Понятие целостности системы

Проблема целостности с давних времен привлекает внимание философов. Аристотель, вероятно, первым обратил внимание на тот факт, что целое «больше» суммы частей, и попытался показать относительную независимость целого как сущности от изменений, происходящих в его частях. Дальнейшее развитие концепции целостности связано с именами Лейбница, Канта и особенно Гегеля.

Резкое повышение интереса к проблеме целостности в рамках кибернетики и общей теории систем обусловлено развитием функционального подхода и концепции открытых систем. Анализу понятия целостности в философии и специальных науках, выявлению его роли в научном познании посвящен ряд монографий советских философов.

Целостность обычно рассматривают с точки зрения ее отношения к частям, при этом стремятся раскрыть неразрывность и взаимообусловленность частей и целого. Рассмотрим целостность в ее отношении к внешнему окружению, к среде, т.е. в функциональном аспекте. Такую целостность называют функциональной. С этой точки зрения она выступает, прежде всего, как фактор, обусловливающий индивидуализацию предмета, вещи. Благодаря целостным свойствам, предмет есть то, что он есть. Вне целостных свойств, вся совокупность внешних отношений и связей предмета разрушается. Исчезает, следовательно, и сам предмет. Целостные свойства объектов реальной действительности в их функциональном аспекте делают эти объекты принципиально познаваемыми.

В общей теории систем понятие функциональной целостности с самого начала кладется в основу теории. Оно играет здесь фундаментальную роль наряду с принципом иерархичности. Анализируя понятие системы, В. Н. Садовский рассматривает целостность и иерархичность как равноправные компоненты и ставит их рядом с точки зрения основополагающего значения для теории систем. Он пишет: «Исходными при метатеоретическом анализе понятия «система» являются принципы целостности и иерархичности, согласно которым утверждается первичность системы как целого над ее элементами и принципиальная иерархическая организация любой системы» [62], Тем самым указывается, что между принципом целостности и принципом иерархичности существует органическая связь.

Иерархическое строение систем в методологическом контексте выступает как следствие функционального характера целостности. Действительно, анализируя природу иерархии в каждом конкретном случае, можно убедиться, что целостность как характеристика связи системы со средой изначально выступает в форме иерархообразующего фактора.

С этой точки зрения относительно обособленный объект, рассматриваемый в рамках более широкой системы «объект-среда», может трактоваться как уровень иерархии в этой последней системе.

Вторым уровнем является окружающая среда. Соответственно этому систему «объект–среда» можно изобразить двумя концентрическими окружностями.

Если часть среды, в которой функционирует система (а точнее, ее ближайшее окружение), в свою очередь может быть описана как целостность, то получаем уже трехуровневую иерархическую структуру, которую можно изобразить соответственно тремя концентрическими окружностями. И так далее.

Функциональная целостность обусловливает относительную самостоятельность, автономность отдельных подсистем в рамках иерархической структуры. Эта автономность в известном смысле неизбежна, как неизбежно то, что всякий объект, раз он существует, обладает целостными характеристиками, некоторым собственным поведением.

Впрочем, сразу же надо оговориться. Эти целостные характеристики и это собственное поведение можно приписывать объекту лишь в рамках внешнего, феноменологического описания. При более строгом, сущностном подходе так называемые собственные характеристики объекта обнаруживают гораздо более сложную природу, выступая как синтетический результат отношения между объектом и средой, как структурные свойства этого отношения.

Таким образом, автономность, целостность, поведенческие характеристики какого-либо уровня в иерархической системе невозможно понять, изучая структуру только этого уровня.

Функции уровня имеют межуровневую природу, выступая как структурные свойства всей иерархической системы, и с этой точки зрения представляют собой основу для проведения структурного анализа системы. Одновременно структура системы может рассматриваться как результат функционального синтеза, т.е. синтеза целостных свойств элементов и уровней системы.

Рассмотрим более детально проблему порождения целостных свойств в системе. В конструктивном плане целостность всегда возникает в процессе формирования системы.

Усиление факторов, обусловливающих функциональную целостность элементов системы, целесообразно лишь при условии, что одновременно происходит усиление межуровневых отношений и связей. При этом растет степень выраженности иерархической структуры системы. Если усиления межуровневых отношений и связей не происходит, то факторы функциональной целостности системы ослабляются и система может распасться.

Одна из наиболее распространенных причин усиления факторов функциональной целостности в биологической и социально-экономической системах – специализация элементов. В этом случае целостность всей системы обеспечивается существованием четких связей между элементами, специализация которых делает их совершенно необходимыми друг для друга в интересах системы.

Возникновение иерархической структуры экономики в результате общественного разделения труда может служить примером, который опровергает широко распространенное мнение, будто иерархические структуры образуются исключительно как следствие ограниченных возможностей элементов системы по переработке информации. Конечно, нельзя отрицать того, что информационный фактор играет определенную роль при формировании иерархических структур, но он, по-видимому, не является решающим. Опыт практического конструирования систем управления производством показывает, что попытки заменить первичные регуляторы одним централизованным регулятором и достаточно производительной (по объему перерабатываемой информации) ЭВМ обычно кончаются неудачей.

Отмечая недостаточность информационного подхода для объяснения природы иерархических структур, В. Л. Хартон пишет: «Применением управляющих устройств с любым быстродействием любая сложная иерархическая система, по-видимому, не может быть преобразована в простую, одноуровневую. Минимальное число уровней определяется разнообразием алгоритмов управления, разной степенью взаимосвязи этих алгоритмов». При этом разнообразие алгоритмов управления связывается с разнообразием, разнокачественностью элементов системы, что порождает разнообразие, разнохарактерность связей между элементами. В организмах и производственных системах разнокачественность элементов как раз и появляется в результате их функциональной дифференциации и специализаций. Сам процесс построения информационных систем переработки данных для принятия решений использует функциональную целостность как фундаментальный иерархообразующий фактор. Таким образом, понятие целостности и иерархичности неразрывно связаны между собой.

Целостность– основной общий признак, который присутствует практически во всех определениях и теоретических моделях понятия «система». Этот признак стремятся явно или хотя бы неявно выразить во всех определениях понятия системы.

Определение 1.35. Под целостностью системы понимается внутреннее единство и принципиальная не сводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов.

Однако средства, которыми пытаются выразить целостность, бывают различными и не всегда однозначными.

В простейшем случае считается, что наличие связей и отношений между элементами системы как раз и выражает ее целостность, так что никаких специальных средств, кроме задания этих отношений, не требуется. При этом признак целостности не вводится в определение системы. Это характерно для определений, сложившихся вне системного подхода. Понятно, что не всякие отношения придают множеству элементов целостность. Поэтому выделяются специальные отношения, которые называются системообразующими.

Для выделения системы в сложном объекте выбираются такие отношения, которые существенны в данной задаче. В качестве признаков, которые характеризуют именно целостность систем, используют такие, как единство цели, функциональное назначение, определенные функции, наличие окружающей среды, с которой система взаимодействует как целое. Подчеркнем, что все эти признаки, не являются всеобщими.

Из свойства целостности вытекают следующие два положения:

· система по отношению к окружающей среде будет восприниматься как целое (целостное) и в системе должно преобладать взаимодействие внутренних связей над внешними связями, причем возмущающему воздействию среды должна противостоять интеграция элементов среды;

· в рамках данного целого определяются свойства и функции элементов системы, и всякая декомпозиция системы может осуществляться до минимальных элементов системы, которые еще сохраняют свойство целостности системы.

Закономерность целостности проявляется в системе в возникновении новых интегративных качеств, не свойственных образующим ее компонентам. Чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо рассмотреть две ее стороны:

· свойства системы (целого) не являются суммой свойств элементов или частей (несводимость целого к простой сумме частей);

· свойства системы (целого) зависят от свойств элементов, частей (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе).

Существенным проявлением закономерности целостности являются новые взаимоотношения системы как целого со средой, отличные от взаимодействия с ней отдельных элементов.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения которой предназначена система.

Весьма актуальным является оценка степени целостности системы при переходе из одного состояния в другое. В связи с этим возникает двойственное отношение к закономерности целостности. Ее называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособленностью. Свойство физической аддитивности проявляется у системы, как бы распавшейся на независимые элементы.

Строго говоря, любая система находится всегда между крайними точками условной шкалы:

абсолютная целостность – абсолютная аддитивность.

Рассматриваемый этап развития системы можно охарактеризовать степенью проявления в ней одного или другого свойства и тенденцией к его нарастанию или уменьшению.

Для оценки этих явлений А. Холл ввел такие закономерности, как «прогрессирующая факторизация» (стремление системы к состоянию со все более независимыми элементами) и «прогрессирующая систематизация» (стремление системы к уменьшению самостоятельности элементов, т. е. к большей целостности). Существуют методы введения сравнительных количественных оценок степени целостности, коэффициента использования элементов в целом с точки зрения определенной цели.

Как правило, объединение элементов в систему осуществляется в результат формирования согласованного взаимодействия (сложения усилий) в нечто новое, обладающее интегративным качеством, которым эти элементы до объединения не обладали. Функциональная целостность системы характеризует завершенность ее внутреннего строения. Именно система выступает как нечто целое относительно окружающей среды: при возмущающем воздействии внешней среды проявляются внутренние связи между ее элементами и чем эти связи сильнее, тем устойчивее система к внешним возмущениям. Другими словами, совокупность взаимосвязанных структурных элементов образует систему только в том случае, когда отношения между элементами порождают новое особое качество целостности, называемое системным.

Свойства системы как целого определяются не только свойствами его отдельных элементов, но и свойствами структуры системы.

Целостность представляет собой многоаспектное явление. Одна из важнейших составляющих целостности – интегрированность обеспечивает сплоченность частей в целое, причем в результате такой сплоченности свойства частей модифицируются и проявляются как качественно иные свойства, характерные для наличной целостности и отличные от свойств отдельных элементов (в некоторых источниках используют термин «эмерджентность»). Интегрированность проявляется также в функциональной ориентированности взаимодействий элементов системы на сохранение и развитие целостности путем снятия актуальных противоречий системы.

Существенным признаком целостностиявляется относительная обособленность системы от окружающей среды. Это свидетельствует о наличии у системы некоей внешней границы (отделяющей ее от среды), которая обусловлена функциональной отделимостью системы из среды, причем контакты со средой осуществляются избирательно, что позволяет обмениваться со средой веществом, энергией и информацией, не смешиваясь со средой и сохраняя качественную индивидуальность системы.

Под средой понимается множество объектов вне данной системы.

Часто выделяют ближнюю среду, которая определяется как подмножество объектов, оказывающих существенное влияние на систему и/или испытывающих ее воздействие.

Таким образом, понятие целостности, так или иначе, входит почти во все определения системы и определяет ее свойства.

Свойства системы можно подразделить на четыре типа.

1. Целостные свойства системы (интегративные). Это свойства, принадлежащие рассматриваемой системе в целом, но не принадлежат ее составным частям.

2. Нецелостные свойства системы. Это свойства, принадлежащие составным частям, но не принадлежат системе в целом.

3. Целостно-нецелостные свойства. Это свойства, которые принадлежат как системе в целом, так и ее элементам.

4. «Небытийные» свойства системы. Это такие свойства, которые не принадлежат ни системе в целом, ни ее элементам.

На рис.1.17 представлена структура системы с учетом ее связей с внешней средой и элементами, обеспечивающими ее целостность.

Целостность системы любой природы обеспечивают следующие четыре элемента: энергия, вещество, информация, знания [58]. Они являются попарно сопряженными компонентами. Информация и знание представляют содержательную сущность системы, энергия и вещество составляют форму системы. Энергия как некое физическое поле представляет динамическую компоненту системы, а вещество, обладающее массой покоя, представляет статическую компоненту системы. Знание как системная компонента представляет структурированную или стратегическую информацию, а информация, со своей стороны, представляет актуализированное знание.

Рис.1.17. Структура системы в общем виде

С формальной точки зрения любая система может пониматься как некоторая математическая модель. К примеру, представление системы в виде «черного ящика» в абстрактном виде может быть определено следующим образом.

Определение 1.36. Система в широком смысле – эквивалент понятия математичес­кой модели и задается пар множеств U, Y (U – множество входов; Y – множество выходов) и отношением , формализующим связь (зависимость) между входами и выходами.

Соединение систем также является системой и задается отно­шением. Например, последовательное соединение систем , есть отношение , такое, что существуют такие , , удовлетворяющие условиям , _, где отношение, опреде­ляющее связь между и . Таким образом, можно определять сколь угодно сложные системы исходя из простых.

Приведенное определение отражает в абстрактном виде атрибуты (свойства), присущие нашему интуитивному представлению о сис­теме.

Имеет место определение системы, связанное с конкретизацией понятия модели, путем наделения ее некоторыми свойствами. Одним из этих свойств является целостность.

Определение 1.37. Система это модель – обладающая свойствами целостности, структурированности и целенаправленности.

Дадим еще одно определение целостности.

Определение 1.38. Целостность (единство) означает, что система отделена от внешней среды: среда может оказывать на нее действие (акцию) только через ее входы и воспринимать отклики (реакцию) на эти действия через выходы.

Цель. Применение понятия «цель» и связанных с ней понятий целенаправленности, целеустремленности, целесообразности сдержи-ваются трудностью их однозначного толкования в конкретных условиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей в организованных системах очень сложен и не до конца изучен. Его исследованию большое внимание уделяется в психологии, философии, кибернетике.

Можно дать следующее определение цели.

Определение 1.39. Цель – это субъективный образ не существую-щего состояния среды или объекта, который бы решил возникшую проблему.

В практических применениях цель – это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к идеальным устремлениям.

Связь цели и системы неоднозначна: различные системы могут быть ориентированы на одну цель; одна система может иметь и часто имеет несколько различных целей. Если расширить понятие цели, считая любое будущее состояние системы объективной целью, то можно сказать о целеустремленности природных систем.

Примеры систем, которые реализуют определенные цели, представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

ЦЕЛЬ	СИСТЕМА
Защита государства от внешнего вторжения	Армия, Флот
Обучение, привитие профессиональных навыков и умений	Колледж, ВУЗ
Обнаружение и классификация подводных целей	Гидроакустическая станция
Транспортировка людей и грузов по воздуху	Самолет, вертолет, дирижабль
Обеспечение людей питьевой водой	Очистные сооружения

Особый класс образуют социально-технические системы, в состав которых входят не только техника, но индивидуумы и коллективы, связанные с работой системы. Одним из самых распространенных классов таких систем есть организационные системы или организации, состоящие из групп людей, деятельность которых сознательно координируется для выполнения определенных функций или для достижения общих целей с использованием определенных технических способов или технологий. Идеологическую основу для определения цели социально-технической системы представляет система ее ценн остей. Она является объектом системного анализа на стадии выявления соответствующей действительности целей лиц, которые входят в систему, ибо официально декларированные цели могут не совпадать с соответствующей действительностью.

Целенаправленность — требует задания некоторой цели, дости-жение которой свидетельствует о правильной работе системы.

Как уже, указывалось выше важным свойством системы является структурированность.

Структурированность означает, что система разделена внутри на несколько подсистем, связанных и взаимодействующих между со­бой также, как целая система взаимодействует с внешней средой.

Среда. Среда есть окружение с которым система взаимодействует. Взаимодействующие со средой системы называют открытыми (в отличие от закрытых, которые среды не имеют).

Средой для одной из подсистем могут служить остальные подсистемы или часть из них. Типология среды показана на рис.1.18.

Определение 1.40. Под средой понимается множество объектов вне данного элемента (системы), которые оказывают влияние на элемент (систему) и сами находятся под воздействием элемента (системы) .

Среда тоже – система.

Углубление понимания среды показывает, что среда представляется неоднородной.

Для нее свойственны следующие характеристики:

· некоторая совокупность организованных систем и хаотических образований. При этом организованные системы придают среде организованность, предопределенность, а хаотические образования – непредсказуемость, случайность;

· множество факторов, воздействующих на систему. Средой являются не все объекты, которые окружают систему, а лишь имеющие отношение к ее жизнедеятельности. Либо это объекты и системы, которые попадают, что называется, в сферу «интересов систем», либо те, в сферу интересов которых попадает данная система;

· система воздействует на среду посредством своих функций. При этом внешние функции организующее воздействуют на окружающую среду, а внутренние – на внутреннюю;

· система использует среду в качестве источника, хранилища и средства переработки ресурсов, средств жизни. Среда пополняет систему, обеспечивает ее обновление, сферу жизни, проявление функций;

· система постоянно меняет свои границы по отношению к средам.

В этом проявляется ее динамизм. Она может получать или захватывать из окружающей среды элементы и присваивать их, вводить во внутреннюю среду.

Система отделена от среды границами.

Рис.1.18. Типология среды

Границы системы можно определить как любые объекты, в которых не существует данный объект и которые обладают наименьшим отличием от них.

Определение границ системы принципиально важно как для ее познания, так и управления. При этом границы системы, прежде всего, устанавливаются в пространстве. Чтобы найти границы системы и построить ее план, необходимо приложить к каждому объекту системы своеобразную линейку – системообразующий фактор. Построение пространственной модели системы с определением границ изучается специальной отраслью знания, называемой топологией систем.

Модель системы. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу свойств. Углубление описания – детализация модели системы. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие системы. Процессы, происходящие в системах, как правило, не удается представить в виде математических соотношений или хотя бы алгоритмов. Поэтому для того, чтобы хоть как-то охарактеризовать функционирование системы, используют специальные термины, заимствованные теорией систем из теории автоматического регулирования, биологии, философии.

К таким понятиям относятся:

· состояние;

· поведение;

· равновесие;

· устойчивость;

· развитие;

· модель функционирования системы.

Состояние. Состояние обычно характеризует мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии.

Состояние системы определяют либо:

· через входные воздействия и выходные сигналы (результаты);

· через макропараметры, макросвойства системы.

К макропараметрам системы относятся: давление, скорость, ускорение – для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль – для экономических систем.

Определение 1.41. Под состоянием системы понимается упорядоченная совокупность значений параметров внутренних и внешних, определяющих ход процессов происходящих в системе.

Более полно состояние системы можно определить, если рассмотреть элементы (компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние, учесть, что «входы» можно разделить на управляющие и возмущающие (неконтролируемые) и что «выходы» «выходные результаты, сигналы) зависят от элементов, управления и неконтролируемых воздействий.

Таким образом, состояние системы – это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Множество состояний системы может быть счетным, континуальным или конечным.

Поведение. Если системаспособна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что система обладает поведением.

Определение 1.42. Поведение системы есть развернутая во времени последовательность реакций системы на внешние воздействия.

Понятием «поведение» пользуются, когда неизвестны закономерности (правила) перехода из одного состояния в другое. Если говорят о поведении системы, то выясняют его характер, алгоритм.

Модель функционирования системы – это такая модель, которая предсказывает изменение состояния системы во времени.

Равновесие. Понятие равновесия определяют как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называется состоянием равновесия.

Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном управляющем воздействии, если отклонения не превышают некоторого предела.

Определение 1.43. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться называют устойчивым состоянием равновесия.

Равновесие и устойчивость в экономических и организованных системах – гораздо более сложные понятия, чем в технике, и до недавнего времени ими воспользовались только для некоторого предварительного описания представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организованных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.

Развитие. Это понятие помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе. Исследование процесса развития, соотношения развития и устойчивости, изучение механизмов, лежащих в их основе, – наиболее сложные задачи теории систем. Выделяют особый класс развивающихся систем, обладающих особыми свойствами и требующих разработки и использования специальных подходов и их моделированию.

Приведенные выше формальные определения системы являются достаточно об­щими. Под них попадают практически все виды математических моде­лей систем: дифференциальные и разностные уравнения, регрессион­ные модели, модели массового обслуживания, конечные и стохасти­ческие автоматы, дедуктивные системы и т.д.

Дата добавления: 2015-04-30