1.1. Поняття, основні ознаки та класифікація систем

 

Вирішення питання про сутність системного підходу, на відміну від будь-якого іншого типу наукового аналізу, значною мірою зумовлюється тим, що потрібно розуміти під поняттям «система».

Термін «система» використовується в науковій літературі в багатьох значеннях. Л. Берталанфі під системою розуміє комплекс елементів, що знаходяться у взаємодії.

Топоров В.Н. визначає систему як «сукупність елементів, організованих таким чином, що зміна, виключення або введення нового елемента закономірно відбиваються на решті елементів».

У свою чергу, Вільям Р. Ешбі під системою розуміє «щось таке, що може змінюватися з часом», система – це «будь-яка сукупність змінних, властивих реальній машині».

Напевно, найправильніше було б сказати, що на сьогодні взагалі не існує широко прийнятного поняття системи. У цих умовах будь-яка спроба узагальнити все або принаймні всі основні означення терміна «система» неминуче призводять до того, що під системою починають розуміти все що завгодно. Але з метою визначення сутності системного підходу існує дуже велика необхідність конкретизації поняття «система».

Система (від грецьк. Σύστημα – «складене з частин») – сукупність сутностей (об'єктів) і зв'язків між ними, виділених із середовища на певний час і з певною метою.

Як і будь-яке фундаментальне поняття, система краще за все конкретизується в процесі розгляду її основних властивостей. Таких властивостей можна виділити чотири:

1. Система є насамперед сукупністю елементів. За певних умов елементи можуть розглядатися як системи.

2. Наявність істотних зв'язків між елементами і (або) їх властивостями, що перевершують за потужністю (силою) зв'язку цих елементів з елементами, що не входять до цієї системи. Під істотними зв'язками розуміють такі, що закономірно, необхідним чином визначають інтеграційні властивості системи. Вказана властивість відрізняє систему від простого конгломерату і виділяє її з навколишнього середовища у вигляді цілісного об'єкта.

3. Наявність певної організації, що виявляється в зниженні ступеня невизначеності системи в порівнянні з ентропією системоформуючих чинників, що визначають можливість створення системи. До цих чинників відносять число елементів системи, число істотних зв'язків, якими може володіти елемент, число квантів простору і часу.

4. Існування інтеграційних властивостей, тобто властивих системі в цілому, але не властивих жодному з її елементів окремо. Їх наявність показує, що властивості системи хоча і залежать від властивостей елементів, але не визначаються ними повністю.

Система не зводиться до простої сукупності елементів, і, розділивши систему на окремі частини, не можна пізнати всі властивості системи в цілому.

Таким чином, у найзагальнішому випадку поняття «система» характеризується:

наявністю безлічі елементів;

наявністю зв'язків між ними;

цілісним характером даного пристрою або процесу.

Властивості систем можна поділити на такі групи:

1. Властивості, які пов'язані з цілями і функціями системи:

 синергічність – односпрямованість (цілеспрямованість) дій компонентів підсилює ефективність функціонування системи;

 пріоритет інтересів системи ширшого (глобального) рівня перед інтересами її компонентів;

емерджентність - цілі (функції) компонентів системи не завжди збігаються із цілями (функціями) системи;

 мультиплікативність – позитивні й негативні ефекти функціонування компонентів у системі володіють властивістю множення, а не складання;

 цілеспрямованість;

 альтернативність шляхів функціонування і розвитку.

2. Властивості, які пов’язані зі структурою системи:

 цілісність – первинність цілого по відношенню до частин;

 неадитивність – принципова неможливість зведення властивостей системи до суми властивостей складових її компонентів;

 структурність – можливість декомпозиції системи на компоненти та встановлення зв'язків між ними;

 ієрархічність – кожен компонент системи може розглядатися як система (підсистема) ширшої глобальної системи.

3. Властивості, які пов'язані з ресурсами і особливостями взаємодії з середовищем:

 комунікативність – існування складної системи комунікацій із середовищем у вигляді ієрархії;

 взаємодія і взаємозалежність системи й зовнішнього середовища;

 адаптивність – прагнення до стану стійкої рівноваги, яка припускає адаптацію параметрів системи до параметрів зовнішнього середовища, що змінюються (проте «нестійкість» не у всіх випадках є дисфункціональною для системи, вона може виступати і як умова динамічного розвитку);

 надійність – функціонування системи при виході з ладу однієї з її складових, можливість збереження проектних значень параметрів системи протягом запланованого періоду;

 інтерактивність.

4. Інші властивості системи:

 інтегративність – наявність системоутворюючих, системозберігаючих чинників;

еквіфінальність – здатність системи досягати станів, не залежних від початкових умов і таких, що визначаються тільки параметрами системи;

 спадковість;

 розвиток;

 порядок;

 самоорганізація.

Відомо, що класифікацією називається розподіл деякої сукупності об'єктів на класи за найбільш істотними ознаками. Ознака або їх сукупність, за якими об'єкти об'єднуються в класи, є підставою класифікації. Клас - це сукупність об'єктів, що володіють деякими ознаками спільності.

Основними вимогами до побудови класифікації є:

в одній і тій самій класифікації необхідно застосовувати одну й ту саму підставу;

обсяг елементів сукупності, що класифікується, повинен дорівнювати обсягу елементів усіх створених класів;

члени класифікації (створені класи) повинні взаємно виключати один одного, тобто повинні бути непересічними;

поділ на класи (для багатоступінчастих класифікацій) повинен бути безперервним, тобто при переходах з одного рівня ієрархії на інший необхідно наступним класом для дослідження брати найближчий за ієрархічною структурою системи.

Отже, з точки зору характеру зв'язків параметрів системи із навколишнім середовищем розрізняють:

закриті системи - який-небудь обмін енергією, речовиною і інформацією з навколишнім середовищем відсутній;

відкриті системи - вільно обмінюються енергією, речовиною і інформацією з навколишнім середовищем. У відкритих системах можуть відбуватися явища ускладнення або спонтанного виникнення порядку.

За рангом системи розрізняють як:

підсистему - система, що є частиною іншої системи і здатна виконувати відносно незалежні функції, має підцілі, спрямовані на досягнення загальної мети системи;

надсистему – більша система, частиною якої є дана система.

За формою наведення системи поділяють на:

- абстрактні – умоглядне подання образів або моделей матеріальних систем, які підрозділяються на описові (логічні) й символічні (математичні);

- матеріальні.

Логічні системи є результатом дедуктивного або індуктивного подання матеріальних систем. Їх можна розглядати як системи понять і визначень (сукупність уявлень) про структуру, про основні закономірності станів і про динаміку матеріальних систем.

Символічні системи є формалізацією логічних систем, вони підрозділяються на класи:

статичні математичні системи або моделі, які можна розглядати як опис засобами математичного апарату стану матеріальних систем (рівняння стану);

динамічні математичні системи або моделі, які можна розглядати як математичну формалізацію процесів матеріальних (або абстрактних) систем;

квазістатичні (квазідинамічні) системи, що знаходяться в нестійкому положенні між статикою і динамікою, які при одних діях поводяться як статичні, а при інших – як динамічні.

За походженням системи (елементів, зв'язків, підсистем) розрізняють:

 штучні (знаряддя, механізми, машини, автомати, роботи і так далі);

 природні (живі, неживі, екологічні, соціальні і так далі);

 віртуальні (уявні, і хоча вони в дійсності реально не існують, але функціонують так само, як і у разі, якщо б вони реально існували);

 змішані (економічні, біотехнічні, організаційні і так далі).

За характером змінних системи можуть бути:

 системи з якісними змінними (що мають тільки змістовний опис);

 системи з кількісними змінними (що мають дискретно або безперервно описувані кількісно змінні);

 системи змішаного (кількісно – якісного) опису.

За типом опису закону (законів) функціонування системи:

 типу “Чорний ящик” (невідомий повністю закон функціонування системи; відомі тільки вхідні і вихідні повідомлення системи);

 не параметризовані (закон не описаний, описуємо з допомогою хоча б невідомих параметрів, відомі лише деякі апріорні властивості закону);

 параметризовані (закон відомий з точністю до параметрів і його можна віднести до деякого класу залежностей);

 типу “Білий (прозорий) ящик” (повністю відомий закон).

За способом управління системою (у системі):

 керовані ззовні системи (без зворотного зв'язку, регульовані, керовані структурно, інформаційно або функціонально);

 керовані зсередини (саморегульовані або самокеровані - програмно керовані, регульовані автоматично, адаптовані - пристосовані за допомогою керованих змін станів і самоорганізовані - змінюють у часі і в просторі свою структуру найбільш оптимально, упорядковують свою структуру під впливом внутрішніх і зовнішніх чинників);

 з комбінованим управлінням (автоматичні, напівавтоматичні, автоматизовані, організаційні).

Англійський кібернетик С. Вір підрозділяє всі системи на три групи - прості, складні й дуже складні. При цьому він вважає дуже істотним способом опису системи - детермінований або теоретико-ймовірнісний (табл. 1.1).

 

Таблиця 1.1 – Класифікація систем за С. Віру

 

За методом

опису      За рівнем складності

                Прості     Складні   Дуже складні

Детерміновані        «Віконний засув».

Проект механічних майстерень            ЕОМ.

Автоматизація        —

Ймовірнісні            «Підкидання монети».

Систематичний контроль якості продукції          Зберігання запасів.

Умовні рефлекси.

Прибуток промислового підприємства               Економіка.

Мозок.

Фірма

 

Усі існуючі насправді сукупності об'єктів (а будь-яка система є такою сукупністю, хоча не кожна сукупність є системою) можна розбити на три великі класи: неорганізовані сукупності, неорганічні системи, органічні системи.

Неорганізована сукупність (прикладами її можуть служити купа каменів, випадкове скупчення людей на вулиці) позбавлена якихось істотних рис внутрішньої організації. Зв'язки між її складовими носять зовнішній, випадковий, неістотний характер. Входячи до складу такого об'єднання або покидаючи його, складові не зазнають якихось змін, що говорить про відсутність у подібної сукупності цілісних, інтеграційних властивостей. Властивості сукупності в цілому, по суті, збігаються з сумою властивостей частин (складових), узятих ізольовано. Отже, така сукупність позбавлена системного характеру.

Два інших класи сукупностей – неорганічні й органічні системи – характеризує наявність зв'язків між елементами і появу в цілісній системі нових властивостей, не властивих елементам окремо. Зв'язок, цілісність і зумовлена ними стійка структура – такі відмінні ознаки будь-якої системи.

В основі відмінності органічних і неорганічних цілісних систем лежать особливості властивих ним процесів розвитку; структура ж системи є результатом цих процесів і пояснюється ними. Органічна система є ціле, що саморозвивається, яке в процесі свого індивідуального розвитку проходить послідовні етапи ускладнення і диференціації. Цим пояснюються такі специфічні особливості органічних систем, що відрізняють їх від систем неорганічних:

1. Органічна система має не тільки структурні, але й генетичні зв’язки.

2. Органічна система має не тільки зв’язки координації (взаємодії елементів), але і зв'язки субординації, обумовлені походженням одних елементів з інших, виникненням нових зв'язків тощо.

3. Органічна система має особливі механізми, що управляють, через які цілісна структура впливає на характер функціонування і розвитку частин (біологічні кореляції, центральна нервова система, система норм у суспільстві, органи управління і т. д.).

4. У неорганічному цілому внаслідок менш тісної залежності між системою і її складовими основні властивості частин визначаються їх внутрішньою структурою, а не структурою цілого. Зв’язки всередині цілого не викликають корінних якісних перетворень частин. Із цим пов’язана здатність частин неорганічного цілого до самостійного існування. У органічному ж цілому основні властивості частин визначаються закономірностями, структурою цілого. Залежність між системою і її компонентами така тісна, що елементи системи позбавлені здатності до самостійного існування.

5. Якщо в неорганічних системах елемент часто активніший за ціле (наприклад, іон хімічно активніший за атом), то з ускладненням організації активність усе більшою мірою передається від частин до цілого.

6. Органічне ціле утворюється не з тих частин, які функціонують у розвиненому цілому. В ході розвитку органічної системи відбувається якісне перетворення частин разом із цілим. Первинні компоненти всередині системи зазнають трансформації, якими визначається їх сучасна форма.

7. Стійкість неорганічних систем обумовлена стабільністю елементів, і навпаки, необхідною умовою стійкості органічних систем є постійне оновлення їх елементів.

8. Усередині органічного цілого існують своєрідні блоки (підсистеми). Їх гнучка освоєність до виконання команд керуючої системи базується на тому, що елементи підсистем функціонують імовірнісним чином і мають певний ступінь свободи.