может рассматриваться как система.

Система – это совокупность материальных и нематериальных объектов (элементов, подсистем), объединенных какими-либо связями (информационными, механическими и др.), предназначенных для достижения определенной цели и достигающих ее наилучшим образом. Система определяется как категория, т.е. ее раскрытие производится через выявление основных, присущих системе свойств. Для изучения системы необходимо ее упростить с удержанием основных свойств, т.е. построить модель системы.

    Система может проявляться как целостный материальный объект, представляющий собой закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих  элементов.

    Важным  средством характеристики системы являются ее свойства. Основные свойства системы проявляются через целостность, взаимодействие и взаимозависимость процессов преобразования вещества, энергии и информации, через ее функциональность, структуру, связи, внешнюю среду.

    Свойство  – это качество параметров объекта, т.е. внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте. Свойства дают возможность описывать объекты системы. При этом они могут изменяться в результате функционирования системы. Свойства – это внешние проявления того процесса, с помощью которого получается знание об объекте, ведется за ним наблюдение. Свойства обеспечивают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. Свойства объектов системы могут изменяться в результате ее действия.

    Выделяют  следующие основные свойства системы:

• Система есть совокупность элементов. При определенных условиях элементы могут рассматриваться как системы.
• Наличие существенных связей между элементами. Под существенными связями понимаются такие, которые закономерно, с необходимостью определяют интегративные свойства системы.
• Наличие определенной организации, что проявляется в снижении степени неопределенности системы по сравнению с энтропией системоформирующих факторов, определяющих возможность создания системы. К этим факторам относят число элементов системы, число существенных связей, которыми может обладать элемент.
• Наличие интегративных свойств, т.е. присущих системе в целом, но не свойственных ни одному из ее элементов в отдельности. Их наличие показывает, что свойства системы, хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Система не сводится к простой совокупности элементов; декомпозируя систему на отдельные части, нельзя познать все свойства системы в целом.
• Эмерджентностъ – несводимость свойств отдельных элементов и свойств системы в целом.
• Целостность – это общесистемное свойство, заключающееся в том, что изменение любого компонента системы оказывает воздействие на все другие ее компоненты и приводит к изменению системы в целом; и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех компонентах системы.
• Делимость – возможна декомпозиция системы на подсистемы с целью упрощения анализа системы.
• Коммуникативность. Любая система функционирует в окружении среды, она испытывает на себе воздействия среды и, в свою очередь, оказывает влияние на среду. Взаимосвязь среды и системы можно считать одной из основных особенностей функционирования системы, внешней характеристикой системы, в значительной степени определяющей ее свойства.
• Системе присуще свойство развиваться, адаптироваться к новым условиям путем создания новых связей, элементов со своими локальными целями и средствами их достижения. Развитие – объясняет сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.
• Иерархичность. Под иерархией понимается последовательная декомпозиция исходной системы на ряд уровней с установлением отношения подчиненности нижележащих уровней  вышележащим. Иерархичность  системы состоит в том, что она может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, а каждый ее элемент, в свою очередь, является системой.
• Важным системным свойством является системная инерция, определяющая время, необходимое для перевода системы из одного состояния в другое при заданных параметрах управления.
• Многофункциональность – способность сложной системы  к   реализации некоторого множества функций на заданной структуре, которая проявляется в  свойствах гибкости, адаптации и живучести.
• Гибкость – это свойство системы изменять цель функционирования в зависимости от условий функционирования или состояния подсистем.
• Адаптивность – способность системы изменять свою структуру и выбирать варианты поведения сообразно с новыми целями системы и под воздействием факторов внешней среды. Адаптивная система – такая, в которой происходит непрерывный процесс обучения или самоорганизации.
• Надежность – это свойство системы реализовывать заданные функции в течение определенного периода времени с заданными параметрами качества.
• Безопасность – способность системы не наносить недопустимые воздействия техническим объектам, персоналу, окружающей среде при своем функционировании.
• Уязвимость – способность получать повреждения при воздействии внешних и (или) внутренних факторов.
• Структурированность – поведение системы обусловлено поведением ее элементов и свойствами ее структуры.
• Динамичность – это способность функционировать во времени.
• Наличие обратной связи.

Любая система имеет цель и ограничения. Цель системы может быть описана целевой функцией  U1 = F (х, у, t, ...), где U1 – экстремальное значение одного из показателей качества функционирования системы.

Поведение системы можно описать законом Y = F(x), отражающим изменения на входе и выходе системы. Это и определяет состояние системы.

Состояние системы – это мгновенная фотография, или срез системы, остановка ее развития. Его определяют либо через входные взаимодействия или выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы. Это совокупность состояний ее n элементов и связей между ними. Задание конкретной системы сводится к заданию ее состояний, начиная с зарождения и кончая гибелью или переходом в другую систему. Реальная система не может находиться в любом состоянии. На ее состояние накладывают ограничения – некоторые внутренние и внешние факторы (например, человек не может жить 1000 лет). Возможные состояния реальной системы образуют в пространстве состояний системы некоторую подобласть Z_СД (подпространство) – множество допустимых состояний системы.

Равновесие  – способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий или при постоянных воздействиях сохранять свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость  – это способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних или внутренних возмущающих воздействий. Эта способность присуща системам, когда отклонение не превышает некоторого установленного предела.       

    Понятие структуры системы.

Структура системы – совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества. Структура системы означает строение, расположение, порядок и отражает определенные взаимосвязи, взаимоположение составных частей системы, т.е. ее устройства и не учитывает множества свойств (состояний) ее элементов.

      Система может быть представлена простым  перечислением элементов, однако чаще всего при исследовании объекта  такого представления недостаточно, т.к. требуется выяснить, что представляет собой объект и что обеспечивает выполнение поставленных целей.

Одна  и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости  от стадии познания объектов, от аспектов рассмотрения, от целей создания. В  ходе проектирования структура может  изменяться.

Понятие элемента системы. По определению элемент – это составная часть сложного целого. В нашем понятии сложное целое – это система, которая представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов.

Элемент – часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению ко всей системе и неделимая при данном способе выделения частей. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения.

    Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами и внешней средой.

    Понятие связи. Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – это значит выявить наличие зависимостей их свойств. Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний характер.

Взаимосвязи – совокупность двухсторонних зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы.

    Взаимодействие  – совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Понятие внешней среды. Система существует среди других материальных или нематериальных объектов, которые не вошли в систему  и объединяются понятием «внешняя среда» – объекты внешней среды. Вход характеризует воздействие внешней среды на систему, выход – воздействие системы на внешнюю среду.

    По  сути дела, очерчивание или выявление  системы есть разделение некоторой  области материального мира на две  части, одна из которых рассматривается как система – объект анализа (синтеза), а другая – как внешняя среда.

    Внешняя среда – набор существующих в  пространстве и во времени объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на систему.

    Внешняя среда – это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Людвиг  фон Берталанфи (Bertalanffy, 1901–72) – австрийский биолог-теоретик, натурфилософ, один из основоположников «общей теории систем», выдающийся представитель теоретической биологии первой половины XX в.; ученый, занимавшийся фундаментальным исследованиями в области биофизики, физиологии (уравнения Берталанфи), психологии, раковых заболеваний (метод цитозной диагностики рака), а также сравнительными исследованиями по психологии. Ученик М. Шлика – одного из основателей группы австрийских философов-позитивистов, известной как “Венский кружок”. 
В 1934—48 доцент, затем профессор Венского университета; после эмиграции в Канаду (1949) - в университетах Оттавы, Монреаля, Лондона (visiting professor), Альберты, Нью-Йорка (профессор факультета социальных наук) и т.д. При этом ученый много занимался исследовательской работой в различных научных фондах и проектах (напр., во Всемирной организации здравоохранения ООН). В 1954 Берталанфи (вместе с К. Болдингом, Р. Джерардом и А. Рапопортом) основал Общество развития общей теории систем (с 1957 – общих системных исследований) и был его вице-президентом. 
В последние годы жизни Берталанфи занимался преимущественно разработкой системной, организмической концепции человека, в которой важная роль отводится способности человека действовать с символами. В год своей смерти за вклад в развитие фундаментальной науки (“первым предпринял математически строгий подход к изучению биохимических синергий”) Берталанфи был выдвинут на Нобелевскую премию. 
Автор 13 монографий, более 200 статей, редактор авторитетных научных изданий. Среди его трудов выделяются: “Теоретическая биология” (1932 и 1940); “Современные теории развития. Введение в теоретическую биологию” (1933 и 1962); “Проблемы жизни” (1949); “Роботы, люди и разум” (1967); “Общая теория систем. Основания, развитие, сферы применение” (1968); “Психология организмов и теория систем” (1968); “Походы к общей теории систем. Научно-философские исследования” (1975). 
Берталанфи признан как мыслитель, значительно содействовавший развитию философии и методологии науки, прежде всего своей разработкой кинетической теории стационарных открытых систем и общей теории систем. Он одним из первых применил системный подход в психологии и социальных науках. Его идеи нашли применение в медицине, психиатрии и др. прикладных дисциплинах. 
В Чикагском университете в конце 1930-х ученый впервые предложил общую теорию систем, понимаемую как любую теоретическую систему, объединяющую проблематики нескольких научных дисциплин, а также занимающуюся “системными законами в целом” в качестве универсальной методологии науки. Однако к непосредственной работе над общей теорией систем Берталанфи приступил в 1950-е, причем не ограничиваясь лишь методологическими вопросами: напр., с гуманистической философско-научной позиции он критиковал необихевиоризм; изучал современный мир технологий, которые не только отделили человека от природной среды, но и изолировали людей друг от друга, считая, что подобную ситуацию можно преодолеть путем поддержания и развития “символических миров культуры”, созданных человечеством в ходе эволюции. Он призывал к единству человечества ради его выживания. 
Ядром общей теории систем является сформулированная в 1930-е организмическая теория систем (organismic system theory). Исходя из предположения, что внутри органической системы идет некий динамический процесс, Берталанфи задался целью вывести все жизненные феномены из самопроизвольной группировки сил в системе. Он дал развёрнутый анализ противоречий механицизма и витализма, возникновения и развития организмических идей о целостности организма и на основе последних — формирования системных концепций в биологии. На следующем этапе он создал эвристическую модель организма как открытой системы, стремящейся к постоянному, устойчивому состоянию, и выдвинул в данной связи два биологических принципа: возможности нахождения организма в неравновесном состоянии и иерархической организации системной структуры. Ученый подкрепил эту теорию количественными результатами анализа развития и метаболизма биологических систем. 
В 1940-е Берталанфи привнес в свои теоретические разработки по открытым системам исследования в области термодинамики необратимых процессов: закрытая система определяется кинетически обратимым равновесием, а открытая - динамически необратимым состоянием устойчивости, что позволяет ее компонентам синхронизироваться как друг с другом, так и с единым целым системы. Тем самым любая общая система обладает уровнем саморегуляции, сравнимым с поведением органических систем. При наблюдении энергетики открытой системы оказывается, что она стремится к состоянию стабильности, постоянства, потому что оно соответствует минимальному уровню нарастания энтропии, а это, в свою очередь, стабилизирует структуру и энергетическую динамику системы. Таким образом, начнется рассеивание энергии, придающей определенную конфигурацию системной структуре, поскольку система поддерживает себя в состоянии, далеком от равновесия. 
Соединив органические и термодинамические направления исследований, Берталанфи предложил общую теорию систем в качестве метатеории, дающей ей возможность определять построение моделей в самых разных научных дисциплинах. В отличие от математической концепции системы, его теория описывает системы на неформализованном языке, ориентируясь на их качественные характеристики. Задача теории общих систем получалась очень амбициозной: разработка универсальных принципов, имеющих силу для всех систем вообще. Провозглашенная цель потребовала переформулирования классической концепции системы и определила систему в качестве категории, посредством которой устанавливается связь между объектами и явлениями. 
Новая модель системы представляет её уже как набор взаимосвязанных компонентов, иными словами, комплексным образованием в пространстве и времени, которое демонстрирует структурные подобия (изоморфизмы). Система конструирует себя так, чтобы её части сохраняли свою структуру, будучи составлены из более мелких частей, и могли восстановиться после нарушений, вызываемых средой. Поскольку между живыми организмами, кибернетическими механизмами и социальными системами существуют изоморфизмы, то можно создавать межотраслевые научные модели и передавать данные от одной дисциплины к другой. 
В качестве методологии, применимой во всех науках, общая теория систем включает в себя кибернетический принцип обратной связи в виде специального класса саморегулирующихся систем. Однако, по Берталанфи, между общей и кибернетической теориями есть принципиальные различия: в кибернетике механизмы обратной связи управляются строгими ограничениями; более того, регулирующие механизмы кибернетических систем исходят из предустановленных правил, а динамические системы общей теории основаны на свободном взаимодействии многих сил. Общенаучный вклад Берталанфи, таким образом, определяется в первую очередь развитием современных теорий систем, которые в настоящее время изучают нестационарные структуры и динамику самоорганизации сложных образований (напр., таких как политические системы). 
Известен Закон фон Берталанфи (принцип эквифинальности) - конечное состояние открытой системы не зависит от её начального состояния и определяется особенностями протекающих внутри неё процессов и характером её взаимодействия со средой.

   Классификация систем 
Классификация систем может быть проведена по различным признакам. Основной является группировка по трем категориям: естественнонаучной, технической и социально-экономической. В естественных (биологических) системах место и функции каждого элемента, их взаимодействие и взаимосвязь предопределены природой, а совершенствование этой организации происходит по законам эволюции. В технических системах место и функции каждого механизма, узла и детали предопределены конструктором (технологом), который в процессе эксплуатации совершенствует ее. В социально-экономических системах место, функции и взаимосвязь элементов предопределяются управляющим (менеджером), им же корректируются и поддерживаются. 
В зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принципы классификации. 
Системы можно классифицировать следующим образом: 
• материальные и знаковые; 
• простые и сложные; 
• естественные и искусственные; 
• активные и пассивные; 
• открытые и закрытые; 
• детерминированные (жесткие) и стохастические (мягкие). 
Объективно реальные материальные системы обычно определяются как совокупность объектов, объединенных некоторой формой регулярного взаимодействия или взаимозависимости для выполнения заданной функции (железная дорога, завод и пр.). 
Среди систем, созданных человеком, есть и абстрактные, знаковые, чисто информационные системы, являющиеся продуктом познания, — мыслимые, идеальные и модельные системы. Их элементами являются не вещи, а понятия, сущности, взаимодействующие массивы и потоки информации: например, система математических уравнений; система аксиом Эвклида; система множеств; логические системы; система химических элементов; правовая система кодексов, система власти, система целей компании, правила дорожного движения и т.п.; и, конечно, Интернет. 
Как правило, организации как системы (например, бизнес-организации и социальные организации) являются конкретными материальными системами, но в своих функциях и поведении содержат некоторые свойства абстрактных систем — систем инструкций, правил, предписаний, законов, учета, счетов и т.п. 
За основу классификации систем по сложности разные авторы принимают различные признаки: размер системы, количество связей, сложность поведения системы. На наш взгляд, разделение на простые и сложные системы должно происходить на основании наличия цели и сложности заданной функции. 
Простые системы, не имеющие цели и внешнего действия (атом, молекула, кристалл, механически соединенные тела, часовой механизм, термостат и т.п.) — это неживые системы. Сложные системы, имеющие цель и «выполняющие заданную функцию» — это живые системы, или системы, созданные живым: вирус, бактерия, нервная система, многоклеточный организм, сообщество организмов, экологическая система, биосфера, человек и материальные системы, созданные человеком, — механизмы, машины, компьютеры, Интернет, производственные комплексы, хозяйственные системы, глобальная техносфера и, конечно, различные организации. 
В отличие от простых систем сложные системы способны к актам поиска, выбора и активного решения. Кроме того, они обязательно обладают памятью. Все это конкретные материальные системы. Они состоят из (или включают некоторое число) материальных элементов. Если взаимодействия между элементами имеют характер сил или переносов вещества, энергии и информации и могут изменяться во времени, мы имеем дело с динамическими системами. Они выполняют функции, относимые к внешней среде, — функции защиты от среды или работы по оптимизации среды, по меньшей мере, одну внешнюю функцию — функцию самосохранения. 
Открытая система для достижения целей существенным образом взаимодействует с другими системами. Понятие открытой системы ввел Л. фон Берталанфи. Открытые системы способны обмениваться с внешней средой веществом, энергией и информацией, закрытые системы лишены этой способности. Любая социально-экономическая система принадлежит к классу открытых динамических систем. Именно к открытым динамическим системам применимо понятие самоорганизации. 
Системы пытаются классифицировать по степени их организованности, подразумевая при этом структурированность (хорошо структурированные, плохо структурированные, неструктурированные). Позднее была предложена более простая классификация: хорошо организованные и плохо организованные, или диффузные, системы; еще позднее, когда появился класс самоорганизующихся систем, соответственно появилось и разделение их на саморегулирующиеся, самообучающиеся, самонастраивающиеся, самоадаптирующиеся. Но все эти классификации достаточно условны. 
Под хорошо организованными системами часто понимают системы, в которых исследователь может определить все элементы, связи и детерминированные зависимости между элементами и целями системы. Как правило, к таким системам относят класс технических систем. 
При изучении так называемых плохо организованных, или диффузных, систем не ставится задача определить все компоненты и связи. Система характеризуется набором основных макропараметров и закономерностей, с помощью которых можно оценивать поведение системы. В таком случае необходимо ввести понятие вероятности, т.е. выявленные закономерности распространяют на поведение системы с какой-то вероятностью. Поэтому этот класс систем относят к вероятностным или стохастическим системам. 
Но сама классификация по признаку «хорошо организованные» или «плохо организованные» не соответствует семантическому смыслу употребляемых слов: названная плохо организованной, вероятностная система по уровню организованности выше, чем та, которую авторы назвали хорошо организованной. 
Если внешние воздействия, приложенные к системе (управляющие и возмущающие) являются определенными известными функциями времени u=f(t). В этом случае состоянии системы описываемой обыкновенными дифференциальными уравнениями, в любой момент времени t может быть однозначно описано по состоянию системы в предшествующий момент времени. Системы, для которых состояние системы однозначно определяется  начальными значениями и может быть предсказано для любого момента времени называются детерминированными.