Лекции и учебные пособия по системному анализу

Системный анализ

«Теория систем и системный анализ»

Ю. П. Сурмин

Оглавление    
Вопросы и задания для самоконтроля «Характеристика сложных систем»

Глава 3: Типология систем

3.1. Проблема построения классификации систем

Сущность и необходимость классификации систем

Классификация систем представляет собой исключительно сложную проблему, которая еще не разрешена в науке. Причин несколько. Наиболее существенная из них заключается в том, что конкретных разновидностей систем столь много, что создается ощущение их полного совпадения со всеми типами имеющихся объектов. Другая причина состоит в абстрактности понимания самой системы. Сказывается также и то обстоятельство, что до сих пор не выработаны общие параметры, характеризующие систему.

Заметим, что с развитием различных наук и практики обостряется необходимость разработки сущностной классификации систем. Важнейшее требование к научной классификации систем — обоснованность ее оснований, которые должны получить концептуальное обоснование. Сама классификация как некоторая умозрительная система должна удовлетворять требованиям достаточности оснований и охвата совокупности имеющихся и возможных систем. Таким образом, лучшая классификация, подобно периодической системе элементов Д. И. Менделеева, должна помочь предсказать появление или открытие принципиально новых систем.

Самое важное назначение классификации — описание свойств ее классов и подклассов, видов и подвидов систем, что позволяет использовать ее для идентификации конкретных систем, с которыми сталкиваются люди в тех или иных областях деятельности.

Одной из первых попыток создания классификации систем была попытка А. А. Богданова. В результате непрерывного взаимодействия формируется три вида комплекса (системы), которые Богданов различает по степени их организованности — организованные, неорганизованные, нейтральные.

Ныне существуют самые разнообразные подходы к классификации систем. Б. А. Гладких с соавторами анализируют классификации видов, представленных на рис. 5 [16, с. 17-20].

Виды классификаций систем

Рис. 5 — Виды классификаций систем

Предметная классификация строится на основе выделения всех видов конкретных систем. Такова, например, классификация Стефана Бира, которая представляет собой матрицу (табл. 4).

Системы Простые Сложные Очень сложные
Детерминированные      
Вероятностные      

Таблица 4 — Классификация систем по Ст. Биру

В клетки данной матрицы заносятся конкретные разновидности существующих систем (обычная оконная задвижка — простая детерминированная система, а общество — вероятностная очень сложная система).

Категориальные классификации выделяют системы по некоторым признакам, общим для всех систем. Такой подход был реализован Б. А. Гладких с соавторами [16, с. 23] на основе определения системы А. И. Уемовым в триаде «вещь» — «свойство» — «отношение» (табл. 5).

Категориальные характеристики Компоненты системы
Свойства Элементы Отношения
Моно
Поли
Статические
Динамические (функционирующие)
Динамические (развивающиеся)
Детерминистские
Случайные
Простые
Сложные

Таблица 5 — Классификация систем по Б. А. Гладких

Отсюда выделяются такие типы систем:

  • монофункциональная детерминистская простая (работа часового механизма, небольшого предприятия);
  • монофункциональная случайная простая (те же примеры, только при наличии помех);
  • монофункциональная вероятностная сложная (системы с обилием и сложностью случайных факторов);
  • моноразвивающаяся детерминированная простая (предприятие, осваивающее выпуск новой продукции);
  • моноразвивающаяся вероятностная простая;
  • моноразвивающаяся вероятностная сложная;
  • полифункциональная детерминированная простая;
  • полифункциональная детерминированная сложная;
  • полифункциональная вероятностная простая;
  • полифункциональная вероятностная сложная;
  • полиразвивающаяся детерминированная простая;
  • полиразвивающаяся детерминированная сложная;
  • полиразвивающаяся вероятностная простая;
  • полиразвивающаяся вероятностная сложная.

В классификации В. Г. Афанасьева четыре класса систем [3, с. 46-54]:

  • системы, существующие в объективной действительности, неживой и живой природе, обществе;
  • системы концептуальные, идеальные, которые иногда называют абстрактными;
  • искусственные, которые созданы человеком;
  • смешанные, в которые входят системы и элементы предыдущих систем.

А. Н. Аверьянов [1] выделяет системы целостные и суммативные, органические и неорганические, динамические и статические, открытые и закрытые, самоорганизованные и неорганизованные, управляемые и неуправляемые. Л. А. Петрушенко выделяет: по происхождению — естественные и искусственные, по содержанию — материальные и идеальные, по отношению причинно-следственной связи — детерминированные и вероятностные, по отношению к окружающей среде — открытые и закрытые [20, с. 17-18].

Одной из распространенных является классификация С. А. Саркисяна с соавторами [5], в которой все системы делятся на абстрактные и материальные с последующим делением их на простые разновидности (рис. 6).

Классификация систем по С. А. Саркисяну

Рис. 6 — Классификация систем по С. А. Саркисяну

Существенный недостаток данной классификации состоит в том, что из нее выпадают целые классы систем (биологические, физиологические, социальные), т.е. она не охватывает материальные системы.

Развернутую типологию систем дают В. В. Дружинин и Д. С. Кон-торов [8, с. 119-148]. Они разбивают их сначала на классы по природе на технические, кибернетические, биологические, общественные и интеллектуальные, а затем — на подклассы. При этом системы распадаются: технические — на простые и сложные, равновесные и неравновесные; кибернетические — на программные, адаптивные и активные, биологические — на предбиологические, простейшие, колонии специализированных организмов, колонии централизованных, колонии высших; общественные — на индивидуумы, простая группа, управляемая группа, сообщество, общество, большое общество, человеческое общество, сверхобщество; интеллектуальные — на конкретные и абстрактные.

Ю. И. Черняк выделяет большие (нельзя наблюдать одному наблюдателю), сложные (нельзя скомпоновать из нескольких подсистем), динамические (постоянно изменяющиеся), кибернетические (отражают процессы управления) и целенаправленные (обладающие целенаправленностью) системы [27].

М. Д. Лесечко, пытаясь обобщить имеющиеся классификации систем, выделяет: по происхождению — естественные, искусственные и смешанные системы; по описанию переменных на системы —с качественными переменными, с количественными переменными и системы со смешанными переменными; по типам операторов на системы — " черные ящики", непараметрические, параметрические системы и "белые ящики"; по способу управления — управляемые, неуправляемые и системы с комбинированным управлением [13, с. 89-100].

Анализ классификаций показывает, что многие из них отличаются эклектичностью, несущественностью и неполнотой.

Сущностная классификация систем

В основу любой классификации должна быть положена концепция, объясняющая классифицируемые явления. Классификация представляет собой многоступенчатое, разветвленное деление логического объема понятия. В результате создается система соподчиненных понятий: делимое понятие — род, новые понятия — виды, виды видов (подвиды) и т.д. Концептуальный подход к классификации делает ее сущностной (рис. 7).

Интерпретация основных составляющих системы

Рис. 7 — Интерпретация основных составляющих системы

Для построения сущностной классификации систем к ним, как это не покажется тавтологично, нужно подходить с системных позиций. По нашему мнению, любая система характеризуется четырьмя основными параметрами: субстанцией, строением, функционированием и развитием.

При этом под субстанцией понимается сущностное свойство предмета как целостности, основание и центр всех его изменений, активную их причину и источник функционирования. Под строением системы подразумевается наличие в системе элементов, связей и организации. Функционирование рассматривается как процесс реализации системой своих функций, а развитие — как процесс качественных изменений системы. Тогда система — это структурно-функциональная развивающаяся субстанциональная целостность.

Каждая из четырех составляющих сущностной характеристики системы может быть представлена совокупностями основополагающих параметров, соответствующих их природе. Так, субстанция может быть представлена природой систем, их сложностью, масштабами, детерминацией, происхождением и способом бытия. Для строения свойственны элементы, связи, организация, структура и сложность. Функционирование выражается равновесием, целью, результатом и эффективностью. Развитие характеризуется адаптивностью, скоростью, воспроизводством, вектором и траекторией.

На основании выделенных параметров можно дать классификацию системы на субстанциональном уровне, уровнях строения, функционирования и развития (табл. 6).

Основание классификации Система
Вид Характеристика
Субстанциональный уровень системы
Природа системы Физическая Совокупность физических элементов, интегрированных на физических законах (поезд, мост, космические объекты)
Техническая Совокупность деталей, техническое устройство (станок, конвейер, техническое устройство)
Кибернетическая Множество взаимосвязанных объектов — элементов системы, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией (автопилот, регулятор температуры в холодильнике, ЭВМ, человеческий мозг, живой организм, биологическая популяция, человеческое общество)
Химическая Множество элементов, взаимосвязанных химическими связями (молекула, химическое соединение)
Биологическая Организмы или их сообщества (растение, животное)
Социальная Общество или некоторая его составляющая, развивающаяся как целое (государство, экономика, законодательство)
Интеллектуальная Знание, способы познания и мышления (методы научного познания, математика)
Способ существования системы Абстрактная Единство некоторых символов или знаков (теория, система исчисления)
Материальная Совокупность материальных явлений (город, горная система)
Характер детерминации Стохастическая, вероятностная Поведение носит вероятностный характер (ценообразование, игра)
Детерминированная Поведение предопределено (падение предметов)
Происхождение систем Естественная Возникает и развивается естественно, без вмешательства человека
Искусственная Возникает и развивается благодаря человеку
Естественно-искусственная Возникает и развивается естественно и путем вмешательства человека
Масштабы Микромасштабная Относительно небольшое образование (малая или контактная группа, вирусы)
Макромасштабная Значительное по размеру образование
Метасистема Сверхбольшое образование (общество, планета)
Мегасистема Бесконечное по размеру образование (Вселенная)
Уровень строения системы
Количество элементов Одноклеточная Состоит из одного элемента (Земля, клетка)
Бинарная Состоит из двух элементов (Земля — Луна)
Тринарная Состоит из трех элементов (системы треугольники)
Четырехэлементная Состоит из четырех элементов (футбольное поле)
Многоэлементная Состоит из многих элементов (план города)
Степень открытости Открытая Открыта для воздействия внешней среды (демократическое общество)
Закрытая Закрыта для воздействия внешней среды (тоталитарное общество)
Характер взаимодействия элементов Координационная Элементы отличаются равноправием (дружба, отделы одного уровня в системе управления)
Иерархическая Элементы соподчинены (система управления)
Координационно-иерархическая Объединяет равноправные и неравноправные элементы (общество)
Степень организованности Недостаточно организованная система, или хаос-система Переходная экономика, реорганизуемое предприятие, кризис
Суммативная Неразвитое взаимодействие между элементами (империя Александра Македонского)
Организованная Выраженные организационными структурами (правительство, предприятие)
Заорганизованная Однозначно предопределенное поведение элементов (армия, тюрьма)
Степень сложности системы Простая Состоит из небольшого числа элементов и связей между ними (телефонный абонент)
Сложная Включает в себя большое число простых систем (телефонная станция)
Сверхсложная Включает в себя большое число сложных систем (телефонная связь)
Тип структуры Линейная Линейная структура взаимосвязи элементов (цепь, участок метро)
Сотовая Разветвленные связи, множество путей прохождения информации (связь)
Иерархическая Соподчинение элементов (власть)
Смешанная Наличие всех типов структуры (предприятие)
Наличие информации о строении системы «Черный ящик» С неизвестным строением
«Серый ящик» С наличием некоторой информации о ее строении
«Белый ящик» С известным строением
Уровень функционирования системы
Характер воспроизводства Воспроизводимая окружающей средой Последствия любых действий
Воспроизводящая себе подобных Животные, растения
Количество функций Монофункциональная Реализация одной функции (контроль)
Полифункциональная Реализация одновременно нескольких функций (система управления)
Характер размещения Плоскостная Размещена в плоскости (земельный участок)
Трехмерно-пространственная система Городская среда
Многомерная Социальная технология
Равновесие Равновесная Сохранение равновесия (рынок)
Неравновесная Нарушение равновесия (конфликт)
Цель Одноцелевая Ориентирована на достижение одной цели (карьера, система обслуживания)
Многоцелевая Направлена на достижение нескольких целей (человек, многопрофильная фирма)
Эффективность Неэффективная Отличается низкой эффективностью (погрузка неподготовленными людьми)
Средней эффективности Свойственна выраженная эффективность (грузчик)
Эффективная Со значительной эффективностью (автопогрузчик)
Результат С нулевым результатом Не имеет результата (пассивный работник)
Результативная Отличается результативностью (активный работник)
С высоким результатом Высокий синергетический результат (работоголик)
Уровень развития системы
Способность приспосабливаться Адаптивная Способность приспосабливаться, не теряя своей идентичности (успевающие студенты первого курса)
Неадаптивная Не обладает способностью приспосабливаться (неуспевающие студенты первого курса)
Способность к движению (скорость) Статическая Статические, неменяющиеся образования (скала)
Динамическая Характеризуется изменяемостью (экономика наиболее развитых стран)
Вектор развития Восходящего развития Свойственен рост показателей развития с той или иной скоростью (экономика периода подъема, политики с нарастающими рейтингами)
Нисходящая Присуще падение показателей развития с той или иной скоростью (кризисная экономика, политики с падающей поддержкой электората)
Стабильная Свойственно сохранение показателей (системы устойчивого развития)
Способность самовоспроизводства Неорганическая Неспособность к самовоспроизводству (механические, технические системы)
Органическая Способность к самовоспроизводству (организмы)
Этап развития Система-зародыш Находится на стадии возникновения (зародыши)
Детская На стадии становления (ребенок, новое государство)
Молодая В процессе достижения зрелости (молодежь, молодое государство)
Зрелая Соответствует всем качествам зрелости (человек среднего возраста, развитое демократическое государство)
Кризисная В процессе падения показателей, разрушения и перестройки (кризисная экономика)
Переходная Переходит из одного состояния в другое (украинская экономика)
Деградирующая Доминирование процессов ухудшения показателей и разрушения (экономика Украины начала 90- х годов)
Траектория развития Линейная Подчиняется линейной функции развития (линейные зависимости)
Нелинейная Подчиняется нелинейным функциям развития (население планеты)

Таблица 6 — Классификация систем

Данная классификация может быть углублена по нескольким направлениям. Во-первых, она представляет собой дерево, ветвями которого выступают выделенные по основаниям виды систем. Отсюда каждую конкретную разновидность системы можно представить посредством фиксации ее характеристик по каждому срезу и основанию. Например, кибернетическая система — множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией. Система включает также связи между элементами. Элементы и связи между ними могут обладать свойствами (показателями), каждое из которых принимает некоторое множество значений. Примеры кибернетических систем: автопилот, регулятор температуры в холодильнике, ЭВМ, человеческий мозг, живой

организм, биологическая популяция, человеческое общество. Кибернетические системы по степени сложности различают: простые, сложные и сверхсложные. Некоторые из них могут быть детерминированными, а некоторые — стохастическими. Отсюда получим, например, такую классификацию систем:

  • простые детерминированные системы: холодильник с регулятором; размещение станков в цехе; система автобусных маршрутов; семейный бюджет; расписание занятий факультета;
  • сложные детерминированные системы: ЭВМ; цветной телевизор; сборочный автоконвейер;
  • сверхсложные детерминированные системы: шахматы;
  • простые вероятностные системы: лотерея; система статистического контроля продукции на предприятии;
  • сложные вероятностные системы: материально-технического снабжения на предприятии; диспетчеризации движения самолетов вблизи крупного аэропорта; система диспетчеризации транспортной системы страны;
  • сверхсложные вероятностные системы: предприятие в целом, включая все его технические, экономические, административные, социальные характеристики; общество; человеческий мозг.

Второй путь углубления классификации заключается в поисках подвидов по каждому виду. Выделяют несколько разновидностей систем по типу нелинейной функции или в качестве разновидностей кибернетических систем можно представить, например, системы по принципу «черного ящика» и системы по принципу «серого» и «белого ящика».

Оглавление    
Вопросы и задания для самоконтроля «Характеристика сложных систем»


Система Orphus

Яндекс.Метрика