Глава 1. ПЕРЕДУМОВИ РОЗВИТКУ СИСТЕМНИХ вистав
1.1. Наука
Зіткнення з новим - подія для людини і людства. Для людини складно те, що нове, що не вкладається в рамки усталених понять і не може бути пояснено на основі нових фактів і загальноприйнятих законів. Теорія відносності та квантова механіка вивчаються зараз у ВНЗ і в школі, а в 30-ті роки не всі навіть великі вчені могли зрозуміти основні ідеї цих теорій. Знадобився тривалий і болісний шлях, щоб їх освоїти. Зараз багато теорій увійшли в практику, при цьому зміст їх майже не змінилося, а сприйняття спростилося.
Приклад 1. Поява нового, більш сильного хижака в районі перебування первісної людини загрожувало катастрофою. Не маючи коштів і досвіду боротьби, невелика група людей могла бути легко знищена, або загинути від голоду, оскільки звичайна їх видобуток могла стати здобиччю хижаків. Система "жива їжа - людина" перетворилася в нову систему "хижак - жертва - людина" і стала більш складною. Дальньої шиї розвиток системи могло піти за різними шляхами. Людина і новий хижак могли спільно знищити продовольчу базу, а потім загинути. Хижак міг послабити, а потім знищити людей, в результаті виникла б нова система "хижак - жертва", яка могла стати стабільною. Людина могла знищити хижака і система прийшла б у початковий стан, з тією різницею, що людина, озброєний новими знаннями і новим досвідом, став би більш могутнім і розширив зону перебування.?
У більшості випадків події розвивалися саме так: людина пристосовувався до змін набагато швидше. Процес пристосування вимагає концептуального, причинного і технологічного пояснення: має стати зрозумілим, чому і як це відбувається.
Приклад 2. Розглянемо приклад контакту з позаземною цивілізацією. Припустимо, що група космонавтів з рівнем знань 30-х років здійснила вдалу посадку на іншу планету. Група складається з фізика, хіміка, біолога, геолога, інженера і медика. Припустимо, що вони знайшли об'єкт довжиною 1 метр, неправильної форми, темного кольору.
Фізик визначив питому вагу, справив спектральний аналіз, виявив два десятки елементів (у тому числі рідкісних на Землі) в незвичних пропорціях. Виявив, що структура гомогенна і схожа з кристалічної. Є поверхневі електричні потенціали. Власного зовнішнього електричного або магнітного поля немає. Виявити внутрішні поля без руйнування об'єкта неможливо.
Хімік встановив, що речовина, швидше за все неорганічне, і знайшов кілька десятків характеристик за допомогою мікро проб.
Геолог висловив ряд припущень про можливі варіанти тектонічного освіти предмета, головним з яких є те, що він не знає, що це таке.
Інженер не виявив рухомих частин і заявив, що це не машина і висловив припущення, що це - гірська порода, або штучний будівельний матеріал, або електронна конструкція невідомого призначення, або залишок метеорита, чи невідомо що.
Біолог заявив, що в принципі не виключено, що це жива істота з кристалічної мікроструктурою клітин та електронно-іонним обміном речовин. Нічого подібного на землі немає.
Медик заявив, що він не знає, небезпечний об'єкт для людей, чи ні.
Приблизно так можна описати ситуацію контакту. Далі виникає питання, що робити. Дати геологу раздолбая об'єкт і почати дослідження зібрали? Для фізика і хіміка це прийнятно, але що якщо прав інженер і знайдений об'єкт - електронний пристрій (наприклад, на мікросхемах, про які в 30-х роках ще нічого не знали), тоді буде втрачено найбільше відкриття. Або прав біолог, і ми знищимо інопланетне жива істота, єдине у своєму роді? А може це ціла колонія живих істот, суспільство, нарешті - цивілізація?
Дискусію можна продовжувати довго, але ясно одне: ніяка різнорідна група вузьких спеціалістів не в змозі впоратися з проблемою, що вимагає особливого підходу. ?
Ще недавно нові факти були рідкісним явищем і входили до компетенції лише вчених. Розвиток науки і техніки зробили зіткнення з новим, невідомим, непізнаним - частим явищем. Важливість нового від цього не зменшилася, а зросла через інтеграції новизни, збільшення її впливу на практичні сторони життя. Наслідки забруднення атмосфери і води, безконтрольного застосування гербіцидів та антибіотиків, а також багато інших чинників людської діяльності не можна передбачити в вузькоспеціальних дослідженнях.
У спеціальних дослідженнях сучасної науки переважають два методи: функціональний і анатомічний. Обидва пов'язані із втручанням у досліджуваний об'єкт і можуть порушити його діяльність або змінити властивості. Анатомічна дослідження припускає порушення цілісності об'єкту, дослідження функцій може призвести до такого ж результату. У всякому разі, є небезпека зафіксувати не те, що відбувається в нормальних умовах. Історія науки рясніє такими прикладами.
Приклад 3. Незважаючи на багатовікову розвиток медицини, кровообіг було відкрито лише близько 350 років тому, а подальші дослідження не дали відповіді на багато найважливіші питання. Відомо, наприклад, що мозок постійно отримує одне і те ж кількість крові. Чим би людина не займався, день за днем, хвилина за хвилиною, потік крові не змінюється. Ця унікальна властивість, тому що в м'язах потік крові змінюється в п'ять, а то й десять разів залежно від фізичного навантаження. Навіщо потрібна така стабільність і як вона здійснюється, ніхто не знає. ?
Відношення дослідника до об'єкта дослідження може бути трьох видів: споглядальний, експериментальне та споживче.
Приклад 4. Астрономія довгий час була споглядальної наукою і накопичила багато відомостей. На якому етапі ці відомості стали корисними для кораблеводіння та орієнтації. ?
Як тільки техніка досягла певного рівня, людина стала експериментатором. Експеримент дозволяє поглибити пізнання і підготувати грунт для застосування.
Всякий експеримент вносить зміну в досліджувану систему. Інформацію можна отримати даром. Одна з умов ефективного експерименту - проведення не обурює спостереження, тобто такого, при якому вимірювальні прилади незначно змінюють фізичні властивості спостережуваних величин.
Приклад 5. Манометр, що вимірює тиск газу, незначно впливає на величину тиску, але чим вища точність вимірювання, тим більше енергія взаємодії вимірювального приладу й вимірюваного процесу, в результаті чого спостереження перестає бути не обурюються. ?
В якійсь мірі спостереження визначає майбутню поведінку системи.
Як не складно положення експериментатора, позиція споживача набагато складніше. Кожен вчений прагне якомога швидше практично використовувати результати досліджень, хоча не завжди ясна область і наслідки застосування. Бажання прискорити справу може призвести до протилежних результатів, а недостатня ініціативність - до значних втрат. Утилізація нових фізичних явищ дорого обходиться людству, в той же час багато з того, що нас оточує, ми не використовуємо в повній мірі.
Можна навести багато прикладів того, як вузькість підходу гальмувала застосування цілком розроблених і перспективних ідей.
Сучасна наука надзвичайно диференційована. Заглибленість у свою вузьку область ускладнює взаєморозуміння вчених; виникла професійна термінологія, незрозуміла навіть близьким за профілем фахівцям. Велика кількість наукових фактів в кожній області настільки велике, що неможливо засвоїти навіть основні факти з декількох областей. Епоха універсалізму давно закінчилася, і настала епоха спеціалізації.
Приклад 6. Свого часу славетний французький письменник Бернард де Сен-П'єр, член Інституту (Академії наук Франції) поскаржився Бонапарта, що в Інституті до нього ставляться без належної поваги. Бонапарт спитав, чи знає знаменитий письменник диференціальне числення. Отримавши негативну відповідь, Бонапарт дав зрозуміти, що член Інституту, що не знає диференціального обчислення не гідний поваги. У середині XX століття подібна вимогливість нікому б не прийшла в голову. ?
В даний час навряд чи існує математик, що знає всі розділи математики. Спеціалізація принесла величезну користь, але викликала і великі труднощі. Головна з них - складність всебічного розгляду фактів, їх об'єднання та інтерпретація.
Фізичні явища, в яких число враховуються змінних перевищує кілька десятків (коли ще можна застосувати детерміністських підхід і диференціальні рівняння) або менше кількох сотень тисяч (коли стає припустимим статистичний підхід), не мають адекватного опису. Ми досі змушені пояснювати принципові властивості живої матерії особливими "біологічними законами", які виявляються відірваними від фізичних законів і не мають строгих формулювань.
Висновки
1. На сучасному етапі вузькоспеціальних обмеженість неприпустима: занадто багато можливостей залишається прихованими і занадто великі потреби людства.
2. Фундаментальні уявлення про будову речовини, про енергетичні перетвореннях, про сутність розвитку, про відмінність живого від неживого слід переглянути з позицій єдності і цілісності світу.
3. Сучасна наука вимагає не тільки накопичення знань у спеціальних областях, але й інтеграції наук на основі концепції, яка зберігала б спадкоємність і відкривала перспективи, встановлюючи взаємозв'язок між структурою, пристроєм, організацією і властивостями, дією, поведінкою.
4. Багатозв'язних явищ в природі вимагає єдності підходу до дослідження різноманітних об'єктів. Спеціалізація експериментальних і теоретичних методів у різних галузях науки не повинна заважати цій єдності, але повинна витікати з нього.
1.2. Техніка
Створювати пристрої з невідомими раніше функціями набагато важче, ніж досліджувати готові. Можна говорити про два основних способи пошуку нових ідей: копіюванні природи та створення нових ідей.
Перший спосіб нічого особливого не приніс цивілізації. Історія техніки свідчить, що дуже багато людей відкрив у природі після того, як винайшов це сам.
Приклад 7. Нікому не вдавалося виявити звуковий локатор у кажана, а деякі особливості поведінки цієї тварини, пов'язані з роботою його локатора, ігнорувалися. ?
Приклад 8. Архітектори виявили і почали переймати у комах витончені й дотепні конструкції споруд після того, як до багатьох аналогічних ідей дійшли самі. ?
Чому так сталося? Бажання і спроб копіювання було багато, причин невдачі дві: нерозуміння і неможливість відтворення з-за примітивності технології.
Приклад 9. Медузи здатні сприймати інфразвуки, і це дозволяє їм відчувати наближення шторму. Зрозуміти загадку медузи і побудувати прилад, що діє за аналогічним принципом, було неможливо без Дозвуковий техніки. ?
Нерозуміння може стосуватися не сутності процесу, який використовується, а способу використання.
Біологічна цивілізація йшла шляхом створення складних гомогенних (клітинних) структур, у той час як машинна цивілізація розвивалася на основі гетерогенних пристроїв (що складаються з різних за складом, формою та принципом дії елементів). Тому інженеру важко зрозуміти і відтворити біологічну структуру, а біологу не менш важко порадити, як реорганізувати напрямок розвитку машинної технології.
Отже, людина стала винаходити сам. Ідучи від простого до складного, він на дотик або з передбаченням, ціною величезних зусиль і втрат шукав свій шлях і побудував свій світ - техносферу. Техносфера володіє величезною енергетичною базою, яка має різні види силових полів і випромінювань. Діапазони розмірів технічних пристроїв і споруд простягаються від однієї мільйонної метра (мікросхеми) до мільйонів метрів (залізниці), діапазон енергоспоживання або енерговиділення від часток мікроват до мільйонів мегават. Цей технічний світ, у якому ми живемо, відносно простий. Вся техносфера простіше, ніж організм будь-якого ссавця, а будь-який пристрій, механічне або електронне, простіше єдиною біологічної клітини. Жива клітина має велику питому (на одиницю маси) керовану енергію, більш широкий спектр управління хімічними реакціями, кращу пристосованість, більш високий ККД, краще самовідтворення. Людина створила сприятливі штучні умови існування. Але зрослі потреби людства не можна було б задовольнити, якби прогрес йшов традиційним шляхом, тим, яким він йшов до середини XX століття.
Висновки
У техніці спостерігається наступна картина.
1. Галузеві досягнення вимагають інтеграції та узагальнення.
2. Функціональне ускладнення машин, виробничих комплексів, галузей промисловості і техносфери в цілому пов'язане з урахуванням впливу тисяч, десятків тисяч, а іноді і мільйонів факторів.
3. Спорудження і застосування нових технічних систем високого енергетичного рівня та високої керованості вимагає всебічного аналізу функцій, можливостей і наслідків.
4. Перспективи розвитку техніки (як і науки) вимагають глибокого знання організації систем і процесів, уміння так змінити організацію, щоб спрямувати розвиток за бажаним шляху.
1.3. Цілі і завдання дисципліни введення в системологія
Системний підхід до вивчення різних явищ природи, проектування нових технічних об'єктів, є одним з перспективних напрямків в сучасній науці і техніці. Кожен досить складний об'єкт природно представляється як система зі своїми елементами і зв'язками, функціями і підфункції в залежності від цілей дослідження, що існує в надсістеме і навколишньому середовищу. Метою вивчення дисципліни "Вступ до системологія" є ознайомлення з основними ідеями і принципами системного підходу до моделювання складних систем.
У результаті вивчення дисципліни студент повинен знати:
* Поняття системи, елемента і структури системи;
* Основні методи опису складних систем;
* Основні риси системного підходу до аналізу об'єктів.
У результаті вивчення дисципліни студент повинен вміти:
* Побудувати функціонально-структурний опис системи;
* Застосувати системний підхід до аналізу заданої проблемної ситуації.
Питання
1. Які методи дослідження переважають в сучасній науці?
2. Чим зумовлена важливість нових факторів в науці?
3. Які виділяють типи ставлення дослідника до об'єкта? Наведіть приклади.
4. У чому суть невозмущающего спостереження? Наведіть приклади.
5. У якому випадку експеримент буде ефективним і чому?
6. У чому полягає позиція споживача при дослідженні об'єкта?
7. Чому в сучасній науці вузькоспеціальних обмеженість недопустима? Наведіть приклади.
8. Які існують способи пошуку нових ідей? Наведіть приклади.
9. У чому полягають причини невдач у спробах копіювання природи?
10. Чим відрізняється біологічна цивілізація від техносфери?
11. Якими причинами обумовлена необхідність системного підходу в техніці?
12. Що вивчає системологія?
Глава 2. ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ
2.1. Моделі та моделювання
Термін модель неоднозначний і охоплює широке коло різних матеріальних та ідеальних об'єктів. Будь-яка модель, яка використовується в наукових цілях, на виробництві чи в побуті, несе інформацію про властивості та характеристики вихідного об'єкта (об'єкта-оригіналу), істотних для вирішуються в даному конкретному випадку завдань.
Визначення. Модель в загальному сенсі є що створюється з метою отримання і (або) зберігання інформації специфічний об'єкт (у формі уявного образу, опису знаковими засобами або матеріальної системи), що відображає властивості, характеристики і зв'язки об'єкту оригіналу довільної природи, суттєві для задачі, що вирішується суб'єктом.
Зауваження з визначення моделі.
1. Модель складається з наступних компонент: суб'єкт; завдання, яке вирішується суб'єктом; об'єкт-оригінал; мова опису або спосіб матеріального відтворення моделі. Поза контексту завдань поняття моделі не має сенсу.
2. Кожному матеріальному об'єкту, взагалі кажучи, відповідає безліч в рівній мірі адекватних, але різних по суті моделей, пов'язанийних з різними завданнями.
Приклад. Один і той самий технічний об'єкт (наприклад, гідронасос) при розрахунку його навантажувальних характеристик, тепловому розрахунку, оцінці динаміки, міцності або надійності представляється різними моделями. ?
3. Парі (завдання, об'єкт) відповідає також безліч моделей, що містять у принципі одну і ту ж інформацію, але розрізняються формами її подання.
Приклад. Деякий фізичний ефект (наприклад, заломлення світла) може бути охарактеризований аналітичної формулою, графіком, таблицею, алгоритмом, програмою для ЕОМ і т.д. Вибір форми опису визначається лише одним фактором - зручністю використання моделі за її прямим призначенням. ?
4. Модель - лише наближене подоба оригіналу і в інформаційному сенсі біднішими останнього. "Точної" моделі не буває.
5. Умови та вимоги завдання, що вирішується суб'єктом, в основному визначають обмеження і допущення, які явно чи неявно фігурують при побудові моделі.
Приклад. Модель лінійної пружної деформації твердого тіла (закон Гука), по-перше, передбачає здатність тіла до пружної деформації (що визначається його мікроструктурою), по-друге, має на увазі обмеженість величин напруги та деформації. ?
Припущення, що вводяться в модель, характеризують прийнятну у рамках розв'язуваної задачі ступінь ідеалізації властивостей реальних об'єктів і процесів. Обмеження і допущення, пов'язані з розв'язуваної завданням і властивостями об'єкта, є органічною складовою частиною моделі. Вони повинні спеціально розглядатися і фіксуватися при побудові і використанні кожної моделі.
Класифікація моделей.
По класах завдань, моделі поділяються на:
* Кібернетичні;
* Технологічні;
* Планово-економічні;
* Пізнавальні;
* Естетичні, і т.д.
За класами об'єктів, моделі поділяються на:
* Фізичні;
* Біологічні;
* Економічні;
* Виробничі; і т.д.
За формою подання та обробки інформації, моделі поділяються на:
* Матеріальні (приладові, геометрично подібні, субстатно подібні);
* Ідеальні: частково-формалізовані (графічні);
цілком формалізовані (інформаційні (бази даних), аналітичні, графоаналітичних, алгоритмічні);
неформалізовані (концептуальні).
Зауваження. Математичні вирази, логічні побудови, алгоритми, штучні мови, не відображають об'єктивної реальності, не можуть бути визнані моделями.
Питання
1. Який матеріал чи ідеальний об'єкт можна назвати моделлю?
2. З яких компонентів складається модель?
3. Скільки моделей і чому може відповідати одному матеріального об'єкта?
4. Чим можуть відрізнятися залежно від моделі, що відповідають заданій парі (задача-об'єкт)?
5. За якими ознаками можна класифікувати моделі? Назвіть представників кожного класу.
6. Наведіть приклад моделі. Виділіть у ній основні компоненти. До якого класу належить ваша модель?
2.2. Поняття системи
Фундаментальним поняттям системологія, системного аналізу, системотехніки і кібернетики є поняття "система".
Існує 4 властивості, які повинен мати об'єкт, щоб його можна було вважати системою.
1-е властивість (цілісність і членімость). Система є, перш за все, цілісна сукупність елементів. Це означає, що, з одного боку, система - цілісне утворення і, з іншого - у її складі можуть бути виділені деякі цілісні об'єкти (елементи). При цьому елементи існують тільки в системі. Поза системи це в кращому випадку об'єкти, що володіють "системно-значимими властивостями". При входженні в систему елемент набуває системно-певна властивість замість системно-значущого.
Приклад. Розглянемо велосипед як систему. Тоді елементами системи можна вважати конструктивні елементи велосипеда: руль, рама, сидіння, колеса, і т.д. ?
На перший погляд, може здатися, що систему можна розглядати як деякий безліч елементів. Однак тут є принципова відмінність, яка не завжди дозволяє використовувати теорію множин для опису специфічних системних утворень і може розглядатися лише як один з допоміжних аналітичних засобів їх вивчення. Справа в тому, що при формуванні множин вихідними будуть елементи. Для системи ж первинним є ознака цілісності, тобто вона розглядається як єдине ціле, що складається з взаємовиключних частин, часто різноякісні, але одночасно сумісні.
2-е властивість (зв'язку). Наявність стійких зв'язків (відносин) між елементами і (або) їх властивостями, які перевершують за потужністю (силі) зв'язки цих елементів з елементами що не входять в дану систему, є найважливішою властивістю системи.
У будь-якій системі встановлюються ті чи інші зв'язки між елементами. Однак з системних позицій мають значення не будь-які, а лише суттєві зв'язки, які визначають властивості системи. Вказане властивість виділяє систему з навколишнього середовища у вигляді цілісного утворення.
Зв'язок можна визначити як фізичний канал, по якому забезпечується обмін між елементами системи і системи з навколишнім середовищем речовиною, енергією та інформацією. Ставлення - це зв'язок, представлена в абстрактній формі, що є відображенням "фізично наповнених", реальних зв'язків. До числа основних характеристик зв'язку належать: фізичне наповнення, спрямованість, потужність і роль в системі.
За фізичним наповненню зв'язку поділяються на речові, енергетичні, інформаційні, змішані і не наповнені. У напрямку розрізняють зв'язку: прямі, зворотні, контр зв'язку і нейтральні. Важливою характеристикою відносин і зв'язків є їхня сила (або потужність). Система існує як деяке цілісне утворення тоді і тільки тоді, коли потужність (сила) істотних зв'язків між елементами системи на інтервалі часу не що дорівнює нулю, більше, ніж потужність (сила) зв'язку цих же елементів з навколишнім середовищем.
Сильні відносини роблять великі обмеження, ніж слабкі. Прикладом сильного відносини може служити сильна нерівність (?), Слабкого - слабке нерівність (). Потужність речових та енергетичних зв'язків часто оцінюється по інтенсивності потоку речовини або енергії. Для інформаційних зв'язків оцінкою потенційної потужності може служити її пропускна здатність, а реальної потужності - дійсна величина потоку інформації. Однак у загальному випадку при оцінці потужності інформаційних зв'язків необхідно враховувати якісні характеристики інформації, що передається (цінність, корисність, вірність і т. п.). Роль зв'язку в системі визначається характером її впливу на перебіг процесів. У цьому сенсі розрізняють зв'язку: з'єднувальні, що обмежують, що підсилюють (ослабляють), запізнюється (що випереджають, миттєві), селектірующіе, що перетворюють, позитивні і негативні зворотні зв'язки, що погоджують, що координують і т.п.
3-є властивість (організація). Ця властивість характеризується наявністю певної організації, що проявляється в зниженні ентропії (ступеня невизначеності) системи Н (S) в порівнянні з ентропією сістемоформірующіх чинників Н (F), що визначають можливість створення системи.
До сістемоформірующім факторів (F-факторам) відносяться: число елементів системи - n; число сістемнозначних властивостей елемента-а, число істотних зв'язків, якими може мати елемент -?; Число сістемнозначних властивостей зв'язків - b; число квантів простору і часу, в яких може знаходитися і існувати елемент, зв'язок і їх властивості.
Виникнення організації в системі - це, по суті, актуалізація (формування) істотних зв'язків елементів, впорядковане розподіл елементів та зв'язків у просторі та часі. При формуванні зв'язків складається певна структура системи, а властивості елементів трансформуються у функції (дії, поведінка), пов'язані з ще однією властивістю системи - її інтегративними якостями.
4-е властивість (інтегративні якості). Інтегративні якості (властивості) - це такі якості (властивості), які притаманні системі в цілому, але не властиві жодному з її елементів окремо. Наявність інтегративних властивостей показує, що властивості системи хоч і залежать від властивостей елементів, але не визначаються ними повністю. Таким чином, по-перше - система не зводиться до простої сукупності елементів; по-друге - розчленовуючи систему на частини, вивчаючи кожну з них окремо, не можна пізнати всі властивості системи в цілому.
Будь-який об'єкт, який має всі з чотирьох зазначених властивостей, і будемо називати системою.
Питання та вправи
1. Які властивості елементів у системі "велосипед" можна вважати системно певними (системно значущими)?
2. Які зв'язку можна виділити між елементами в системі "велосипед"? Які з цих зв'язків є істотними з точки зору формування системи?
3. Побудуйте схему, що відображає основні зв'язки між елементами у велосипеді. Виділіть сильні та слабкі зв'язки. Покажіть напрямок зв'язків стрілками. Чим відрізняється ставлення від зв'язку?
4. У чому полягає організація системи?
5. Що таке ентропія?
6. Виділіть сістемоформірующіе фактори в системі "велосипед".
7. Які інтегративні якості визначають систему "велосипед"?
8. Що таке система?
2.3. Структури та функції
Визначення. Структура системи є стійка впорядкованість у просторі і в часі її елементів і зв'язків.
Системи, як правило, володіють різними структурами. Так, порядок входження елементів в підсистеми, а потім послідовне об'єднання підсистем в цілісну систему утворює структуру членування системи. Ця структура завжди ієрархічного типу і має не менше двох рівнів: "старший" рівень - система, "молодший" - елементи.
Залежно від характеру організації в системі елементів і їх зв'язків можна виділити три основні типи структур: мережеву, кісткову і централістського, що відображають послідовне підвищення ступеня централізації системи (рис. 1):
Взагалі ж структури можуть бути найрізноманітнішими і включати різні комбінації взаємозв'язків елементів. За просторової організації розрізняють структури плоскі і об'ємні, розосереджені, коли елементи рівномірно розподілені в просторі, локально зосереджені за наявності згущення елементів і зосереджені, коли є одне згущення елементів. За тимчасового ознакою виділяються екстенсивні структури, в яких з часом відбувається зростання кількості елементів, і інтенсивні, в яких відбувається зростання числа зв'язків та їх потужностей при незмінному складі елементів. Протилежні типи структур: редукуючим і деградуючі. Ще один тип - стабільні структури, в яких структура не змінюється протягом усього періоду життя системи.
Структура є найбільш консервативною характеристикою системи. Хоча стан системи змінюється, структура її зберігається незмінною іноді тривалий час.
Визначення. Функція є дія, поведінка, діяльність деякого об'єкта.
Функція елементу виникає як реалізація його сістемоопределенних властивостей при формуванні елемента і його зв'язків у системі. Функція системи (в багатофункціональних системах - набір функцій) виникає як специфічне для кожної системи породження всього комплексу функцій і дисфункцій елементів.
Будь-який елемент володіє величезною кількістю властивостей. Одні з цих властивостей при формуванні зв'язків придушуються, інші, навпаки, набувають виразне вираження. Однак ступінь придушення системно-незначущих властивостей елемента, як правило, не буває повною. У зв'язку з цим, при формуванні системи виникають не тільки "корисні" функції, що забезпечують збереження системою її якісних особливостей, але й дисфункції - функції, що негативно впливає на функціонування системи.
Основними системними характеристиками функцій є сумісність на елементарному рівні, мінливість (лабільність), можливість актуалізації на властивостях елементів, інтенсивність (вираженість) функції та ступінь детермінованості.
Питання та вправи
1. Побудуйте структуру системи "навчальна група". Визначте тип отриманої структури. Чи є ця структура екстенсивного або інтенсивної, редукуючої або деградуючою?
2. Перейдіть до функції елементів у системі "навчальна група". Які з цих функцій придушуються в системі, а які навпаки, стають більш вираженими?
3. Проаналізуйте функції системи і елементів у системі "велосипед".
4. Перерахуйте основні системні характеристики функцій.
2.4. Сістемосоздающіе і системоруйнівний фактори
Виникнення системи, тобто актуалізація істотних зв'язків, просторового розподілу елементів, існування тих і інших в певних часових межах, забезпечується сістемосоздаюшімі К-факторами. До числа основних К-факторів відносяться: фізичні поля, контактна здатність, рефлекторні дії, здатність запам'ятовувати минулі ситуації (стан зовнішнього середовища і самої системи), здатність оцінювати результат дії, прогностичну здатність, можливість отримати знання як про навколишнє середовище, так і про саму системі (свідомість і самосвідомість).
Легко бачити, що К-фактори наведені в послідовність у порядку зростання складності систем.
Кожен з розглянутих К-чинників не виникає з нічого, а має в тій чи іншій мірі попередників в системах більш низького рівня. Крім того, в кожній системі крім ведучого системно створює чинника, як правило, відіграють роль і К-фактори нижчестоящого рівня. Все це в реальному світі складається в строкату картину взаємопереплетання і взаємодоповнення К-факторів. Тому наведена схема факторів дає лише саму загальну картину.
До системоруйнівний факторів належать зовнішні впливи, розвиток дисфункцій, зростання ентропії.
Зовнішні дії призводять до руйнування системи тоді, коли їх сила стає вище сили внутрішніх зв'язків системи. Розвиток дисфункцій підриває систему зсередини.
Зростання ентропії відбувається через дезорганізують зовнішніх впливів, зносу і переродження зв'язків.
Вправа
Розглянемо приклад соціальної системи. Система - навчальна група. Мета - стабільна успішність групи. Підсистеми - відмінники, середньо навчаються, невстигаючого. Елементи системи - студенти. Зв'язок - результат складання іспиту в сесію. Системно створює фактор - контактна здатність, психологічна організація колективу. Системно-руйнує - вибування з групи лідера, закінчення навчання.
Необхідно намалювати структуру системи. Які типи зв'язків можна виділити між підсистемами? Які ще є К-фактори? Побудуйте ієрархічну схему К-факторів.
Глава 3. ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ОПИС СИСТЕМИ
3.1. R-перетворення
Будь-яке наукове дослідження пов'язане з встановленням залежності дія - результат. Вплив подається на вхід об'єкта (системи), результат фіксується на виході.
Класичні точні науки займаються розробкою моделей, які виражають строгу однозначну залежність між станом входу X і станом виходу Y за допомогою перехідної функції Y = R (X), де R - оператор перетворення (надалі операцію будемо називати R-перетворенням). На ранніх етапах розвитку науки R-перетворення розумілося лише як однозначна детермінована функція і лише пізніше, під тиском фактів отримало розподіл усіх тлумачення. Стали говорити про детермінованих S1 - системах і про стохастичних S2 - системах, про детермінованому R1 - перетворення і про стохастичною R2 - перетворення. R-перетворення може задаватися алгебраїчним, логічним, диференціальних, інтегро-диференціальних оператором; скалярним, векторним або матричним; які складені на підставі вимірювання зовнішніх характеристик (дослідження зв'язку об'єкт-реакція) або на підставі знання пристрої системи. Точні науки займаються дослідженням і таких моделей, які не містять R-перетворення. Це моделі хаотичні, слабо організовані, нестійкі, недовговічні, в яких стикається безліч незалежних подій. Ми будемо називати їх S3 - системами.
Гуманітарні науки мають справу з надскладними системами (великими складними системами). Головною методологічною особливістю цих наук вважається неможливість в моделюванні таВикористання ідеї R-перетворення, оскільки для систем, що вивчаються виявити його в ряді випадків неможливо. Окрема людина, група людей, спільнота по-різному реагують на однакові впливи в одних і тих же умовах. Гуманітарні науки досліджують властивості і реакції людського суспільства, намагаючись виявити певні тенденції і оцінити їх стійкість. При цьому виявляється, що чим більше за розміром система, тим більш стійкі тенденції в її поведінці; при певному розмірі тенденція переростає у закономірність.
Існують і інші (не суспільні) системи, що складаються з детермінованих елементів, що не мають R-перетворення.
Визначення. Системи, здатні формувати R-перетворення стосовно своєї внутрішньої мети, виходячи з конкретного стану входу (тобто ситуації), будемо називати S0-системами. Цілеспрямованість допускає як детерміністичних тлумачення (досягнення мети в даній конкретній ситуації), так і стохастичне (в середньому, за якийсь проміжок часу). S0-системи діалектично поєднують суперечливі властивості S1, S2 і S3-систем. S0-системи є основним об'єктом системного дослідження. Це складні системи, здатні керувати своєю поведінкою. Дослідження S0-систем, механізмів формування цілей, прийняття рішень і керування поведінкою складає основний предмет системологія. Будь-які системи можна розглядати як окремий випадок S0-систем.
Питання та вправи
1. Що називається R-перетворенням? Наведіть приклади систем з детермінованим R-перетворенням.
2. Що спільного і в чому відмінність у S2 і S3-систем?
3. Які типи систем вивчають гуманітарні науки і чому?
4. Чим характеризуються S0-системи?
3.2. Функції системи
Кожен об'єкт цікавий результатом свого існування, місцем, яке він займає серед інших об'єктів в навколишньому світі. Це відповідає цілеспрямованості людської діяльності. Стикаючись з новим об'єктом, ми, перш за все цікавимося його функціями, тому першим описом проблеми або системи має бути функціональне опис. Функціональне опис виходить з того, що будь-яка система виконує деякі функції: просто існує, є областю існування іншої системи, що обслуговує систему більш високого порядку, є контрольної для деякого класу систем, служить засобом або вихідним матеріалом для створення більш досконалої системи і т.д. Система може бути однофункційні, або багатофункціональної. У залежності від ступеня впливу на зовнішнє середовище і характеру взаємодії з іншими системами, функції можна розподілити за зростаючим рангах: пасивне існування, матеріал для інших систем; обслуговування системи вищого пасмочка; протистояння інших систем, середовищі (виживання); поглинання (експансія) інших систем і середовища; перетворення інших систем і середовища.
Функціональне опис ієрархічно. Функція системи представляється числовим функціоналом, що залежать від функцій, що описують вну
