Что каждый элемент системы имеет. Система управления: понятие, составляющие элементы
Общность понятия «система» затрудняет его адекватную формализацию, но в общем виде она может быть представлена как целостное образование, комплекс взаимосвязанных элементов, обладающих благодаря своему единению качественно новыми характеристиками, относительно индифферентных к внешней среде, причем каждая система выступает элементом системы более высокого порядка, а любой элемент системы – системой более низкого порядка.
Очень важно, что система есть «комплекс избирательно вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретает характер взаимоСОдействия компонентов на получение фокусированного полезного результата» (П. К. Анохин).
Функциональная система характеризуется тремя принципиальными моментами: во-первых, в совокупность вовлекаются только специально выбранные компоненты; во-вторых, компоненты не просто взаимодействуют, а взаимосо действуют для чего-то конкретного и определенного; в-третьих, в качестве системообразующего фактора фиксируется получение полезного результата.
Отличительными признаками системы выступают:
1) наличие взаимосвязанных частей в объекте;
2) взаимодействие между частями объекта;
3) упорядоченность данного взаимодействия для достижения общей цели системы.
Все системы имеют непременные атрибуты (модифицируя позицию В. Г. Афанасьева):
Интегративные качества;
Компоненты и элементы системы;
Структуру;
Общую цель и комплекс подцелей;
Взаимоотношения между элементами;
Функции системы и ее компонентов;
Включенность в более сложную систему в статусе компонента и элемента;
Историчность;
Внутренние и внешние возмущающие воздействия;
Структуру управления системой;
Информацию.
Базовым атрибутом системы выступает элемент системы. Под элементом понимают простейшую неделимую часть системы, которая обладает на взгляд субъекта действия (познания) определенной целостностью, состояние и функциональные особенности которой могут быть измерены и описаны в терминах, и которая может иметь отношения с другими частями рассматриваемой совокупности, а также с ее окружением (средой). Кроме функциональной характеристики, минимальность определяется самим субъектом исследования как достаточная часть, удовлетворяющая познавательной и преобразовательной потребности.
1. Упругий элемент – противостоящий внешним воздействиям, не воспринимающий их, способный только к однозначной передаче
В отсутствии изменения i элемент находится в состоянии покоя.
2. Рефлексивный элемент – обладает внутренним движением и осуществляет внутреннее преобразование по какому-либо закону и алгоритму.
Частный случай рефлексивности элемента – нейтральный.
3. Элемент – потребитель – воспринимает воздействие в данных условиях без образования направленного эффекта.
4. Элемент – источник – образует в данных условиях направленный эффект «Р» в отсутствии понуждающего внешнего воздействия.
5. Полирецепторный элемент – рефлексивный элемент, образующий направленное воздействие при условии восприятия нескольких понуждающих воздействий.
6. Полиэффекторный элемент – рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при восприятии одного понуждающего воздействия.
7. Полиэлемент – рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при условии восприятия нескольких внешних воздействий.
8. Полиисточник – источник, образующий в данных условиях воздействия по нескольким направлениям.
9. Полипотребитель – потребитель, воспринимающий воздействия по нескольким внешним связям.
Вторым важнейшим атрибутом системы выступают взаимоотношения между элементами или связи. По-другому межэлементарную связь можно определить как каждую из степеней свободы данного элемента, действительно осуществленную в виде определенного взаимоотношения, взаимодействия с другими элементами данной системы, а также с его средой. Это понятие входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы, характеризует какее строение, так и функционирование. Предполагается, что связи существуют между всеми системными элементами и подсистемами.
Взаимоотношения могут быть:
1. Нейтральными , когда:
1 элемент 2 элемент
где а , в – сила воздействия;
а = в , но противоположны по направлению.
Особенности:
Подобная связь не является статичной.
При любых изменениях воздействие и противодействие остаются равными по величине в каждый рассматриваемый момент их отношений, их геометрическая сумма всегда равна нулю в эти моменты.
Относительная неподвижность (статичность) элементов – есть частный случай нейтральности, когда величины воздействия и противодействия неизменны на рассматриваемом отрезке времени.
Противодействие считается полным, если оно равно по величине воздействию в рассматриваемом диапазоне его изменений.
2. Функциональными , когда:
1) 1 элемент 2 элемент
2) 1 элемент 2 элемент
где а , в – сила воздействия.
Особенности:
Воздействующий элемент обладает направленным эффектом (наличие эффекторных свойств) по отношению к противодействующему.
Противодействующий элемент обладает рецепторным эффектом (наличие рецепторных свойств), т. е. способностью воспринимать внешнее воздействие.
Примечание. В реальных условиях всякий элемент в той или иной мере в различных отношениях обладает и эффекторными и рецепторными свойствами.
Нейтральная связь может превратиться в функциональную при неполном противодействии одной из сторон взаимодействия.
В результате подобных взаимоотношений в случае 2.1 в = 0, сила воздействия первого элемента максимальна и второй элемент может измениться структурно и функционально; в случае 2.2 а > в , сила воздействия первого элемента превосходит силу противодействия второго элемента, что также может приводить к структурно-функциональным изменениям во втором элементе системы .
Сетка связей достаточно обширна (по классификации И. В. Блауберга и Э. Г. Юдина):
Связи взаимодействия;
Связи генезиса;
Связи преобразования;
Связи строения;
Связи функционирования;
Связи развития;
Связи управления.
Связи могут подразделяться по характеру их материальной реализации на:
1) вещественные;
2) энергетические;
3) информационные;
по их месту и структуре:
1) прямые;
2) обратные;
по характеру их проявления:
1) детерминированные;
2) вероятностные;
3) хаотические;
4) непрерывные;
5) случайные;
6) регулярные;
7) нерегулярные.
Особенности: данные классификации относятся к конкретным реализациям систем и не характеризуют их как функциональные образования. Функциональность раскрывается в установлении причинно-следственных отношений между материальными образованиями.
Третьим атрибутом системы является компонент (подсистема), состоящий из ряда элементов системы, которые возможно объединить по схожим функциональным проявлениям. В системе может быть различное количество компонентов. Это зависит от основных функций системы (внутренних и внешних).
Система может быть расчленена на элементы не сразу, а путем последовательного разделения на подсистемы. Подсистемы сами являются системами и к ним, следовательно, относится все, что сказано о системе, в том числе и о ее целостности. Этим подсистема отличается от простой совокупности элементов, не объединенных целью и свойством целостности.
Четвертым атрибутом системы выступает структура системы. Под структурой понимается совокупность связей, взаимоотношений между всеми элементами и компонентами системы, между системой и внешней средой. Данные взаимосвязи обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структурные свойства обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные в одной из них, на другую (даже если эти системы имеют разную физическую природу). Структура может быть представлена графическим отображением, теоретико-множественным отношением, в виде матриц. Вид представления системы зависит от цели отображения.
Особенности определения понятия «структура» системы:
1. Структура всех возможных взаимоотношений в рассматриваемой совокупности отличается от структуры формируемой системы, такая структура называется полной структурой объекта.
2. Форма структуры прямо зависит от функционального среза как конкретной формы реакции данной совокупности на конкретное внешнее воздействие.
Системам как функциональным материальным образованиям с определенным глобальным эффектом свойственны следующие виды структур:
1. Внутренняя структура объекта – совокупность взаимоотношений компонентов без учета их внешних связей.
2. Функциональная структура – совокупность взаимоотношений, связанных непосредственно с функционированием каждого элемента в данной системе в направлении образования ее глобального эффекта.
3. Абсолютная структура – действительно возможная структура внешнего целого, рассматриваемого субъектом в качестве конкретно познаваемого объекта.
Исходя из важнейшей характеристики функциональных систем, выделяют два основных класса системных структур:
Нормальные структуры – структуры, в которых сохраняются все отношения и их направления, то есть:
1) элементы системы выделены на том структурном уровне, который рассматривается;
2) данные элементы неизменны и являются начальными структурными образованиями с точки зрения субъекта;
3) полная структура объекта остается неизменной в данном промежутке времени и в данных условиях;
4) норма существования структуры сохраняется неизменной.
Динамические структуры – структуры, изменяющиеся во времени, то есть:
1) количество и направление отношений между элементами системы изменяется;
2) в системе, в установившихся связях между элементами присутствует внутреннее движение;
3) изменяется элементарный состав системы.
Динамика структуры отражает динамику системы. Функциональная система может считаться изменчивой только при условии структурных перестроек при сохранении возможной функциональности каждой связи, включая и вновь образовавшиеся.
Изменение элементарного состава системы выступает вторичным фактором.
Понятия динамической структуры и динамической системы не тождественны. Динамическая система имеет больший объем, так как динамизм системы связан, помимо изменений в структуре, с возможными изменениями норм состояния ее элементов и элементарного состава. Таким образом могут происходить более глубинные изменения, чем только во взаимоотношениях между элементами.
Понятия нормальной и динамической структур, отнесенные к одной системе, есть взаимоотрицающие понятия, т. е. одна и та же система в одном промежутке времени не может иметь и нормальную и динамическую структуру.
Разрушение нормальной структуры не означает разрушение в смысле отмирания, уничтожения системы. Основной критерий системности заключен в глобальном эффекте системы, а не в структуре.
Поэтому динамическая структура, отрицая нормальную, отражает существо изменяющейся в этом отношении системы, но не прекращение ее существования. Образование глобального эффекта системы возможно в условиях происходящих изменений.
Таким образом, динамические системы – это системы с переменной структурой при относительной определенности их внешних проявлений, рассматриваемых в качестве их глобального эффекта.
Если рассматривать совокупность всех связей внутри системы, то такая структура будет внутренней. Если рассматривать совокупность всех связей как внутри системы, так и системы с внешней средой – такая структура называется полной структурой. Качественная система представляет собой единое целое, состоящее из множества различных составляющих, организованных на разных уровнях в особого рода целостности.
Пятым атрибутом системы выступают функции, понимаемые как деятельность, работа, внешнее проявление свойств какого-либо объекта в данной системе отношений. Функции классифицируются по различным признакам в зависимости от целей управленца или исследователя.
Весьма важным атрибутом системы выступают свойства, понимаемые как качества параметров объектов, т. е. внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте. Свойства дают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. При этом они могут изменяться в результате функционирования системы.
Одним из ключевых атрибутов системы является цель, лежащая в основе развития системы и обеспечивающее ее целенаправленность (целесообразность). Цель можно определить как желаемый результат деятельности, достижимый в пределах некоторого интервала времени. Цель становится задачей, стоящей перед системой, если указан срок ее достижения и конкретизированы количественные характеристики желаемого результата. Цель достигается в результате решения задачи или ряда задач, если исходная цель может быть подвергнута разделению на некоторую совокупность более простых (частных) подзадач.
Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Представление о неделимости связано с целью рассмотрения объекта как системы. Таким образом, элемент – предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи.
Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, более крупные, чем элементы, но более мелкие, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупности элементов, способных выполнить относительно независимые функции, направленные на достижение общей цели системы. Для подсистемы должна быть сформулирована подцель, являющаяся ее системообразующим фактором.
Если стоит задача не только выделить систему из окружающей среды и исследовать ее поведение, но и понять ее внутреннее строение, тогда нужно изучать структуру (от лат. structura – строение, расположение, порядок) системы. Структура системы включает в себя ее элементы, связи между ними и атрибуты этих связей. В большинстве случаев понятие “структура” принято связывать с графическим отображением, однако это необязательно. Структура может быть представлена также в виде теоретико-множественных описаний матриц, графиков.
Понятие “связь” выражает необходимые и достаточные отношения между элементами. Атрибутами связи являются:
■ направленность;
■ характер.
По направленности различают связи:
■ направленные;
■ ненаправленные.
Направленные связи, в свою очередь, разделяют на:
■ прямые;
■ обратные.
По силе проявления различают связи:
■ слабые;
■ сильные.
По характеру связи делятся на:
■ связи подчинения;
■ связи порождения.
Связи подчинения можно разделить на:
■ линейные;
■ функциональные.
Связи порождения характеризуют причинно-следственные отношения.
Связи между элементами характеризуются определенным порядком, внутренними свойствами, направленностью на функционирование системы. Такие особенности системы называют ее организацией.
Структурные связи относительно независимы от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой. Это означает, что закономерности, выявленные при изучении систем, отображающих объекты одной природы, могут использоваться при исследовании систем другой природы. Связь также может быть представлена и рассмотрена как система, имеющая свои элементы и связи.
Понятие “структура” в узком значении этого слова может быть отождествлено с понятием системообразующих отношений, т.е. структура может рассматриваться как системообразующий фактор.
В широком смысле под структурой понимают всю совокупность отношений между элементами, а не только системообразующие отношения.
Методика вычленения системообразующих отношений из окружающей среды зависит от того, о чем идет речь: о проектировании еще не существующей системы или об анализе системного представления известного объекта, материального или идеального. Существуют различные виды структур. Наиболее известные из них представлены на рис. 3.2.
Сетевая
Рис 3.2 Виды структур систем
Классификация систем. Общая классификация: абстрактные системы; конкретные системы; открытые системы; закрытые системы; динамические системы; адаптивные системы; иерархические системы, их характеристики. Классификация по признакам: по происхождению; по описанию переменных; по способу управления; по типу операторов.
Рассмотрим некоторые разновидности систем.
Абстрактные системы – системы, все элементы которых являются понятиями.
Конкретные системы – системы, элементы которых являются физическими объектами. Они разделяются на естественные (возникающие и существующие без участия человека) и искусственные (созданные человеком).
Открытые системы – системы, обменивающиеся с внешней средой веществом, энергией и информацией.
Закрытые системы – системы, у которых нет обмена с внешней средой.
В чистом виде открытые и закрытые системы не существуют.
Динамические системы занимают одно из центральных мест в общей теории систем. Такая система представляет собой структуризованный объект, имеющий входы и выходы, объект, в который в определенные моменты времени можно вводить и из которого можно выводить вещество, энергию, информацию. В одних динамических системах процессы протекают во времени непрерывно, а в других – совершаются только в дискретные моменты времени. Последние называют дискретными динамическими системами. При этом в обоих случаях предполагают, что поведение системы можно анализировать в некотором интервале времени, что непосредственно и определяется термином “динамическая”.
Адаптивные системы – системы, функционирующие в условиях начальной неопределенности и изменяющихся внешних условиях. Понятие адаптации сформировалось в физиологии, где оно определяется как совокупность реакций, обеспечивающих приспособление организма к изменению внутренних и внешних условий. В теории управления адаптацией называют процесс накопления и использования информации в системе, направленной на достижение оптимального состояния при начальной непосредственности и изменяющихся внешних условиях.
Иерархические системы – системы, элементы которых сгруппированы по уровням, вертикально соотнесенным один с другим; при этом элементы уровней имеют разветвляющиеся выходы. Хотя понятие “иерархия” постоянно присутствовало в научном и повседневном обиходе, обстоятельное теоретическое изучение иерархических систем началось сравнительно недавно. Рассматривая иерархические системы, воспользуемся принципом противопоставления. В качестве объекта противопоставления возьмем системы с линейной структурой (радиальные, централизованные). Для систем с централизованным управлением характерна однозначность, однонаправленность управляющих воздействий. В отличие от них иерархические системы, системы произвольной природы (технические, экономические, биологические, социальные и др.) назначения имеют многоуровневую и разветвленную структуру в функциональном, организационном или в каком-либо ином плане. Благодаря своему универсальному характеру и ряду преимуществ по сравнению, например, с линейными структурами иерархические системы составляют предмет особого внимания в теории и практике менеджмента. К преимуществам иерархических систем следует также отнести свободу локальных воздействий, отсутствие необходимости пропускать очень большие потоки информации через один пункт управления, повышенную надежность. При выходе из строя одного элемента централизованной системы из строя выходит вся система; при выходе же из строя одного элемента в иерархической системе вероятность выхода из строя всей системы незначительна. Для всех иерархических систем характерны:
■ последовательное вертикальное расположение уровней, составляющих систему (подсистему);
■ приоритет действий подсистем верхнего уровня (право вмешательства);
■ зависимость действий подсистемы верхнего уровня от фактического исполнения нижними уровнями своих функций;
■ относительная самостоятельность подсистем, что обеспечивает возможность сочетания централизованного и децентрализованного управления сложной системой.
Учитывая условность всякой классификации, следует отметить, что попытки классификации должны сами по себе обладать свойствами системности, поэтому классификацию можно считать разновидностью моделирования.
Системы классифицируют по различным признакам, например:
■ по их происхождению (рис. 3.3);
■ описанию переменных (рис. 3.4);
Существует множество других способов классификаций, например, по степени ресурсной обеспеченности управления, включая энергетические, материальные, информационные ресурсы.
Кроме того, системы можно разделять на простые и сложные, детерминированные и вероятностные, линейные и нелинейные и т.д.
Рис 3.3 Классификация систем по происхождению
Рис. 3.4. Классификация систем по описанию переменных
Свойства систем
Свойства, характеризующие сущность системы. Изучение свойств системы предполагает прежде всего изучение взаимоотношения частей и целого. При этом имеется в виду, что:
1) целое – первично, а части – вторичны;
2) системообразующие факторы – это условия взаимосвязанности частей внутри одной системы;
3) части образуют неразрывное целое так, что воздействие на любые из них влияет на все остальное;
4) каждая часть имеет свое определенное назначение с точки зрения той цели, на достижение которой направлена деятельность всего целого;
5) природа частей и их функции определяются положением частей в целом, а их поведение регулируется взаимоотношением целого и его частей;
6) целое ведет себя как нечто единое, независимо от степени его сложности.
Одним из наиболее существенных свойств систем, характеризующих их сущность, является эмерджентность – несводимость свойств системы к свойствам ее элементов. Эмерджентностью называют наличие новых качеств целого, отсутствующих у его составных частей. Это означает, что свойства целого не являются простой суммой свойств составляющих его элементов, хотя и зависят от них. Вместе с тем объединенные в систему элементы могут терять свойства, присущие им вне системы, или приобретать новые.
Одним из наименее изученных свойств системы является эквифинальность. Оно характеризует предельные возможности систем определенного класса сложности. Берталанфи, предложивший этот термин, определяет эквифинальность применительно к открытой системе как “способность системы в отличие от состояний равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями, достигать не зависящего от времени и от исходных условий состояния, которое определяется исключительно параметрами системы”. Потребность во введении этого понятия возникает начиная с некоторого уровня сложности систем. Эквифинальность – это внутренняя предрасположенность к достижению некоторого предельного состояния, которое не зависит от внешних условий. Идея изучения эквифинальности заключается в изучении параметров, определяющих некоторый предельный уровень организации.
Свойства, характеризующие строение систем. Анализ определений системы позволяет выделить некоторые из ее основных свойств. Они заключаются в том, что:
1) любая система представляет собой комплекс взаимосвязанных элементов;
2) система образует особое единство с внешней средой;
3) любая система представляет собой элемент системы более высокого порядка;
4) элементы, составляющие систему, в свою очередь, выступают в качестве систем более низкого порядка.
Проанализировать эти свойства можно по схеме (рис. 3.5), где: А – система; В и D – элементы системы А; С – элемент системы В. Элемент В, служащий элементом системы А, в свою очередь, является системой более низкого уровня, которая состоит из собственных элементов, включая, например, элемент С. И если мы рассмотрим элемент В как систему, взаимодействующую с внешней средой, то последнюю в этом случае будет представлять система С (элемент системы А). Поэтому особенность единства с внешней средой можно интерпретировать как взаимодействие элементов системы более высокого порядка. Подобные рассуждения можно провести для любого элемента любой системы.
Рис. 3.5 Иллюстрация свойств систем
Свойства, характеризующие функционирование и развитие систем. Наиболее существенными свойствами этого класса являются целенаправленность (целесообразность), эффективность и сложность систем. Цель является одним из основных понятий, характеризующих функционирование систем произвольной природы. Она представляет собой идеальный внутренний побуждающий мотив тех или иных действий. Формирование цели – это атрибут систем, в основе которых лежит деятельность человека. Такие системы могут изменять свои задачи в условиях постоянства или изменений внешней и внутренней среды. Тем самым они проявляют волю.
Параметрами систем, способных к целеполаганию, являются:
■ вероятность выбора определенного способа действий в определенном окружении;
■ эффективность способа действий;
■ полезность результата.
Функционирование систем, способных к целеполаганию, определяется внешними надсистемными критериями эффективности и эффективности как меры целенаправленности. Эффективность является внешним по отношению к системе критерием и требует учета свойств системы более высокого уровня, т.е. надсистемы. Таким образом, цель системы связана с понятием эффективности.
Нецелеполагающие системы, т.е. системы, которые не формируют цели, эффективностью не характеризуются.
Здесь возникает два вопроса:
1) вопрос о цели для систем неодушевленной природы, технических, физических и т.д.;
2) вопрос об эффективности эргатических систем, т.е. систем, элементом которых наряду с техническими компонентами является и человек.
В связи с поставленными вопросами следует различать три случая:
1) система действительно имеет цель;
2) система несет на себе отпечаток целеполагающей деятельности человека;
3) система ведет себя так, как будто она имеет цель.
Во всех этих случаях цель связана непосредственно с состоянием системы, хотя в двух последних случаях она не может рассматриваться как внутренний мотив действий и не может иметь другой интерпретации, кроме телеологической, только выраженной в терминах кибернетики.
В физической системе (например, в Солнечной системе) достижение какого-либо состояния (например, определенного взаимного расположения планет) можно связывать с понятием цели только в контексте предопределенности, обусловленной физическими законами природы. Поэтому, утверждая, что система, попав в определенное состояние, достигает заданной цели, мы полагаем, что цель существует априорно. При этом цель, рассматриваемая вне волевой и интеллектуальной деятельности человека, лишь интерпретирует общий междисциплинарный взгляд на проблему описания систем произвольной природы. Следовательно, цель можно определить как наиболее предпочтительное состояние в будущем. Это не только формирует единство в методах исследования, но и позволяет создавать концептуальную основу математического аппарата для такого рода исследований.
Целеполагающая деятельность человека связана с тем, что он выделяет себя из природы. Целенаправленное функционирование машин всегда несет на себе отпечаток целеполагающей деятельности человека.
Значение диалектической общности в принципах целеполагания и физической причинности особенно возрастает, когда исследуемая система содержит техническую, экономическую и социальную составляющие, как, например, в производственной системе.
Вернемся ко второму вопросу, связанному с неприменимостью понятия “эффективность” к неодушевленным системам. Если в качестве примера рассматривать средства технологического оснащения в производственной системе, то можно говорить только о стоимости, производительности, надежности и других подобных характеристиках.
Эффективность системы проявляется, когда мы учитываем цели людей, создающих и использующих в производстве данную технику. Например, производительность какой-то конкретной автоматической линии может быть высокой, но сама продукция, которую выпускают с помощью этой линии, может не пользоваться спросом.
Противоречивые свойства понятия “эффективность” создают определенные трудности в его понимании, интерпретации и применении. Противоречие состоит в том, что, с одной стороны, эффективность является атрибутом системы, таким же, как цель, а с другой – оценка эффективности опирается на свойства надсистемы, формирующей критерии эффективности. Противоречие это носит диалектический характер и стимулирует развитие представлений об эффективности систем. Связывая эффективность с целью, следует отметить, что цель должна быть в принципе достижимой. Цель может быть и не достигнута, но это не противоречит возможности ее принципиальной достижимости. Помимо главной цели в системе имеет место упорядоченное множество подцелей, которые образуют иерархическую структуру (дерево целей). Субъектами целеполагания в этом случае являются подсистемы и элементы системы.
Понятие сложной системы. Важное место в теории систем занимает выяснение того, что есть сложная система и чем она отличается, например, от системы с просто большим числом элементов (такие системы можно называть громоздкими системами).
Известны различные попытки определить понятие сложной системы:
1) в сложной системе обмен информацией происходит на семантическом, смысловом уровне, а в простых системах все информационные связи происходят на синтаксическом уровне;
2) в простых системах процесс управления основан на целевых критериях. Для сложных систем характерна возможность поведения, основанного не на заданной структуре целей, а на системе ценностей;
3) для простых систем характерно детерминированное поведение, для сложных – вероятностное;
4) сложной является самоорганизующаяся система, т.е. система, развивающаяся в направлении уменьшения энтропии без вмешательства систем более высокого уровня;
5) сложными являются только системы живой природы.
Обобщение многочисленных подходов позволяет выделить несколько основных концепций простоты (сложности) систем. К ним относятся:
■ логическая концепция простоты (сложности) систем. Здесь определяются меры некоторых свойств отношений, которые считаются упрощающими или усложняющими;
■ теоретико-информационная концепция, предполагающая отождествление энтропии с мерой сложности систем;
■ алгоритмическая концепция, согласно которой сложность определяется характеристиками алгоритма, необходимого для реконструкции исследуемого объекта;
■ теоретико-множественная концепция. Здесь сложность увязана с мощностью множества элементов, из которых состоит изучаемый объект;
■ статистическая концепция, связывающая сложность с вероятностью состояния системы.
Общим свойством всех этих концепций является подход к определению сложности как следствия недостаточности информации для желаемого качества управления системой. В определении уровня сложности системы роль субъекта является определяющей. Реально существующие объекты обладают самодостаточной системностью, категория “сложность системы” возникает вместе с появлением субъекта исследования. Сложной или простой система представляется субъекту лишь постольку, поскольку он хочет и может видеть ее таковой. Например, то, что психологу представляется сложной системой, для бухгалтера может оказаться элементарным объектом, штатной единицей, или то, что экономист считает простой системой, физик может рассматривать как очень сложную систему.
Типология – это классификация объектов по общности признаков. Потребность в типологии организации возникает, когда накопление исследовательских данных и представление их в организации делают необходимым формирование ее единой картины.
Типология организации позволяет:
■ систематизировать объект, сосредоточиться на особенностях, сходствах и различиях организаций по разным параметрам (цели, структура, функции и др.);
■ установить общность проблем и типизировать их для разных организаций, чтобы одни организации могли пользоваться методами решения проблем, применяемыми в других;
■ дать характеристику общества с организационной точки зрения, которая может использоваться при анализе возможных изменений в структуре общества.
Рассмотрим классификацию организаций по некоторым наиболее существенным признакам.
Классификация организаций по принципам управления.
По принципам управления различают следующие типы организаций:
■ унинодальные (от лат. unnis (uni) – один);
■ мультинодальные (от лат. multum – много);
■ гомогенные (однородные);
■ гетерогенные (разнородные).
Унинодальная организация имеет иерархическую структуру: в ней на вершине пирамиды власти находится индивид, имеющий решающий голос и способный решить все проблемы, которые возникают на более низких уровнях.
Мультинодальная организация характеризуется отсутствием персонифицированной власти; решения принимаются двумя или несколькими автономными ответственными лицами.
Гомогенная организация управляет своими членами больше, чем они управляют ею.
Гетерогенная организация управляется своими членами в большей степени, чем она управляет ими.
Почти все реальные организации обладают упомянутыми признаками, но часто один из признаков преобладает.
Классификация организаций по функциональным признакам. Классификация организаций по функциональным признакам представлена на рис. 3.6. Рассмотрим один из уровней, представленных деловыми, общественными (союзными), ассоциативными организациями и поселениями.
Рис. 3.6. Класифікація організацій за функціональними ознаками
Деловые организации создаются как отдельными предпринимателями, так и более масштабными социальными системами – государством, местной властью и т.д. Участие в них дает доход и заработную плату. Основа внутреннего регулирования – административный порядок, принципы целесообразности, подчиненности.
Общественные (союзные) организации представляют собой обобщение целей индивидуальных участников. Регулирование обеспечивается принятыми всеми нормами (уставом) и принципом выборности. Членство в таких организациях обеспечивает удовлетворение политических, социальных, культурных, творческих и других интересов участников.
Ассоциативные организации характеризуются некоторой автономией от среды, относительной стабильностью состава, иерархией ролей, сравнительно устойчивым распределением участников по уровню престижа, принятием общих решений. Функции регулирования осуществляют прежде всего спонтанно формируемые коллективные нормы и ценности. Ассоциативные организации строятся на взаимном удовлетворении интересов, когда фактором объединения является не общая цель, а цель любого субъекта, т.е. цели субъектов не противоречат друг другу.
Поселения близки по сути ассоциативным организациям, но главным объединяющим их фактором является территория.
Классификация организаций по их общественным функциям.
Помимо решения экономических проблем любая деловая организация выполняет общественные функции, т.е. ее действия всегда имеют социальные последствия.
На рисунке 3.7 показана структура общественных функций деловых организаций, в основе которых лежат удовлетворение человеческих потребностей и решение интеграционных задач.
Рис. 3.7. Класифікація організацій за їх суспільним функціям.
Классификация организаций по принципам целеполагания.
По признаку целеполагания выделяют несколько видов организаций, имеющих реальные прототипы:
ценностно-ориентированные организации, поведение которых определяется заданной системой ценностей;
целеполагающие организации, обладающие свойством формировать для себя цели деятельности и изменять их на основании достигнутых результатов, собственной эволюции и изменения внешней среды;
целеустремленные организации, которые имеют единую и неизменную главную цель. Поскольку цель должна быть хотя бы в принципе достижимой, такие организации носят временный характер;
целенаправленные организации, действующие в соответствии с четко сформулированными и заданными системой более высокого уровня целями, которые способны изменяться;
целеориентированные организации, имеющие нечетко сформулированные и заданные системой более высокого уровня цели, которые в определенных пределах могут ими уточняться;
целепригодные организации, действующие для выполнения одной из второстепенных целей, заданных надсистемой, поэтому их деятельность носит разовый характер;
В современном менеджменте возрастает внимание к ценностно-ориентированным организациям. Системой ценностей принято называть наиболее устойчивую категорию человеческих отношений, формирующуюся на протяжении всего предшествующего опыта практической и теоретической деятельности. Система ценностей является основой целеполагания.
Представление организации как системы, как некого статического объекта с объективированной структурой позволяет классифицировать организации по различным признакам, что, в свою очередь, создает предпосылки для их всестороннего изучения.
Проблема качества программного обеспечения становится сегодня все более острой, особенно по мере расширения использования информационных технологий и роста сложности ПО. Высокое качество продуктов дает разработчикам не только конкурентные преимущества и кредит доверия клиентов, но и облегчает сопровождение и развитие ПО. В данной статье излагаются взгляды сотрудников подразделения разработки ПО корпорации "Галактика" на проблему создания качественного программного обеспечения.
Разработчики, стоявшие у истоков системы "Галактика", приобретали опыт создания ПО в структурах военно-промышленного комплекса. Естественно, что требования к надежности автоматизированных систем для управления войсками были очень высоки - отказ в ходе военных действий означал возникновение смертельной опасности для сотен тысяч людей. На основе разработанных мер обеспечения надежности тогда удалось создать систему, при эксплуатации которой не проявилось ни одной ошибки в программном обеспечении. Накопленный опыт лег в основу корпоративной культуры разработки программного обеспечения, существенный аспект которой - постоянное внимание к вопросам качества.
В области экономики и управления бизнесом право на существование имеет только безусловно хорошее ПО, а не "осетрина второй свежести", поэтому концепция "достаточно хорошего программного обеспечения", которую сегодня воплощают в жизнь многие ведущие производители ПО, выглядит по меньшей мере странной. Можно, конечно, утверждать, что система обеспечения жизнедеятельности человека и корпоративная информационная система различаются с точки зрения критичности ошибок. Но, с другой стороны, клиент вправе ожидать, что программный продукт никоим образом не поставит под угрозу "здоровье" и существование его предприятия.
Цель и ориентиры
Наиболее приемлемым ориентиром для корпорации является опыт компании IBM - одного из ведущих разработчиков программ для оборонных проектов США. Известно, например, что в трех миллионах строк кода бортового ПО "шаттлов" содержится менее одной ошибки на десять тысяч строк . Мы активно внедряем в свою практику организационный и технологический опыт IBM .
Другим ориентиром стали общепризнанные стандарты качества ISO 9000. Согласно формулировке ISO 8402, под качеством понимается совокупность характеристик программного продукта, относящихся к его способности удовлетворить установленные и предполагаемые потребности клиентов. Основными параметрами качества считаются: функциональная полнота, соответствие требованиям законодательства стран СНГ, безопасность информации, простота эксплуатации, не требующая специальных знаний в области информационных технологий, эргономичность пользовательского интерфейса, минимизация затрат на эксплуатацию, развитие и модернизацию.
Под надежностью обычно понимается способность системы выполнять заданные функции, сохраняя основные характеристики при определенных условиях эксплуатации. Применительно к программному обеспечению это прежде всего безотказная работа, отсутствие ошибок, препятствующих нормальному функционированию предприятия.
Качество и надежность в комплексе обеспечивают высокие потребительские свойства ПО. В процессе создания программного продукта они одновременно и непрерывно контролируются и совершенствуются. Однако насколько реально обеспечить качество и надежность сложной многофункциональной системы при ограниченных сроках разработки? Для иллюстрации можно привести результаты опроса более тысячи крупных компаний, проведенного министерством торговли и промышленности Великобритании. Оказалось, что средняя частота отказов информационных систем составила: 1 отказ в год - 40% компаний, 1 отказ в месяц - 29%, 1 отказ в неделю - 15% компаний, 1 отказ в день - 7% и 5% компаний наблюдали у себя более одного отказа в день. При этом доля отказов и сбоев программного обеспечения в общем списке причин неработоспособности (простоев) информационных систем составляла 24% .
В зависимости от комплекта поставки, система "Галактика" может включать свыше трех тысяч взаимосвязанных бизнес-функций, результаты выполнения которых контролируются более 300 параметрами настройки. Очевидно, что добиться требуемого качества и надежности можно, только обозначив их в качестве приоритетной цели и постоянно продвигаться к ней по следующим направлениям:
- организация промышленного производства программного обеспечения с четко выраженной специализацией, оптимальным распределением функций, полномочий и ответственности персонала;
- внедрение комплекса наиболее современных и эффективных технологий, включая как технологии разработки и сопровождения программных продуктов, так и технологию управления разработками (проектами);
- развитие системы качества на основе рекомендаций ISO 9000-3 (рис.1).
Ступени, ведущие к качеству
Один из ключевых элементов обеспечения качества - это тестирование. Многие известные разработчики ПО проводят тестирование своих продуктов в несколько этапов, которые отличаются видами выполняемых работ и привлекаемыми ресурсами. Корпорация "Галактика" в этом смысле не исключение.
Фактически, тестирование начинается еще в процессе кодирования очередной версии. В составе групп специалистов, работающих над определенной частью системы, имеются так называемые "локальные" тестировщики. Их задача - оперативное тестирование вновь разрабатываемых или измененных функций системы. Подобная "конвейерная" организация работ позволяет сэкономить время и силы, поскольку значительная часть ошибок выявляется и устраняется практически в момент возникновения. Работа тестировщиков на этом этапе как бы локализована в рамках части системы, разрабатываемой данной группой, поэтому мы говорим о "локальном" тестировании.
Известно, что когда человек долго работает над одной проблемой, у него складываются определенные стереотипы, которые часто мешают заметить собственные ошибки. Чтобы избежать этого, при определенной степени готовности системы мы начинаем перекрестное тестирование. Разработчики не только "свежим взглядом" проверяют работу друг друга, но и одновременно обмениваются опытом.
И локальное, и перекрестное тестирование сопровождается проверкой исходного кода. Если работа тестировщика с системой - это поиск ошибок по их проявлениям в процессе выполнения программы, то работа с исходным кодом позволяет "отловить" ошибки, которые при обычном тестировании проявятся не сразу.
Во время кодирования проверяются отдельно взятые функции или их блоки в пределах одного модуля системы. Затем начинается тестирование системы как единого целого (интегральное тестирование) на наборах бизнес-процессов, для реализации которых используются функции ряда модулей. Эта стадия цикла разработки включает несколько этапов.
Сначала в работу включаются только подразделения Департамента разработки ПО (отдел интегрального тестирования и др.) - этот этап цикла разработки называется внутренним тестированием. Проверяется функциональная полнота системы, соответствие проектной документации, корректность проектных решений. Контролируется соответствие законодательствам стран СНГ: России, Беларуси, Украины и Казахстана.
На следующем этапе в работу вовлекаются ресурсы, внешние по отношению к Департаменту разработки ПО: подразделения корпорации, занимающиеся сбытом и технической поддержкой; клиенты - заказчики новых функций системы; другие заинтересованные организации.
Понятие "внешнее тестирование" - более широкое, чем традиционное "бета-тестирование", в котором участвуют только нынешние и потенциальные потребители. На стадии внешнего тестирования происходит концентрация усилий сотен опытных экспертов, использующих различную методологию и разнообразные подходы к работе с системой. Все специалисты объединяются в единую информационную сеть системы "Проблемы и решения". Практически все подразделения корпорации участвуют во внешнем тестировании, а объединение с корпорацией "Парус" создало возможность обмена программными продуктами для перекрестного интегрального тестирования.
И на внутреннем, и на внешнем тестировании постоянно проводится статистический анализ количества обнаруженных и исправленных ошибок, на основе результатов которого принимается решение о переходе к следующему этапу (рис. 2).
Минимизация ошибок на различных стадиях разработки ПО.
Заключительное тестирование проводит отдел интегрального тестирования Департамента разработки ПО. Его задача - еще раз проверить реализацию максимального количества бизнес-процессов и убедиться, что исправление ошибок на предшествующих этапах не вызвало новых ошибок. Фактически это "прогон" системы, на который отводится 10 рабочих дней. Для сравнения - во время приемки систем военного назначения на аналогичную процедуру выделялось максимум 4 дня. Мы отводим на это больше времени и ресурсов, чтобы гарантировать высокую надежность за счет полного охвата типовых бизнес-процессов.
Далее версия системы передается в опытную эксплуатацию на предприятия. Это тоже ответственная стадия, ибо даже самое полное тестирование не всегда позволяет выявить все нюансы, которые обнаруживаются при реальной эксплуатации. (Обычно заинтересованный заказчик выступает в роли придирчивого и дотошного тестировщика.) Если в течение месяца серьезных замечаний не поступает, версия передается остальным клиентам и на коммерческую реализацию.
В итоге версия на пути от разработчика до клиента проходит шесть уровней тестирования (рис. 2), на каждом из которых обеспечивается минимизация ошибок и достижение установленных в начале разработки значений показателей качества и надежности.
Фундамент качества и его составляющие
Все работы по улучшению качества программного продукта, безусловно требуют организационного, технического и методологического обеспечения.
Следуя опыту IBM и рекомендациям ISO 9000-3 , в штатную структуру Департамента разработки ПО была введена должность специалиста по качеству, которому функционально подчиняются локальные тестировщики групп и отдел интегрального тестирования. Главная задача этого специалиста - обеспечить необходимый уровень качества и надежности программного продукта (версии, релиза).
Что касается технического обеспечения, то здесь, прежде всего, следует отметить систему автоматизированного тестирования AQA, позволяющую нам решать целый ряд вопросов.
- Экономия ресурсов и повышение качества тестирования. Автоматическое тестирование по заданному сценарию не требует участия человека - система сама тестирует программный продукт во всех нужных режимах, ничего не пропуская. Вмешательство человека требуется только для пополнения библиотеки сценариев.
- Стабилизация надежности. Когда в системе проводятся какие-либо изменения, то самые трудноуловимые ошибки - те, что возникают в уже проверенных компонентах. Повторный запуск сценариев тестирования после внесения изменений позволяет обнаружить ошибки в ситуациях, где тестировщик с большой вероятностью мог бы их пропустить. Таким образом, надежность уже отлаженных и проверенных компонентов системы находится под постоянным контролем и не может быть нарушена при внесении изменений в другие компоненты.
- Параллельное тестирование системы на разных платформах. Отлаженные сценарии тестирования могут запускаться на любой из поддерживаемых в данный момент платформ (Btrieve, Oracle, MS SQL).
Все это относится к тестированию новых версий, полный цикл разработки которых занимает почти полгода. В период между версиями, как правило, раз в месяц выходят так называемые "релизы", выпуск которых связан с необходимостью отслеживать изменения законодательства и оперативно решать проблемы стратегических клиентов корпорации. Сжатые сроки требуют специальной методики тестирования. С одной стороны, основной объем работ перекладывается на систему AQA - никакая команда тестировщиков не сможет за 2 дня пройти все типовые бизнес-процессы и гарантировать, что изменения не отразились на "старых", многократно проверенных функциях. С другой стороны, новые функции требуют ручного тестирования, одновременно отрабатывается технология их проверки и создаются сценарии, которые будут в дальнейшем использоваться при автоматизированном тестировании с помощью системы AQA.
Система автоматизированного тестирования теоретически позволяет гарантировать стопроцентное качество системы, необходимо лишь составить исчерпывающую библиотеку сценариев. Традиционно считается, что качество приложения является функцией от количества тестов . Но для сложного многофункционального программного продукта, такого как "Галактика", создание подобной библиотеки - крайне сложная задача, требующая колоссальных ресурсов. Поэтому мы придерживаемся другого подхода: большинство ошибок выявляются и устраняются на ранних стадиях разработки, а во время интегрального тестирования приоритетная роль отводится комплексным тестам, проверяющим реализацию бизнес-процессов в целом, а также взаимодействие различных модулей системы. Разработкой таких сценариев занимаются тестировщики, имеющие богатый опыт автоматизации крупных предприятий различных отраслей и форм собственности.
Другим источником разработки качественных тестов является взаимодействие с подразделениями, непосредственно работающими с клиентами, в частности, со службами консалтинга и пуско-наладки. Описание бизнес-процессов, реализованных при внедрении системы на конкретном предприятии - желанная пища для тестировщиков. А созданные на основании этого описания сценарии для автоматизированного тестирования - гарантия надежной эксплуатации нашего программного обеспечения на данном предприятии.
Автоматизированная система "Проблемы и решения" (ПИР) представляет собой средство оперативного контроля качества и надежности, которое активно используется во время тестирования для регистрации и статистической обработки информации о найденных и исправленных ошибках. В то же время ПИР - это система оперативной обратной связи с потребителями. Где бы ни возникла проблема: в Москве, Минске, Владивостоке, она очень быстро попадает в Центр разработки. Скорость поступления фактически определяется скоростью передачи информации по линиям связи, при этом сразу известно лицо, ответственное за решение проблемы, и контролируются сроки.
Методологическое обеспечение тестирования включает: технологию, изложенную в регламентах и инструкциях, библиотеки бизнес-процессов и сценариев автоматизированного тестирования, а также результаты анализа причин возникновения ошибок.
Итак, прежде чем получить статус коммерческой, версия системы проходит шесть уровней тестирования, на каждом из которых выявляется некоторое количество ошибок. Используемая на разных уровнях методологическая база имеет свои особенности и должна способствовать уменьшению количества ошибок при переходе от уровня к уровню. В частности, условия тестов и метрики тестирования соответствуют спецификации этапа разработки. Послепроектному анализу подвергается каждая ошибка, выясняются ее причины и выявляются пробелы в методологии, не позволившие обнаружить ошибку на предыдущих уровнях . Таким образом, достигается главная цель - обнаружение максимального количества критичных ошибок еще на нижних уровнях тестирования и их устранение к его заключительному этапу.
Технология тестирования зависит, в частности, от объема информации, хранимой в тестовой базе данных (БД). Непременным элементом тестирования является проверка работоспособности системы на пустой базе, что фактически представляет собой модель деятельности нового клиента: систему надо настроить, заполнить основные справочники, ввести начальные данные. Для детальной проверки сложных бизнес-процессов, требующих настройки на региональную либо отраслевую специфику, используются базы с объемом данных до 1 Гбайт). На всех уровнях интегрального тестирования выполняется ряд эталонных и специфических тестов для набора баз данных. Таким образом, к графику (рис. 2) добавляется еще одно измерение (БД). В результате тестирование становится "трехмерным".
Это дает дополнительный эффект: проверку полноты и непротиворечивости настроечных параметров - настройка определяет алгоритмы выполнения многих функций. Исключаются также проблемы при обновлении версий, поскольку тестирование новых версий на "старых" базах позволяет обеспечить высокую надежность конвертации.
Профилактика выгоднее лечения
Тщательное тестирование программного обеспечения - наиболее очевидный способ обеспечения его надежности. Действительно, тестирование - это диагностика болезни, анализ симптомов, выявление источника и определение наилучшей методики лечения. Однако не менее важны профилактические мероприятия .
Система предупреждения "болезни" включает ряд организационных мероприятий, суть которых сводится к обеспечению надежности и качества на всех стадиях разработки, начиная от проектирования. На сегодня соотношение времени, затраченного на проектирование, кодирование и тестирование составляет 40%,20% и 40% соответственно. Проектирование разбивается на несколько этапов: разработка технического задания, его анализ, создание макета системы. Результаты каждого этапа подвергаются экспертизе, перекрестной проверке и взаимосогласованию. Наличие детально проработанной проектной документации существенно снижает вероятность возникновения ошибок и служит дополнительной гарантией надежности продукта.
Казалось бы, какой интерес освещение вопроса тестирования - одного из важнейших аспектов разработки ПО - представляет для наших клиентов? Их интересует конечный результат: система должна обеспечивать отражение конкретных бизнес-процессов, быть простой в освоении, динамично реагировать на изменения жизненных реалий. И не столь важно, какими средствами все это будет достигнуто. Тем не менее, непременно нужно уделять внимание работам, направленным на повышение качества ПО. И для этого существует как минимум две причины:
- высокий уровень методического, технического, организационного обеспечения тестирования на всех стадиях предопределяет высокое качество продукта, гарантирует, что однажды устраненная ошибка не появится вновь, а значит - укрепляется доверие пользователей к продукту;
- активность пользователей, постоянная обратная связь облегчает создание адекватных схем проверки проектных решений и тоже служит общей цели - созданию качественного и надежного программного обеспечения.
Литература
- A.Davis. "Fifteen Principles of Software Engineering" //IEEE Software, Vol.11, №6, 1994, pp.94-101.
- K.Rubin. Developing object-oriented software/IBM Object-Oriented Technology Center, Prentis Hall Inc, 1997
- В.Шниман. Отказоустойчивые компьютеры компании Stratus. //Открытые системы, №1, 1998, с.13-22.
- Общее руководство качеством и стандарты по обеспечению качества (ISO 9000-1). Руководящие указания по применению стандарта ISO 9001, при разработке, поставке и обслуживании программного обеспечения ((ISO 9000-3).
- Д.Коул, Т. Горэм, М. МакДональд, Р. Спарджеон. Принципы тестирования ПО. //Открытые системы, №2, 1998 с. 60-63.
Система ПИР
Корпоративная система "Проблемы и Решения" (ПИР) - инструментальное средство регистрации и обработки информации обо всех видах проблем, возникающих в ходе разработки и эксплуатации программных продуктов (ошибки, предложения по развитию, заявки на доработку). Система эксплуатируется в центрах разработки и в региональных отделениях продвижения. Обмен накопленными данными, проводимый не реже двух раз в день, обеспечивает оперативное поступление информации из любого региона. Ввод информации осуществляется сотрудниками корпорации, получающими ее от клиентов (по любому каналу связи и в любой форме), или в процессе непосредственной работы с программными продуктами. Проблема адресуется одному из руководителей групп разработки, который отвечает за решение зарегистрированной проблемы. Процесс решения регламентирован и контролируется по срокам. Для контроля и анализа предусмотрено получение разнообразных форм отчетности
Тестирование ПО как один из элементов системы качества
Функциональная среда системы - характерная для системы совокупность законов, алгоритмов и параметров, по которым осуществляется взаимодействие (обмен) между элементами системы и функционирование (развитие) системы в целом.
Элемент системы - условно неделимая, самостоятельно функционирующая часть системы.
Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным. Например, в качестве элементов стола можно назвать «ножки, ящики, крышку и т. д.», а можно - «атомы, молекулы», в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем.
Поэтому примем следующее определение: элемент - это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели.
Компоненты и подсистемы.
Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы, и в частности имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также другие свойства - целостности, коммуникативности и т. п., определяемые закономерностями систем.
Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.
Связь. Понятие связь входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение ее целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.
Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.
Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или видом).
По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные.
По второму - на сильные и слабые.
По характеру (виду) различают связи подчинения, порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), управления.
Структура системы - совокупность связей, по которым обеспечивается энерго-, массо- и информационный обмен между элементами системы, определяющая функционирование системы в целом и способы ее взаимодействия с внешней средой.
Часто структуру системы оформляют в виде графа. При этом элементы являются вершинами графа, а ребра обозначают связи.
Если выделены направления связей, то граф является ориентированным. В противном случае - граф неориентированный.
Цель - заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека.
Символически это определение системы представим следующим образом:
S ≡ < A, R, Z >,
где А – элементы;
R – отношения между
элементами;
Понятия, характеризующие функционирование и развитие системы
Процессы, происходящие в сложных системах, как правило, сразу не удается представить в виде математических соотношений или хотя бы алгоритмов.
Поэтому для того, чтобы хоть как-то охарактеризовать стабильную ситуацию или ее изменения, используют специальные термины, заимствованные теорией систем из теории автоматического регулирования, биологии, философии.
Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии.
Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы (давление, скорость, ускорение).
Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что она обладает поведением.
Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности (правила) перехода из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его характер, алгоритм.
Равновесие. Понятие равновесие определяют как способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго.
Устойчивость. Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних (или в системах с активными элементами - внутренних) возмущающих воздействий.
Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия.
Возврат в это состояние может сопровождаться колебательным процессом. Соответственно в сложных системах возможны неустойчивые состояния равновесия.
Классификация систем
| Признак | Виды систем |
| 1. Природа объекта | Естественные Искусственные - реальные - абстрактные |
| 2. Характер взаимоотношений со средой | Открытые (непрерывный обмен) Закрытые (слабая связь) |
| 3. Причинная обусловленность | Детерминированные Вероятностные |
| 4. Характер элементов | экономические, социальные, технические, политические, биологические |
| 5. Степень организованности | Хорошо организованные Плохо организованные Самоорганизующиеся |
| 6. По отношению к времени | Статические Динамические |
| 7. По степени сложности | Малые и Большие Простые и Сложные |
| 8. По однородности элементов | Гомогенные Гетерогенные |
Большие и сложные системы
Большие системы – те, моделирование которых затруднено вследствие их размерности, а сложные системы – те, для моделирования которых недостаточно информации.
Иногда выделяют еще «Очень сложные системы », для моделирования которых человечество не обладает нужной информацией. Это мозг, вселенная, социум.
При моделировании больших систем применяют метод декомпозиции, в котором снижение размерности осуществляется путем разбиения на подсистемы.
При моделировании сложных систем применяют специальные методы снижения неопределенности.
Системный подход в управлении
Понятие и виды систем. Сущность системного подхода и системного анализа в управлении. Система управления как объект исследования. Основные элементы системы управления. Функциональное разделение управленческого труда. Количество промежуточных уровней иерархической системы управления. Число руководителей на каждом промежуточном уровне. Численность и профессиональный состав управленческого персонала при каждом руководителе. Матрица соподчиненности руководителей. Качество системы управления. Критерия качества. Исследование систем управления: методология и процесс. Исследование и проектирование организационных структур управления.
Системой называется совокупность взаимозависимых элементов, образующих единое целое; целое выполняет некоторую функцию. В системе все ее элементы должны быть взаимозависимыми и/или взаимодействующими. Самые разные элементы могут быть объединены в “целое”, но это “целое” еще не система, покак не сформирован механизм их взаимодействия. Еще Аристотель писал о том, что рука, отделенная от тела, уже не рука. А Гегель образно выразился так: части бывают только у трупа, а организм имеет новое качество: он живет.
Мир в целом представляет собой сложную систему, которая в свою очередь, состоит из множества больших и малых систем. Система – это противоположность хаосу.
Системы имеют разнообразные формы. Среди крупных систем выделяют следующие:
Биологические;
Технологические;
Социальные (в т. ч. социально-экономические).
К социально-экономическим системам относятся предприятия, отрасли, муниципальные образования, рагионы ит.д. Система всегда реагирует на внешние возмущения и стремится вернуться в состояние равновесия. Однако если под воздействием внешних сил система далеко уходит от равновесного состояния, то она может стать неустойчивой и не вернуться в равновесное состояние. В определенной точке (точка бифуркации) поведение системы становится неопределенным. Иногда и незначительное воздействие на систему может привести к значительным последствиям, и тогда система переходит в новое качество. Причем этот переход осуществляется скачкообразно.
Большой вклад в развитие теории систем внес русский философ и экономист А. А. Богданов (1873-1928), автор работы “Всеобщая организационная наука (тектология)”. Он разработал основы теории строения систем и обосновал общие закономерности их развития. Богданов считал, что предметом изучения тектологии должны являться организационные принципы и законы, общие для всех систем – сознательной деятельности людей, их психических и физических комплексов, живой и мертвой природы. При разработке концепций тектологии Богданов высказал ряд новых идей, в том числе, понятия управляющей и управляемой системы, обратной связи, моделирования, позднее развитые кибернетикой и общей теорией систем, сформулировал и обосновал универсальный закон физилогических затрат энергии.
Шиороко известна теория функциональных систем, разработанная П. К. Анохиным, рассматривающая деятельность организма в целом, как единую систему. Адаптированная, исправно функционирующая система способна отторгнуть лишний элемент, но если какая-нибудь функциональная часть ее выйдет из строя, то под угрозой будет работа системы в целом.
Человек как биологическое существо- это система. Кроме того, он как участник производственного процесса является компонентом другой системы которая называется социотехнической.
Любая система может рассматриваться как подсистема некоторой более крупной системы. Так, муниципальное образование является подсистемой субъекта федерации. Общими признаками для выделения подсистем (частей) в социальных системах являются следующие:
Подсистемы должны быть такими, чтобы они могли оказывать существенное влияние на достижение конечных результатов системы;
Подсистемы должны быть привязаны к целому с помощью определенных отношений каждой части к какой-либо общесистемной характеристике (или характеристикам), имеющей необходимую и логическую функциональную связь с выполнением общесистемных задач;
Подсистемы должны быть соответственно увязаны с поведением всех элементов системы и отражать постоянное функционирование взаимных связей, установленных для отдельных элементов системы через ее подсистемы с окружающей средой.
Подсистема формируется из элементов, которые являются структурообразующей частью какой-либо системы. Например, предприятие представляет собой элемент отрасли.
Любая социальная система состоит из двух самостоятельных, но взаимосвязанных подсистем: управляемой и управляющей. К управляемой подсистеме относятся все элементы, обеспечивающие непосредственный процесс создания материальных и духовных благ или оказания услуг. К управляющей подсистеме относятся все элементы обеспечивающие процесс целенаправленного воздействия на коллективы людей и ресурсы управляемой подсистемы. Одним из важнейших элементов управляющей подсистемы является организационная структура управления.
Связь между управляющей и управляемой системами осуществляется с помощью информации, которая служит основой для выработки управленческий решений и воздействий исходящий из управляющей системы в управляемую для исполнения.
Любая социальная система самоуправляемая. В то же время в процессе управления она испытывает внешние воздействия. Внешние и внутренние воздействия в любой системе тесно связаны между собой и взаимно обуславливаются: чем значительнее одно, тем меньше роль другого.
Для самоорганизации системы необходимы ряд условий. Среди них в первую очередь отмечаются следующие: 1) относительная открытость системы, что предполагает наличие определенных потоков в нее (человеческих ресурсов, энергии, капитала, товаров и т.д.); 2) наличие элемента случайности (например, случайности природного происхождения, случайности в научно-технических изобретениях и последствиях их применения и т. д.); 3) нелинейность закона взаимодействия различных частей социальной системы; 4) определенность диапазона системных параметров, которые играют важную роль в качественном поведении социальной системы, так называемых управляющих параметров. При этом если управляющие параметры имеют критические точки, за которыми поведение системы коренным образом меняется и возникают новые разновидности решений, то такие управляющие параметры называют бифуркационными. Управляющими (бифуркационными) параметрами макроэкономического уровня могут быть коэффициенты эффективности взаимодействия производства, какие-либо интегрированные характеристики (например, валовой национальный продукт) и т.д.
Техническая система представляет собой пропорциональное сочетание отдельных технических средств из множества отдельных видов различного оборудования (производственные мощности предприятия, отрасли, с помощью которых люди в процессе материального производства способны производить продукцию заданного качества в определенном количестве).
Технологическая система основана на деление деятельности, материального и духовного производства на стадии и процессы. Например, законотворчество имеет такие стадии как законодательная инициатива, обсуждение закона, принятие закона, подписание и опубликование закона.
Организационная система включает в себя структуры управления, положения и инструкции, с помощью которых воздействуют на управляемую подсистему.
Экономическая система представляет собой единство хозяйственных и финансовых процессов и связей.
Социальная система - люди и их объединения, создаваемые для совместной жизнедеятельности (человек, семья, государство).
Техническая, технологическая, организационная, экономическая и социальная системы взаимосвязаны и создают целостный организм.
Все организации являются системами. Для того что понять, как система выполняет свою функцию, необходимо узнать, как все ее элементы взаимосвязаны друг с другом и как она связана с системой, образующей ее внешнюю среду.
При этом возникает два важных вопроса. Как устанавливать границы системы? Что считать соответсвующими ей подсистемами? Ответы на эти вопросы зависят от цели анализа.
При установлении границ системы всегда приходится опираться на здравый смысл. Чем шире границы проблемы, тем шире изучаемая система и тем больше переменных, которые необходимо учесть. Так, проблема дискриминации при приеме на работу может восприниматься как один из аспектов более крупной проблемы, требующей принятия мер в области законодательства, образования, жилищного строительства, политических прав и т.д. Однако здесь возникает проблема адекватности ресурсов потребности исследования этой более крупной системы. Если ресурсы не достаточны, то основная цель разбивается на подцели, что облегчает подход к решению основной задачи. Это достигается за счет того, что ресурсы, высвобождающиеся после решения подзадач, направляются на решение основной проблемы.
Системы делятся на естественные и искусственные. К первым относятся природные, а ко вторым – социальные, т. е. созданные человеком.
Все, что не входит в систему и воздействует на нее или на что воздействует сама система, называется ее внешней средой.
Кроме того, системы бывают закрытые и открытые. Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы от среды, окружающей систему. Она может существовать хотя бы какой-то промежуток времени самостоятельно, без взаимодействия с окружающй средой. Например, часы. Закрытые физические системы подвержены энтропии – тенденции к иссяканию. В управлении к закрытым система условно можно отнести организации, руководство которых оберегает свою систему от информационного обмена с внешней средой (от новшеств, образования и т.п.). Такие системы также подвержены иссяканию. Есть все основания полагать, что одной из основных причин краха советской модели государственного устройства явилась ее закрытость от внешнего мира. Другим примером закрытости от внешнего мира сегодня является КНДР.
Для открытой системы (их большинство) характерно взаимодействие с внешней средой. Такая система не является самообеспечивающейся, поэтому она зависит от энергии, информации, материалов, капиталов, трудовых ресурсов, поступающих извне. В процессе преобразования система обрабатывает эти входы, преобразуя их в продукцию или услуги. Эта продукция и услуги являются выходами системы в окружающую среду. Если организация управления является эффективной, то в ходе процесса преобразования создается добавочная стоимость входов, и в результате появляются многие возможные дополнительные выходы, такие, как прибыль, увеличение объема продаж, удовлетворение работников, рост организации и т.д.
Более того, открытая система имеет способность приспасабливаться к изменениям во внешней среде и должна делать это для того, чтобы продолжить свое функционирование.
Для того, чтобы какая-либо система достигала динамического равновесия (динамичного гомеостаза), она должна обладать обратной связью – информационным вводом, который сообщает, действительно ли система имеет устойчивое состояние и не подвергается ли она разрушению. Это является главной целью управления системами. Получив информацию о своем состоянии система может воздействовать и на динамику материальных и энергетических вводов. Следовательно, в системе должен быть блок слежения за вводами, функционированием, выводами, способный на основе сигналов обратной связи корректировать деятельность системы.
Под обратной связью понимается получение информации о результатах воздействия управляющей системы на управляемую систему путем сравнения фактического состояния с заданным (плановым). Сущность обратной связи заключается в установлении зависимости личных, коллективных и общественных интересов от результатов управленческих решений.
Открытые системы, и в частности, социальные тяготеют к наростанию усложнености и к дифференциации. Это в свою очередь ведет к возникновению проблемы координации. Отсюда возникает потребность в оптимизации роста системы, минимизации уровней иерархии и звеньев на каждое из них, минимизации обоснованных границ диапазона управления.
Теория систем рассматривает управляему систему не автономно, а в ее взаимосвязи с окружающей средой и исследует методы адаптации системы к изменившимся внешним условиям.
По степени сложности системы делятся на большие и сложные. К сложным системам относятся те из них, которые построены для решения многоцелевых задач.
Руководители занимаются в основном открытыми системами, потому, что все организации являются открытыми системами.
С помощью математического моделирования, кибернетики и теории информации в настоящее время предпринимаются попытки создать всеобъемлющую теорию управленческих систем, хотя успехи на этом пути пока скромны.