2.1. Принципи системного підходу
Формулювання вимог до системи та до методології розв'язування проблем досягається шляхом визначення основних положень, або принципів системного підходу, які є досить загальними твердженнями, що узагальнюють досвід роботи людини зі складними системами. Такими принципами є наступні:
Принцип остаточної (глобальної) мети: глобальна мета системи має абсолютний пріоритет;
Принцип єдності: сумісний розгляд системи і як цілого, і як сукупності компонентів (елементів, підсистем, системотворчих відношень);
Принцип зв'язності: довільна компонента системи розглядається сумісно з и зв'язками з оточенням;
Принцип модульності: в багатьох випадках в системі доцільно реалізувати декомпозицію на складові (модулі) різного ступеня загальності та розглядати п як сукупність модулів та зв'язків між ними;
Принцип ієрархії: в більшості випадків в системі доцільно реалізувати iepapxi4Hy побудову та (або) впорядкування (можливий напівпорядок) п складових за важливістю;
Принцип функціональності: структура системи та и функцй повинн1 розглядатися сумісно з пріоритетом функції над структурою;
Принцип розвитку: необхідно враховувати змінність системи, п здатність до розвитку, розширення, заміни складових, накопичення інформації;
Принцип децентралізації: в управлінні системою співвідношення між централізацією та децентралізацією визначається призначенням та метою системи;
Принцип невизначеності: невизначеності та випадковості повинні братися до уваги при визначенні стратегії та тактики розвитку системи.
Принцип остаточної (єдиної, генеральної, глобальної) мети означає, що в системі все повинно бути спрямоване на досягнення призначення, підпорядковане глобальній меті. Будь-які зміни, удосконалення та управління повинні оцінюватися виходячи з того, чи сприяють вони досягненню остаточної мети. В дещо модифікованому вигляді принцип остаточної мети застосовується до систем, що не є цілеспрямованими — для таких систем поняття остаточної мети замінюється поняттям основної
14
функції, основної властивості системи. Принципи єдності, зв'язності та модульності доволі тісно пов'язаш м1ж собою, але якщо принцип єдності відображає «погляд ззовні» на систему, то принцип зв'язності орієнтує на «погляд зсередини» системи. На різних етапах дослідження системи щ погляди можуть знаходитися у різному співвідношенні.
Принцип модульності вказує на можливість розгляду замість частини системи сукупності входів та виходів цієї частини, тобто дозволяє абстрагуватися від зайвої деталізації за умови збереження можливості адекватного описання системи.
Принцип ієрархії акцентує увагу на корисності відшукання або створення в системі ієрархічного характеру зв'язків між п елементами, цілями, модулями. Iepapxinm системи, зазвичай, створюються та досліджуються «згори», починаючи з аналізу модулів вищих рівнів ієрархії. У випадку відсутності Ієрархії дослідник повинен вирішити, в якому порядку BiH буде розглядати складові системи та напрямок конкретизацй cboix уявлень.
Принцип функціональності стверджує, що довільна структура тісно пов'язана з функціями системи та и складових, і створювати (досліджувати) структуру необхідно після зрозуміння функцій системи. З практичної точки зору це означає, що у випадку надання системі нових функцій доцільно переглядати п структуру, а не прагнути «втиснути» нову функцію в стару структуру.
Принцип розвитку повинен закладатися при побудові штучних систем як здатність до вдосконалення, розвитку системи за умови збереження якісних особливостей. Межі розширення функцій та модернізації повинні бути чітко усвідомленими творцями штучної системи, тому що існують доцільні межі універсальності системи. Можливості для розвитку закладаються шляхом надання системі властивостей до самонавчання, самоорганізації, штучного інтелекту.
Принцип децентрал1зацй opieHTye на розумний компроміс між повною централізацією та наданням здатності реагувати на певні дії частинам системи. Система з повною централізацією буде негнучкою, нездатною до пристосування; ймовірно, що в такій системі інформаційні канали, що ведуть до керуючого елементу, виявляться перевантаженими, а сам керуючий елемент буде нездатним опрацювати таку велику кількість інформації. Однак чим децентралізованішими будуть рішення в системі, тим складніше їх узгодити з точки зору досягнення глобальної мети. Досягнення спільної мети в сильно децентралізованій системі може забезпечуватися лише стійким механізмом регулювання, що не дозволяє сильно відхилитися від поведінки, яка веде до досягнення спільної мети. В усіх таких випадках діє сильний зворотний зв'язок.
В системах, що не мають стійких механізмів регулювання, наявність того чи іншого рівня централ1зацй е необхідністю, і це пов'язане з оптимальним співвідношенням керуючих дій, які отримуються «згори» певним елементом з діями, що продукуються цим елементом самостійно.
15
Загальне правило є наступне: ступінь централізації повинен бути мінімальним, що забезпечить досягнення остаточної мети.
Окрім того є ще один аспект централізації та децентралізації: «згори» надходять узагальнені керуючі дії, які конкретизуються на нижніх рівнях. Оскільки конкретизація можлива неєдиним способом, то нижш piBHi отримують ще один «ступінь свободи». Хоча, з іншого боку, з точки зору верхнього рівня, деякі керуючі дії загального характеру можуть бути неправильно проінтерпретовані нижнім рівнем.
Принцип невизначеності стверджує, що в багатьох (більшості, коли це стосується штучних систем за участю людини) випадках ми працюємо з системою, про яку ми не все знаємо, чи не все розуміємо у и поведшщ. Це може бути система з невідомою структурою, непередбачуваним перебігом деяких процесів, зі значними відмовами, з невідомими зовнішніми втручаннями. Частковим випадком невизначеності є випадковість — ситуація, коли вид поди вщомий, але вона може трапитися, або ж ні. На ґрунті такого означення можна ввести повне поле подій — множину подій, про яку відомо, що якась з подій, що належать до цієї множини, обов'язково трапиться. Врахування невизначеності в системі можливо як на ґрунті принципу гарантованого результату, так і спробою описання за допомогою методів теорй Ймов1рност1 та математичної статистики або ж лінгвістичних змінних, а підвищення рівня надійності досягається шляхом введення резервування.
Принципи системного підходу є загальними положеннями, що відображають абстраговані від конкретного змісту прикладних проблем відношення.
Тому цілком послідовним є запитання: «Яким чином застосувати такі знання?»
Для конкретної системи чи проблемної ситуації принципи системного підходу повинні бути конкретизовані, тобто насамперед повинна бути дана відповідь на запитання: «Що означає той чи інший принцип у цій предметній області та в цій конкретній ситуації?» Наповнення принципів конкретним змістом виконується системним аналітиком. Це дозволяє у випадку складних систем краще побачити суттєві особливості проблеми, врахувати важливі взаємні зв'язки. В багатьох випадках інтерпретація системних принципів в конкретних умовах дозволяе тднятися на новий рівень розуміння системи загалом, вийти за межі розгляду п «зсередини». Така інтерпретація може приводити до висновків про відсутність умов для застосування деяких з принципів або їх незначного впливу в певних конкретних умовах.
Багаторазове застосування принципів системного підходу в різних системах приводить до розвитку у дослідника особливого, системного типу мислення. Саме тому результати застосування системних принципів та методологш е певною мірою мистецтвом і вимагають системноаналітичного досвіду.
16
2.2. Поняття: системи, елементу, навколишнього середовища, мети, декомпозиції, функції, стану, процесу.
Базовим поняттям системного аналізу є система. Незважаючи на загальність цього поняття, воно має чггю трактування, залежно від джерел походження.
Виділяються дві групи визначень системи.
Першу групу утворюють визначення, які не виділяють поняття цілісності системи: «Система - це множина об'єктів разом з відношеннями між об'єктами та між їх атрибутами (властивостями)».
Історія визначень такого типу зрозуміла і має джерело походження -природничі науки, в яких дослідник йшов шляхом від простого до складного — поділяв систему на елементи, розглядав властивості окремих частин і способи їх взаємодії, отримуючи таким чином уявлення про систему як про сукупність взаємопов'язаних елементів. Однак не завжди із властивостей елементів та їх відношень можливим є виведення загальних властивостей системи.
Інша група визначень включає цілісність як важливу властивість системи (це поняття є властивим для складних систем). Дійсно, якщо в результаті детального вивчення системи знайдена властивість, яку не можна поставити у відповідність ні одному з и елементів, то визначення першої групи виявляється недійсним, і потрібно «довизначати» систему. В цьому ccHci система - це комплекс взаємопов'язаних елементів та взаємозв'язків між ними, що утворюють цілісність, що є особливою єдністю з середовищем та є елементом «надсистеми», і цш цш1сност1 притаманні властивості, мета цілі та функції не властиві окремим елементам.
Виходячи з визначень цієї групи систему S будемо розглядати у вигляді кортежу
S = <M,Xs,Xg,F),
де Μ - множина елементів системи, Xs - множина зв'язків між елементами системи, х^ - множина зв'язків між елементами системи та зовнішнім середовищем, F - множина нових (системних) функцій, властивостей, призначень.
Наявність істотних стійких зв'язків, саме істотних, а не будь-яких (відношень) між елементами або (та) їхніми властивостями, що перевершують по силі зв'язки (відношення) цих елементів з елементами, що не входять у дану систему, є важливим атрибутом системи. Саме щ зв'язки визначатимуть інтегративні властивості системи.
Властивість цілісності відрізняє систему від простого набору елементів і виділяє и з навколишнього середовища.
Важливими властивостями системи є комунікативність, інтегративність, ступінь рівноваги та стійкості, адаптація.
Комунікативність - степінь зв'язку з зовнішнім середовищем.
17
Поняття інтегративності визначає фактори, які утворюють і зберігають систему.
Рівновага системи - це здатність зберігати деякий стан при відсутності збурень.
Стійкість - здатність системи повертатись до попереднього стану, після того як вона була з нього виведена.
Адаптація - здатність системи до цілеспрямованого пристосування.
Визначення елементів не системи (середовища), які пов'язаш i3 системою, впливають на неї і є під п впливом, є надзвичайно важливим етапом системних досліджень.
Уведення часових характеристик при дослідженні системи розкриває суть важливих п властивостей перебувати у певному стані та змінювати щ стани в часі.
Стан системи - це зафіксовані значення характеристик системи, важливі для цілей дослідження. Зміна довільної з числа цих характеристик означатиме перехід системи до іншого стану. Отже, отримаємо набір станів, який ще не є процесом.
Процес - це набір станів системи, що відповідає впорядкованій неперервній або дискретній зміні деякого параметра, що визначає характеристики чи властивості системи. В більшості випадків таким параметром є час.
Процес зміни станів системи в часі відображає и динаміку. Процеси в системі мають різноманітне значення. Зокрема, процеси створення комп'ютеризованої інформаційної системи вимагають реал1зацй р1зних "під процесів", які забезпечують основну функцію розробника. Отже, процеси описуються як залежності виходів від входів в модулях різного ступеня узагальнення або різного рівня ієрархії. При цьому принципово не важливо, чи сприяє, а чи перешкоджає загалом той чи інший процес реалізації системою своїх функцій.
Середовище - це сукупність всіх об'єктів, які впливають на систему, а також об'єктів, що змінюються під впливом системи, але не входять до п складу. Весь наш світ можна розглядати як гігантську систему, але ми не досліджуємо Всесвіт практично кожен раз, коли виникає проблема. Тому певна система є підсистемою Всесвіту, а Всесвіт лише в найбільш широкому ceHci можна називати середовищем цієї системи, а в абсолютны бшьшост1 середовище - це все те, що взаємодіє з системою, тобто теж певна підсистема Всесвіту.
Між середовищем та системою існують відношення, які узгоджуються через призначення системи. Зміна оточуючого середовища призводить до зміни призначення системи. Розуміння призначення не є сталим під час вивчення системи. Воно може змінюватися в процесі конкретизації. Відображенням призначення є мета.
Мета - відображає те, що може чи повинно виникнути, прообраз майбутнього, стан, який бажано досягнути. Вона тією чи іншою мірою
18
присутня у свідомості людини, яка здійснює довільний вид діяльності, і переноситься ним на багато природних та штучних систем. Пізнання мети допомагає зрозуміти сутність систем, що досліджуються, і власне тому iHTepec до змісту цього поняття безперервно зростає. Мета може змінюватися залежно від розвитку в часі призначення.
Мета має декілька аспектів. Пізнавальний аспект мети відповідає прогнозу майбутнього, а конструктивний - можливим способам переходу до бажаного майбутнього чи плану дій. У тих випадках, коли мета відносно проста, усвідомлення мети включає і спосіб її досягнення, а у випадку складної мети - план набуває самостійного значення як елемент постановки мети. План встановлює послідовність етапів досягнення мети, визначаються засоби та методи, строки дій.
Виходячи із мети системи и елемент можна розглядати як деякий об'єкт (матеріальний, енергетичний, інформаційний), що має ряд важливих властивостей, але внутрішня будова якого безвідносна до мети дослідження.
Мета конкретизується шляхом декомпозиції за допомогою цілей.
Декомпозиція - це поділ системи на частини з метою зробити зручнішими певні операції з цією системою. Найважливішим стимулом і суттю декомпозицй е спрощення системи, надміру складної для розгляду цілком.
3 точки зору мети дослідження системи її елементи не піддаються подальшій декомпозиції при обраному рівні розгляду системи.
Функція системи - це дії, які виконує система система або може виконувати для досягнення мети і реалізації свого призначення.
Функцію елементу зручно розглядати як сукупність його станів у npocTopi та часі. При взаємодії функцій доволі часто виникає нова властивість (властивості), які не виявляються в кожному окремому елементі системи. Одна й та ж функція може здійснюватися декількома шляхами.
Одним зі способів розкриття внутрішньої суті мети є побудова дерева цілей. Цілі в часовому аспекті поділяються на тактичні цілі, макроцілі, та ідеали.
Тактичні цілі - це бажані результати, досягнення яких відбувається за визначений і порівняно короткий період часу. Макроцілі досягаються за довший час і вимагають для цього досягнення хоча б однієї тактичної цілі. Ідеали - це такі цілі, які ніколи не досягаються, але до яких система постійно наближається, реалізуючи деякі тактичні та макроцілі.
За наявністю інформації про способи досягнення цілей виділяються наступні класи цілей:
Функціональна ціль - це ціль, спосіб досягнення якої відомий системі що вже досягала цю ціль. Функцюнальш ц1л1 повторюються в часі та просторі. Прикладами такого типу цілей є результати виконання виробничих операцій, що періодично повторюються, стандартні функції управління та ін.
19
Ціль-аналог - це образ, який отриманий в результаті дй шшо1 системи, але який ні разу не досягався системою, що розглядається, а якщо і досягався, то за інших умов зовнішнього середовища.
Ціль розвитку, або нова ціль - це ціль, яка ніколи і ніким раніше не досягалася. Така ціль по суті пов'язана з утворенням нових систем.
Щ типи цілей пов'язані одна з іншою. Ціль розвитку за умови и успішного досягнення однією з систем перетворюється в ціль-аналог для всіх інших систем, а для даної системи стає функціональною ціллю за умови незмінних зовнішніх умов та ціллю-аналогом за умови змінених зовнішніх умов.