Б1.В.1 Теория систем и системный анализ

СВОЙСТВА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

 

А. Статические свойства системы в любой, но фиксированный момент времени

Практически каждое свойство сложной системы может быть оценено с использованием его показателей, которые количественно характеризуют данное свойство. Показатели следует отличать от критериев, которые являются правилом, в соответствии с которым принимается решение о соответствии этого свойства выдвигаемым требованиям к системе.

 

 

Целостность. Всякая система выступает как единое целое, обособленное, отличающееся от всего остального, что позволяет весь мир разделить на две части: систему и окружающую среду.

 

Открытость. Система в общем случае не изолирована от окружающей среды, наоборот система и среда связаны и обмениваются ресурсами (веществом, энергией, информацией и т.д.), но степень этой связи может быть различной. В то же время полностью закрытых систем не существует.

Связи системы со средой имеют направленный характер: по одним среда влияет на систему (это входы в систему), по другим система влияет на среду это выходы системы. Перечень входов и выходов системы называют моделью черного ящика, которая вполне достаточна для работы с системой.

Существуют трудности модели черного ящика, которые связаны с тем, что модель всегда содержит конечный список связей, тогда как их число у реальной системы не ограничено. Возникает вопрос: какие из них включать в модель, а какие – нет? Но в модели должны быть отражены все связи., существенные для достижения цели. Но «существенное» - понятие относительное, оно может быть и не существенным. Такая ошибка в оценке приводит к неадекватности модели, а значит использование модели приведет к затруднениям в работе с системой.

 

 

 

 

Возможны 4 типа ошибок:

Ошибка первого рода – субъект расценивает связь как существенную и принимает решение о включении ее в модель, тогда как на самом деле по отношению к поставленной цели она несущественна и могла бы быть не учитываемой, что приводит к появлению в системе ненужных элементов, по сути, ненужных.

 

 

Ошибка второго рода - , наоборот, совершается субъектом когда он принимает решение, что данная связь несущественна и не заслуживает быть включенной в модель. Тогда как на самом деле без нее наша цель не может быть достигнута в полней мере или даже совсем. Для ответа на вопрос какая из ошибок хуже необходимо оценить потери от каждой, и принять ту, где потери меньше при выбранном критерии.

Урон, приносимый ошибкой первого рода связан с тем, что информация, внесенная ею лишняя, будем тратить лишние ресурсы. На качество достижения цели это не повлияет, а на стоимость и своевременность точно повлияет. Потери от ошибки второго рода – это урон от того, что информации для полного достижения цели не хватает. Но в то же время, если время является критическим фактором, то ошибка первого рода становится более опасной.

 

 

Ошибкой третьего рода принято считать последствия незнания. Для того, чтобы оценивать существенность связи, необходимо знать, что она существует. Ошибку третьего рода трудно исправить: надо добывать новые знания.

 

 

Ошибки четвертого рода – возникает при неверном отнесении известной и признанной существенной связи к числу входов или выходов.

Важным для системного анализа следствием открытости систем является очевидность всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости в природе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Внутренняя неоднородность систем: различимость частей системы. Внутри системы она неоднородна, не монолитна. Появляются о частях системы.

Крупные части системы могут быть тоже неоднородны, получается модель состава системы. Некоторые системы дифференцируются на части самопроизвольно в процессе естественного роста и развития. Искусственные системы заведомо собираются из ранее отдельных частей. Есть три положения, которые показывают трудности разделения целого.

Первое – целое можно делить на части по-разному. Здесь нужно обратить внимание на слово различимость, а не разделимость.

Второе - количество частей в модели состава зависит и от того, на каком уровне остановить фрагментацию (дробление системы, ее декомпозицию).

Третье – любая система является частью какой-то большой системы (а нередко частью сразу нескольких систем) в этой части нет четкой границы одного и другого. Границы условны, а это и есть целостность мира.

 

 

Структурированность – части системы не независимы, не изолированы друг от друга, они связаны между собой, взаимодействуют, а свойства системы существенно зависят от этих взаимодействий – важна информация о связях элементов системы. Перечень существенных связей системы называются моделью структуры системы.

Структура в целом должна обеспечить достижение цели.

 

• Целенаправленность

Способность системы решать поставленные задачи для достижения цели.

Сами цели могут быть: краткосрочными (оперативными), среднесрочными (тактическими), долгосрочными (стратегическими).

 

• Эффективность (результативность)
• Степень соответствия результатов применения системы поставленным задачам. К показателям эффективности относится например – вероятность решения поставленной задачи и достижения цели
•  
• Оперативность
• Способность системы достигать поставленной цели с заданной эффективностью и в заданные сроки.
•  
• Стойкость
• Способность системы достигать цели успешно преодолевая противодействие среды
•  
• Стоимость (затратность)
• Имеются ввиду все виды затрат на разработку, эксплуатацию, модернизацию и утилизацию

 

• Отсутствие или наличие сопутствующих рисков

Сложных систем без сопутствующих рисков практически не существует, поэтому при применении сложной системы всегда возникают сопутствующие риски, которые могут свести на нет все положительные свойства системы.

 

Б. Динамические свойства системы

Такие свойства проявляются в другой, отличный от первого момент времени.

• Функциональность
• Процессы, происходящие на выходах системы рассматриваются как ее функции. Функции системы – это ее поведение во внешней среде; изменения, производимые системой в среде; результаты ее деятельности; продукция, производимая системой. Из множественных выходов следует множественность функций, каждая из которых может быть использована, а значит одна и та же система может служить для разных целей.
• Субъект, использующий систему в своих целях, будет оценивать ее функции и упорядочивать их по отношению к своим потребностям.
• 
• Так появляется понятие главной, второстепенной, нежелательной, лишней и т.д. функции. Эти все характеристики субъективны. То есть система объективно многофункциональна, и имеет субъективную упорядоченность функций
•  
• Стимулируемость (управляемость)
• На входах системы тоже происходят определенные процессы.
• 
• Каждое из входных воздействий называют регулирующими (управляющими) параметрами или стимулами, которые приводят к изменению поведения системы
• Изменчивость системы со временем
• В любой системе происходят изменения, которые необходимо учитывать, предусматривать и закладывать в проект будущих систем. Изменяться в системе может что угодно, вплоть до структуры и внутренних связей Z(t)
• 
• Характер этих изменений может быть различным, например по скорости изменения: быстрые, медленные, частые, редкие и т.д. Выделяются также качественные изменения, при которых происходят изменения основных свойств системы. Если изменения идут в позитивном направлении, то это называется развитием (совершенствованием системы), то есть она приобретает новые свойства и новые функции.
• Обратные росту изменения называют спадом или деградацией. Возникает понятие жизненного цикла системы
• 
•  
• В жизненном цикле важное значение имеет непрерывность траектории развития системы.
•  
• Существование в изменяющейся среде.
• Сама система должна быть способна приспосабливаться к изменениям среды. Единственный шанс сохраниться в турбулентной среде – обеспечить динамическое равновесие. Во время шторма необходимы быстрые и продуманные действия для выживания.

 

•  
• В. Синтетические свойства системы
• Этот термин обозначает обобщающие, собирательные интегральные свойства, делающие упор на взаимодействие системы со средой
•  
• Эмерджентность
• Это свойство более всех остальных говорит о природе систем.
• Пример механический – с двумя камнями можно производить эффекты, невозможные при их отдельном использовании: - издавать стуки, высекать искры, колоть орехи и т.д.
• Пример химический – при соединении водорода и кислорода возникает новое вещество – вода с его другими свойствами, не совпадающими со свойствами газов в нее, входящих.
• Пример логико-математический – пусть имеются два блока с одним входом и одним выходом. Каждый из блоков может работать с целыми числами и выполнять операцию: к числу на входе прибавлять единицу. Соединим эти блоки по кольцевой схеме и параллельно
• 
• 
• соединение в кольцо параллельное соединение
• Две эти системы отличаются только структурой, которая и определяет новые свойства каждой из них.
• Вывод: Объединение частей в систему порождает у системы качественно новые свойства, не сводящиеся к свойствам частей и не выводящиеся из свойств частей и присущие самой системе.
• Система есть нечто большее, чем простая совокупность частей. Качества, присущие только ей, называются эмерджентными (от анг. возникать).
• Источником, носителем эмерджентных свойств является структура системы: при разной структуре у систем, образуемых из одних и тех же элементов, возникают новые свойства.
• У системы есть и не эмерджентные свойства, одинаковые со свойствами ее частей (объем, масса, место изготовления и т.д).
• Эмерджентность демонстрирует еще одну грань целостности: система является носителем этого нового свойства, разрушение целостности приведет к исчезновению эмерджентности, если есть эмерджентность, значит есть целая система.
• Эмерджентность является другой, более развитой формой выражения закона диалектики о переходе количества в качество: оказывается для перехода в новое качество не обязательно накопления количества – достаточно объединить в целое хотя бы 2 элемента, но не любых, а конкретных.
• Динамической аспект эмерджентности обозначен отдельным термином – синергетичность, и исследование синергетики посвящена обширная литература.
•  
• Неделимость на части
• Это свойство является простым следствием эмерджентности, о оно очень важно. При изъятии из системы некоторой части происходит два важных события.
• Во-первых, изменяется состав системы, а значит и ее структура, это уже другая система с другими свойствами. Какое-то свойство исчезнет (оно, может быть, и эмерджентным или нет), а может появиться новое свойство – это укажет анализ последствий изъятия.
• Второе важное следствие изъятия части из системы что часть в системе и вне ее это не одно и то же, поскольку у изъятого элемента окружение будет другим.
• Ингерентность (от анг. Inherent – являющийся неотъемлемой частью чего-то)
• Система тем более ингерентна, чем лучше она согласована, приспособлена к окружающей среде, совместима с нею. Степень ингерентности бывает разной.
• Факт открытости систем еще не означает, что они в одинаковой степени хорошо согласованы со средой.
• Целесообразность подчеркивания ингерентности как одного из фундаментальных свойств систем вызвана тем фактом, что от нее зависят степень и качество осуществления системой избранной функции. В естественных системах ингерентность повышается путем естественного отбора, а в искусственных системах – это забота конструкторов.
• Обычно ингерентность привязана к конкретной функции системы.
•  
• Целесообразность
• В создаваемых человеком системах подчиненность всего (и состава и структуры) поставленной цели настолько очевидна, что должна быть признана фундаментальным свойством любой создаваемой системы. Это свойство и называется целесообразностью. Цел, ради которой создается система, определяет какое эмерджентное свойство будет обеспечивать реализацию цели, а это диктует выбор состава и структуры системы. Одно из определений системы так и гласит: система есть средство достижения цели. Подразумевается, что выдвинутая цель не может быть достигнута за счет имеющихся возможностей. Вместе с тем сама цель редко определяет состав и структуру системы: важно, чтобы реализовалась нужная функция.