11 Понятие "система" в рамках общей теории систем

Понятие "система" довольно часто используется при описании объектов, явлений или процессов. Однако часто мы допускаем небрежность, используя внешнюю форму понятия без наполнения её соответствующим содержанием. Содержание понятия "система" сегодня настолько вариативно, что порой трудно понять, что же имеет в виду тот или иной исследователь, говоря о системах.

В переводе с греческого systema означает целое, состоящее из частей. Это первоначальное, наиболее краткое и в то же время ёмкое определение системы. Современные определения системы являются не более чем дополнениями, уточнениями и пояснениями применительно к области изучения объекта, явления или процесса.

12

С позиций общей теории систем, система– это упорядоченный набор элементов, необходимых для выполнения некоторых операций.

Развитие системного подхода обычно связывают с именем канадского биолога Л. фон Берталанфи. Вместе с тем Берталанфи и его последователи не определили самого главного в системах – системообразующего фактора. "В результате этого коренного недостатка, - пишет П.К. Анохин, - все имеющиеся сейчас определения системы случайны, не отражают её истинных свойств и поэтому, естественно, не конструктивны".

В отличие от представителей общей теории систем, П.К. Анохин первый обратил внимание на то, что системы живых организмов не просто упорядочивают входящие в них элементы, но и объединяют их для осуществления жизненно важных функций организма. Такие системы получили название функциональных систем.

П.К. Анохин отказался от понятия "общая система" и ограничил содержание понятия "функциональная система" набором следующих требований: "Мы уже видели, - пишет он, - что именно отсутствие результата во всех формулировках системы и делает их неприемлемыми. Благодаря ему понятие "система" было дополнено обозначением системообразующего критерия – полезного результата, определяющего целенаправленность поведения системы, функциональное соответствие цели отдельных элементов и системы в целом.

Функциональная система– это упорядоченный набор избирательно вовлеченных элементов, организованных ради достижения цели.

13

Разновидности систем:

• целостные(в которых связи между составляющими элементами прочнее, чем связи этих элементов со средой) исуммативные(у которых связи между элементами одного и того же порядка, что и связи их элементов со средой);

• органическиеимеханические;

• динамическиеистатические;

• "открытые", т.е. обменивающиеся с окружающей средой веществом, информацией и энергией, и "закрытые";

• "самоорганизующиеся" и "неорганизованные";

• управляемыеинеуправляемыеи т.д.

14 Системообразующие признаки, структура, функции, черты открытой системы

Системообразующие признаки.

15

1. Элемент(от лат. Elementum - стихия, первоначальное вещество) – структурно-автономное образование, имеющее определённое функциональное и целевое назначение, обладающее свойством воспринимать и оказывать воздействие и являющееся основной структурообразующей единицей системы. Элемент является составной частью сложного целого, является конечным и неделимым.

Свойства элементов системы:

• структурная специфичность элемента (определяет его назначение для достижения определенной цели);

• функциональная специфичность элемента (отражает наличие у элемента свойств в соответствии с его целевым назначением);

• структурно-функциональная автономность элемента (отражает определённое место и положение данного элемента во всей иерархии элементов системы, исходя из его структурной и функциональной специфичности);

• функциональная интегративность элемента (определяет его возможности взаимодействовать с другими элементами системы, реагируя на них и оказывая необходимые воздействия на окружающие его элементы).

2. Отношения(связи, взаимодействия) между элементами, проявляющиеся во взаимной связи разных предметов, действий, явлений.

3. Связь– частный случай проявления отношений между элементами; отношение взаимной зависимости, общности между чем или кем-нибудь.

4. Структура– внутреннее устройство системы, отражающее способ организации постоянных связей между ее элементами системы, которые обеспечивают ее целостность и тождественность самой себе, то есть сохранение основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях. Для каждой конкретной системы структура позволяет увидеть систему как бы "в разрезе.

5. Организация/организованность– показатель отличия свойств и проявлений системы от свойств и проявлений простой суммы её частей. При низком уровне организованности система по своим свойствам приближается к сумме частей. При высоком же уровне организованности она резко отличается по своим свойствам от такой простой суммы элементов. Организованность есть внутренняя упорядоченность, согласованность, взаимодействие частей целого.

6. Цель– предпочтительный результат, выбранное заранее конечное состояние, финал, на достижение которого направлены усилия.

7. Целостность системы– зависимость каждого элемента системы, его свойств и отношений в системе от его места и функций внутри целого. Это означает, что воздействие на один или несколько элементов системы обязательно вызывает реакцию, изменение других элементов. Как следствие система в целом обладает такими свойствами, которых нет у составляющих её элементов, рассматриваемых по отдельности. Поэтому целостность системы является результатом возникновения между её элементами синергических связей, отражающих то, что эффект целого больше суммы эффектов, составляющих это целое частей. Целостность системы обеспечивается тем, что связь компонентов в системе прочнее их связи со средой.

16

Структура.

Понятие "система" теснейшим образом связано с понятием "структура". Оно не может быть раскрыто без рассмотрения отношения между элементами системы, т.е. связи элементов системы – структуры. Структура есть строение системы, она отражает форму расположения элементов и характер их взаимодействия. Вне систем структур не существует.

Система "состоит" из горизонтальной и вертикальной структур. Горизонтальная структура отражает специфическую взаимосвязь элементов системы, вертикальная – связь элементов с источником своего существования (вещественным, энергетическим, информационным). Структура – "следствие вчерашней кинетики", итог движения элементов системы, итог их организации, упорядочения, и в этом смысле она выступает как закон связи элементов. Именно благодаря структуре система воспроизводит себя и существует определённое время в относительно качественно неизменном виде.

Структурные характеристики системы:

1. Предел, который описывает границы системы и отделяет её от окружающего мира. Это мембрана клетки, кожа тела, стены города, границы страны.

2. Элементы(компоненты), которые могут быть сосчитаны и распределены по категориям, семействам или совокупностям. Это молекулы клетки, жители города, персонал предприятия и его машины, подразделения, деньги, товары.

3. Резервуары, в которых элементы могут быть объединены, и в которых энергия, информация и вещества сохраняются. Это банки памяти, библиотеки, фильмы, аудиозаписи; жиры в теле, гликоген в печени.

4. Коммуникационная сеть, которая обеспечивает обмен энергией, материей и информацией между элементами системы и между различными резервуарами. Это провода, кабели, нервы, артерии и вены, дороги, каналы.

5. ВходиВыход. Отличительной чертой любой системы является наличие у неёвхода ивыхода. Для входа существуют и такие, более выразительные, названия, как причина, стимул, воздействие, возмущение, вынуждающая сила и т.д., а для выхода – следствие, эффект, ответ, реакция.

В системе необходимо выделять структурныйифункциональныйаспекты, раскрывающие организацию её компонентов в пространстве и во времени. Структурный аспект раскрывает пространственную организацию элементов системы. Функциональный аспект раскрывает временную организацию элементов системы (обмен, передача, поток, рост, эволюция).

17

Функции.

Функциональные характеристики системы:

1. Потоки энергии, информации, или элементов, которые циркулируют между резервуарами. Они выражены в количестве энергии за период времени. Потоки энергии и веществ поднимают или опускают уровни в резервуарах. Они циркулируют по коммуникационным сетям. Информация служит базисом для принятия решений по движению потоков, которые сохраняют резервы или увеличивают и уменьшают уровни резервуаров.

2. Вентили(регулировочные клапаны), которые контролируют объём различных потоков. Каждый вентиль является центром решения, который получает информацию и трансформирует её в действие. Вентили могут увеличить или уменьшить интенсивность потоков.

3. Задержки. Если на входе системы происходит какое-либо резкое изменение, то выход системы перестраивается не сразу, а в течение некоторого времени (т.н.переходный период). Такая задержкаявляетcя результатом изменений в скорости циркуляции потоков, во времени хранения в резервуарах или в "трении" между элементами системы.

4. Контуры обратной связи, или информационные контуры, которые играют решающую роль в поведении системы при интегрировании результатов резервуаров, задержек, вентилей и потоков.

18

Черты открытой системы:

1. Самоорганизация– коренное свойство организации, проявляющейся в системе, возникает изнутри, система являетсясамоорганизующейся, находясь в постоянном взаимодействии со средой. Открытая система является своего рода резервуаром, который наполняется и опорожняется с одинаковой скоростью (вода поддерживается на одинаковом уровне до тех пор, пока объём вливающейся и выливающейся воды остаётся одинаковым).

При этом очень важным фактором является скорость поступления веществ в проточную систему и скорость их выведения вовне. Все эти факторы определяют возможность предельного развития системы, её количественный рост, а следовательно, качественные преобразования. Поэтому биологические системы, являясь открытыми, относятся к типу проточных с механизмами, обеспечивающими поддержание некоторого гомеостаза.

2. Сложность– система чрезвычайносложна– до такой степени, что её структура в деталях не поддаётся определению. Сложная система построена из большогоразнообразияэлементов, которые обладают специализированными функциями. Эти элементы организованы на внутренних иерархическихуровнях(в теле человека, например, клетки, органы и системы органов). Различные уровни и индивидуальные элементы обладают большим разнообразиемсвязей. Следовательно, существует высокая концентрация взаимосвязей. Поэтому взаимодействия между элементами сложной системы являютсянелинейными. Результаты простых линейных взаимодействий могут быть описаны математическими отношениями, в которых переменные изменяются только на определённые постоянные значения (как, например, автомобиль движется по шоссе с одинаковой средней скоростью).

В случае нелинейных взаимодействий переменные обладают коэффициентами, которые сами являются функциями или переменными. Отсюда следует очень специфическое поведение сложных систем, которое трудно предсказать. Его можно охарактеризовать появлением новых свойств и большой устойчивостью к изменениям.

3. Вероятностность– система существует в условиях постоянно изменяющейся среды. Поэтому она реагирует на средовые внешние воздействия в соответствии с законами теории вероятностей.

   19

Динамика систем

20

Любая открытая система имеет в своём наличии вход и выход. Вход определяет результат воздействия среды на систему, а выход – результат воздействия системы на среду. Вход и выход отделены друг от друга некоторым промежутком времени (до и после; настоящее и будущее).

В контуре обратной связи информация о результате изменения или действии посылается обратно на вход системы

21

22

Динамика открытых систем проявляется в наличии позитивного и негативного откликов.

Если эти новые данные усиливают и ускоряют изменение в том же направлении, что и предыдущие результаты, то они формируют позитивный отклик, а их эффекты являются кумулятивными. Если новые данные ослабляют и замедляют изменение, то они формируют негативный отклик, а их эффекты стабилизируют систему. В первом случае результатом становится экспоненциальный рост или снижение; во втором – поддержание равновесия.

Положительный позитивный отклик ведёт систему к экспоненциальному росту или взрыву (эффект снежного кома) или к полному блокированию активности (движение к нулю). Каждый плюс включает другой плюс и вызывает эффект снежного кома. Каждый минус включает другой минус и ведет к полному покою. Отрицательный позитивный отклик - к полному блокированию активности системы (движение к нулю).

В любом случае позитивный контур обратной связи, повторяющий сам себя, может привести только к разрушению системы либо через взрыв, либо через блокирование всех её функций. Поэтому неконтролируемое поведение позитивных контуров обратной связи должно компенсироваться негативными контурами. Этот контроль важен для системы, чтобы поддерживать её существование во времени.

23

Негативный отклик системы обеспечивает ей адаптивное или целевое поведение: поддерживая одинаковый уровень, температуру, концентрацию веществ, скорость, направление. В негативном контуре обратной связи каждое изменение в направлении плюса вызывает коррекцию в направлении минуса, и наоборот. Существующий строгий контроль даёт возможность системе колебаться вокруг идеального равновесия, которое в реальных условиях никогда не достигается.

24

Потоки и резервуары.

Динамическое поведение системы зависит, в конечном счете, от двух видов переменных величин: переменных потокаипеременных состояния(или уровня). Первые символизируются вентилями, которые контролируют интенсивность потоков, вторые – прямоугольниками (показывая уровни наполнения резервуаров). Переменные потока выражаются в рамках двух моментов времени, или в отношении к данному периоду, и поэтому являются в основном функциями времени. Переменные состояния указывают уровень накопленного с течением времени количества вещества и энергии.

Примеры из гидравлики являются наиболее простыми для понимания этого. Переменная потока представлена уровнем потока, то есть средним количеством протекающей между двумя моментами времени жидкости. Переменная состояния есть количество жидкости, находящейся в резервуаре на данное время.

Если доход (вход) равен расходу (выход), банковский счет остается на том же уровне. Это пример динамического равновесия.

Когда доход больше расхода, деньги аккумулируются на счете. Владелец счета накапливает капитал.

Когда расход больше дохода, растет долг. Если не регулировать эту ситуацию, она может привести к краху.

Поддержание равновесия требует жёсткого контроля, который проще осуществлять на "выходе" системы, чем на "входе". Этот контроль предполагает ограничение или оптимизацию распределения расходов.

25

Динамика поддержания и изменения.

В соответствии с особенностями контуров обратной связи каждая система имеет два способа существования и поведения: поддержаниеиизменение. Первый, опирающийся на негативные контуры обратной связи, характеризуетсястабильностью. Второй, опирающийся на позитивные контуры обратной связи, характеризуетсяростом (илиснижением).

Динамическая стабильность может быть определена как равновесие в движении. Негативный контур помогает стабилизировать систему. Поэтому система способна к саморегуляции.

Может показаться парадоксальным сосуществование двух противоположностей – стабильности и динамики. На самом деле это означает, что структуры или функции открытой системы сохраняются неизменными несмотря на непрерывные изменения компонентов системы.

Н. Винер писал: "Наши ткани изменяются на протяжении нашей жизни: принимаемая нами пища и вдыхаемый воздух становятся плотью и костью нашего тела, а преходящие элементы нашей плоти и костей ежедневно выделяются из нашего тела вместе с экскрементами. Мы лишь водовороты в вечно текущей реке. Мы представляем собой не вещество, которое сохраняется, а форму строения, которая увековечивает себя".

26

27

Такая инерция формы и есть динамическая стабильность системы. Это обнаружено и в клетке, и в живом организме, и в пламени свечи.

Динамическая стабильность следует из комбинации и перенастройки большого числа равновесий, достигнутых и поддерживаемых системой, таких например, как "внутренняя среда" живого организма.

В динамической открытой системе возможно много устойчивых состояний с различным уровнем наполнения резервуара. Это дает возможность открытой системе адаптироваться и отвечать на великое множество изменений среды.

Способность открытой системы адаптироваться к вариативным влияниям среды нашла своё отражение в понятии "гомеостазис" (устойчивость к изменениям) – это стремление восстанавливать свой исходный уровень после прекращения действия возмущающего фактора.

Гомеостазис – одно из самых заметных и типичных свойств в высшей степени сложных открытых систем. Гомеостатическая система – это открытая система, которая сохраняет свою структуру и функции посредством множества динамических равновесий, жёстко контролирующихся взаимосвязанными механизмами регуляции. Такая система реагирует на каждое случайное возмущение среды серией изменений того же размера, но противоположных по направлению к тем изменениям, которые создали возмущение. Цель этих изменений – поддержание внутренних равновесий.

Открытая система обладает возможностью адаптироваться в определённых рамках к неожиданным изменениям со стороны внешнего мира. Система имеет детекторы и компараторы, которые позволяют ей распознавать внутренние и внешние сигналы и сравнивать их с равновесными значениями. В случае несоответствия сигнал об ошибках запускает механизм коррекции поведения системы. Если это не может вернуть систему в первоначальное состояние гомеостатического равновесия, она, посредством дополнительного использования позитивных и негативных контуров обратной связи, ищет новые точки равновесия и новые установившиеся состояния.

Гомеостазис наделяет системы очень специфическими свойствами. Гомеостатические системы являются ультрастабильными. Всё в их внутренней, структурной и функциональной организации нацелено на сохранение существующей организации. Их поведение непредсказуемо. Для сложной системы недостаточно просто терпеть внешние возмущения, она должна адаптироваться к изменениям среды, чтобы развиваться дальше. Иначе внешние силы вскоре дезорганизуют и разрушат её.

28

Закон наименьших.

В то же время следует обратить внимание ещё на один момент в характеристике сложных открытых систем, а именно на границы возможностей систем этого типа сохранять структурную устойчивость. Что в данном случае является лимитирующим фактором?

T.B.Robertson, изучая функционирование комплекса параллельно разворачивающихся процессов, пришел к следующему выводу: "Во всякой системе взаимосвязанных процессов какой угодно природы тот, который обладает специфически наименьшей скоростью, определяет течение остальных. В системе химических реакций, из которых каждая получает свои материалы от предыдущей и в свою очередь доставляет их для последующей, наиболее медленная в этой их цепи становится "главной реакцией", управляющей временными соотношениями целого. Это происходит таким же путем, как на фабрике самая медленная из различных операций производства определяет дневное количество окончательного продукта. Если сырьё доставляется фабрике слишком быстро, оно неизбежно скапливается до тех пор, пока самая медленная из операций завершит свою роль в его переработке. Если, с другой стороны, последующая обработка того, что доставляется этой операцией, идёт слишком быстро, то всё оборудование дальнейших стадий процесса должно оставаться без дела, пока операция наименьшей скорости даст надлежащий материал. Аналогичным образом мы можем заключить, что в цепи процессов, завершающихся производством живой материи, есть один, идущий медленнее, чем прочие, так что весь цепной ряд событий, взятый в целом, замедляется в соответствии с этой "главной реакцией".

Ссылаясь на предыдущее мнение, А.А. Богданов, автор всеобщей организационной науки – тектологии, задолго до формирования основных положений общей теории систем, в 1925 году сформулировал "закон наименьших", суть которого раскрыл на следующем примере: "Житейский опыт сохраняется... в народной мудрости: в пословицах, притчах, баснях, сказках и т.п. Многие из них являются выражением самого общего закона, по которому происходит дезорганизация на всех ступенях вселенной; какое бы то ни было целое начинает дезорганизовываться, если только в одном его пункте сопротивление окажется недостаточным сравнительно с действующей извне силой: ткань – там, где она всего тоньше; цепь – там, где есть непрочное или проржавевшее звено; организация людей – там, где соединение понятий уязвимее для критики, и т.п.".

Исходя из этого, структурная устойчивость целого определяется наименьшей его частичной устойчивостью. T.B.Robertsonи А.А. Богданов установили, что степень прочности всей цепи определяется степенью прочности наименее прочного её звена. Именно этот фактор и определяет устойчивость всей системы.

Итак, рассмотрение динамического поведения открытых систем позволяет нам заключить следующее: