A comparison of the definitions of systems and approaches to their Research and Design.pdf На протяжении всей истории развития теории систем рассматрива-лись различные определения системы, предлагались различные класси-фикации определений.В первых определениях система рассматривалась как совокупностьтолько элементов ai и связей rj между ними:S ≡ < A, R >, где A = {ai}, R = {rj}, илиdefS ≡ . (1)def ai∈A rj∈ RТакое описание системы выражалось и другими подобными способа-ми записи теоретико-множественных представлений [1, 2, 3 и др.].Такими формализованными записями может быть отображено опре-деление системы Л. фон Берталанфи: «комплекс взаимодействующихкомпонентов» [4] .В Большой советской энциклопедии система определяется прямымпереводом с греческого συστημα, что означает «συ-στημα» − «со−став»,т. е. составленное, соединенное из частей.Термины «элементы» − «компоненты», «связи» − «отношения» обыч-но используются как синонимы (особенно в переводах определений). Од-нако, строго говоря, «компонент» − понятие более общее, чем «элемент»,оно может означать совокупность элементов. Относительно понятий«связь» и «отношение» также существуют разные точки зрения.Если элементы принципиально неоднородны, то иногда это сразу учи-тывали в определении, выделяя разные подмножества элементов A={ai}и B ={bk..}. Например, в определении М. Месаровича [12] выделены мно-жество X входных воздействий на систему и множество Y выходных её от-кликов на воздействия, а между ними установлено обобщённое отношениепересечения, что можно отобразить какS ⊆ X × Y; S ⊆ X ∩ Y. (1, б)Затем в определениях стали учитывать свойства системыQ (А. Холл, А.И. Уёмов и др.):S ≡ < A, R, Q >. (2)defА. Холл называет свойства атрибутами [6].А.И. Уёмов, определяя систему через понятия вещи, свойства, от-ношения, предложил двойственные определения [1], в одном из которыхсвойства qi характеризуют элементы (вещи) ai, а в другом − свойства qjхарактеризуют связи (отношения) rj:S ≡ [{ai} & {rj(qj)}];def ai∈A rl∈ R qj∈ QR(2, a)S ≡ [{ai(qi)} & {rj}].def ai∈ A qi∈ QA rj∈ RВ дальнейшем в определениях системы появляется понятие цель.Вначале − в неявном виде: в определении Ф.Е.Темникова [7] «система −организованное множество» (в котором цель появляется при раскрытиипонятия «организованное»); в философском словаре система − «совокуп-ность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой иобразующих некоторое целостное единство» [8]. Потом − в виде конеч-ного результата, системообразующего критерия, функции (см. определе-ния В.И. Вернадского, У.Р. Гибсона, П.К. Анохина в [2]), М.Г. Гаазе-Рапопорт [9]), а позднее - и в явном виде:S ≡ < A, R, Z >, (3)defгде Z − цель, совокупность или структура целей.В определении В. H. Сагатовского уточняются условия целеобразования − сре-да SR, интервал времени ΔT, т.е. период, в рамках которого будет существовать си-стема и ее цели: система есть «конечное множество функциональных элементов иотношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной цельюв рамках определенного временного интервала» [10]:S ≡ < A, R, Z, SR, ΔT >. (3,а)defВ последующем в определении предлагается учитывать наблюда-теля N.S ≡ < A, R, Z, N >. (4)defНа необходимость учета взаимодействия между изучаемой системойи исследователем первоначально указал У.Р. Эшби [11].Первое определение, в которое в явном виде включен наблюдатель,дал Ю.И. Черняк: «Система есть отражение в сознании субъекта (ис-следователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решениизадачи исследования, познания» [12].S ≡ < A, QА, R, Z, N >. (4, а)defВ последующих вариантах этого определения Ю.И. Черняк сталучитывать и язык наблюдателя LN: «Система − отображение на языкенаблюдателя объектов, отношений и их свойств в решении задачи ис-следования, познания».S ≡ < A, QА, R, Z, N, LN >. (4, в)defВ определениях (4, а) и (4, в) понятие цели заменено более конкрет-ным понятием - задача, Z.В ряде определений основные компоненты - элементы, связи (отно-шения) детализируются с учетом особенностей конкретных сфер дея-тельности, включают правила преобразования в форме функций, опера-ций, их различных моделей.Так, при определении систем в бионике и нейрокибернетике учиты-ваются связи проводимости, возбуждения, сложные взаимосвязи отража-ются в понятиях моделей самообучения, самоорганизации.В варианте теории систем Ю.А. Урманцева [13]), созданном им дляисследования относительно невысоко развитых биологических объектовтипа растений, понятие целесообразности, развития отражает в формеособого вида отношений − законов композиции.В теории проектирования информационных систем Ю.Ф. Тельнов[14] предлагает определение, в котором делит элементы на внешние En ивнутренние Ei, связи - на отношения R и функции F (процессы, опера-ции), учитывает цели G (от Goal), период времени T и закономерности Z,определяющие структуру системы и ее взаимодействие с внешней сре-дой:S = . ( 5)defСуществовали определения, в которых было еще больше компонентов(см. обзор в [3]), что помогало в исследовании и проектировании системопределенной физической природы.Разумеется, с самого начала в определениях подразумевалось, чтосистема - это нечто целое. Поэтому некоторые исследователи в первуюочередь определяли систему на основе ее отделения от среды и определе-ния взаимоотношений с ней (см., например, определения Дж. Миллера,А. Раппопорта, Л.А. Блюмфельда в [2]).Частным случаем выделения системы из среды является определениеее через входы и выходы, посредством которых система взаимодействуетсо средой. В кибернетике такое представление системы называют моде-лью «черного ящика». На этой модели базировались начальное опреде-ление системы У.Р. Эшби [11], определения Д. Эллиса и Ф. Людвига,Р. Кершнера, Дж. Клира и М. Валяха (см. ссылки на их работы в [2]).В одной из работ Л. Фон Берталанфи определил систему как «со-вокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг сдругом и со средой» [15].Сложное взаимодействие системы с ее окружением отражено в опре-делении В.Н. Садовского и Э.Г. Юдина, данном ими во вступительнойстатье к [6] (с. 12): «...2) она образует особое единство со средой; 3) какправило, любая исследуемая система представляет собой элемент си-стемы более высокого порядка; 4) элементы любой исследуемой си-стемы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкогопорядка».Это определение является основой закономерности коммуникатив-ности (см. суть этой закономерности в [16, 17, 18]). Согласуется с этимопределением и развивает его предлагаемое в одной из методик систем-ного анализа целей, основанной на приведенном выше определенииВ.Н. Сагатовского, разделение сложной среды на надсистему или вы-шестоящие системы; нижележащие или подведомственные системы;системы актуальной или существенной среды.Такому представлению о среде соответствует определение среды,предложенное в [6]: «...среда есть совокупность всех объектов, изме-нение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьисвойства меняются в результате поведения системы».В то же время взаимоотношения системы со средой носят динамиче-ский характер (какие-то части среды становятся частями системы, а какие-то передаются среде), и проблемы взаимодействия системы со средойостаются актуальными и в настоящее время (см., например, точку зренияФ.П. Тарасенко «Где границы системы?» [19].Остается актуальной и проблема отражения в определении закономер-ности целостности системы (эмерджентности). Определение, в котороевключены условия, обеспечивающие целостность системы, дает Р. Акофф[20]:«Система есть целое, состоящее из двух или более частей, котороеудовлетворяет следующим шести условиям:S ≡ , (6)defгде Q1 − целое обладает одним или более определяющими свойствамиили функциями;Q2 − каждая часть в этом множестве может влиять на поведение илисвойства целого;Q3 − существует подмножество частей, которое достаточно в одномили нескольких внешних условиях для выполнения определяющей функ-ции целого; каждая из этих частей необходима, но не достаточна длявыполнения этой определяющей функции;Q4 − способ, которым любая существенная часть воздействует наповедение или свойства системы, зависит от поведения или свойств покрайней мере одной другой существенной части системы;Q5 − воздействие любого подмножества существенных частей на си-стему в целом зависит от проведения по крайней мере еще одного друго-го подмножества;Q6 − система есть целое, которое не может быть разделено на незави-симые части без потери ее существенных свойств или функций.Ф.П. Тарасенко [21] даёт дескриптивное определение системы черезперечисление свойств, присущих системам любой природы - искусствен-ным и естественным, реальным и абстрактным: статические свойства си-стемы (целостность, открытость, внутренняя неоднородность, структуриро-ванность), её динамические свойства (функциональность, стимулируемость,изменчивость во времени, существование в изменяющейся среде), а такжесинтетические свойства (эмерджентность, неразделимость на части, инге-рентность, целесообразность), толкуя эмерджентность как появление у це-лого качественно новых свойств по сравнению со свойствами элементов.Сопоставляя эволюцию определения системы (элементы и связи, за-тем − свойства, затем − цель, затем − наблюдатель) и эволюцию исполь-зования категорий теории познания, исследовательской деятельности,можно обнаружить сходство: вначале модели (особенно формальные)базировались на учете только элементов и связей, взаимодействий междуними, затем стало уделяться внимание цели, поиску методов ее фор-мализованного представления (целевая функция, критерий функциони-рования и т.п.), а начиная с 1960-х гг. все большее внимание обращаютна лицо, осуществляющее моделирование или проводящее эксперимент(даже в физике), т. е. лицо, принимающее решение, наблюдателя поЭшби.В период становления системных исследований одним из первых опре-делений системы было определение С. Оптнера («Система есть сред-ство, с помощью которого выполняется процесс решения пробле-мы» [22]), т.е. система определяется как средство достижения цели.Однако в 1960−1970-х гг. довольно часто возникали дискуссии о том,материальны или нематериальны системы, и определения Ю.И. Чернякаи С. Оптнера критиковали за идеализм, за то, что в них систему можнотрактовать только как отображение, т.е. как нечто, существующее лишь всознании исследователя, конструктора.Бессмысленность спора о материальности и нематериальности систе-мы показал В.Г. Афанасьев: «...объективно существующие системы − ипонятие системы; понятие системы, используемое как инструмент позна-ния системы, − и снова реальная система, знания о которой обогатилисьнашими системными представлениями; − такова диалектика объективногои субъективного в системе...» [16].Таким образом, в понятии система (как и любой другой категории по-знания) объективное и субъективное составляют диалектическое единство,и следует говорить не о материальности или нематериальности системы, а оподходе к объектам исследования как к системам, и о различном представле-нии их на разных стадиях познания, создания, или использования.Например, Ю.И. Черняк [12] показывает, что один и тот же объектна разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различ-ных аспектах, и, соответственно, предлагает одну и ту же систему ото-бражать на разных уровнях существования: философском (теоретико-познавательном), научно-исследовательском, проектном, инженерном ит.д. - вплоть до материального воплощения.С учетом рассмотренного анализа сущности понятия системы следует,по-видимому, относиться к этому понятию как к категории теории познания,теории отражения, как к средству, помогающему начать ее исследование,проектирование, а затем - практическое использование системы, управле-ние ею.Поэтому интересно посмотреть на определения системы с точки зренияподходов к представлению (отображению), анализу и проектированию си-стем.Подход, применяющийся в математических исследованиях, состоит втом, чтобы определить элементы-переменные и связать их соответствую-щим соотношением (формулой, уравнением, системой уравнений), отобра-жающим взаимодействия элементов.Когда задачи усложнились, и такое соотношение не удавалось сразунайти, то предлагалось формировать «пространство состояний» элементови вводить «меры близости» между элементами этого пространства. Такойподход вначале пытались применить для исследования сложных систем.Предлагалось обследовать систему, выявить все элементы и связи междуними. Этот подход называли иногда «перечислением» системы. При обсле-довании применялись разные способы: 1) архивный (изучение документови архивов предприятия); 2) опросный или анкетный (опрос сотрудников, втом числе с помощью специально разработанных вопросников − анкет).Однако первые же попытки применить такой подход к исследованиюсистем управления предприятиями и организациями показали, что «пере-числить» сложную систему практически невозможно. Учитывая трудности«перечисления» системы, с самого начала возникновения системных тео-рий исследователи искали подходы к её анализу и созданию.Приведём основные подходы к анализу систем, предлагавшиеся разны-ми исследователями: в начальный период развития теории систем развивался бихевиорист-ский подход, основанный на исследовании поведения (behaviour − англ.,поведение) систем; однако этот подход весьма трудоемок и не всегда реа-лизуем; американский ученый М. Месарович [23] предложил подходы, кото-рые назвал целенаправленным и терминальным (от терм − элементарнаячастица, интересующая исследователя); польский ученый Р. Куликовски [24] предложил называть аналогич-ные подходы декомпозицией и композицией системы;швейцарский астроном, венгр по происхождению Ф.Цвикки [25] пред-ложил и развил морфологический подход, который помогает искать полез-ные объединения элементов путем их комбинаций (на основе «размещенийс повторениями»); американская корпорация RAND [26] предложила подход к созданиюсложных программ и проектов, названный «деревом целей»; в практике проектирования сложных технических комплексов возниклитермины язык моделирования, язык автоматизации проектирования, при-меняющиеся для отображения взаимосвязей между компонентами проекта.При разработке языков моделирования применяют математическую логику иматематическую лингвистику, в которой есть удобный термин для описанияструктуры языка − тезаурус, и подход называют иногда лингвистическим илитезаурусным; при исследовании и формировании структур были предложены сле-дующие подходы: путем поиска связей между элементами; или, напротив,путем устранения лишних связей [17, 18].С учетом рассмотренных подходов к настоящему времени на основеобобщения предшествующего опыта сформировалось два основных под-хода к отображению систем, названия которых были первоначально пред-ложены для формирования структур целей [3]:а) «сверху» - методы структуризации или декомпозиции, целевой илицеленаправленный подход;б) «снизу» - подход, который называют морфологическим (в широкомсмысле), лингвистическим, тезаурусным, терминальным, методом «языка»системы. С помощью этого подхода определяется «пространство состоя-ний» системы и реализуется поиск взаимосвязей («мер близости») междуэлементами.Подход «снизу» можно реализовать, применяя не только комбинатор-ные приемы (морфологический и т.п.), но и бехивиористский подход, ва-риант которого при автоматизации моделирования поведения объектов внастоящее время иногда называют процессным.Подходы «сверху» и «снизу» называют также аксиологическим и кау-зальным, соответственно [27].Аксиологическое представление системы - отображение системы втерминах целей и целевых функционалов. Этот термин используют в техслучаях, когда необходимо выбрать подход к отображению системы на на-чальном этапе моделирования и противопоставить это отображение опи-санию системы в терминах «перечисления» элементов системы и их непо-средственного влияния друг на друга, т.е. каузального представления.Каузальное представление системы − описание системы в терминахвлияния одних переменных на другие, без употребления понятий цели исредств достижения целей. Этот термин происходит от понятия «cause»− причина, т.е. подразумевает причинно-следственные отношения. Прикаузальном представлении будущее состояние системы определяетсяпредыдущими состояниями и воздействиями среды. Такое представлениеявляется развитием отображения системы в виде «пространства состоя-ний», характерного для большинства математических методов моделиро-вания. Применяют каузальное представление в случае предварительногоописания системы, когда цель сразу не может быть сформулирована, и дляотображения системы или проблемной ситуации не может быть примене-но аксиологическое представление. На практике обычно эти подходысочетают.В 1970−1980-е годы при проектировании организационных структурбыли предложены три подхода к решению этой проблемы [28]. Hоpмативно-функциональный подход направлен на унификациюорганизационных форм управления в рамках отрасли. Разработка и вне-дрение типовых организационных структур явилось первым шагом напути внедрения принципов их научно обоснованного построения. Одна-ко ориентация на типовую номенклатуру функций управления и струк-турных управленческих подразделений не учитывает особенности кон-кретных предприятий и различий в условиях их деятельности. Функционально-технологический подход основан на рационализа-ции потоков информации и технологии её обработки, на синтезе и анали-зе организационно-технологических процедур подготовки и реализацииуправленческих решений. Этот подход обеспечивает возможность доста-точно полно учесть особенности конкретного предприятия (организации),отличается гибкостью и универсальностью. Вместе с тем он характеризу-ется высокой трудоемкостью, использованием стабильной номенклатурысложившихся функций управления, подчинением оргструктуры схемедокументооборота. Системно-целевой подход заключается в построении структурыцелей, определении на ее основе функций управления, и в их органи-зационном оформлении. Преимущества этого подходаным, системно-целевым, основан на структуризации или декомпозициисистемы в пространстве характеристик системы. Этот подход позволя-ет расчленить исходную большую неопределенность на более обозримыеи выбрать методы их анализа и проектирования, сохраняя целостностьпредставления об исследуемой системе или решаемой проблеме на осно-ве иерархической структуры (древовидной, стратифицированной). Под-ход применялся при разработке АИС и АСУ для крупных предприятий,при реструктуризации систем организационного управления.Подход «снизу», основанный на анализе пространства состояний, поис-ке «мер близости» между компонентами с помощью различных, в том чис-ле статистических, методов морфологического моделирования, отличаетсябольшой трудоемкостью. В настоящее время для анализа пространства со-стояний в экономике разработаны методы бизнес-аналитики (Data-Mining,Deductor и т.п.).В настоящее время для проектировании информационных систем ши-рокое применение нашел подход, основанный на анализе бизнес-процессов,кратко называемый процессным.Процессный подход (который можно считать развитием функционально-технологического подхода) основан на структуризации во времени, на пред-ставлении процессов в форме графов.Идею графического представления и анализа информационных потоков(функционально-технологический подход) при проектировании информа-ционных систем начинали применить в 1970-е гг. [29]. Был разработан языкмоделирования информационных потоков, реализованный средствами язы-ка логического программирования РЕФАЛ.Однако его применение долгое время было практически нереализуемымиз-за большой трудоемкости и отсутствия стандартных автоматизирован-ных процедур (проведенные исследования с применением языка РЕФАЛбыли экспериментальными).В 1990-х гг. были разработаны и стали широко применятьсяфункционально-ориентированные и объектно-ориентированные CASE- иRAD-технологии, на основе которых созданы стандарты IDEFO и DFD, ори-ентированные на анализ процессов (в том числе бизнес-процессов), и сред-ства их автоматизации (BPWin и др).Популярность CASE-методологии и RAD-технологий базируется наразработке принципов автоматизации формирования процессов, на разви-тии методов их формирования (на основе анализа «жизненного цикла» про-изводства, обслуживания или других процессов, причинно-следственныхсвязей и т. п.). Преимущества этого подхода заключаются в возможностиучитывать особенности конкретного объекта и условия его деятельности.В настоящее время на основе этого подхода создана теория проекти-рования экономических информационных систем [22]. Однако для орга-низационного управления крупными предприятиями и организациями,для которых реализация процессного подхода сводится к формированиюорганизационно-технологических процедур подготовки и реализацииуправленческих решений, применение процессного подхода остается про-блематичным.Анализ определений системы показывает, что первые определения опи-рались на подход к исследованию и проектированию системы, базирующий-ся на отображении пространства состояний (элементов, связей, их свойств)и поиске мер близости на этом пространстве (этот подход в теории системМ. Месарович называет терминальным, Ю.И. Черняк - лингвистическим,или методом «языка» системы); для краткости в теории систем принят упро-щенный термин - подход к исследованию или проектированию системы отэлементов, т.е. как бы «снизу».В дальнейшем в определениях появилось понятие цели. Однако онотрактовалось либо как системообразующий критерий, либо даже в самомполном определении В.Н. Сагатовского в исходном его варианте понятиецели использовалось в перечислении наряду с элементами, связями, свой-ствами, т.е. рассмотрение системы все же начиналось с элементов и связей,а не с формулирования целей.В последующем на основе этого определения коллектив томских ученыхпод руководством Ф.И. Перегудова [30] включил в методику процесс це-леобразования на основе анализа «пространства инициирования целей» (за-кономерность коммуникативности) и предложил именно с этого признаканачинать структуризацию целей и исследование системы, т.е. фактическииспользовать подход «сверху». Последующие исследования показали, чтопри исследовании и создании социально-экономических объектов предпо-чтительным является аксиологический подход - от целей, потребностей (т.е.«сверху»).В последующем, развивая представления об информационных системах,Ю.И. Шемакин [31, с. 60] предлагает понятие информационно-семантическойсистемы, в котором появилось понятие цели, структуры, технологическихпроцессов, методов, средств и условий поиска:ISS ≡ < a, St, tpiss, co, ti >, (7)defгде a − цель; St − структура; tpiss ∈ TP − подмножество технологическихпроцессов для данной ISS (tpiss − конкретный технологический процесс);co − условия; ti − время.Входящие в определение (7) составляющие могут быть детализированыс учетом конкретной реализации системы. В частности, можно уточнятьсостав технологических процессов: tpiss ≡ < met, re, SemSI >, где met − ме-тоды; re − средства; SemSI − семантическая переработка семантическойинформации.По аналогии с определением (7) в [32] предложено более общее опре-деление, в котором реализуется системно-целевой подход:S ≡ , (8)defгде Z = {z} − совокупность или структура целей; STR = {STRпр, STRорг, ...} −совокупность структур, реализующих цели (STRпр − производственная,STRорг − организационная и т.п.); TECH = {meth, means, alg, ... } − сово-купность технологий (методы − meth, средства − means, алгоритмы − algи т.п.), реализующих систему; COND = {ϕex, ϕin} − условия существованиясистемы, т.е. факторы, влияющие на ее создание и функционирование(ϕex − внешние, ϕin − внутренние); N - «наблюдатели» (по У.Р. Эшби), т.е.лица, принимающие и исполняющие решения, осуществляющие струк-туризацию целей, корректировку организационной и производственнойструктуры, осуществляющие выбор методов и средств моделирования ит.п.заключ ени еВ данной статье ставилась задача рассмотреть различные определениясистемы и их эволюцию и показать не только сложность краткого опреде-ления понятия «система», но и помочь читателю осознать тот факт, чтона разных этапах представления объекта в виде системы, в различныхконкретных ситуациях следует пользоваться разными определениями.Причем по мере уточнения представлений о системе или при переходе надругую страту ее исследования определение системы не только может, нои должно уточняться.Более полное определение, включающее и элементы, и связи, и цель,и наблюдателя, а иногда и «язык» отображения системы, помогает по-ставить задачу, наметить основные этапы методики системного анализа.Например, в организационных системах, если не определить лицо, ком-петентное принимать решения, то можно и не достичь цели, ради которойсоздается система.Но есть системы, для которых наблюдатель очевиден. Иногда не нужнодаже в явном виде использовать понятие цели (например, вариант теориисистем Ю.А. Урманцева, созданный им для исследования относительно не-высоко развитых биологических объектов типа растений, для которых не-свойственно понятие цели).При проведении системного анализа, видимо, следует вначале ото-бразить ситуацию с помощью как можно более полного определения си-стемы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, влияющиена принятие решения, сформулировать «рабочее» определение, котороеможет уточняться, расширяться или сужаться в зависимости от хода ана-лиза.Выбор определения системы отражает концепцию, выбранный под-ход к исследованию или проектированию системы и является фактиче-ски началом моделирования. Поэтому с самого начала целесообразно вы-брать подход к исследованию и определение системы, представив его всимволической форме, способствующей более однозначному пониманиювсеми участниками разработки или исследования системы.Формализованное представление определения системы позволяетотобразить основные факторы, влияющие на функционирование и разви-тие системы. При выборе системно-целевого подхода применяют методыструктуризации системы, ее целей и функций, что позволяет обеспечитьполноту ее описания; оценки составляющих структур сужают область до-пустимых решений, что помогает в формализации моделей. Для разработ-ки формализованных моделей сложных проблемных ситуаций полезныспециальные методы системного анализа: имитационное, ситуационное,когнитивное, логико-лингвистическое моделирование, информационныйподход к анализу систем и др. (подробнее см. в [17, 18] и др.).

Скачать электронную версию публикации