В рамках общей теории систем изучаются те аспекты систем, которые вытекают из их общих свойств, а не из конкретного содержания. Она не заменяет, а дополняет другие научные дисциплины, изучающие разные стороны системных объектов. В настоящее время существует целый ряд таких отраслей знаний. В первую очередь это кибернетика.
Различие между общей теорией систем и кибернетикой прежде всего в экстенсивном плане - по числу изучаемых объектов. Первая изучает все без исключения системные объекты, вторая - только объекты с управлением, причем изучение ведется в плане процессов управления, осуществляемых на основе получаемой информации. Объекты интересуют кибернетику не сами по себе, а лишь постольку, поскольку на них реализуется управление. Следовательно, предмет кибернетики уже предмета общей теории систем.
Из других системных дисциплин необходимо указать системный анализ, исследование операций, системотехнику. В системном анализе изучаются общие принципы проведения исследований, направленных на решение проблем. Исследование операций - это научная дисциплина, занимающаяся вопросами количественного обоснования решения в операциях. Системотехника изучает методы проектирования сложных, главным образом, технических систем. Названные дисциплины дополняют друг друга и во многом пересекаются. Объединяет их общая теория систем.
Современное состояние системных исследований характеризуется тем, что продолжается процесс уточнения и обоснования исходных понятий, выявляются новые функции и трактовки существа общесистемных концепций, создаются новые теоретико-системные концепции с необходимым понятийным, логическим и математическим аппаратами, а также предпринимаются шаги по практическим приложениям.
2. Закономерности систем и закономерности целеобразования
наука теория становление закономерность
К настоящему времени уже сложился определенный понятийный и методологический аппарат, который может рассматриваться как основа для системных исследований.
Познавательные возможности общей теории систем реализуются путем отражения объектов и явлений в ее основных понятиях. Многие из них применялись и раньше, но входя в понятийные аппараты отдельных наук и соответственно не обладая высоким уровнем общности. Системные понятия призваны заполнить промежуток между всеобщими категориями диалектики и единичными понятиями конкретных наук. Понятийный аппарат общей теории систем соответствующим образом субординирован. Центральным понятием является понятие системы. В настоящее время существует целый ряд определений этого понятия, которые не противоречат друг другу и различаются только степенью полноты. Примерно такая же картина и с другими понятиями. Поэтому будем ориентироваться на наиболее широко используемые определения. Большинство определений системы опирается на понятия целостности, элемента и связи.
Целостность (целое) - объект, обладающий интегративными (эмерджентными) свойствами. Интегративные свойства - это свойства, которые принципиально не сводятся к сумме свойств относящихся к объекту элементов и не выводятся из них. Примером целостного объекта может служить радиостанция. Свойство радиостанции излучать и принимать электромагнитные колебания не присуще ни одному из ее элементов.
Элемент - часть объекта, обладающая определенной самостоятельностью по отношению ко всему объекту. При данном рассмотрении деление элемента на части не производится - он выступает как целое. В качестве элементов, например, можно рассматривать людей, устройства ЭВМ, операторы и блоки программ для ЭВМ.
Элементы объекта могут быть однородными, разнородными и смешанными. Однородные элементы идентичны по строению и назначению (однотипные радиостанции, имеющиеся в отделении милиции). Разнородным элементам присущи отличия и в строении и в назначении (средства связи и специальная техника отделения милиции). У смешанных элементов может быть либо одно и то же назначение при различном строении (разнотипные радиостанции отделения милиции), либо одно и то же строение при различном назначении (радиорелейные станции УВД, применяемые для дистанционного управления передатчиками и для передачи оперативной информации).
Связь - то, что соединяет элементы в объекте (способ воздействия, взаимодействия или отношение элементов объекта между собой). Различают функционально необходимые, дополнительные и избыточные связи. Виды связей в конкретных объектах весьма разнообразны: механические, энергетические, генетические, временные, пространственные, информационные, управления и др. Элементы объекта могут иметь одновременно связи нескольких видов.
Используя введенные понятия, дадим определенные системы.
Система - целостная совокупность связанных элементов. В определении подчеркивается, что систему образует не один, а несколько элементов, которые связаны друг с другом. Элементы, не имеющие связи с другими элементами, не могут принадлежать системе. Далее, система является не простой совокупностью элементов, а выступающей как целостность. Признак целостности - самый существенный признак всякой системы. Если исходить из того, что в мире все взаимосвязано, на первый взгляд такое определение может показаться даже абсурдным. Действительно, любому объекту присуще бесконечное множество связей, как между элементами объекта, так и между объектом и другими объектами, учесть которые не представляется возможным. Тем не менее, определение правомерно. Нужно иметь в виду, что объект рассматривается исследователем, имеющим определенную цель исследования по отношению к данному объекту.
Исходя из поставленной цели, исследователь будет руководствоваться определенными признаками выделения элементов (связей).
Известен ряд формальных определений системы (с позиций теории множеств). Однако все они не совершенны и распространяются лишь на отдельные, достаточно простые классы систем.
Понятие системы близко к понятию множества, но по своей методологической природе эти понятия существенно различаются. При формирования множества исходным материалом являются элементы. Для системы первичным выступает целостный объект. Элементы не даны заранее, они вычленяются в процессе ее формирования.
При выделении системы некоторая область реального мира разбивается на две части: одна из которых выступает как система, а другая - как внешняя среда.
Среда - множество объектов вне системы, которые оказывают влияние на систему, либо сами находятся под ее воздействием. Объекты первого вида принято называть объектами возмущения, объекты второго вида - объектами воздействия.
Выбор элементов как системы, так и среды всегда диктуется интересами исследователя. Имея одну и ту же цель, разные исследователи могут представить один и тот же объект в виде различных систем и их сред. Системное представление объекта будет меняться и в случае изменения интересов исследователя. Число способов системного представления объекта безгранично, как безграничен и сам процесс познания. Таким образом, хотя конкретные системы и среды объективны по характеру, они в то же время субъективны. Терминами «система» и «среда» определяются не только сущность, но и отношение исследователя к ней.
В процессе исследования граница между системой и средой может существенно деформироваться. Всякое уточнение и конкретизация системы обычно приводит к соответствующему уточнению среды. При исследованиях некоторых систем среда исключается из рассмотрения (система рассматривается как полностью изолированная).
Любая система имеет двойственный характер: с одной стороны - она является подсистемой в системе более высокого уровня иерархии (суперсистеме), а с другой - она сама суперсистема по отношению к составляющим ее подсистемам и элементам.
Подсистема - часть системы, выделенная по определенному признаку и допускающая разложение на элементы в рамках данного рассмотрения. Для выделения подсистем могут использоваться самые различные признаки: функциональные, структурные и т.д. Так, в подразделении ОВД можно выделить подсистему автомобильной техники, подсистему специальной техники и другие подсистемы.
Структура - совокупность составляющих систему элементов и связей между ними. Формально структуру можно представить в виде графа, вершины которого соответствуют элементам, а дуги - связям. Иногда под структурой понимается только типовая совокупность (сеть) связей между элементами. Структура как бы отождествляется с конфигурацией системы безотносительно к ее элементам. Такое сужение понятия удобно при структурном подходе к изучению систем.
В мире существует громадное количество систем, однако число структур сравнительно невелико. Наиболее типичными структурами являются:
последовательная (линейная), в которой каждый элемент, кроме крайних, связан с двумя соседними. Разрыв какой-то одной связи приводит к разрушению структуры;
параллельная, в которой между элементами имеется одна общая связь;
полная (многосвязная), в которой у каждого элемента существует отдельная связь с каждым из других элементов;
кольцевая, образуемая при замыкании линейной структуры;
матричная (решетчатая), в которой каждый элемент, кроме крайних, связан с четырьмя соседними;
централизованная, в которой один или несколько элементов замыкают на себя связи от всех других элементов;
кольцевая централизованная, образуемая на основе кольцевой и централизованной структур;
кольцевая иерархическая, образуемая на основе кольцевой и иерархической структур.
Структура является внутренней основой, на которой строится функционирование системы. Связь структуры с функциями носит сложный характер. Готовая структура предопределяет набор возможных функций системы. При фиксированной структуре функциональные изменения допустимы лишь в определенных границах. С другой стороны, структура всегда создается под функции.
Таким образом, структура системы определяет состав элементов в ней, определяет связи между элементами, указывает ориентировочно на основные функции и режимы функционирования.
Качество - совокупность свойств, указывающих на то, что представляет собой объект, и выделяющих его из всех других объектов. Это объективная определенность объекта, в силу которой объект является данным, а не другим.
Свойство - сторона объекта, обуславливающая его различие или сходство с другими объектами и проявляющаяся во взаимодействии с ними. Любой объект обладает практически неограниченным числом свойств, единство которых и выражает его качество. Так, свойствами ЭВМ являются производительность, надежность, габариты, цвет и т.д. Свойства, разложение которых невозможно по состоянию знаний или нецелесообразно по условиям задачи исследования объекта, считаются простыми, свойства, подвергающиеся разложению - сложными. Например, свойство надежности ЭВМ может быть разложено на такие свойства как безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость и приспособленность к техническому обслуживанию.
Применяя разложение, для данного объекта можно построить дерево его свойств. Основанием дерева служит качество. От него отходят свойства первого уровня. Каждое из них может представляться несколькими свойствами, относящимися ко второму уровню и т.д. Самый нижний уровень образуют простые свойства.
Свойства системы определяются свойствами ее элементов, но не прямо, а опосредованно и не полностью. На формирование свойств системы влияют состав элементов (типы элементов и количество элементов каждого типа), а также характеристики связей между элементами (вид, мощность, направленность, время действия и т.д.).
В рамках каждого исследования рассматривается не все множество свойств объекта, а только та часть, которая имеет существенное значение. Исходя из этого говорят о существенных и несущественных свойствах. Существенность свойств может меняться с изменением цели исследования.
Характеристика - то, что отражает некоторое свойство объекта. Характеристики могут быть качественными (уровень морального духа личного состава подразделения ОВД, степень обученности личного состава, форма представления чисел в ЭВМ) и количественными (численность личного состава, количество выделяемой техники, емкость оперативной памяти ЭВМ). Из деления свойств на существенные и несущественные следует соответствующее разделение их характеристик. Дереву свойств можно поставить в соответствие дерево характеристик.
При системных исследованиях выделяют следующие группы характеристик: характеристики системы в целом; характеристики элементов системы; характеристики внешней среды.
Количественные характеристики принято называть параметрами. Параметры делят на измеримые и вычислимые. Первые находятся посредством измерений и относятся, преимущественно к простым свойствам, вторые - посредством вычислений и относятся к сложным свойствам.
Состояние - множество значений существенных характеристик объекта в данный момент времени. Геометрической интерпретацией состояния является точка в многомерном пространстве. Число измерений пространства состояний равно числу независимых характеристик, определяющих состояние объекта. В реальных объектах существенные характеристики могут принимать значение лишь из некоторой ограниченной области (вне ее объекты разрушаются или радикально меняют свои свойства). Соответственно у каждого объекта будет своя область допустимых состояний, имеющая непрерывный или дискретный характер.