http://www.medlinks.ru/sections.php?op=listarticles&secid=58
http://www.medlinks.ru/sections.php?op=viewarticle&artid=1076
Гайдес Марк Аронович
Кандидат медицинских наук
Заведующий лабораторией Кардио-респираторных исследований
Госпиталь им. Хаима Шибы, Тель Ашомер, Тел Авив, Израиль
Тел. 972-3-530-2841 office
972-66-423-143 cell
972-3-605-63-95 home
Факс: 972-3-530-2696
email: gaidesmark@mail.ru
mark.gaides@sheba.health.gov.il
2004
УДК 612.215.8 + 616.131-008.1 + 658.562 + 519.95 + 519.5
Вся теория систем построена на фундаменте четырёх аксиом и четырёх законов, которые выводятся из аксиом:
аксиома 1 – у системы всегда есть одна постоянная генеральная цель (принцип целенаправленности, предназначенности систем)
аксиома 2 – цель для систем ставится извне (принцип задания цели для систем)
аксиома 3 – для достижения цели система должна действовать определённым образом (принцип выполнения действия системами)
– закон сохранения (принцип постоянства действия систем для сохранения постоянства цели)
– закон причинно-следственных ограничений (принцип детерминизма действий систем)
– закон иерархии целей (принцип распределения цели на подцели)
– закон иерархии систем (принцип распределения подцелей между подсистемами и принцип подчиненности подсистем)
аксиома 4 – результат действия систем существует независимо от самих систем ( принцип независимости результата действия )
Аксиомы ни откуда не выводятся, потому и аксиомы. Возможно при дальнейшем развитии ОТС будут найдены дополнительные принципы и из них уже будет следовать, почему эти аксиомы такие, а не другие. Тогда эти аксиомы перестанут быть аксиомами, а пока что они следуют из опыта и поэтому не требуют доказательств.
Назовём системами объекты, состоящие из набора элементов и отличающиеся постоянством своих действий в ответ на определённые внешние воздействия. А те, которые не отличаются постоянством своих действий на эти же воздействия, назовём случайными наборами элементов по отношению к этим воздействиям.
Постоянство действий в ответ на определённое внешнее воздействие является целью данной системы. Следовательно, цель определяет направление действий системы. Любые системы отличаются постоянством своих действий и отличаются друг от друга свой целенаправленностью (предназначенностью для чего-то конкретного). Нет системы «вообще», есть всегда конкретные системы для каких-то определённых целей. Любой объект нашего Мира отличается от другого только своей целью, предназначенностью для чего-то. Системы специально строятся под определённые цели. У разных систем разные цели и именно они определяют различие между системами.
Следовательно, цель определяет систему. Цель – это системоопределяю-щий фактор. Есть цель – есть система, нет цели – нет системы. Любая система всегда предназначена для чего-либо одного и конкретного, существует для какой-либо цели.
Ни одна система не обладает свободой воли и не может поставить (задать) сама себе цель. Цель диктуется необходимостью в чём-то чем-то, что находится вне данной системы. Следовательно, цель перед системой всегда ставит другая система. Цель не продуцируется самой системой, а приходит в неё извне. Но может быть есть системы, которые самодостаточны и сами ставят перед собой цели? Например, мы сами, люди, как-будто бы можем ставить перед собой цели и выполнять их. Значит мы являемся примером независимых систем?
Не всё так просто. Существует дуализм одного и того же понятия цели: цель как задание для какой-то системы, и цель как стремление (желание) этой системы выполнить эту заданную цель:
Цель – это задание, как необходимость в определённом заданном результате внешней системы, которая даёт задание, уставку или установку, для данной системы
Цель – это стремление (желание) получения определённого результата действия данной системой, всегда равного заданному (заданной уставки или установки)
Действие – это:
проявление какой-либо энергии, деятельности, а также сама сила, функционирование чего-либо [11].
состояние, процесс, возникающие в ответ на какое-либо воздействие, раздражитель, впечатление (например, реакция в психологии, реакции химические, ядерные реакции) [1].
После действий объекта получается результат действия. Целью любой системы является стремление получения должного (целевого) результата действия. При этом данный объект является донором результата действия. Результат действия системы-донора может быть направлен на какую-либо другую систему, которая в этом случае будет реципиентом (мишенью) для результата действия. При этом результат действия системы-донора становится внешним воздействием для системы-реципиента. Взаимодействие между системами осуществляется только через результаты действия.
Поэтому, если группа взаимодействующих элементов постоянно и однозначно выполняет определённые необходимые действия, способствующие достижению какой-либо цели, и её результатом действий является достижение заданной цели, такая группа элементов является системой.
Реакция (от re... - возврат и лат. actio - действие) – действие, состояние, процесс, возникающие в ответ на какое-либо воздействие, раздражитель, впечатление (например, реакция в психологии, реакции химические, ядерные реакции).
Следовательно, действие системы в ответ на внешнее воздействие – это реакция системы.
§3. Основные характеристики систем
Чтобы выполнять целенаправленные действия система должна иметь соответствующие элементы. Это является следствием закона сохранения и причинно-следственных ограничений, потому что ничего само собой не происходит. Поэтому любые системы являются многокомпонентными объектами и их состав не случаен. Именно состав систем во многом определяет их возможности выполнения определённых действий.
Таким образом, два существенных признака определяют качество и количество результатов действия любых систем – состав элементов и их взаимоотношения.
Любой объект имеет только две основные характеристики: что и сколько он может сделать. Рассмотрим обе характеристки результата действия (что и сколько?) и попробуем выяснить, от чего зависят качество и количество результата действия.
Простая системная функциональная единица.
Система может состоять из любого количества исполнительных элементов, при условии, что каждый из них может участвовать (содействовать) достижению цели и их достаточно для реализации этой цели.
Отсюда, минимальной системой является такая группа из «k» элементов, которая при удалении из её состава хотя бы одного любого элемента, теряет качество, присущее данной группе элементов, но отсутствующее у любого из данных «k» элементов.
Такая группа элементов является простой системной функциональной единицей (простая СФЕ, не составная), минимальной простейшей системой, которая имеет какой-либо признак (способность совершать действие), которого нет у любого её элемента в отдельности.
Несмотря на внутреннюю сложность, которая может быть сколь угодно большой, простая СФЕ является отдельным элементом, который выглядит как целое с определённым единичным свойством (качеством) – совершать одно элементарное по отношению ко всей системе определённое действие
Простейший блок управления (прямая положительная связь).
Чтобы любая СФЕ могла действовать, она должна содержать определённые элементы для осуществления своих действий согласно закону сохранения и причинно-следственных ограничений. Для выполнения целевых действий система должна содержать элементы исполнения, а для того, чтобы взаимодействие элементов исполнения было целевым, система должна содержать элементы (блок) управления.
Элементы исполнения (эффекторы) выполняют само определённое (целевое) действие системы, чтобы получался заданный результат действия. Сам собой результат действия не получится. Для его получения необходимо действие определённых объектов.
Элементы управления (блок управления) необходимы для того, чтобы получался именно заданный, а не какой-либо иной результат действия. Так как целью является реакция в ответ на специфическое внешнее воздействие, то сначала нужно почувствовать его, выделить его из множества других неспецифических внешних воздействий, принять решение о каких-либо специфических действиях и начать действовать.
Следовательно, чтобы прореагировать на определённое внешнее воздействие и получить необходимый результат действия необходимо выполнить выполнить следующую цепочку управляющих действий :
рецепция → селекция → принятие решения → реализация решения (стимуляция)
Количество результата действия.
Для достижения заданной цели только задания качества результата действия недостаточно. Цель задаёт не только «какое действие должен» сделать объект (качество результата действия), но и «сколько этого действия» должен сделать данный объект (количество результата действия). А система должна стремиться выполнить специфическое действие ровно столько, сколько нужно, ни больше и ни меньше. Качество действия определяется типом СФЕ. Количество определяетсяколичеством СФЕ.
Есть три количественные характеристики результата действия – максимум, минимум и оптимум количества действия. В реальном мире от реальных систем требуется градация их результатов действия. Поэтому в работе системы должен быть не максимум и не минимум, а оптимум.
Оптимум, это функционирование по принципу –необходимо и достаточно. Результат действия необходимо должен быть таким, а не другим по качеству, и достаточным по количеству, ни больше и не меньше. Отсюда, СФЕ не могут быть полноценными системами. Необходимы системы, у которых возможна регулируемая градация результата действия.
Вообще говоря, в любой реальной системе есть ещё и третий тип объектов: элементы обслуживания – вспомогательные элементы, без которых элементы исполнения не смогут работать.
Мы слегка коснулись вопроса существования третьего типа объектов (элементов обслуживания) только для того, чтобы знать, что они всегда присутствуют в любой системе, но подробно рассматривать их функции мы не будем, чтобы не загромождать наши рассуждения. Отметим только, что они представляют такие же обычные системы с целью обслуживать другие системы.
Принцип независимости результата действия.
Как уже неоднократно подчеркивалось, целью любой системы является получение должного (целевого) результата действия, который получается после действий системы. Фактически внешнее воздействие, «войдя» в систему преобразуется в результат действия системы. Поэтому системы фактически являются преобразователями внешнего воздействия в результат действия, причины в следствие. А внешнее воздействие является результатом действия другой системы, которая взаимодействовала с данной. Следовательно, результат действия, «выйдя» из одной системы и «войдя» в другую, существует уже независимо от системы его породившей.
Циклы системы и переходные процессы.
У систем, как и у СФЕ, также есть циклы их деятельности. У разных систем могут быть разные циклы деятельности и они зависят от сложности и алгоритма блока управления. Самый простой цикл работы у системы с простым блоком управления. Он складывается из микроциклов (рис. 10):
восприятие, селекции и измерения внешнего воздействия рецептором «X»
выбор из «базы данных» должного значения результата действия
переходный процесс (мультимикроцикл ООС)
a. восприятие и измерение результата действия рецептором «Y»
b. сравнение этого результата с с должной величиной
c. выработка решения и соответствующего воздействия на СФЕ с целью коррекции результата действия
d. воздействие на СФЕ если результат действия не равен должному, или переход к 1-му микроциклу, если он равен должному
e. срабатывания СФЕ
f. возврат к «а»
Главные выводы из всего выше сказанного:
любые системы работают циклически, проходя через микроциклы
у любой системы есть переходные процессы
период цикла у каждой системы может быть различен и зависит от постоянной времени реакции системы на внешнее воздействие (в живых системах – от скорости биохимических реакций и от скорости проведения управляющих сигналов)
неравномерность периода цикла системы зависит от наличия переходных процессов, следовательно, в определённой степени, от силы внешнего воздействия
неравномерность периода цикла системы зависит от наложения периодов циклов взаимодействующих систем
по окончании цикла действий после одиночного воздействия система возвращается в исходное состояние, в котором она была до начала внешнего воздействия (на одиночное внешнее воздействие – одиночный результат действия).
Последнее (6) не касается так назывемых генерирующих систем. Это связано с тем, что после того, как результат действия был произведен системой, он становится независим от произведшей его системы и сам может стать внешним воздействием для неё же. Если подать его на вход внешнего воздействия той же системы, она опять возбудится и снова произведёт новый результат действия (положительная обратная связь, ПОС). Так работают все генераторы.
Таким образом, если на систему оказывается первое внешнее воздействие, или внешнее воздействие постоянно меняется, число функционирующих СФЕ системы меняется. Если на систему не оказывается никакого внешнего воздействия или это воздействие есть, но оно не меняется, то число функционирующих СФЕ системы не меняется. Отсюда мы можем вывести определения стационарных состояний и динамичности процесса.
Функциональное состояние системы.
Функциональное состояние системы определяется числом активных СФЕ. Если все СФЕ одновременно функционируют – это максимально высокое функциональное состояние, которое возникает при максимальном внешнем воздействии. Если ни одна СФЕ не активна – это минимальное функциональное состояние. Это может быть при отсутствии внешнего воздействия.
3. Оценка функционального состояния систем.
Оценка может быть качественная и количественная. Наличие (отсутствие) каких-либо волн на кривой является качественной оценкой, а их амплитуда или частота – количественной. Для оценки функционального состояния любых систем необходимо сравнение результатов измерений параметров функций с тем, что должно быть у данной системы.
Системы стабилизации и пропорциональные системы.
Существует множество типов различных систем. Но для нас особое значение имеют системы стабилизации и пропорциональные системы. У первых результат действия всегда сохраняется один и тот же (стабильный), не зависит от силы внешнего воздействия, но зависит от уставки. Например, рН крови должен быть всегда равен 7.4, артериальное давление – 120/80 мм Hg, и т.д. (системы гомеостаза), независимо от внешних воздействий.
У вторых результат действия зависит от силы внешнего воздействия по какому-либо определённому закону, задаваемому уставкой, и пропорционален ему. Например, чем больше мы выполняем физической работы, тем больше мы должны потреблять О2 и выделять СО2.
Активные и пассивные системы.
Пассивными системами называются те системы, которые не затрачивают энергии на свои действия.
Активными системами называются те системы, которые затрачивают энергию на свои действия.
Самоорганизующиеся системы.
Богданов показал, что существует два способа образования систем. По первому способу система возникает как минимум из двух объектов любой природы посредством третьей сущности – связи (синтез, генерация). По второму способу система образуется за счёт распада (деструкции, дегенерации) ранее существующей более сложной системы [6]. Следовательно, систему можно построить (организовать) из новых элементов или перестроить (реорганизовать) за счёт включения в её состав дополнительных элементов, или путём исключения из её состава ненужных элементов.
По-видимому, существует и третий способ реорганизации систем – замена старых или изношенных частей на новые (структурная регенерация), и четвертый способ – изменение связей между внутренними элементами системы (функциональная регенерация).
Генерация (первый способ реорганизации) – это процесс положительной энтропии (от простого к сложному, усложнение систем). Новая система образуется за счёт увеличения состава её элементов. Этот процесс происходит за счёт появления дополнительных связей между элементами и поэтому требует энергии и потока веществ (новых элементов).
Дегенерация (второй способ реорганизации) – это процесс отрицательной энтропии (от сложного к простому, упрощение систем). Новая система образуется за счёт уменьшения состава её элементов. Этот процесс выделяет энергию и элементы из своего состава.
Оба способа используются для создания новых систем с новыми целями. В первом случае получается усложнение систем, во втором – их упрощение или разрушение.
Структурная регенерация (третий способ реорганизации) используется для сохранения и восстановления состава систем. Она используется в виде обмена веществ (см. ниже) у живых систем, но при этом система и её цели не меняются и. Этот процесс требует энергии и потока веществ для восстановления СФЕ.
Функциональная регенерация (четвёртый способ реорганизации) используется для работы самих систем. Сам принцип функционирования систем напоминает процессы генерации и дегенерации. Во время наращивания функций система включает очередные СФЕ, как-будто бы строя новую более мощную систему с большим числом элементов (генерация). Во время снижения мощности функций система выключает очередные СФЕ, опять как-будто бы строя новую систему с меньшим числом элементов (дегенерация). Но это всё обратимые изменения системы, возникающие в ответ на внешнее воздействие, которые осуществляется за счёт изменения состояния её элементов и использования ППС, ООС и эффекторов. При этом состав системы как бы меняется в зависимости от цели. У неё появляются активные и пассивные (резервные) СФЕ. Этот процесс требует энергии и требует потока веществ для восполнения энергии, но не обязательно требует потока веществ для восстановления СФЕ.
Каким образом происходит организация (построение) системы? Кто принимает решение об организации или реорганизации систем? Кто строит блок управления новой или реорганизованной системы? Кто задаёт уставку – задание для системы? Почему петля ООС строится для выполнения именно данного условия? Прежде чем попробуем ответить на эти вопросы, отметим следующее.
Во-первых, необходимо наличие кого-то или чего-то «заинтересованного» в новом качестве результата действия, кто (или что) определит это условие (поставит цель) и построит блок управления.
Этим «заинтересованным» может быть, например, человек, который строит что-то и ему нужны системы с заданными свойствами. Он может построить тот же гвоздь или космический корабль для определённых целей.
«Заинтересованным» может быть также случай в паре с естесственным отбором, когда путём большого количества случайного перебора могут возникнуть соответствующие комбинации элементов и их взаимодействий, наиболее устойчивые в данных условиях внешней среды. Таким образом, внешняя среда ставит условия, а случай строит системы под эти условия. Здесь мы не рассматриваем условия, в которых осуществляется генерация или денерация, и которые связаны с избыточностью или недостатком энергии (с положительной или отрицательной энтропией). Мы рассматриваем только необходимость и целесообразность создания систем.
Чем больше сложность системы, тем больше вариантов перебора должно быть, тем больше времени на это требуется (закон больших чисел). Не зря биологическая эволюция длится многие миллиарды лет.
Но в любом случае любые системы строятся под какие-то определённые цели. Цель – это и есть «заинтерисованность». В виду полного отсутствия желания вступать в теософские споры мы не будем рассматривать телеологические и прочие причины «заинтересованности» и оставим этот вопрос открытым. Отметим лишь, что цель задаётся любым системам извне, будь то случай, человек, естесственный отбор или что-либо иное.
Во-вторых, для того, чтобы в принципе была возможность построения систем с любым блоком управления, даже простейшим, необходимо наличие таких элементов, качества результатов действия которых принципиально давали бы эту возможность. Это вытекает из закона сохранения и закона причинно-следственных ограничений – ничто само собой не происходит. Эти элементы должны иметь входы внешнего воздействия (обязательно), входы уставки (необязательно для неуправляемых СФЕ) и выходы результата действия (обязательно). Выходы и входы должны иметь возможность взаимодействовать между собой. Эта возможность реализуется комбинацией гомореактивности и гетерореактивностиэлементов.
Организация и реорганизация систем может быть случайной и целенаправленной. При случайной организации или реорганизации нет специального блока управления, который имеет цель и решение о постройке новой системы, да ещё в таких подробностях, что, например, такой-то выход стимулятора нужно соединить с таким-то входом уставки. Случайность определяется вероятностью. Здесь работает закон больших чисел, который гласит: «если что-то может произойти теоретически, то при очень большом числе случаев это обязательно произойдёт».
Решение о перестройке системы (целенаправленность) может приходить извне, от более высокой на лестнице иерархии управляющей системы. Это пассивная целенаправленность, потому что инициатива приходит извне.
Таким образом, у системы может быть:
случайная организация
- генерация (случайное физическое совпадение выходов стимулятора или результата действия одних систем со входами уставки блока управления или входами внешнего воздействия других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)
- дегенерация (разрушение, упрощение состава, потеря своих СФЕ под действием внешней среды – других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)
целенаправленная организация
- принудительная генерация (целенапрвленное физическое совмещение выходов стимулятора или результата действия одних систем со входами уставки блока управления или входами внешнего воздействия других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)
- принудительная дегенерация (разрушение, упрощение состава, потеря СФЕ системы под целенаправленным действием других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)
самоорганизация
- функциональная регенерация (работа самой системы, включение или выключение функций собственных СФЕ, в зависимости от потребностей ситуации, без изменения своего состава, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)
- генетическая структурная регенерация в виде обмена веществ и размножения особей, направленая на сохранение своего состава (может быть у систем с блоками управления, начиная с простых)
- генетическая структурная регенерация в виде безсознательной структурной реорганизации, направленной на усиление возможностей организма путём использования других систем, прямо не входящих в состав данной системы (предметов) (использует «генетическую» память и может быть у систем с блоками управления, начиная с простых)
- сознательная структурная регенерация, направленная на усиление возможностей организма путём использования других систем, прямо не входящих в состав данной системы (предметов) (различные технологии, направлена на усиление возможностей организма, может быть у систем с блоками управления, начиная с сложных со второй сигнальной системой)
Как видим, существует преемственность в данной классификации организации систем, потому что включает в всё, что существует в нашем Мира, начиная с объектов минерального мира и включая деятельность человека в виде промышленных технологий.
Системный анализ – это процесс получения ответа на вопрос: «Почему выполняется (не выполняется) генеральная цель системы?».
Понятие «системный анализ» включает в себя два других понятия – «система» и «анализ». Понятие «система» неразрывно связано с понятием «цель системы». Понятие «анализ» означает разбор по частям и разложение по полочкам (классификация). Следовательно, «системный анализ» – это разбор цели системы на её подцели (классификация или иерархия целей) и разбор самой системы на её подсистемы (классификация или иерархия систем) с намерением выяснить, какие подсистемы и почему могут (не могут) выполнить поставленные перед ними цели (подцели).
Любые системы, в том числе и системы живого организма, работают по принципу: «необходимо и достаточно», который является принципом оптимального управления. Понятие «необходимо» определяет качество цели, а понятие «достаточно» – её количество.
Системный анализ производится не произвольно, а по определённым правилам. Основные условия системного анализа – учёт сложности и иерархии целей и систем.
Разнотипные СФЕ имеют разные цели и поэтому у них разные функции. В различии СФЕ заключается их специализация, когда каждая из них имеет присущую ей специальную функцию. Если в состав какой-либо системы входят разнотипные СФЕ, то такая система будет дифференцированной, имеющей элементы с разной специализацией. В системах с однотипными СФЕ все элементы имеют одинаковую специализацию. Поэтому в такой системе нет дифференциации. Таким образом, понятие специализации характеризует отдельный элемент, а понятие дифференциации – группу элементов.
Число СФЕ в реальных системах всегда конечно, поэтому и возможности реальных систем конечны и ограничены. Ресурсы любой системы зависят от числа СФЕ, которые входят в её состав в качестве элементов исполнения. Сколько патронов есть в пистолете, столько выстрелов он может сделать, не больше. Чем меньше СФЕ есть у системы, тем меньший диапазон изменений внешнего воздействия может привести к исчерпанию её ресурсов, тем хуже она противостоит воздействию внешней среды.
Собирая различные СФЕ во всё более и более сложные системы можно построить системы с любыми заданными свойствами (качества результата действия) и мощности (количества квантов результата действия). При этом элементы систем сами являются системами, хотя и более низкого порядка (подсистемами) для этих систем. А сама данная система также может быть элементом для системы более высокого порядка. В этом заключается суть иерархии систем.
Чем сложнее система, тем больше разнообразие внешних воздействий, на которые она реагирует. Но всегда на определённое воздействие (или определённую комбинацию внешних воздействий) система всегда должна дать только определённую реакцию (однозначную реакцию), или определённый комплекс реакций (однозначный комплекс реакций). Т.е., система всегда реагирует только на одно определённое внешнее воздействие, и всегда даёт только одну определённую реакцию.
Конечная главная цель системы является логической суммой подцелей её подсистем. Цель складывается из подцелей.
Следовательно, мы можем оценивать любые живые организмы по этому признаку – выживаемости в каких-либо условиях. Для этого кардинальная цель дробится на подцели – уметь двигаться, вырабатывать энергию, реагировать на внешние раздражители и т.д., кардинальная цель дробится на более мелкие и более простые цели (иерархия целей).
Если учитывать иерархию целей, иерархию систем и иерархию внешних воздействий, то всегда можно определить только одно, хотя и сложное, внешнее воздействие и только одну, хотя и сложную, реакцию. Любая множественность укладывается в одно суммарное внешнее воздействие и одну суммарную реакцию, в зависимости от уровня иерархии.
Любой объект является системой и состоит из элементов, а каждый элемент предназначен для решения соответствующих подцелей (подзадач). У системы есть общая определённая цель, а любой из её элементов сам является системой (подсистемой данной системы), имеющей собственную цель (подцель) и собственный результат действия. Когда мы говорим «общую определённую цель», мы имеем ввиду не цели элементов системы, а ту генеральную цель, которая достигается путем их взаимодействия. У системы есть цель, которой нет у каждого её элемента в отдельности. Но генеральная цель системы дробится на подцели и эти подцели уже являются целями её элементов.
Нет систем в виде неделимого объекта, любая система состоит из группы элементов. А каждый элемент, в свою очередь, сам является системой (подсистемой) со свой целью, являющейся подцелью генеральной цели. Для достижения цели система делает множество различных действий и каждое из них является результатом действия её элементов. Логической суммой всех результатов действий подсистем системы является конечная функция – результат действия данной системы.
Таким образом, одна кардинальная цель определяет систему, а подцель – подсистему. И так вглубь иерархической лестницы. Цель дробится на подцели и строится иерархия целей (логически связанная цепь должных действий). Для выполнения этой цели строится система, состояшая из подсистем, каждая из которых должна выполнять соответствующие подцели и способные дать необходимый соответствующий результат действия. Таким образом строится иерархия подсистем. Число подсистем в системе равно числу подзадач (подцелей), на которые разбивается генеральная цель. Структурная схема системной иерархии в общем виде представлена на рис. 29.
Следовательно, иерархическая лестница систем строится на основе иерархии целей. Целевые действия систем выполняют её элементы исполнения, но для управления их целевого взаимодействия необходимо взаимодействие блока управлениясамой системы и блоков управления её подсистем. Поэтому иерархическая лестница систем – это, по сути, иерархическая лестница блоков управления систем. Эта лестница строится по принципу пирамиды. Наверху один начальник (блок управления всей системы), под ним несколько его конкретных подчинённых (блоки управления подсистем системы), под каждым из них их конкретные подчинённые (блоки управления ниже стоящих подсистем) и т.д. На каждом уровне иерархии существуют собственные блоки управления, регулирующие функции соответствующих подсистем.
Иерахические отношения между блоками управления различных уровней строятся на подчинённости блоков низшего ранга высшим. Т.е., блок управления высокого уровня задаёт уставку блокам управления более низкого уровня.
Элементы каждого уровня иерархии систем являются частями системы, её подсистемами, системами более низкого порядка. Поэтому, понятия «часть», «исполнительный элемент», «подсистема», «система» и в ряде случаев даже «элемент» являются идентичными и относительными. Выбор названия диктуется лишь удобством подчёркивания места данного элемента в иерархии системы.
Понятие об иерархической лестнице (или о принципе пирамиды) является очень мощным инструментом и в ней заключается основное преимущество системного анализа. Без этого понятия невозможен системный анализ. Как всё наше окружение, так и любой живой организм состоит из огромного числа различных элементов, находящихся в различных отношениях. Невозможно анализировать всё громадное количество информации, характеризующее бесконечное число различных элементов. Понятие иерархии систем резко сужает число элементов, подлежащих анализу. Без неё мы должны брать на учёт все уровни окружающего мира, начиная от элементарных частиц и кончая глобальными системами, такими как организм, биосфера, планета и так далее.
Для глобальной оценки любой системы достаточно анализировать всего три уровня:
глобальный уровень самой системы (её место в иерархии более высших систем)
уровень её элементов исполнения (их место в иерархии самой системы)
уровень элементов её управления (элементов блока управления самой системы)
Для оценки функции системы необходимо определить соответствие результата действия данной системы её цели – должному результату действия (глобальный уровень функции системы), определить число её подсистем и соответствие их результатов действия их целям – их должным результам действия (локальные уровни функций элементов исполнения), и оценить функцию элементов управления. В конечном итоге максимальный уровень функции системы определяется логической суммой результатов действий всех подсистем, входящих в её состав, и оптимальностью деятельности блока управления.
Придерживаясь следующей цепочки рассуждений:
наличие цели для выполнения определённого условия,
наличие новизны качества или количества результата действия,
наличие петли (блока) управления,
можно выделить элементы любой конкретной системы, выявить её иерархию, и разделить перекрёстные системы, в которых одни и те же элементы выполняют различные функции.
Действия самих элементов и взаимодействия между элементами могут быть основаны на законах физики или химии (законах электродинамики, термодинамики, математики, социальных или квантовых законах и т.д.). Но работа блока управления основана только на законах логики. А поскольку именно блок управления определяет характер функции систем, то можно утверждать, что системы работают по законам логики.
Когда происходит организация систем, происходит соединение соответствующих выходов результатов действия и стимуляторов с входами внешнего воздействия или уставки соответствующих систем. Какая-либо система может «влезть» в блок управления другой системы только через вход уставки. Так строится иерархия систем, одна из них управляющая на верхней супеньки иерархии, другая управляемая, ниже на одну ступень иерархии. У управляемой системы, в свою очередь есть свои подсистемы на ещё более низкой ступени иерархии с их блоками управления и с их входами уставки. Таким образом, система состоит из подсистем или СФЕ, но и сама она может входить в качестве подсистемы в состав другой системы, стоящей на более высокой ступени системной иерархии. Число иерархических ступеней может быть любым.
Иногда в сообществах людей «начальники» мнят, что они могут управлять на любых уровнях, но такой тип управления самый неэффективный. Наилучший тип управления – это когда директор (блок управления многофункциональной системы) управляет только начальниками отделов (блоки управления монофункциональных систем), ставит перед ними выполнимые цели и требует их выполнения. Причем, число его «замов» не должно превышать 7±2 (число Мюллера). Если какой-то отдел не выполняет своих целей, это значит, что либо руководство отдела (блок управления подсистемы) не годится, потому что или недостаточно продумало и распределило задания для своих подчинённых (для СФЕ), или неправильно подобрало рядовых работников (СФЕ), либо перед самим отделом (перед системой) была поставлена невыполнимая цель, либо сам директор (блок управления системы) не годится для управления. В этих случаях необходима реорганизация системы. Но если система налажена и функционирует нормально, то директору нет смысла самому «влазить» в текущие дела отдела. Для этого есть начальник отдела.
Решение о реорганизации системы происходит лишь тогда, когда система по какой-либо причине не может выполнить цель (кризис системы). Если нет кризиса, нет смысла в реорганизации. Для реорганизации система меняет состав своих исполнительных и управляющих элементов как за счёт включения (выключения) дополнительных подсистем, так и за счёт изменения комбинаций выход-вход этих элементов. В таких случаях может происходить перескок ступенек иерархии и нарушение принципа «вассал моего вассала не мой вассал». В этом суть реорганизации системы. При этом часть элементов может быть выброшена из системы за ненадобностью (так когда-то мы потеряли, например, хвосты и жабры), а другая часть может быть включена в состав системы или перемещена по лестнице иерархии. Но всё это может происходить только во время самой реорганизации системы. Когда сам процесс реорганизации заканчивается и реорганизованная система может выполнять поставленную перед ней цель (начинает нормально функционировать), восстанавливается закон управления «вассал моего вассала не мой вассал».
Выше рассмотренные соображения касаются не только сообществ людей. В любой системе есть иерархия. Она есть в звёздных и планетарных системах, в кристалических системах, в системах биосферы и вообще во всех системах без исключения и независимо от сложности систем. Это определяется следствиями из аксиом, которые являются обязательными для любых систем.
Независимость цели. Цель не зависит от объекта (системы), поскольку определяется не данным объектом, не его потребностью, а потребностью другого объекта в чём-то (диктуется внешней средой или другой системой). Но понятие «система» по отношению к данному объекту зависит от цели, т.е., от соответствия возможностей данного объекта выполнить заданную цель. Цель задаётся извне и объект строится под неё, а не наоборот. Только в этом случае он является системой.
Специализация функций системы. В ответ на определённое (специфическое) внешнее воздействие система всегда даёт определённый (специфический) результат действия.
Специализация – это целенаправленность. Любая система специализиро-вана (целенаправлена), и это исходит из аксиомы. Нет систем вообще, есть конкретные системы. Поэтому у любой системы есть её специфическая цель. Специализация эритроцитов – переносить кислород. Специализация белых клеток крови – защищать организм от инородных тел.
Элементы исполнения (исполнительные СФЕ) каких-либо систем могут быть однотипными (одинаковыми, не дифференцированы друг от друга). Если же элементы исполнения отличаются друг от друга (разнотипны), то данная система состоит из дифференцированных элементов.
Цельность системы. Система проявляет себя как единичный и целостный объект. Это вытекает из единства цели, которое присуще только системе в целом, но не её отдельным элементам в частностях. Цель объединяет элементы системы в единое целое.
Например, часы являются цельным и единым объектом, хотя и состоят из многих мелких и крупных составных частей
Ограниченная дискретность системы. Нет ничего неделимого и любую систему можно разделить на части. При этом любая система состоит из конечного числа элементов (частей) – элементов исполнения (подсистем, элементов, СФЕ) и элементов управления (блока управления).
Иерархичность системы. Элементы системы находятся в различных отношениях между собой и место каждого из них является местом на иерархической лестнице системы.
Система хотя и проявляет себя как единичный и целостный объект, но состоит из элементов (подсистем, частей), т.е., систем более низкого порядка. В то же время она сама может быть системой (подсистемой, частью), входящей в состав системы более высокого порядка.
Иерархичность систем обусловлена иерархичностью целей. У системы есть цель. А для достижения этой цели необходимо решить ряд более мелких подцелей, для которых большая система содержит ряд подсистем различной степени сложности, от минимальной (СФЕ) до максимально возможной сложности.
Иерархичность – это различие между целями системы и целями её элементов (подсистем), которые являются для неё подцелями. Причём, системы более высокого порядка ставят цели перед системами более низкого порядка. Таким образом, цель высшего порядка подразделяется на ряд подцелей (целей более низкого порядка). Иерархия целей определяет иерархию систем. Для достижения каждой из подцелей требуется специфический элемент (следует из закона сохранения). Управление в иерархической лестнице осуществляется согласно закону «вассал моего вассала не мой вассал». Т.е., прямое управление возможно лишь на уровне «система – собственная подсистема», и невозможно управление системой подсистемы её подсистемы.
Функция системы. Результат действия системы является её функцией. Для достижения цели система должна целенаправлено выполнять определённые действия, которые в результате которых появляется функция системы. Цель является аргументом для системы (императивом), а результат действия системы – функцией.
Функции системы определяются набором исполнительных элементов, их взаимным расположением и блоком управления. Понятия «система» и «функция» неразделимы. Нет нефункциональных систем. Функциональная система – это тафтология, потому что они все функциональные. Но может быть не функционирующая в данный момент система (в режиме ожидания).
Нужно различать внутренние функции системы (подфункции), принадлежащие её элементам (подсистемам, СФЕ), и внешние функции, принадлежащие всей системе в целом. Внешняя функция системы – это результат её собственного действия, выходящий из системы. Внутренние функции системы – это результаты действия её элементов.
Результативность систем. Соответствие результата действия поставленной цели характеризует результативность систем.
Результативность систем прямо связана с их функцией. Функция системы в плане результативности может быть достаточной, гиперфункцией, отстающей и полностью (абсолютно) недостаточной. Система выполняет какие-либо действия и это приводит к появлению её результата действия, который должен соответствовать той цели, для которой данная система создана. Результативность систем основана на их специализации.
Результат действия системы (её функция) должен полностью соответствовать качественно и количествено заданной цели. Он может не соответствовать, быть побочными, или даже быть противодействующими (противоцелевыми), причём у реальных систем могут быть все эти виды результатов действия одновременно.
Интегральный результат (интегральная функция) есть сумма отдельных побочных и полезных результатов действия. Эта сумма и определяет принадлежность данного объекта к понятию «система» в приложении к данной цели. Если сумма положительна, то в отношении заданной цели данный объект является системой той или иной эффективности. Если сумма равна нулю, то объект не является системой по отношению к данной цели (нейтральный объект). Если сумма отрицательна, данный объект является антисистемой (системой со знаком минус, препятствующей достижению данной цели). Это касается как самих систем, так и её элементов. Чем выше коэффициент полезного действия, тем результативнее система.
Несоответствие результата действия данной системы должной величине зависит от несоответствия количественных и качественных ресурсов системы, например, вследствие поломки (разрушения) или неправильного и/или недостаточного развития её элементов исполнения (СФЕ) и/или управления. Поэтому любой объект является элементом системы только в том случае, если его действия (функции) соответствуют достижению заданной цели. В противном случае он не является элементом данной системы.
Ограниченность действий системы. Любая система характеризуется качественными и количественными ресурсами. В понятие ресурсы входит понятие функционального резерва - какие действия и сколько таких действий система может выполнить.
Качественные ресурсы определяются типом элементов исполнения (типом СФЕ), а количественные ресурсы – их количеством. А поскольку реальные системы имеют определённое и конечное (ограниченное) число элементов, то отсюда следует, что реальные системы имеют ограниченные качественные и количественные ресурсы. «Качественные ресурсы» – это «какие действия (или «что») может выполнять данная система (давить, толкать, переносить, удерживать, снабжать, секретеровать, заслонять свет и т.д.). «Количественные ресурсы» – это «сколько мер» (литров, mm Hg, единиц проживания, и т.д.) таких действий может выполнять данная система
Качественные ресурсы системы «кислородтранспортные единицы крови» (гемоглобин эритроцитов) заключаются в том, что СФЕ системы способны переносить кислород. Других действий, кроме этого данная система не производит. При этом в организме человека есть несколько миллиардов эритроцитов, содержащих около 600 г гемоглобина (количественные ресурсы). Весь этот гемоглобин способен вместить в себя только 800 мл О2, не более.
Дискретность (квантованность) функций системы. Действия системы всегда дискретны (квантованы), поскольку любые её СФЕ работают по закону «всё, или ничего». Нет плавного изменения функции системы, всегда есть ступенчатый (квантованный) переход с одного уровня функции на другой, потому что элементы управления включают или выключают очередные СФЕ, в зависимости от потребностей системы.
Наш мир дискретен (квантован). Переход систем с одного уровня функций на другой всегда осуществляется скачком. Мы не всегдо видим эту ступенчатость из-за того, что амплитуда результата действия отдельных СФЕ может быть очень и очень маленькой, но она всегда есть. Амплитуда этих ступенек перехода с уровня на уровень определяет максимальную точность результата действия систем и определяется амплитудой результата действия отдельной СФЕ (квант действия).
Коммуникативность систем. Сопряженные системы взаимодействуют между собой. В этом взаимодействии заключается связь между системами, их коммуникативность.
Различают открытые и закрытые системы. Однако в нашем мире нет полность изолированных (закрытых) систем, на которые невозможно было бы оказывать какие-либо воздействия, и которые никак не воздействовали бы на какие-либо другие системы. Можно найти минимум две системы, которые никак не взаимодействуют (не реагируют) между собой, но всегда можно найти третью систему (а возможно потребуется группа промежуточных систем), которая будет взаимодействать (реагировать) с первыми двумя, т.е., быть связующим звеном между ними. Если какая-либо система абсолютно не реагирует на любые воздействия, оказываемые любыми другими системами, и её собственные результаты действия абсолютно безразличны для других систем, и невозможно найти третью систему, или группу систем, с которыми эта система могла бы взаимодействовать (реагировать), это значит, что данная система не существует в нашем Мире.
Взаимодействие между системами может быть сильным или слабым, но оно должно быть, иначе системы не существуют друг для друга. Взаимодействие осуществляется за счёт цепочек действий - «...внешнее воздействие → результат действия...». Если замкнуть конец такой цепочки на её начало, получим замкнутую (закрытую) систему. Результат действия после своего «рождения» не зависит от «породившей» его системы. Поэтому он может стать внешним воздействием для неё самой же. Тогда это будет циклически действующая система – генератор с положительной обратной связью. Но и генератор для своей деятельности требует энергии, поступающей извне. Следовательно, и он в какой-то мере открыт. Поэтому, как уже выше было сказано, абсолютно закрытых систем не бывает. У каждой системы есть определённое число внутренних (между элементами) и внешних (между системами) связей, через которые система может взаимодействовать с внешнии другими системами. Закрытость (открытость) системы определяется отношением числа внутренних связей к внешним. Чем больше это отношение, тем больше закрытость системы.
Управляемость систем. Любая система содержит элементы (системы) управления, которые контролируют соответствие между результатом действия системы и поставленной целью. Эти элементы управления образуют блок управления. Управление системой осуществляется через задание уставки в блок её управления, а управление её элементов исполнения – через задание уставок в их блоки управления.
Элементы исполнения должны выполнить цель ровно настолько, насколько это задано уставкой, ни больше, ни меньше (не минимально или максимально, а оптимально), по принципу – «необходимо и достаточно». Элементы управления следят за выполнением цели и если результат превышает заданный, блок управления заставляет элементы исполнения уменьшить функцию системы, если он ниже заданного – увеличить функцию системы. Цель диктуется внешними условиями по отношению к системе. Уставка вводится в систему через особый канал ввода уставки.
Все выше перечисленные 11 следствий являются как бы продолжением аксиом, обусловлены целенаправленностью систем, построены по законам иерархии и ограничены законом сохранения. Перечень следствий можно было бы продолжать, но и перечисленных следствий вполне достаточно для оценки любой системы. Эта оценка касается как свойств самой системы, так и её взаимодействия с другими системами. Оценка первого следствия может быть выражена в процентах, на сколько процентов выполнена (не выполнена) цель. А целью может быть какая-либо должная величина, например, должное давление, должное сопротивление, должное потребление кислорода, или должный сердечный выброс и т.д. Остальные следствия также можно охарактеризовать либо качественно, либо количественно, что и является собственно оценкой системы, т.е., её диагностикой, системным анализом.
Следовательно, систему характеризуют:
цель (определяет назначение системы)
иерархия (определяет взаимоотношения между всеми элементами системы без исключения).
исполнительные элементы (СФЕ, выполняют действия)
блок управления (следит за правильностью выполнения действий для достижения цели)
Более того, любой объект, не только биологический, или даже материальный, также является системой, если только он удовлетворяет выше названным аксиомам и их следствиям. Группы математических уравнений, логических элементов, социальных структур, отношений между людьми, духовных ценностей, также могут быть системами и там также работают те же принципы функционирования систем и по тем же законам логики. У всех у них есть цель, свои СФЕ и блоки управления, которые следят за выполнением цели. Если у объекта есть цель, он является системой. А для выполнения этой цели у него должны быть соответствующие элементы исполнения и блок управления с соответствующими анализаторами, ППС и ОСС (исходит из закона сохранения и причинно-следственных ограничений).
Системный анализ анализирует системы и их элементы во взаимосвязи. Результатом такого анализа является оценка соответствия результатов действия систем их целям и выявление причин несоответствия за счёт определения причинно-следственных связей между элементами систем. Основным преимуществом системного анализа является то, что только он может выявить причины недостаточности систем.
Понятие цели является центральным понятием системного анализа. Только стабильность соответствия результата действия системы поставленной цели характеризует всю группу взаимодействующих элементов как систему, придавая ей отличительный признак. Если нет постоянства необходимого результата действия, нет системы.
Цель определяет как элементарный состав систем, так взаимодействие её элементов, которое управляется блоком управления. Взаимодействие только исполнительных элементов (СФЕ) не даёт возможность получения стабильного результата действия, соответствующего цели, заданной для системы. Добавление в систему блока управления, настроенного на заданную цель, даёт возможность получения стабильного (постоянно повторяющегося) результата действия системы, соответствующего заданной цели.fd