Специальность Сервис на предприятиях нефтегазовой отрасли Лекция 2

Специальность: «Сервис на предприятиях нефтегазовой отрасли» Лекция 2. 1. СИСТЕМЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ Учебные вопросы: 1. Определение системы 2. Понятия, характеризующие строение и функционирование систем 3. Классификация систем 4. Закономерности систем

1. Определение системы Виды закономерностей систем Ø статистические закономерности систем; Ø экономические закономерности; Ø энтропийные тенденции; Ø механизмы, обеспечивающие устойчивость; Ø саморегулирование и другие процессы в системах; Ø логические закономерности, лежащие в основе самодвижения системы и процессов принятия решений в ней. Исследование таких закономерностей существенно зависит от конкретных систем.

Определения понятия системы v В первых определениях в той или иной форме говорилось о том, что система — это элементы (компоненты, части) а 1 и связи {отношения) rj между ними. v Система определяется как «комплекс взаимодействующих компонентов» , или как «совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой» . v В Большой Советской Энциклопедии система определяется прямым переводом с греческого «со — став» , т. е. составленное, соединенное из частей. Термины ( «элементы» — «компоненты» ), ( «связи» — «отношения» ) обычно используются как синонимы.

Элементы и связи системы • двойственность системы состоит в том, что одно из свойств qj • характеризует элементы аi, а в другом — свойство qj характеризуют связи rj. Затем в определениях системы появляется понятие цели. Вначале — в неявном виде: система — организованное множество (в котором цель появляется при раскрытии понятия «организованное» ); в философском словаре система — «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих некоторое целостное единство» . • Потом — в виде конечного результата «системообразующего критерия, функций, а позднее –и с явным упоминанием о цели» . – где Z — совокупность (или структура) целей.

Элементы и связи системы • В 70 -е годы в определение системы (наряду с элементами, связями, их свойствами и целями) начали включать наблюдателя N, т. е. лицо, представляющее объект или процесс в виде системы при их исследовании или принятии решения «Система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания» • В других вариантах определений упоминаются задачи проектирования» эксплуатации» управления» а в некоторых и язык G наблюдателя (выбранный им метод моделирования), с помощью которого он отображает объект или процесс принятия решения.

Материальна или нематериальна система? • С одной стороны, стремясь подчеркнуть материальность систем, некоторые исследователи в своих определениях заменяли термин элемент терминами объект, предмет; и хотя последние можно трактовать и как абстрактные объекты или предметы исследования, все же авторы этих определений явно хотели обратить внимание на овеществлённость, материальность системы. • С другой стороны: «система есть способ или средство решения проблемы» , систему можно трактовать только как отображение, т. е. как нечто, существующее лишь в сознании исследователя, конструктора. Любой специалист, понимающий закономерности теории отражения, должен казалось бы возразить: но ведь очевидно, что замысел (идеальное представление системы) потом будет существовать в материальном воплощении, а для задач принятия решения важно акцентировать внимание на том, что понятие системы может быть средством исследования, решения задачи.

Материальна или нематериальна система? • Бессмысленность спора о материальности и нематериальности систем становится очевидной, если рассмотреть диалектику объективного и субъективного в системе. Во-первых - «. . . объективно существующие системы — и понятие системы, используемое как инструмент познания системы, — и снова реальная система, знания о которой обогатились нашими системными представлениями» ; Во-вторых - «объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе» Таким образом, в понятии система (как и в любой другой категории теории познания) объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить не о материальности или нематериальности системы, а о подходе к объектам исследования как к системам, о разном представлении их на различных стадиях познания или создания.

Материальна или нематериальна система? v Один и тот же объект на разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различных аспектах, соответственно существуют и разные аспекты понятия системы: Ø философский (теоретико-познавательный), Ø научно-исследовательский, Ø проектный, Ø инженерный и т. д. — вплоть до материального воплощения. Иными словами, в термин система на разных стадиях рассмотрения объекта вкладываются разные понятия. v Методика системного анализа (или модель системного исследования может разрабатываться не обязательно с охватом всего процесса познания или проектирования системы, а для одной из ее страт (что, как правило, и бывает на практике), и для того, чтобы не возникало терминологических и иных разногласий между исследователями или разработчиками системы, нужно прежде всего четко оговорить, о какой именно страте рассмотрения системы идет речь.

Система и среда • «. . . среда есть совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы» . • Выделяет систему из среды наблюдатель, который отделяет • • • (ограничивает) элементы, включаемые в систему, от остальных, т. е. от среды, в соответствии с целями исследования (проектирования) или предварительного представления о проблемной ситуации. При этом возможны три случая положения наблюдателя, который: 1) может отнести себя к среде и, представив систему как полностью изолированную от среды, строить замкнутые модели (в этом случае среда не будет играть роли при исследовании модели, хотя может влиять на ее формирование); 2) включить себя в систему и моделировать ее с учетом своего влияния и влияния системы на свои представления о ней (ситуация более характерна для экономических систем, чем первая); 3) выделить себя и из системы, и из среды и рассматривать систему как открытую, постоянно взаимодействующую со средой, учитывая этот факт при моделировании.

Выбор определения системы • При проведении системного анализа нужно прежде всего: Øпроанализировать ситуацию с помощью как можно более полного определения системы; Øзатем, выделив наиболее существенные компоненты, влияющие на принятие решения, сформулировать «рабочее» , определение, которым должны пользоваться лица, участвующие в проведении системного анализа; Ø «рабочее» определение может уточняться, расширяться или сужаться в зависимости от хода анализа.

Выбор определения системы • Полное определение, включающее и элементы, и связи, и цель, и наблюдателя, а иногда и его • «язык» отображения системы, помогает поставить задачу, наметить этапы системного анализа. «Рабочее» определение системы помогает исследователю (разработчику) начать ее описание. Далее для того, чтобы правильно выбирать необходимые элементы, связи, их свойства и другие составляющие, входящие в принятое «рабочее» определение системы, нужно, чтобы лица, формирующие это первоначальное, вербальное представление системы, в одинаковом смысле использовали эти понятия.

2. Понятия, характеризующие строение и функционирование систем Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным. Ø 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. Ø В системе управления предприятием элементами можно считать приказы, распоряжения, положения и другие нормативно-методические или нормативно-технические документы, регламентирующие процессы управления, а можно — показатели, реквизиты, отдельные операции организационно-технологических процедур подготовки и реализации управленческих решений. Элемент — это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения системы, решения конкретной задачи, поставленной цели.

Компоненты и подсистемы. v Многоуровневое членение системы используют термины, предусмотренные в теории систем: Ø сложные системы принято вначале делить на подсистемы; Ø а если последние также сразу трудно разделить на элементы, то составляющие промежуточных уровней (если неизвестен их характер) называют компонентами системы. v Названием подсистема подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от группы элементов, для которых не определена подцель и не выполняется свойство целостности. Для таких групп используется понятие компонентов.

Связь • Понятие связь входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение, целостных ее свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. • Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, • вступая в связь друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии. Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или видом)

Характеристика связей v По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. v По второму — на сильные и слабые (иногда пытаются ввести «шкалу» силы связей для конкретной задачи). v По характеру (виду) различают связи подчинения, связи порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), связи управления. Ø связи подчинения могут быть типа «род — вид» , «часть — целое» , Ø связи порождения — типа «причина — следствие» . v по месту приложения (на внутренние и внешние), v по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (на прямые и обратные)

Обратная связь v Обратная связь может быть: Ø положительной, — сохраняющей тенденции происходящих в системе изменений того или иного выходного параметра, Ø отрицательной, — противодействующей тенденциям изменения выходного параметра, т. е. направленной на сохранение требуемого значения этого параметра (например, количества выпускаемой продукции, ее себестоимости и т. п. ). v Обратная связь является основой саморегулирования, развития систем, приспособления их к меняющимся условиям существования. при разработке моделей функционирования сложных саморегулирующихся, самоорганизующихся систем в них одновременно присутствуют и отрицательная, и положительная обратные связи. (Имитационные динамические модели)

Цель • Понятие цель и связанные с ним понятия целесообразности, целенаправленности лежат в • основе развития системы. Изучение этих понятий большое внимание уделяется в философии, психологии, кибернетике. в зависимости от стадии познания объекта, этапа системного анализа в понятие цель вкладывают различные оттенки — от идеальных устремлений (цель — «выражение активности сознания» , «человек и социальные системы вправе формулировать цели, достижение которых невозможно, но к которым можно непрерывно приближаться» ), до конкретных целей- результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени, формулируемых иногда даже в терминах конечного продукта деятельности. (Шкала)

Противоречия цели • Противоречие, заключенное в понятии цель, — необходимость быть «опережающей идеей» , побуждением к действию и одновременно материальным воплощением этой идеи, т. е. быть достижимой, — проявлялось с момента возникновения этого понятия; так, древнеиндийское «артха» означало одновременно мотив, причину, желание, цель и даже — способ.

Определение цели • Цель — «заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека» ( «заранее мыслимый» , — но все же «результат» , воплощение замысла; подчеркивается также, что понятие цели связано с человеком, его деятельностью, сознанием, а для характеристики тенденций к развитию на более низких ступенях развития материи принято использовать другие термины).

Понимание цели • В практике коллективного принятия решения необходимо оговаривать, в каком смысле на данном этапе рассмотрения системы используется понятие цель, что в большей степени должно быть отражено в ее формулировке — идеальные устремления, которые помогут коллективу увидеть перспективы, • или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к желаемому будущему.

Структуры, их виды и формы представления • Структура (от латинского «structure» , означающего строение, расположение, порядок) - отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение). При этом в сложных системах структура отражает не все элементы и связи между ними (в этом предельном случае, когда пытаются применить понятие структуры к простым, полностью детерминированным объектам, понятия системы и структуры практически совпадают), а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств.

Формы представления структур v. Понятие структура связывают: Øс графическим отображением; Øпредставлением в матричной форме; Øв форме теоретико-множественных описаний; Øс помощью языка топологии; Øс алгеброй и другими средствами моделирования систем.

Краткая характеристика структур Сетевая структура или сеть (а) представляет собой декомпозицию системы во времени. Иерархические структуры (б—г) представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Все вершины (узлы) и связи (дуги, ребра) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Структуры матричного типа (е-ж)

Многоуровневые иерархические структуры • многоуровневая • • структуризация, предложенная для использования при организации процессов принятия решений. Для уменьшения неопределенности ситуации выделяются уровни сложности принимаемого решения (слои), т. е. определяется семейство последовательно решаемых проблем. Понятие многоэшелонной иерархической системы вводится следующим образом: система представляется в виде относительно независимых, взаимодействующих между собой подсистем

Отличительная особенность многоэшелонных структур • предоставление некоторой свободы в выборе их • • собственных решений подсистем всех уровней; подсистемам предоставляется и определенная свобода в формировании целей; в этих системах могут быть использованы разные принципы принятия решений; управляющие воздействия со стороны подсистем вышележащих эшелонов могут быть разной силы; для этого введены понятия «управление» и «координация» ; разрешение конфликтов достигается путем вмешательства вышестоящего эшелона, для чего введены понятия «конфликты» или «коалиции» ;

Модель много-эшелонной структуры

Матричные структуры • Это простейшие двумерные матричные структуры, в которых существуют взаимоотношениям между двумя смежными уровнями иерархической структуры со «слабыми» связями. Матричные структуры могут быть и многомерными.

Структуры с произвольными связями • Этот вид структур обычно используется на начальном этапе познания системы, новой проблемы, когда идет поиск способов расчленения системы на элементы, когда нет ясности в характере взаимоотношений между элементами и не могут быть установлены не только последовательности их взаимодействия во времени (сетевые структуры), но и распределение элементов по уровням иерархии.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие систем • 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). Так, говорят о состоянии покоя (стабильные входные воздействия и выходные сигналы), о состоянии равномерного прямолинейного движения (стабильная скорость) и т, д. Если, рассматривай элементы ε (компоненты, функциональные блоки), учесть, что «входы» можно разделить на управляющие у и возмущающие х (неконтролируемые) и что «выходы» (выходные результаты) зависят от ε, у и х, т. е. g =f(ε, у, х), то в зависимости от задачи состояние может быть определено как {ε, у}, {ε, y, g} или {ε, у, х, g}.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие систем • Равновесие. Понятие равновесие определяют • как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое поведение сколь угодно долго. (для сложных экономических, организационных систем). Устойчивость. Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие систем • Равновесие и устойчивость в • организационных системах гораздо более сложные понятия, и до недавнего времени ими пользовались лишь как некоторыми аналогиями для предварительного описания поведения системы. В последнее время предпринимаются попытки формализованного представления этих процессов, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь. Развитие. Это понятие помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.

Классификация систем v. По виду отображаемого объекта на: Ø технические; Ø биологические; Ø экономические и т, п. vпо виду моделирования на: Ø математические; Ø физические; Ø химические и др. vпо состоянию на: Ø детерминированные и стохастические; Ø открытые и закрытые; Ø абстрактные и существующие в объективной действительности и т. д.

Открытые и закрытые системы • Понятие открытой системы ввел Л. фон • Берталанфи. Основные, отличительные черты открытых систем — способность обмениваться со средой массой, энергией и информацией. В отличие от них закрытые или замкнутые системы предполагаются (разумеется, с точностью до принятой чувствительности модели) полностью лишенными этой способности» т. е. изолированными от среды. Возможны частные случаи: например, не учитываются гравитационные и энергетические процессы, а отражается в модели системы только обмен информацией со средой; тогда говорят об информационно-проницаемых или соответственно об информационнонепроницаемых системах

Целенаправленные, целеустремленные системы • В этом классе можно выделить системы, в которых цели задаются извне (обычно это имеет место в закрытых системах), и системы, в которых цели формируются внутри системы (что характерно для открытых, самоорганизующихся) систем. • Такие системы применяются при изучении экономических, организационных объектов.

Классификации систем по сложности v. В классификации по сложности, как правило, каждый последующий класс включает в себя предыдущий, характеризуется большим проявлением свойств открытости и стохастичности поведения, более ярко выраженными проявлениями закономерностей иерархичности и историчности, а также более сложными «механизмами» функционирования и развития. v. Это, как правило: Ø динамические структуры с заданным законом поведения; Ø кибернетические системы с управляемыми циклами обратной связи; Ø социальные системы и т. д.

Закономерности систем • Целостность. Закономерность целостности (эмерджментность) проявляется в системе в возникновении у нее «новых интегративных качеств, не свойственных ее компонентам» • закономерность целостности учитывает две ее стороны: 1) свойства системы (целого) не являются суммой свойств элементов (частей); 2) свойства системы (целого) зависят от свойств элементов.

Закономерности систем • Независимость и обособленность • (адитивность). Свойства физической аддитивности проявляются у системы, как бы распавшейся на независимые элементы. В этом крайнем случае и говорить-то о системе нельзя. Но, к сожалению, на практике существует опасность искусственного разложения системы на независимые элементы, даже когда при внешнем графическом изображении они кажутся элементами системы.

Закономерности систем • Интегративность. Этот термин часто употребляется как синоним целостности. Однако эту закономерность как самостоятельную выделяют, стремясь подчеркнуть интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам, обусловливающим возникновения этого свойства, к факторам, обеспечивающим сохранение целостности.

Закономерности систем • Коммуникативность. Эта закономерность составляет основу определения системы, из которого следует, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее подсистему (систему более высокого порядка), задающую требования и ограничения исследуемой системе, подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного уровня с рассматриваемой.

Закономерности систем • Иерархичность. Закономерность иерархичности или «иерархической упорядоченности» была в числе первых закономерностей сложных систем, которые выделил и исследовал Л. фон Берталанфи. Он, в частности, показал связь иерархической упорядоченности мира с явлениями дифференциации и негэнтропийными тенденциями, т. е. с закономерностями развития открытых систем

Закономерности систем • Эквифинальность. Эта закономерность характеризует как бы предельные возможности систем. Л. фон Берталанфи, предложивший этот термин, определил эквифинальность применительно к «открытой» системе как «способность в отличие от состояний равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями, . . . достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее исходных условий и определяется исключительно параметрами системы»

Закономерности систем • Закон «необходимого разнообразия» Применительно к задачам принятия решений эту закономерность можно пояснить упрощенно на следующем примере. Когда исследователь или лицо, принимающее решение, сталкивается с проблемой, решение которой для него неочевидно, то имеет место некоторое разнообразие возможных решений VD. Этому разнообразию противостоит разнообразие мыслей исследователя VN. Задача исследователя — свести разнообразие VD — VN к минимуму.

Закономерности систем • Использование закона «необходимого разнообразия» при совершенствовании систем управления предприятиями и объединениями помогает увидеть причины проявляющихся в них недостатков и пути повышения эффективности управления. Ø увеличение мощности механизмов регулирования и управления за счет роста численности аппарата управления, механизации и автоматизации управленческих работ (этот путь уже исчерпан); Ø снижение уровня требований к управлению, т. е. сокращение постоянно контролируемых и регулируемых параметров управляемой системы (что далеко не всегда желательно с точки зрения качества выпускаемой продукции); Ø ограничение разнообразия (сложности) управляемой системы, т. е. установление более четких и определенных правил поведения компонентов системы (унификация, стандартизация, введение поточного производства, сокращение номенклатуры деталей, узлов, технологической оснастки, унификация технологических процессов и т. п. ).

Закономерности систем • Закономерность потенциальной эффективности. Развивая идею В. А. Котельникова о потенциальной помехоустойчивости систем, Б. С. Флейшман связал сложность структуры системы со сложностью ее поведения, предложил количественные выражения предельных законов надежности, помехоустойчивости, управляемости и других качеств системы и показал, что на их основе можно получить количественные оценки осуществимости систем с точки зрения того или иного качества — предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем.

Закономерности функционирования и развития систем • В последнее время все больше начинает осознаваться • необходимость учета при моделировании систем принципов их развития во времени, самоорганизации, при выработке которых могут помочь рассматриваемые ниже закономерности. Историчность. Хотя с точки зрения диалектического и исторического материализма очевидно, что любая система не может быть неизменной, что она не только функционирует, но и развивается и можно привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти биологических и социальных систем, все же для конкретных случаев развития организационных и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. ( «жизненные циклы» , «очереди» и т. п. )

Закономерности функционирования и развития систем • Закономерность самоорганизации. В числе • важных наблюдаемых особенностей сложных систем рассматривалась их способность противостоять энтропийным тенденциям, адаптироваться к внешним возмущениям, изменяя при необходимости свою структуру. С одной стороны, для всех явлений, в том числе и для развивающихся ( «открытых» по Берталанфи) систем, справедлив второй закон термодинамики (так называемое «второе начало» ), т. е. стремление к возрастанию энтропии, к распаду, дифференциации, а с другой стороны, наблюдаются негэнтропийные тенденции, лежащие в основе эволюции, развития.