Из чего состоит система

Система

Систе́ма (от др.-греч. σύστημα — целое, составленное из частей; соединение) — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство [1] .

Сведение множества к единому — в этом первооснова красоты. Пифагор

В повседневной практике термин «система» может употребляться во множестве различных смысловых значений, в частности:

• теория, например, философская система Платона;
• классификация, например, Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева;
• завершённый метод практической деятельности, например, система Станиславского;
• способ организации мыслительной деятельности, например, система счисления;
• совокупность объектов природы, например, Солнечная система;
• некоторое свойство общества, например, политическая система, экономическая система и т. п.;
• совокупность установившихся норм жизни и правил поведения, например, законодательная система или система моральных ценностей [2] .

Определения системы

Существует по меньшей мере несколько десятков различных определений понятия «система», используемых в зависимости от контекста, области знаний и целей исследования. [3] [4] Основной фактор, влияющий на различие в определениях, состоит в том, что в использовании понятия «система» есть двойственность: с одной стороны оно используется для обозначения объективно существующих феноменов, а с другой стороны — как метод изучения и представления феноменов, то есть как субъективная модель реальности. [4]

В связи с этой двойственностью авторы определений различают по меньшей мере два аспекта: как отличить системный объект от несистемного и как построить систему путём выделения её из окружающей среды. На основе первого подхода даётся дескриптивное (описательное) определение системы, на основе второго — конструктивное, [4] иногда они сочетаются. Подходы к определению системы также предлагают делить на онтологический (соответствует дескриптивному), гносеологический и методологический (последние два соответствуют конструктивному). [5]

Так, данное в преамбуле определение из БРЭС [1] является типичным дескриптивным определением.

Примеры дескриптивных определений:

• Система — комплекс взаимодействующих компонентов. [6]
• Система — совокупность элементов, находящихся в определённых отношениях друг с другом и со средой. [7]
• Система — множество взаимосвязанных элементов, обособленное от среды и взаимодействующее с ней, как целое. [8]

Примеры конструктивных определений:

• Система — комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей. [9]
• Система — конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала [10] .
• Система — отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания. [11]
• Система S на объекте А относительно интегративного свойства (качества) есть совокупность таких элементов, находящихся в таких отношениях, которые порождают данное интегративное свойство. [5]
• Система — совокупность интегрированных и регулярно взаимодействующих или взаимозависимых элементов, созданная для достижения определенных целей, причем отношения между элементами определены и устойчивы, а общая производительность или функциональность системы лучше, чем у простой суммы элементов (PMBOK) [2] .

Таким образом, главное отличие конструктивных определений состоит в наличии цели существования или изучения системы с точки зрения наблюдателя или исследователя, который при этом явно или неявно вводится в определение.

Свойства систем

Общие для всех систем

• Целостность — система есть абстрактная сущность, обладающая целостностью и определенная в своих границах [2] . Целостность системы подразумевает, что в некотором существенном аспекте «сила» или «ценность» связей элементов внутри системы выше, чем сила или ценность связей элементов системы с элементами внешних систем или среды.
• Синергичность, эмерджентность — появление у системы свойств, не присущих элементам системы; принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих её компонентов (неаддитивность). Возможности системы превосходят сумму возможностей составляющих её частей; общая производительность или функциональность системы лучше, чем у простой суммы элементов [2] .
• Иерархичность — каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы).

Классификации систем

Практически в каждом издании по теории систем и системному анализу обсуждается вопрос о классификации систем, при этом наибольшее разнообразие точек зрения наблюдается при классификации сложных систем. Большинство классификаций являются произвольными (эмпирическими), то есть их авторами просто перечисляются некоторые виды систем, существенные с точки зрения решаемых задач, а вопросы о принципах выбора признаков (оснований) деления систем и полноте классификации при этом даже не ставятся [4] .

Классификации осуществляются по предметному или по категориальному принципу.

Предметный принцип классификации состоит в выделении основных видов конкретных систем, существующих в природе и обществе, с учётом вида отображаемого объекта (технические, биологические, экономические и т. п.) или с учётом вида научного направления, используемого для моделирования (математические, физические, химические и др.).

При категориальной классификации системы разделяются по общим характеристикам, присущим любым системам независимо от их материального воплощения [4] . Наиболее часто рассматриваются следующие категориальные характеристики:

• Количественно все компоненты систем могут характеризоваться как монокомпоненты (один элемент, одно отношение) и поликомпоненты (много свойств, много элементов, много отношений).
• Для статической системы характерно то, что она находится в состоянии относительного покоя, её состояние с течением времени остается постоянным. Динамическая система изменяет свое состояние во времени.
• Открытые системы постоянно обмениваются веществом, энергией или информацией со средой. Система закрыта (замкнута), если в неё не поступают и из неё не выделяются вещество, энергия или информация.
• Поведение детерминированных систем полностью объяснимо и предсказуемо на основе информации об их состоянии. Поведение вероятностной системы определяется этой информацией не полностью, позволяя лишь говорить о вероятности перехода системы в то или иное состояние.
• По происхождению выделяют искусственные, естественные и смешанные системы.
• По степени организованности выделяют класс хорошо организованных, класс плохо организованных (диффузных) систем и класс развивающихся (самоорганизующихся) систем.
• При делении систем на простые и сложные наблюдается наибольшее расхождение точек зрения, однако чаще всего сложность системе придают такие характеристики как большое число элементов, многообразие возможных форм их связи, множественность целей, многообразие природы элементов, изменчивость состава и структуры и т. д. [4]

Одна из известных эмпирических классификаций предложена Ст. Биром [12] . В её основе лежит сочетание степени детерминированности системы и уровня её сложности:

Системы	Простые (состоящие из небольшого числа элементов)	Сложные (достаточно разветвленные, но поддающиеся описанию)	Очень сложные (не поддающиеся точному и подробному описанию)
Детерминированные	Оконная задвижка Проект механических мастерских	Компьютер Автоматизация
Вероятностные	Подбрасывание монеты Движение медузы Статистический контроль качества продукции	Хранение запасов Условные рефлексы Прибыль промышленного предприятия	Экономика Мозг Фирма

Несмотря на явную практическую ценность классификации Ст. Бира отмечаются и её недостатки. Во-первых, критерии выделения типов систем не определены однозначно. Например, выделяя сложные и очень сложные системы, автор не указывает, относительно каких именно средств и целей определяется возможность и невозможность точного и подробного описания. Во-вторых, не показывается, для решения каких именно задач оказывается необходимым и достаточным знание именно предложенных типов систем. Такие замечания в сущности характерны для всех произвольных классификаций [4] .

Помимо произвольных (эмпирических) подходов к классификации существует и логико-теоретический подход, при котором признаки (основания) деления пытаются логически вывести из определения системы. В данном подходе множество выделяемых типов систем потенциально неограниченно, порождая вопрос о том, хотя каков объективный критерий для выделения из бесконечного множества возможностей наиболее подходящих типов систем [4] .

В качестве примера логического подхода можно сослаться на предложение А. И. Уёмова на основе его определения системы, включающего «вещи», «свойства» и «отношения» строить классификации систем на основе «типов вещей» (элементов, из которых состоит система), «свойств» и «отношений», характеризующих системы различного вида [13] .

Предлагаются и комбинированные (гибридные) подходы, которые призваны преодолеть недостатки обоих подходов (эмпирического и логического). В частности, В. Н. Сагатовский предложил следующий принцип классификации систем. Все системы делятся на разные типы в зависимости от характера их основных компонентов. При этом каждый из указанных компонентов оценивается с точки зрения определенного набора категориальных характеристик. В результате из полученной классификации выделяются те типы систем, знание которых наиболее важно с точки зрения определенной задачи [10] .

Классификация систем В. Н. Сагатовского:

Категориальные характеристики	Свойства	Элементы	Отношения
Моно
Поли
Статические
Динамические (функционирующие)
Открытые
Закрытые
Детерминированные
Вероятностные
Простые
Сложные

Закон необходимости разнообразия (закон Эшби)

При создании проблеморазрешающей системы необходимо, чтобы эта система имела большее разнообразие, чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать такое разнообразие. Иначе говоря, система должна обладать возможностью изменять своё состояние в ответ на возможное возмущение; разнообразие возмущений требует соответствующего ему разнообразия возможных состояний. В противном случае такая система не сможет отвечать задачам управления, выдвигаемым внешней средой, и будет малоэффективной. Отсутствие или недостаточность разнообразия могут свидетельствовать о нарушении целостности подсистем, составляющих данную систему.

Примечания

1. ↑ 12 Система // Большой Российский энциклопедический словарь. — М.: БРЭ. — 2003, с. 1437
2. ↑ 1234 В. К. Батоврин. Толковый словарь по системной и программной инженерии. — М.:ДМК Пресс. — 2012 г. — 280 с. ISBN 978-5-94074-818-2
3. ↑Волкова В. Н., Денисов А. А., 2006
4. ↑ 12345678Кориков А.М., Павлов С.Н., 2008
5. ↑ 12 Агошкова Е.Б., Ахлибининский Б.В. Эволюция понятия системы // Вопросы философии. — 1998. — №7. С.170—179
6. ↑ Берталанфи Л. фон. Общая теория систем – критический обзор //Исследования по общей теории систем: Сборник переводов / Общ. ред. и вст. ст. В. Н. Садовского и Э. Г. Юдина. – М.: Прогресс, 1969. С. 23–82.
7. ↑Берталанфи Л. фон., 1973
8. ↑Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П., 1989
9. ↑ ГОСТ Р ИСО МЭК 15288-2005 Системная инженерия. Процессы жизненного цикла систем (аналог ISO/IEC 15288:2002 System engineering — System life cycle processes)
10. ↑ 12Сагатовский В. Н. Основы систематизации всеобщих категорий. Томск. 1973
11. ↑Черняк Ю. И., 1975
12. ↑Бир Ст., 1965
13. ↑Уёмов А. И., 1978

См. также

• Адаптивная система
• Гомеостаз
• Множество
• Открытая система (физика)
• Открытая система (квантовая механика)
• Открытая система (статистическая механика)
• Системный анализ
• Систематика
• Системный подход
• Системотехника
• Сложная система
• Теория систем
• Уровни организации жизни
• Холон (философия)
• Эффективность системы

Литература

Основная статья: Общая теория систем#Литература

• Берталанфи Л. фон. История и статус общей теории систем // Системные исследования. — М .: Наука, 1973.
• Бир Ст. Кибернетика и управление производством = Cybernetics and Management. — 2. — М .: Наука, 1965.
• Волкова В. Н., Денисов А. А. Теория систем: учебное пособие. — М .: Высшая школа, 2006. — 511 с. — ISBN 5-06-005550-7
• Кориков А.М., Павлов С.Н. Теория систем и системный анализ: учеб. пособие. — 2. — Томск: Томс. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2008. — 264 с. — ISBN 978-5-86889-478-7
• Месарович М., Такахара И. Общая теория систем: математические основы. — М .: Мир, 1978. — 311 с.
• Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. — М .: Высшая школа, 1989.
• Уёмов А. И. Системный подход и общая теория систем. — М .: Мысль, 1978. — 272 с.
• Черняк Ю. И. Системный анализ в управлении экономикой. — М .: Экономика, 1975. — 191 с.
• Эшби У. Р. Введение в кибернетику. — 2. — М .: КомКнига, 2005. — 432 с. — ISBN 5-484-00031-9

Ссылки

В Викисловаре есть статья «система»

• Петров В. История разработки законов развития технических систем (2002).
• Гринь А. В. Системные принципы организации объективной реальности / А. В. Гринь. — Москва : Московский государственный университет печати, 2000. — 300 с. — ISBN 5-8122-0200-1. http://www.i-u.ru/biblio/archive/grin_sistemnie/02.aspx

• Системы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Из чего состоит система

Внутреннее устройство системы представляет собой единство состава, организации и структуры системы. Состав системы сводится к полному перечню ее элементов, т. е. это совокупность всех элементов, из которых состоит система. Состав характеризует богатство, многообразие системы, ее сложность.

Природа системы во многом зависит от ее состава, изменение которого приводит к изменению свойств системы. Например, меняя состав стали при добавке в нее компонента, можно получить сталь с заданными свойствами. Состав как определенный набор частей, компонентов элементов составляет субстанцию системы.

Заметим, что состав — необходимая характеристика системы, но, отнюдь, не достаточная. Системы, имеющие одинаковый состав, нередко обладают разными свойствами, поскольку элементы систем: во-первых, имеют различную внутреннюю организацию, а во-вторых, по-разному взаимосвязаны. Поэтому в теории систем есть две дополнительные характеристики: организация системы и структура системы. Нередко их отождествляют.

Элементы представляют собой кирпичики, из которых строится система. Они существенно влияют на свойства системы, в значительной степени определяют ее природу. Но свойства системы не сводятся к свойствам элементов.

Элемент — это далее не разложимая единица при данном способе расчленения, входящая в состав системы. Наличие связей между элементами ведет к появлению в целостной системе новых свойств (эмерджентность), не присущих элементам в отдельности. В силу этого подмножества элементов системы могут рассматриваться как подсистемы (компоненты), что зависит от целей исследования. Следует подчеркнуть, что понятие «элемент» опирается на понятие «простота», под которой подразумевается свойство множества, выступающего в другом множестве как элемент. Однако отождествлять простоту и элементарность неправомерно. Развитие науки доказывает, что попытки сведения всех систем к элементарным образованиям носят временный характер. Всякий раз через некоторый период времени установленное и, казалось бы, незыблемое, элементарное оказывалось состоящим из более элементарного. Элементарность очень тесно связана с принципом неисчерпаемости материи — одним из фундаментальных принципов мироустройства. Для элементов системы характерны некоторые свойства.

Свойство — это вхождение вещи, элемента в некоторый класс вещей, когда не образуется новый предмет; характеристика, присущая вещам и явлениям, позволяющая отличать или отождествлять их.

Все элементы обладают двумя видами свойств: первое — это эле-ментальность при данном способе расчленения; второе, точнее группа свойств, — это свойства природы элементов. Речь идет о том, что для химических элементов свойственны валентность, атомные веса, для живых организмов — место в иерархии видов, активность, для человека — система ролей, статусов, ценностей, интересов и т.п.

Многое в системе зависит от типов элементов. Поэтому в теории систем значительную методологическую роль играет построение классификации элементов. Заметим, что этой проблеме в теории систем уделяется мало внимания: идея целостности, доминирующая в системном подходе, что называется «застилает глаза» и мешает видеть влияния природы элементов на природу системы. Поэтому вто-ричность элементов по сравнению с целым оказывается слабо исследованной. Интересную классификацию элементов дает В. А. Карташов [16, с. 313-315], которая представлена табл. 8.

Название	Характеристика	Изображение
Упругий	Противостоит внешним воздействиям, однозначно передает воздействие по связи
Рефлексивный	Обладает внутренним движением и осуществляет внутреннее преобразование по какому-либо алгоритму
Потребитель	Воспринимает воздействие без образования направленного эффекта
Источник	Образует направленный эффект в присутствии понуждающего внешнего воздействия
Полирецепторный	Рефлексивный элемент, воздействует по нескольким направлениям
Полиэффекторный	Рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при восприятии одного понуждающего воздействия
Полиэлемент	Рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при условии восприятия нескольких внешних воздействий
Полиисточник	Источник, образующий в данных неизменных условиях воздействия по нескольким направлениям
Полипотребитель	Потребитель, воспринимающий воздействия по нескольким внешним связям

Таблица 8 — Разновидности элементов по В. А. Карташову

По нашему мнению, элементы системы могут быть классифицированы по более многообразным основаниям: по степени родства — гомогенный и гетерогенный; по степени самостоятельности — программный, адаптивный, инициативный; по времени существования — постоянный, временный; по роли в системе — основной, неосновной; по активности в системе — активный, пассивный (табл. 9).

Таблица 9 — Классификация элементов системы

По характеру воздействия на систему: определенные или предсказуемые и неопределенные или непредсказуемые; по характеру восприятия сигнала — на отторгающие сигнал, преобразующие сигнал и передающие сигнал; по количеству входов-выходов — на элементы с одним входом без выхода, с одним выходом без входа, с одним входом и одним выходом, элементы с несколькими входами и одним выходом, с одним входом и несколькими выходами, элементы с несколькими входами и несколькими выходами.

Элементы в системе находятся не сами по себе, а связаны один с другим. Под связью понимается любого рода взаимоотношения между частями системы. Она выступает в виде качества, которое присуще материи и заключается в том, что все предметы, явления объективной действительности находятся в бесконечно многообразной зависимости и в многообразных отношениях [18, с. 524].

Связь — взаимное ограничение объектов, создающее ограничение на их поведение, зависимость между ними, обмен между элементами веществом, энергией, информацией. Связи играют исключительно важную роль в системе. На них ложится значительная смысловая нагрузка в понимании природы систем. Без них принципиально невозможна система. Это подметил А. И. Уемов: « Поскольку связь выступает в виде системообразующего отношения, то можно утверждать, что если предметы не существуют вне связи друг с другом, то они не существуют и вне соответствующей системы» [44, с. 133]. Связи выполняют в системе несколько функций, наиболее важные из них:

• системообразующая — связи выступают основой архитектоники системы, обеспечивают взаимодействие элементов, их взаимное влияние, участие в общесистемных процессах;
• специфицирующая — связи задают конкретные свойства системы, ее специфику. Определенный набор, характер, направленность и другие характеристики связей системы предопределяют ее свойства, функциональные возможности и развитие;
• витальная — связи обеспечивают жизнедеятельность системы, они поддерживают обмен системы с окружающей средой, изменения в связях предопределяет характеристики различных этапов развития системы.

Проблема связей, как и проблема элементов, относится к числу недостаточно исследованных. Можно согласиться со В. Н. Спицна-делем в том, что предпринятые в литературе попытки прямо и сразу построить концепцию связи обнаружили относительно невысокую эффективность такого способа решения проблемы [39].

Классификация связей, предложенная И. В. Блаубергом, В. Н. Садовским, Э. Г. Юдиным, которые выделяют связи взаимодействия, порождения, преобразования, строения, функционирования, развития, управления, является слишком обобщенной. Это приводит к тому, что связь заслоняется более сложными явлениями (взаимодействие, строение, функционирование и т. п.).

В. В. Дружинин и Д. С. Конторов [10, с. 84-99] делят связи на прямые и обратные. При этом прямые связи бывают усиливающие (ослабляющие) сигнал, ограничивающие, запаздывающие и селектирующие (осуществляющие отбор), а обратные делятся: на положительные (усиливающие исходный процесс) и отрицательные (ослабляющие исходный сигнал); на гладкие (действуют во всем диапазоне изменений выходного процесса) и пороговые (действуют, когда процесс превышает некоторое значение, называемое нижним порогом и не превышает некоторое значение, выступающее как верхний порог); на двусторонние, реагирующие на увеличение и на уменьшение; связи первого, второго и старшего порядка; на связи мгновенные, запаздывающие и опережающие.

Связи представляют собой довольно сложное явление, они столь многоплановы, что требует осмысления с позиции нескольких подходов. По нашему мнению, связи между элементами системы нужно рассматривать с точки зрения четырех подходов:

• формального — фиксирует наличие и направленность связи;
• функционального — фиксирует наличие или отсутствие функциональности в связях;
• логического — дается объяснение природы связей;
• содержательного — анализируются содержание, природа связей.

Каждый из этих подходов сам по себе имеет ограниченные возможности для объяснения связей. Здесь требуется использование их в единстве как взаимодополняющих подходов (табл. 10).

Таблица 10 — Разновидности связей в системах (формальный подход)

При формальном подходе связи делятся на такие разновидности, как ненаправленные, направленные, прерывистые, односторонние, двусторонние, равноправные и неравноправные, внутренние и внешние. Кроме того, они различаются продолжительностью (долговременные и кратковременные), а также частотой (частые и редкие).

При функциональном подходе связи рассматриваются с точки зрения выполняемой ими функции. При этом выделим два вида: нейтральные, при которых действие и противодействие равны по величине, изменений не происходит (поэтому эти связи называют нейтральными или статическими [16, с. 303]); функциональные, характеризующиеся тем, что действие и противодействие не совпадают, и элемент начинает реализовывать в системе некоторую функцию.

В свою очередь функциональные можно представить как связи:

• порождения, или причинно-следственные связи;
• преобразования — реализуются путем непосредственного взаимодействия двух объектов с переходом их в новое состояние;
• строения, или структурные, — обеспечивают строение системы;
• функциональные (в узком смысле слова) — обеспечивают функционирование системы;
• развития — смена состояний отличается качественными изменениями;
• управления — обеспечивают процесс управления системой [34, с. 135-138].

Кроме того, под функциональный подход подпадают прямые и обратные связи, каждая из которых выполняет свое назначение. Обратная связь информирует вход системы о состоянии ее выхода, а прямая — связывает один элемент с другим. Обратным связям принадлежит исключительно важная роль в управлении, поскольку они несут для субъекта управления необходимую ему информацию об объекте управления.

При логическом подходе связи делятся в соответствии с основными типами детерминации: причинно-следственные — одно явление порождает другое. Причинная связь выступает как необходимая связь между явлениями А и В, где А — причина, а В — следствие (при этом под причиной чаще всего понимается совокупность необходимых и достаточных условий осуществления события); корреляционные — изменение одного явления приводит к изменению другого, а это другое меняет, приводит к изменению первого; состояний — из одного состояния системы вытекает другое, а отношение порождения отсутствует.

При содержательном подходе связи подразделяются на: энергетические — процессы передачи энергии между элементами системы; материально-вещественные — характеризуются материально-вещественными преобразованиями; информационные — представляют собой информационные потоки.

Связи выступают важнейшей системной характеристикой. Можно с уверенностью утверждать, чем большим числом связей характеризуется система, тем она сложнее, тем больше возможностей для ее высокой организации.

Максимальное количество связей в системе определяется числом возможных сочетаний между элементами и может быть найдено по формуле

где n — количество элементов, входящих в систему; C — количество связей между ними.

Если система состоит из пяти элементов, то максимальное количество связей для нее равно 20. Эта формула верна только для тех систем, у которых между двумя элементами допустима одна связь.

Понятие структуры системы

Структура системы (лат. structura — строение, порядок связи) — это совокупность устойчивых связей между элементами системы, которые обеспечивают целостность системы и тождественность самой себе. Структура оказывается намного богаче состава, ибо состав отвечает на вопрос «Из чего состоит система?», а структура обеспечивает ответ на более сложный вопрос: «Как устроена система?». Один из основоположников исследования структур В. И. Свидерский писал: «Под понятием структуры мы будем понимать принцип, способ, закон связи элементов целого, систему отношений элементов в рамках данного целого» [38, с. 135], т.е. термин «структура» является более богатым по сравнению с термином «состав». Он обладает способностью не только фиксировать свойства системы, но и объяснять их определенным строением системы. Система становится системой только тогда, когда ее элементы, имеющие определенную пространственную, временную и целевую организацию, определенным образом взаимосвязываются один с другим.

Структура системы объясняет процессы, которые представляют собой развертывание элементов системы во времени. Кроме того, временная структура позволяет понять процессы развития системы, ее движение от прошлого к настоящему и к будущему.

Хотя время однонаправленно от прошлого к будущему, соотношение элементов прошлого, настоящего и будущего в системах одной и той же природы может быть различным. В силу действия разных причин (факторов, условий и т.д.) одни элементы системы могут как бы задерживаться в прошлом, другие — элементы настоящего, а третьи символизируют будущее.

Структуры можно классифицировать по разным основаниям (табл. 11): сферам существования — материальные и мысленные; выполняемой роли — нормативная, идеальная, целевая, реальная; размещению — внутренняя и внешняя; направленности — субстанциальные и функциональные; разнообразию — простые и сложные; характеру связи — порядковые, композиционные, топологические; типу связей — прямые, обратные, смешанные; устойчивости структуры — детерминированные, вероятностные, хаотические; композиции структуры — координационные, иерархические, смешанные; степени равноправия элементов — структуры с равноправными элементами и структуры с неравноправными элементами; степени открытости — открытие и закрытые; временной детерминации — прошлые, настоящие, будущие; степени изменчивости — статические и динамические.

Основание классификации	Структура
	Вид	Характеристика
Сферы существования	Материальная	Представляет собой материальное образование
	Мысленная	Выступает как мысленное образование
Выполняемая роль	Нормативная	Выступает в виде норматива
	Идеальная (оптимальная)	Выступает в виде (оптимума) идеала
	Целевая	Представляется целью деятельности
	Реальная	Та, которая есть на самом деле
Размещение	Внутренняя	Образуется внутренними связями системы
	Внешняя	Образуется внешними связями системы
Направленность	Субстанциональная	Совокупность связей, определяющих внутреннее единство системы
	Функциональная	Совокупность взаимоотношений, определяющих функционирование элементов
Разнообразие	Простая	Отличается небольшим числом связей
	Сложная	Характеризуется большим числом связей
Вид связей	Порядковая	Определяет порядок элементов
	Композиционная	Определяет взаимодействие элементов
	Топологическая	Определяет размещение элементов
Характер связей	С прямыми связями	Воздействие одного элемента на другой
	С обратными связями	Обратные воздействия элементов
	Со смешанными связями	Смешанные связи
Устойчивость структуры	Детерминированная	Устойчивая структура
	Вероятностная	Устойчивая с определенным уровнем вероятности
	Хаотическая (диссипативная)	Неустойчивая структура
Композиция структуры	Координационная	Связи равноправных партнеров
	Иерархическая	Связи соподчиненных элементов
	Смешанная	Наличие тех и других связей
Равноправие элементов	С равноправными элементами	Элементы равноправны, обладают одинаковым статусом
	С неравноправными элементами	Элементы неравноправны, обладают различным статусом
Открытость	Открытая	Элементы имеют внешние к системе связи
	Закрытая	Элементы связаны только один с другим
Временная детерминация	Прошлая	Связи и элементы из прошлого
	Настоящая	Связи и элементы настоящего
	Будущая	Элементы и связи будущего
Степень изменчивости	Статическая	Постоянная структура
	Динамическая	Переменная структура

Таблица 11 — Классификация структур систем

Любая структура описывается следующими основными характеристиками:

• общим числом связей, характеризующих сложность системы; общим числом взаимодействий, которые определяют устойчивость системы;
• частотой связей, т. е. количеством связей, приходящихся на один элемент, определяющих интенсивность взаимодействия элементов;
• числом внутренних связей, которые определяют внутреннее устройство системы;
• числом внешних связей, характеризующих взаимодействие системы со средой, ее открытость.

В практике управления структуры выполняют весьма многообразные роли. Они могут выступать в виде некоторой нормативной системы, которая используется для приведения в соответствие с ними других систем, как некоторый идеал деятельности, а также строиться под поставленные цели и задачи деятельности.

Для практической деятельности особенно важны две проблемы: описание и оптимизация структур. Для описания структур применяется теория графов. Граф — графическая модель структуры, которая состоит из множества вершин и ребер (дуг), символизирующих элементы и их связи. Граф определяется: множеством вершин графа и множеством пар вершин, между которыми существует связь. Теория графов — это область дискретной математики, занимающаяся исследованием и решением разнообразных проблем, связанных с графами. Для графа свойственно то, что число путей, по которым можно пройти от одной вершины к другой, отличается разнообразием. При этом наблюдаются различия в длительности этих путей. На идее сокращения пути прохождения между крайними вершинами графа строится оптимизация структур.

Граф имеет две формы представления: графическую и матричную (рис. 9). При этом матрица графа называется матрицей инциденций.

Рис. 9 — Граф и матрица инциденций

В матрице наличие связи фиксируется единицей, а ее отсутствие — нулем.

Важной структурной характеристикой системы является ее устойчивость. Она сложна и противоречива. С одной стороны, устойчивость определяет способность структуры противостоять внешним воздействиям, т.е. это характеристика жизнеспособности системы. С другой стороны, наиболее устойчивые структуры свойственны для детерминистских систем, которые отличаются примитивностью. Современное представление о структурах широко использует такое понятие, как «хаотические, или диссипативные структуры», позволяющие объяснять переходные состояния системы.

Определения системы

Существует несколько десятков определений этого понятия. Определение понятия система изменялось не только по форме, но и по содержанию.

Система:

• комплекс взаимодействующих компонентов (Л. фон Берталанфи).
• совокупность элементов, находящихся в определённых отношениях друг с другом и со средой (Л. фон Берталанфи).
• целое, составленное из многих частей. Ансамбль признаков. (К. Черри).
• множество взаимосвязанных элементов, обособленное от среды и взаимодействующее с ней, как целое (Ф. И. Перегудов, Ф. П. Тарасенко).
• размещение, множество или собрание вещей, связанных или соотносящихся между собой таким образом, что вместе они образуют некоторое единство, целостность; размещение физических компонентов, связанных или соотносящихся между собой таким образом, что они образуют или действуют как целостная единица» (Дистефано)
• комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей (ГОСТ Р ИСО МЭК 15288–2005).
• конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала (В. Н. Сагатовский).
• отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания (Ю. И. Черняк).
• система S на объекте А относительно интегративного свойства (качества) есть совокупность таких элементов, находящихся в таких отношениях, которые порождают данное интегративное свойство (Е. Б. Агошкова, Б. В. Ахлибининский).
• совокупность интегрированных и регулярно взаимодействующих или взаимозависимых элементов, созданная для достижения определенных целей, причем отношения между элементами определены и устойчивы, а общая производительность или функциональность системы лучше, чем у простой суммы элементов (PMBOK).
• устройство, которое принимает один или более входов и генерирует один или более выходов. (Дреник)

• устройство, процесс или схема, которое ведет себя согласно некоторому предписанию; функция системы состоит в оперировании во времени информацией и (или) энергией и (или) материей для производства информации и (или) энергии и (или) материи» (Д. Эллис, Ф. Людвиг).
• математическая абстракция, которая служит моделью динамического явления» (Г. Фриман).
• интегрированная совокупность взаимодействующих элементов, предназначенная для кооперативного выполнения заранее определенной функции (Р. Гибсон).
• это множество объектов вместе с отношениями между объектами и между их атрибутами (А. Холл, Р. Фейджин).
• собрание сущностей или вещей, одушевленных или неодушевленных, которое воспринимает некоторые входы и действует согласно им для производства некоторых выходов, преследуя при этом цель максимизации определенных функций входов и выходов» (Р. Кершнер).
• это ограниченная в пространстве и во времени область, в которой части-компоненты соединены функциональными отношениями» (Дж. Миллер).
• с математической точки зрения — это некоторая часть мира, которую в любое данное время можно описать, приписав конкретные значения некоторому множеству переменных; это не просто совокупность единиц (частиц, индивидов), когда каждая единица управляется законами причинной связи, действующей на нее, а совокупность отношений между этими единицами. Чем более тесно взаимосвязаны отношения, тем более организована система, образованная этими отношениями.(А. Рапопорт).
• множество действий (функций), связанных во времени и пространстве множеством практических задач по принятию решений и оценке поведения, то есть задач управления» (С. Сенгупта, Р. Акофф).
• термин, который используется для обозначения по меньшей мере двух различных понятий: регулярного, или упорядоченного, устройства, состоящего из элементов или частей, взаимосвязанных и действующих как одно целое; совокупности, или группы элементов (частей), необходимых для выполнения некоторой операции» (А. Уилсон, М. Уилсон).
• непустое множество элементов, содержащее по крайней мере два элемента, причем элементы этого множества находятся между собой в определенныхvотношениях, связях» (Г. Крёбер).
• абстрактная система или просто система, которая представляет собой частично соединенное множество абстрактных объектов, являющихся компонентами системы. Компоненты системы могут быть ориентированными или неориентированными; число их может быть конечным или бесконечным; каждый из них может определяться конечным или бесконечным числом основных переменных» (Л. Заде, Ч. Дезоер).
• это множество связанных действующих элементов (О. Ланге).
• любая форма распределения активности в цепи, рассматриваемая каким-либо наблюдателем как закономерная (Г. Паск).
• множество связанных между собой компонентов той или иной природы, упорядоченное по отношениям, обладающим вполне определенными свойствами; это множество характеризуется единством, которое выражается интегральных свойствах и функциях множества (В. С. Тюхтин).
• это разнообразие отношений и связей элементов множества, составляющее целостное единство. Под системой имеет смысл понимать организованное множество, образующее целостное единство» (А. Д. Урсул).
• это только такой комплекс избирательно вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретают характер взаимосодействия компонентов на получение фокусированного полезного результата (П. К. Анохин).
• совокупность любым способом выделенных из остального мира реальных или воображаемых элементов. Эта совокупность является системой, если: заданы связи, существующие между этими элементами; каждый из элементов внутри себя считается неделимым; с миром вне системы система взаимодействует как целое; при эволюции во времени совокупность будет считаться одной системой, если между ее элементами в разные моменты времени можно провести однозначное соответствие. Соответствие должно быть именно однозначным, а не взаимнооднозначным. Упорядоченность во времени не является обязательным признаком; если есть дивергенция, можно считать все одной системой, а можно выделить в системе подсистемы (Л. А. Блюменфельд).
• множества объектов, на котором реализуется заранее определенное отношение с фиксированными свойствами. Двойственным ему будет определение системы как множества объектов, которые обладают заранее определенными свойствами с фиксированными между ними отношениями. (А. И. Уемов).

1. Системы объектов

Рассматривая почти любой объект, мы можем убедиться, что он состоит из нескольких частей, объединённых в одно целое. Так, книга состоит из обложки, переплёта, листов с текстом и листов с иллюстрациями. Куртка, которую мы носим, состоит из рукавов, воротника, капюшона и деталей, которые профессионалы называют полочками и спинкой. Предметы мебели, здания, автомобили, дорожное покрытие — всё это примеры объектов, объединяющих составные части. Для изучения свойств таких объектов вводится понятие системы .

Первоначально представление о системах формировались в рамках философии: ещё в античности был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей. То есть новая система будет обладать свойствами всех своих частей, называют системным эффектом .

Вернёмся к определению системы.

Системой называют объект произвольной природы, обладающий свойствами, отличными от свойств его составных частей — элементов системы.

Способность создавать системы человек заимствовал у природы. Ещё древние философы заметили, что системность — свойство природы. Примеры природных систем может назвать каждый: это и горные системы, системы озёр, кристаллы, и любые живые организмы, да и Солнечная система обладает свойствами, отличными от свойств планет, из которых она образована.

Создание технических систем — дело человеческих рук и разума. С развитием техники системы становятся сложнее, а польза от них иногда соперничает с вредом, наносимым техническими системами природным системам. Соединение нескольких объектов в быту для получения новых свойств обычно называют маленькими хитростями, или лайфхаками, а в промышленной сфере системные эффекты могут стать основой для новой области промышленности, науки и техники.

Не всегда система — это соединение материальных объектов. Системой можно назвать свод правил, алгоритм принятия решения, формальные и естественные языки.
Если в системе участвуют материальные и нематериальные объекты, такую систему принято относить к смешанным. Например, система обслуживания здания включает в себя приборы, механизмы, приспособления и обслуживающий персонал.

Создадим классификацию систем на основе приведённых примеров.

Рис. \(1\). Классификация систем

Можно ли сказать, что любые произвольные элементы, объединённые в систему, дают системный эффект? Конечно нет. Важно не только собрать составные части в единое целое, но и обеспечить их взаимодействие и взаимовлияние. Изучение такого нового объекта называют системным подходом .
Имея в составе одни и те же элементы, системы могут получиться различными. Например, экономическая система, опирающаяся на деньги вкладчиков, может стать преступной пирамидой, благотворительным фондом или банком.
Различные по своим свойствам системы получатся в результате различных взаимосвязей внутри системы, т. е. различной структуры. Состав и структуру системы описывают с помощью схемы состава.

Рис. \(2\). Схема состава

На этой схеме состава мы видим, что внутри системы могут располагаться подсистемы. Например, ходовая часть трактора — это сложная система, которая тоже может иметь свою разнообразную структуру, так же как двигатель или другие части трактора. В свою очередь, сам трактор — часть системы коммунального или фермерского транспортного хозяйства. То есть двигатель — подсистема системы «трактор», а трактор — надсистема двигателя. Коммунальное или фермерское хозяйство — надсистема над трактором и подсистема города или агропромышленного комплекса. Вложенность систем аналогична феодальной иерархии, о которой вы говорили на уроках истории, или отношению «множество — подмножество».

Войдя в систему, подсистема работает эффективнее и развивается быстрее, но при этом зависит от системы. Любое изменение в системе влияет на подсистему и наоборот. Так, например, создание плотин на реках влияет на экологию всего района, а выход из строя одной из \(80000\) деталей гоночного болида не позволит ему участвовать в гонках.