Элементы, подсистемы
В соответствии с одним из основных постулатов системологии: «Мир – есть самоорганизованная материя, каждый элемент которой и весь мир в целом может рассматриваться как система». Развивая это положение можно утверждать, что каждый элемент мира является системой, в которую входит множество других элементов, а одновременно – элементом во множестве других систем, причем выполняющим в этих системах совершенно разные функции, определенные его ролью и местом в них (Рис. 2 .6).
Более того, конкретная система может быть элементом в системах разного уровня иерархии. Этот принцип получил название эквипотенциальности или иерархичности.
Рис. 2.6. Системная иерархия
В силу принципа эквипотенциальности любая система по своей структуре состоит из подсистем и элементов и сама является частью надсистемы. Поэтому процедура синтеза системы заключается в проведении внешних и внутренних границ. Внешняя граница отделяет систему от надсистемы. Внутренние границы проводятся между подсистемами и элементами.
Элементы
Считается, что минимальная часть системы (элемент) неделима. В определении системы, данной Л. А. Блюменфельдом, «каждый из элементов внутри системы считается неделимым». Элемент рассматривается как «предел членения в рамках данного качества некоторой системы», так как не имеет смысла его расчленять далее. При расчленении теряются качества элемента.
Можно дать следующее определение термину элемент:
ОПР.: Элемент – такая часть системы, которая выполняет определенную специфическую функцию и не подлежит дальнейшему расчленению. Элемент обладает своим поведением и состоянием (свойствами) и находится в отношениях с другими элементами.
Следует иметь в виду, что для каждой данной системы понятие «элемент» не является абсолютным, однозначно определённым. Говорить об элементе можно лишь применительно к способу декомпозиции (членения системы на части). Исследователь сам по своему усмотрению определяет элемент системы. Например, элементом молекулы обычно называют атом, но не ядро, кварк или фотон. Элементом автомобиля считают, например, коленчатый вал, но не атомы железа и углерода, из которых он состоит. От того, что воображение исследователя расчленит автомобиль на атомы (элементы), способ его функционирования яснее не станет. Врач назовет элементом какой-либо внутренний орган человека (например, сердце). Биолог скажет, что элемент организма – это клетка. Видно, что выбор элементов явно субъективен (но не произволен) и зависит от целей человека, описывающего систему.
В теме, посвященной определению понятия система отмечалось, что система – это не физический, а функциональный объект. Функциональный объект – это «нечто», которое нельзя увидеть, пощупать, но, тем не менее это «нечто», вне всякого сомнения существует в природе, проявляет себя в ней своими действиями, имеет вполне конкретные собственные характеристики (Рис. 2 .7).
Рис. 2.7. Признаки функционального объекта
Другими словами система – это некоторый абстрактный образ, отражающий свойства морфологического объекта. По этому определению любая часть системы также является абстракцией, моделью. Элемент и система являются функциональными объектами. Например, образ атома вообще отсутствует в нашем сознании. По учебникам представление об атоме заключаются в его размерах, массе, валентности, содержании электронов и нуклонов. Каков образ экономической системы, государства? В этих примерах образ, исходящий из ощущений, отсутствует. Существует образ в виде совокупности функций.
В кибернетике системы и их элементы представляются в виде совокупности функций. Способ действия (поведения) элемента математически представляется преобразованием входного вектора «x» в выходной вектор «y», что записывается в виде: Y = T (x). Символ T – оператор трансформации, который представляет собой правило преобразования х в y. Элемент представляется «черным ящиком», содержание которого или неизвестно, или не представляет интереса.
Для объективного отражения реальности системы должны расчленяться на элементы способные к относительно автономному осуществлению определённой функции, которая содействует достижению цели более высокого уровня.
Элемент – это не любой фрагмент объекта. Разделывание рыбы на кусочки для поджаривания нельзя считать анализом (разделением на элементы), т.к. фрагменты не обладают необходимым набором функций и не могут существовать автономно. Но анатомирование рыбы (сердце, печень, мозг и пр.) в отличие от расчленения приближает нас к понятию элемент.
При решении вопроса об анализе системы и выделении в ее составе элементов надо помнить, что любой элемент должен обладать двумя основными свойствами (Рис. 2 .8):
автономности;
наличие системообразующих свойств.
Рис. 2.8. Свойства элемента
Свойство автономности означает, что элемент может существовать автономно, если его деятельность обеспечить адекватным притоком ресурсов и оттоком отходов (продуктов). Для этого элемент должен иметь вход и выход. Любой орган (элемент) можно изъять из организма и обеспечить его функционирование в искусственной среде, подключив системы питания. Клетка может размножаться вне организма в питательном бульоне. Сердце может сокращаться вне организма. Любой элемент автомобиля может быть установлен на испытательный стенд. Атом может существовать практически в любых соединениях. Человек (элемент социума) может переходить из коллектива в коллектив, не теряя своих функций. Но для автономии элемент должен иметь возможность подключаться связями к альтернативным источникам ресурсов. Следует подчеркнуть, что человек переходит из коллектива в коллектив вместе со своими связями, возможностями, функциями. Атом «переходит» из молекулы в молекулу вместе со своими валентностями. Органы для трансплантации можно некоторое время сохранять вне организма, они не теряют своих функций.
Совокупность рассуждений приводит к заключению, что элемент - это не просто «черный ящик», но «ящик» вместе со всеми необходимыми для функционирования связями. Поэтому неверно отделять элемент от связей. Без связей элемент перестаёт функционировать. Деталь, изъятая из автомобиля, не является в сознании наблюдателя элементом, если неизвестно место детали в структуре автомобиля. Анализ двигателя автомобиля заключается в разборке его на части, при этом следует запоминать порядок разборки и функции деталей. Вычленяя элемент из системы, мы должны помнить о его истинных связях. Сборка (синтез) производится в обратном порядке.
По степени автономности выделяют 2 типа элементов/систем (Рис. 2 .8):
механистические;
органистические.
Системы, допускающие анализ и синтез без нарушения функций, назовем механистическими. Механистические элементы можно изъять из системы и вернуть обратно (регенерация) без потери свойств системы. Например, человеческий коллектив можно обновлять, заменяя людей. Автомобиль можно ремонтировать, заменяя детали. Можно осуществлять пересадку органов у человека и т.п.
Но не всякие связи, разрушенные при анализе, можно восстановить при синтезе. Допустим, имеется вязанное из нитей кружевное полотно с определенными рисунками. Если вырезать рисунок ножницами, то это приведёт к деформациям всего полотна, нарушению пропорций в узорах. Изменение любой части вызовет реакцию всей совокупности элементов. Вырезанный фрагмент невозможно вернуть обратно без дополнительного «вязания», т.е. кружево придется создавать заново. Камень, вынутый из земли (осталась ямка), не всегда можно положить на старое место. Через некоторое время края ямки обвалятся. Если из живого дерева выдернуть ранее забитый гвоздь, то обратно без усилий вставить его не удастся, т.к. отверстие «зарастёт».
Если рыбу извлечь из воды, то она потеряет возможность размножаться, плавать, жить, дышать и пр. Рыба вне воды – это фрагмент, «вырезанный» из родной среды. Возврат в озеро мертвой рыбы не оживит её. Однако сознание может виртуально дополнить утерянные функции рыбы, и эта возможность спасает системный анализ от дискредитации, как научного метода познания. Изучая даже мертвую рыбу, можно многое узнать о её функциях.
Приведенные примеры показывают, что не всякий абстрактный (мысленный) элемент адекватен физической реальности. Мысленно можно осуществлять манипуляции, которые невозможно повторить в реальности. Поэтому из множества альтернативных систем (элементов) материализовать удаётся не многие. Продолжим наше исследование.
Кирпичный многоэтажный дом относится к классу систем, которые «растут» одновременно с возрастанием количества своих элементов. Дом можно разобрать на отдельные кирпичи и снова собрать. Безусловно, кирпич является элементом дома, но можно ли считать элементом квартиру? Согласно приведенному выше определению, квартиру можно называть элементом, т.к. она является функциональной единицей дома и связана с другими квартирами коммуникациями. Но её нельзя изъять, не разрушив дом.
Элементы не даны заранее для системы; они выбираются в процессе членения системы. Для каждой данной системы понятие «элемент» не является абсолютным, однозначно определённым. Поскольку исследуемая система может расчленяться различными способами, то элемент выбирается применительно к одному из этих способов.
Что можно считать элементом кирпичного дома? Архитектор выстроит следующую иерархию: дом – этаж – квартира – комната – стена – кирпич. Иерархическое разложение дома на указанные подсистемы исходит из готового дома, но строительство ведется в обратной последовательности. Если осуществить физическое членение кирпичного дома на квартиры (равносильно разрушению), то обратно собрать дом из этих подсистем не удастся. Строительство кирпичного дома осуществляется не квартирами, а кирпичами. Упрощенный алгоритм строительства дома сводится к одной основной операции: «кирпич + кирпич». Кирпич связывается с соседними кирпичами до тех пор, пока не замкнется периметр и не возникнет ряд кирпичей. Каждый новый ряд укладывается поверх другого, но не сразу слой на слой (это только в мыслях), а каждый новый слой «вырастает» в виде кирпичных рядов. Дом растет кирпичными рядами, а не квартирами. Итак, мы пришли к понятию органистический элемент, который без ущерба физически нельзя изъять из системы. Элементы, которые не удаётся вернуть обратно после анализа, назовем органистическими. Кирпич – это элемент механистический, а квартира – это элемент органистический.
Механистичность может зависеть от технологии изъятия. Когда были разработаны способы пересадки человеческих органов, сердце стало возможным причислить к классу механистических элементов. Не следует пугаться такой субъективности суждений. Всё в системном мышлении носит субъективный характер. Если субъективность способствует решению задач, то она полезна как приём мышления.
Как было показано выше другим критерием выбора элементов системы являются их системообразующие свойства, т.е. свойства, которые «взаимоСОдействуют» функционированию системы, достижению общей цели развития. Если цель развития установить не удаётся, то рассматриваются элементы, содействующие стабильности, выживанию.
При декомпозиции системы надо проверять наличие у элемента системообразующих свойств (Рис. 2 .8).
Для того, чтобы понять, какие свойства элементов считать системообразующими, надо предварительно знать систему (функции, цели), чтобы адекватно её расчленять. Итак, возникает порочный логический круг. Чтобы построить систему, надо знать свойства элементов, а чтобы знать свойства элементов, надо знать систему. Такие задачи решаются методом последовательного приближения. Сначала высказывается гипотеза о свойствах элементов и из них строится система. Полученная система проверяется на адекватность, и в неё вносятся изменения. Измененную систему опять расчленяют на новые элементы, из которых снова строят систему. Эта процедура «подгонки» системы повторятся до тех пор, пока не будет достигнута адекватная действительности модель.
Системообразующих свойств у элементов может быть великое множество, сколько систем – столько и свойств. Среди них существуют свойства, инвариантные для любых систем. К ним относятся: неделимость, взаимосвязанность, когерентность, стохастичность, непрерывное функционирование, целеустремленность, эволюционизм, открытость (вход – выход) (Рис. 2 .8).
Неделимость вытекает из определения «элемент» (элемент неделим). Взаимосвязанность является свойством обязательным для всех систем. Когерентность – это согласованная, организованная устремленность к общей цели. Стохастичность – это случайность, вариативность, не полная предсказуемость поведения (мы живем в вероятностном мире). Непрерывное функционирование исходит из того, что элемент, не имеющий функций (отдыхающий), как бы отсутствует. Если элемент не функционирует, то его нет смысла включать в систему.
Любой элемент должен иметь входы и выходы, а это означает его открытость, т.е. связь со средой. Открытость может быть разнообразной. В системотехнике различают элементы: источник, потребитель и рефлексивный элемент.