1.1. Определение и общая классификация систем

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ. УПРАВЛЕНИЕ В СИСТЕМАХ

1.1. Определение и общая классификация систем

Понятие системы относится к числу основополагающих и используется в различных научных дисциплинах и сферах человеческой деятельности. Известные словосочетания «информационная система», «человеко-машинная система», «экономическая система», «биологическая система» и многие другие иллюстрируют распространенность этого термина в разных предметных областях. В литературе существует множество определений того, что есть «система». Несмотря на различия формулировок, все они в той или иной мере опираются на исходный перевод греческого слова systema – целое, составленное из частей, соединенное. Будем использовать следующее достаточно общее определение.

Система - совокупность объектов, объединенных связями так, что они существуют (функционируют) как единое целое, приобретающее новые свойства, которые отсутствуют у этих объектов в отдельности.

Замечание о новых свойствах системы в данном определении является весьма важной особенностью системы, отличающим ее от простого набора несвязанных элементов. Наличие у системы новых свойств, которые не являются суммой свойств ее элементов называют эмерджентностью (например, работоспособность системы «коллектив» не сводится к сумме работоспособности ее элементов – членов этого коллектива).

Объекты в системах могут быть как материальными, так и абстрактными. В первом случае говорят о материальных (эмпирических) системах; во втором – о системах абстрактных. К числу абстрактных систем можно отнести теории, формальные языки, математические модели, алгоритмы и др.

Для выделения систем в окружающем мире можно использовать следующие принципы системности:

1. Принцип внешней целостности – ограниченность системы от окружающей среды. Система взаимодействует с окружающей средой как единое целое, ее поведение определяется состоянием среды и состоянием всей системы, а не какой-то отдельной ее частью.

Под окружающей (внешней) средой здесь понимается множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием в условиях рассматриваемой задачи.

Обособление системы в окружающей среде имеет свою цель, т.е. система характеризуется назначением. Другими характеристиками системы в окружающем мире являются ее вход, выход и внутреннее состояние (см. рис.1.1). К примеру, входом материальной системы «автозавод» могут быть ресурсы, используемые в производстве; выходом – выпускаемая продукция, автомобили. В более общем случае входом материальной системы является воздействие на систему извне, выходом – воздействие системы вовне, а назначением будет тот набор функций, которые она должна выполнять.

Входом абстрактной системы, например, некоторой математической теории, является постановка задачи; выходом – результат решения этой задачи, а назначением будет класс задач, решаемых в рамках данной теории.




Рис.1.1. Обобщенное представление системы


2. Принцип внутренней целостности – устойчивость связей между частями системы. Состояние самой системы зависит не только от состояния ее частей – элементов, но и от состояния связей между ними. Именно поэтому свойства системы не сводятся к простой сумме свойств ее элементов, в системе появляются те свойства, которые отсутствуют у элементов в отдельности.

Наличие устойчивых связей между элементами системы определяет ее функциональные возможности. Нарушение этих связей может привести к тому, что система не сможет выполнять назначенные ей функции. Для примера можно вспомнить знакомую систему «оператор-компьютер». Именно наличие необходимых связей между ее элементами (оператор, монитор, блок центрального процессора, устройства ввода информации, принтер и т.п.) позволяют этой системе решать задачи, связанные с набором и выводом на печать текстовых документов. Нарушение или неправильность этих связей, например, подключение клавиатуры к входному разъему звуковой платы (хотя, практически это сделать весьма непросто), приведет к тому, что при всем таланте оператора набрать и распечатать выданный ему текст он не сможет.

3. Принцип иерархичности – в системе можно выделить подсистемы, определяя для каждой из них свой вход, выход, назначение. В свою очередь, сама система может рассматриваться как часть более крупной системы.

Дальнейшее разбиение подсистем на части приведет к тому уровню, на котором эти подсистемы называются элементами исходной системы. Теоретически систему можно разбивать на мелкие части, по-видимому, бесконечно. Однако, практически это приведет к тому, что появятся элементы, связь которых с исходной системой, с ее функциями будет трудно уловима. Поэтому элементом системы считают такие ее более мелкие части, которые обладают некоторыми качествами, присущими самой системе.

Далее под элементом системы будем понимать такую ее подсистему, которая в данном исследовании (при принятой точке зрения) на части не разбивается.

Важным при исследовании, проектировании и разработке систем является понятие ее структуры. Структура системы – совокупность ее элементов и устойчивые связи между ними. Для отображения структуры системы наиболее часто используются графические нотации (языки), например, различные структурные схемы. При этом, как правило, представление структуры системы выполняется на нескольких уровнях детализации: сначала описываются связи системы с внешней средой; потом рисуется схема с выделением наиболее крупных подсистем, далее – для подсистем строятся свои схемы и т.д.

Подобная детализация является результатом последовательного структурного анализа системы. Метод структурного системного анализа является подмножеством методов системного анализа вообще, и применяется, в частности, в инженерии программирования, при разработке и внедрении сложных информационных систем. Основной идеей структурного системного анализа является поэтапная детализация исследуемой (моделируемой) системы или процесса, которая начинается с общего обзора объекта исследования, а затем предполагает его последовательное уточнение.

В системном подходе к решению исследовательских, проектных, производственных и других теоретических и практических задач этап анализа вместе с этапом синтеза образуют методологическую концепцию решения. В исследовании (проектировании, разработке) систем на этапе анализа производится разбиение исходной (разрабатываемой) системы на части для ее упрощения и последовательного решения задачи. На этапе синтеза полученные результаты, отдельные подсистемы соединяются воедино путем установления связей между входами и выходами подсистем.

Важно отметить, что разбиение системы на части даст разные результаты в зависимости от того, кто и с какой целью выполняет это разбиение (здесь мы говорим только о таких разбиениях, синтез после которых позволяет получить исходную или задуманную систему. К таким не относится, например, «анализ» системы «компьютер» с помощью молотка и зубила). Так, для специалиста, внедряющего на предприятии автоматизированную информационную систему, важными будут информационные связи между подразделениями предприятия; для специалиста отдела поставок - связи, отображающие движение материальных ресурсов на предприятии. В итоге можно получить различные варианты структурных схем системы, которые будут содержать различные связи между ее элементами, отражающие ту или иную точку зрения и цель исследования.

Представление системы, при котором главным является отображение и исследование ее связей с внешней средой, с внешними системами называется представлением на макроуровне (рис.1.2). Представление внутренней структуры системы есть представление на микроуровне. Пример структурной схемы, представляющей систему «предприятие» на микроуровне, приведен на рис. 1.3, разными линиями показаны разные виды связей между элементами. К числу основных связей между элементами системы «предприятие» можно отнести информационные и управленческие (командные) связи; материальные (ресурсообеспечивающие); связи по линии основного преобразования заказа в продукцию или услугу.




Рис. 1.2. Обобщенное представление системы «Предприятие» на макроуровне

Классификация систем выполняется для нахождения общих свойств и закономерностей поведения в различных системах, определения и выбора методов исследования, проектирования и разработки, наиболее подходящих для тех или иных классов, т.е. групп систем. В основу классификации систем могут быть положены различные признаки.

В самом общем случае можно выделить два больших класса систем: абстрактные (символические) и материальные (эмпирические).

По происхождению системы делят на естественные (созданные природой), искусственные, а также системы смешанного происхождения, в которых присутствуют как элементы природные, так и элементы, сделанные человеком. Системы, которые являются искусственными или смешанными, создаются человеком для достижения своих целей и потребностей.




Рис. 1.3. Пример представления системы на микроуровне



Дадим краткие характеристики некоторых общих видов систем, имеющих важное значение в профессиональной деятельности специалистов в области прикладной информатики в экономике.

Техническая система представляет собой взаимосвязанный, взаимообусловленный комплекс материальных элементов, обеспечивающих решение некоторой задачи. К таким системам можно отнести автомобиль, здание, ЭВМ, систему радиосвязи и т.п. Человек не является элементом такой системы, а сама техническая система относится к классу искусственных.

Технологическая система – система правил, норм, определяющих последовательность операций в процессе производства.

Организационная система в общем виде представляет собой множество людей (коллективов), взаимосвязанных определенными отношениями в процессе некоторой деятельности, созданных и управляемых людьми. Известные сочетания организационно-техническая, организационно-технологическая система расширяют понимание организационной системы средствами и методами профессиональной деятельности членов организаций. Другое название – организационно-экономическая система применяют для обозначения систем (организаций, предприятий), участвующих в экономических процессах создания, распределения, обмена материальных благ.

Экономическая система – система производительных сил и производственных отношений, складывающихся в процессе производства, потребления, распределения материальных благ. Более общая социально-экономическая система – отражает дополнительно социальные связи и элементы, включая отношения между людьми и коллективами, условия трудовой деятельности, отдыха и т.п. Организационно-экономические системы функционируют в области производства товаров и/или услуг, т.е. в составе некоторой экономической системы. Эти системы представляют наибольший интерес как объекты внедрения экономических информационных систем (ЭИС), являющихся компьютеризированными системами сбора, хранения, обработки и распространения экономической информации. Частным толкованием ЭИС являются системы, предназначенные для автоматизации задач управления предприятиями (организациями).

По степени сложности различают простые, сложные и очень сложные (большие) системы. Простые системы характеризуются малым числом внутренних связей и относительной легкостью математического описания. Характерным для них является наличие только двух возможных состояний работоспособности: при выходе из строя элементов система или полностью теряет работоспособность (возможность выполнять свое назначение), или продолжает выполнять заданные функции в полном объеме. Сложные системы имеют разветвленную структуру, большое разнообразие элементов и связей и множество состояний работоспособности (больше двух). Эти системы поддаются математическому описанию, как правило, с помощью сложных математических зависимостей (детерминированных или вероятностных). К числу сложных систем относятся практически все современные технические системы (телевизор, станок, космический корабль и т.д.).

Современные организационно-экономические системы (крупные предприятия, холдинги, производственные, транспортные, энергетические компании) относятся к числу очень сложных (больших) систем. Характерными для таких систем являются следующие основные признаки:

- сложность назначения и многообразие выполняемых функций;

- большие размеры системы по числу элементов, их взаимосвязей, входов и выходов;

- сложная иерархическая структура системы, позволяющая выделить в ней несколько уровней с достаточно самостоятельными элементами на каждом из уровней, с собственными целями элементов и особенностями функционирования;

- наличие общей цели системы и, как следствие, централизованного управления, подчиненности между элементами разных уровней при их относительной автономности;

- наличие в системе активно действующих элементов – людей и их коллективов с собственными целями (которые, вообще говоря, могут не совпадать с целями самой системы) и поведением;

- многообразие видов взаимосвязей между элементами системы (материальные, информационные, энергетические связи) и системы с внешней средой.

В силу сложности назначения и процессов функционирования построение адекватных математических моделей, характеризующих зависимости выходных, входных и внутренних параметров для больших систем является невыполнимым.

По степени взаимодействия с внешней средой различают открытые и замкнутые системы. Замкнутой называют систему, любой элемент которой имеет связи только с элементами самой системы, т.е. замкнутая система не взаимодействует с внешней средой. Открытые системы взаимодействуют с внешней средой, обмениваясь веществом, энергией, информацией. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой и являются открытыми.

По характеру поведения системы делят на детерминированные и недетерминированные. К детерминированным относятся те системы, в которых составные части взаимодействуют между собой точно определенным образом. Поведение и состояние такой системы может быть однозначно предсказано. В случае недетерминированных систем такого однозначного предсказания сделать нельзя. Если поведение системы подчиняется вероятностным законам, то она называется вероятностной. В таком случае прогнозирование поведения системы выполняется с помощью вероятностных математических моделей. Можно сказать, что вероятностные модели являются определенной идеализацией, позволяющей описывать поведение недетерминированных систем. Практически, часто отнесение системы к детерминированным или недетерминированным зависит от задач исследования и подробности рассмотрения системы.

Читать дальше: #a href="/articles/12_ponyatie_upravleniya_sistemyi_upravleniya"#1.2. Понятие управления. Системы управления#/a#