Свойства системы: определение, особенности, классификация
Многим знакома фраза из фильма Эндрю и Лоуренса Вачовски: "Матрица - это система. Она и есть наш враг". Однако стоит разобраться в понятиях, терминах, а также в возможностях и свойствах системы. Так ли она страшна, как ее представляют во многих фильмах и литературных произведениях? О характеристиках и свойствах системы и примерах их проявления пойдет речь в статье.
Значение термина
Слово «система» греческого происхождения (σύστημα), обозначающее в дословном переводе целое, состоящее из соединенных частей. Однако понятие, скрывающееся под этим термином, гораздо многограннее.
Хотя в современной жизни практически все вещи рассматриваются как функциональные системы, нельзя дать единственно правильное определение этому понятию. Как ни странно, происходит это из-за проникновения теории систем буквально во все сферы жизнедеятельности человека.
Еще в начале двадцатого века велись дискуссии о различии свойств линейных систем, исследуемых в математике, логике, от особенностей живых организмов (примером научной обоснованности в данном случае является теория функциональных систем П. К. Анохина). На современном этапе принято выделять ряд значений этого термина, которые образуются в зависимости от анализируемого объекта.
В двадцать первом веке появилось более подробное объяснение греческого термина, а именно: «целостность, состоящая из элементов, которые связаны между собой и находятся в определенных отношениях». Но это общее описание значения слова не отражает свойств системы, анализируемой наблюдателем. В связи с этим понятие будет приобретать новые грани толкования в зависимости от рассматриваемого объекта. Неизменными останутся лишь понятия целостности, основных свойств системы и ее элементов.
Элемент как часть целостности
В теории систем принято рассматривать целое как взаимодействие и отношения определенных элементов, которые, в свою очередь, являются единицами с определенными свойствами, не подлежащими дальнейшему членению. Параметры рассматриваемой части (или свойства элемента системы), как правило, описываются при помощи:
- функций (выполняемые рассматриваемой единицей действия в рамках системы);
- поведения (взаимодействие с внешней и внутренней средой);
- состояния (условие нахождения элемента с измененными параметрами);
- процесса (смена состояний элемента).
Стоит обратить внимание на то, что элемент системы не равнозначен понятию «элементарность». Все зависит от масштабов и сложности рассматриваемого объекта.
Если обсуждать систему свойств человека, то элементами будут выступать такие понятия, как сознание, эмоции, способности, поведение, личность, которые, в свою очередь, сами могут быть представлены как целостность, состоящая из элементов. Из этого следует вывод, что элемент может рассматриваться как субсистема рассматриваемого объекта. Начальным этапом в системном анализе и является определение состава «целостности», то есть уточнение всех входящих в нее элементов.
Связи и ресурсы как системообразующие свойства
Любые системы не находятся в изолированном состоянии, они постоянно взаимодействуют с окружающей средой. Для того чтобы вычленить какую-либо «целостность», следует выявить все связи, объединяющие элементы в систему.
Что такое связи и как они влияют на свойства системы.
Связь – взаимная зависимость элементов на физическом или смысловом уровне. По значимости можно выделить следующие связи:
- Строения (или структурные): характеризуют в основном физическую составляющую системы (например, благодаря меняющимся связям углерод может выступать как графит, как алмаз или как газ).
- Функционирования: гарантируют работоспособность системы, ее жизнедеятельность.
- Наследования: случаи, когда элемент «А» является источником для существования «В».
- Развития (конструкционные и деструкционные): имеют место либо в процессе усложнения структуры системы, либо наоборот – упрощения или распада.
- Организационные: к ним можно отнести социальные, корпоративные, ролевые. Но наиболее интересной группой являются связи управления как позволяющие контролировать и направлять развитие системы в определенное русло.
Наличие тех или иных связей обусловливает свойства системы, отображает зависимости между конкретными элементами. Так же можно проследить использование ресурсов, необходимых для построения и функционирования системы.
Каждый элемент изначально снабжен определенными ресурсами, которые он может передавать иным участникам процесса или обменивать их. Причем обмен может происходить как внутри системы, так и между системой и внешней средой. Классифицировать ресурсы можно следующим образом:
- Материальные – представляют собой объекты материального мира: склады, товары, устройства, станки и т. д.
- Энергия – сюда включаются все виды, известные на современном этапе развития науки: электрическая, ядерная, механическая и т. д.
- Информация.
- Человеческие – человек выступает не только как работник, выполняющий некоторые операции, но и как источник интеллектуальных фондов.
- Пространство.
- Время.
- Организационные – в данном случае структура рассматривается как ресурс, недостаток которого может привести даже к распаду системы.
- Финансовые – для большинства организационных структур являются основополагающими.
Уровни систематизации в теории систем
Поскольку системы обладают определенными свойствами и признаками, их можно подвергнуть классификации, целью которой является выбор соответствующих подходов и средств описания целостности.
Согласно содержательному принципу деления, различают реальные и абстрактные системы. Для удобства восприятия информацию представим в виде таблицы.
| Системы | |||
| Реальные | Абстрактные | ||
| Естественные | Искусственные | Непосредственного отображения | Генерализующие |
| Физические | Технические | Математические модели | Концептуальные модели |
| Биологические | Социальные | Логико-эвристические модели | Языки |
| Организационно-технические | |||
Основные критерии типизации систем
Существует категоризация относительно взаимодействия с внешней средой, структуры и пространственно-временных характеристик. Оценку функциональности систем можно производить по следующим критериям (см. таблицу).
| Критерии | Классы |
| Взаимодействие с внешней средой | Открытые – взаимодействующие с внешней средой Закрытые – проявляющие резистентность по отношению к воздействию внешней среды Комбинированные – содержат оба вида подсистем |
| Структура целостности | Простые – включающие небольшое количество элементов и связей Сложные – характеризуются неоднородностью связей, множественностью элементов и разнообразием структур Большие – отличаются множественностью и разнородностью структур и подсистем |
| Выполняемые функции | Специализированные – узкая специализация Многофункциональные – структуры, выполняющие несколько функций одновременно Универсальные (например, комбайн) |
| Развитие системы | Стабильные – структура и функции неизменны Развивающиеся – имеют высокую сложность, подвергаются структурным и функциональным изменениям |
| Организованность системы | Хорошо организованные (можно обратить внимание на свойства информационных систем, для которых характерны четкая организация и ранжированность) Плохо организованные |
| Сложность поведения системы | Автоматические – запрограммированный ответ на внешнее воздействие с последующим возвращением к гомеостазу Решающие – основаны на постоянных реакциях на внешние раздражители Самоорганизующиеся – гибкие реакции на внешние раздражители Предвидящие – превосходят внешнюю среду по сложности организации, способна предвидеть дальнейшие взаимодействия Превращающиеся – сложные структуры, не связанные с вещественным миром |
| Характер связи между элементами | Детерминированные – состояние системы может быть предсказано для любого момента Стохастические – их изменение носит случайный характер |
| Структура управления | Централизованные Децентрализованные |
| Назначение системы | Управляющие – свойства системы управления сводятся к регулированию информационных и иных процессов Производящие – характеризуются получением продуктов или услуг Обслуживающие – поддержка работоспособности систем |
Группы свойств системы
Свойством принято называть некоторые характерные признаки и качества элемента или целостности, которые проявляются при взаимодействии с иными объектами. Можно выделить группы свойств, характерные практически для всех существующих общностей. Всего известно двенадцать общих свойств систем, которые разделены на три группы. Информацию смотрите в таблице.
| Статические | Динамические | Синтетические |
| Целостность | Функциональность | Эмерджентность |
| Открытость | Стимулируемость | Неделимость на части |
| Внутренняя неоднородность систем | Изменчивость системы со временем | Ингерентность |
| Структурированность | Существование в изменяющейся среде | Целесообразность |
Группа статических свойств
Из названия группы вытекает, что система обладает некоторыми особенностями, которые присущи ей всегда: в любой определенный промежуток времени. То есть это те характеристики, без обладания которыми общность перестает быть таковой.
Целостность – это свойство системы, которое позволяет выделить ее из окружающей среды, определить границы и отличительные черты. Благодаря ему возможно существование устоявшихся связей между элементами в каждый выделенный момент времени, которые позволяют реализовать цели системы.
Открытость – одно из свойств системы, основанное на законе взаимосвязи всего существующего в мире. Суть его в том, что можно найти связи между любыми двумя системами (как входящие, так и выходящие). Как можно заметить, при детальном рассмотрении эти взаимодействия различны (или несимметричны). Открытость свидетельствует о том, что система не существует изолированно от среды и производит обмен ресурсами с ней. Описание этого свойства обычно называют «моделью черного ящика» (со входом, который обозначает влияние среды на целостность, и выходом – влиянием системы на среду).
Внутренняя неоднородность систем. В качестве наглядного примера подойдет рассмотрение свойств нервной системы человека, устойчивость которой обеспечивается многоуровневой, разнородной организацией элементов. Принято рассматривать три основные группы: свойства мозга, отдельных структур нервной системы и конкретных нейронов. Информация о составных частях (или элементах) системы позволяет составить карту иерархических связей между ними. Следует обратить внимание, что в данном случае рассматривается «различимость» частей, а не их «разделимость».
Трудности определения состава системы заключаются в целях исследования. Ведь один и тот же объект можно рассмотреть с точки зрения его ценности, функциональности, сложности внутреннего устройства и т. д. Вдобавок ко всему, большую роль играет умение наблюдателя находить различия элементов системы. Поэтому модель стиральной машины у продавца, технического работника, грузчика, ученого будет абсолютно иной, поскольку перечисленные люди рассматривают ее с разных позиций и с разными установленными целями.
Структурированность – свойство, описывающее взаимосвязи и взаимодействия элементов внутри системы. Связи и отношения элементов составляют модель рассматриваемой системы. Благодаря структурированности поддерживается такое свойство объекта (системы), как целостность.
Группа динамических свойств
Если статические свойства - это то, что можно наблюдать в любой отдельно взятый момент времени, то динамические относятся к разряду подвижных, то есть проявляющихся во времени. Это изменения состояния системы на протяженности определенного отрезка времени. Наглядным примером может служить смена времен года на каком-либо наблюдаемом участке или улице (статические свойства остаются, но видны воздействия динамических). Какие свойства системы относятся к рассматриваемой группе?
Функциональность – определяется воздействием системы на среду. Характерной особенностью является субъективность исследователя в выделении функций, продиктованная поставленными целями. Так, автомобиль, как известно, является «средством передвижения» - это его основная функция для потребителя. Однако покупатель при выборе может руководствоваться и такими критериями, как надежность, комфортность, престижность, дизайн, а также наличие сопутствующих документов и т. д. В данном случае раскрывается многофункциональность такой системы, как машина, и субъективность приоритетов функциональности (поскольку будущий водитель выстроил свою систему главных, второстепенных и незначительных функций).
Стимулируемость – проявляется повсеместно как адаптирование к внешним условиям. Ярким примером являются свойства нервной системы. Воздействие внешнего раздражителя или среды (стимула) на объект способствует изменению или коррекции поведения. Этот эффект подробно описал в своих исследованиях Павлов И. П., а в теории системного анализа он называется стимулируемостью.
Изменчивость системы со временем. Если система функционирует, неизбежны изменения как во взаимодействии со средой, так и в осуществлении внутренних связей и отношений. Можно выделить следующие виды изменчивости:
- скоростные (быстрые, медленные и т. д.);
- структурные (изменение состава, структуры системы);
- функциональные (замена одних элементов другими или изменение их параметров);
- количественные (увеличение количества элементов структуры не изменяющие ее);
- качественные (в этом случае изменяются свойства системы при наблюдаемом росте или упадке).
Характер проявления перечисленных изменений может быть различен. Обязательным является условие учета данного свойства при анализе и планировании системы.
Существование в изменяющейся среде. Как система, так и среда, в которой она находится, подвержены изменениям. Для функционирования целостности следует определиться с соотношением скорости изменений внутренних и внешних. Они могут совпадать, могут различаться (опережение или отставание). Важно правильно определить соотношение с учетом особенностей системы и окружающей среды. Наглядным примером может служить вождение автомобиля в экстремальных условиях: водитель действует либо на опережение, либо в соответствии с обстановкой.
Группа синтетических свойств
Описывает отношения системы и среды с точки зрения общего понимания целостности.
Эмерджентность – слово английского происхождения, переводится как «возникать». Термином обозначают появление некоторых свойств, которые проявляются только в системе благодаря наличию связей определенных элементов. То есть речь идет о возникновении свойств, которые нельзя объяснить суммой свойств элементов. Например, детали автомобиля ездить и тем более осуществлять перевозки не в состоянии, но собранные в систему – способны быть средством передвижения.
Неразделимость на части – это свойство, по логике вещей, вытекает из эмерджентности. Удаление какого-либо элемента из системы сказывается на ее свойствах, внутренних и внешних связях. В то же время элемент, «отправленный в свободное плавание», приобретает новые свойства и перестает быть «звеном цепи». Например, шина автомобиля на территории бывшего СССР частенько появляется на клумбах, спортивных площадках, «тарзанках». Но изъятая из системы автомобиля, она утеряла свои функции и стала совершенно иным объектом.
Ингерентность – английский термин (Inherent), который переводится как «неотъемлемая часть чего-либо». От степени «включенности» элементов в систему зависит выполнение ею возложенных на нее функций. На примере свойств элементов в периодической системе Менделеева можно удостовериться в важности учета ингерентности. Так, период в таблице строится исходя из свойств элементов (химических), в первую очередь заряда ядра атома. Свойства периодической системы вытекают из ее функций, а именно классификация и упорядочение элементов с целью предсказания (или нахождения) новых звеньев.
Целесообразность – любая искусственная система создается с определенной целью, будь то решение какой-либо проблемы, развитие заданных свойств, выпуск требуемой продукции. Именно цель диктует выбор структуры, состава системы, а также связей и отношений между внутренними элементами и внешней средой.
Заключение
В статье изложены двенадцать системных свойств. Классификация систем, однако, гораздо разнообразнее и проводится в соответствии с целью, которую преследует исследователь. Каждая система обладает свойствами, которые отличают ее от множества других общностей. Кроме того, перечисленные свойства могут проявляться в большей или меньшей степени, что продиктовано внешними и внутренними факторами.