Основні властивості та характерні особливості складних систем.

Тема: Складні системи. Способи керування системами.

Лекція №2

Питання для самоконтролю знань

1. Назвіть групи визначень системи.

2. Сформулюйте основні поняття системності.

3. Назвіть класи цілей та охарактеризуйте їх.

4. Наведіть приклади типів цілей.

План

1. Складні системи.

2. Основні властивості та характерні особливості складних систем.

3. Способи керування системами.

Складні системи – це цілеспрямовані системи, побудовані для розв’язування багатоцільових задач; системи, що відображають різноманітні, не порівняльні між собою характеристики об’єкта; систем, мов; системи, що включають взаємопов’язаний комплекс моделей.

(Повторити властивості лінійної стаціонарної системи).

Складні системи мають наступні основні властивості:

1. Загальність та абстрактність. В якості системи можуть розглядатися всі без винятку предмети, явища, процеси незалежно від їх природи.

2. Відносність і конкретність. Поділ об’єктів на системи і не системи має сенс відносно конкретних заданих властивостей та відношень. Розгляд деякого об’єкта в якості системи безвідносно до конкретних властивостей та відношень не має сенсу.

3. Цілісність. Система поводить себе як одне ціле, якщо зміни однієї зі змінних викликають зміни інших змінних (наприклад, організм людини, промислові фірми – успіх кожної фази виробничого процесу обумовлений успіхом інших фаз).

4. Емерджентність. У складної системи наявні властивості, що не можуть бути виведені з відомих властивостей елементів, які входять до її складу. Ця властивість відображає той факт, що стан – це функція як станів її елементів, так і відношень(зв’язків) між ними, тобто:

(3)

де C(S) – стан системи;

C(m) – стан елементів;

R(m) – відношення між елементами.

Властивості системи, набуті за рахунок відношення R(m), що не виводиться з C(m), називаються емерджентними. Як наслідок, при незмінних способах дії елементів спосіб дії системи змінюється, якщо змінюється структура системи.

Цілісність, що обумовлена властивістю емерджентності, полягає в тому, що систем без підсистем(елементів) не буває, а тому система відносно до них їх цілим, тобто має властивості, відсутні в них. Власна сутність частини знаходиться не в середині неї, а в її цілому.

5. Синергізм. Ефективність сумісного функціонування елементів систем вища, ніж сумарна ефективність ізольованого функціонування цих же елементів.

Відкриті системи можуть мати одну або декілька з наступних особливостей:

§ Адитивність. У деяких системах кожна зі змінних може розглядатися незалежно від інших, і відхилення системи загалом є фізичною сумою відхилене її окремих елементів (наприклад, якщо є система є лінійною). Якщо наявна така властивість, то аналіз системи і відпрацювання необхідних керувань значно полегшується. Для складних систем ця властивість є нехарактерною, і типовою властивістю є синергізм.

§ Диференціація. Відкриті системи розвиваються в напрямку диференціації та спеціалізації в більшості системи різні складові виконують різні функції та не ж взаємно замінними, тобто складові системи фактично є спеціалізованими за функціями, що їх реалізує система.

§ Централізація. З часом одна зі складових системи може стати домінуючою, тобто зміни в цій складовій спричиняють зміни в багатьох інших, але обернене твердження недійсне (наприклад, урядова бюрократія прагне зазвичай більшої централізації, ніж приватні корпорації, у яких для досягнення прийнятного рівня координації між складовими необхідна децентралізація), що приводить до неефективного керування з запізненнями.

§ Перетворення потоків. Вхідний потік енергії перетворюється у вихідні потоки продукції та побічних результатів виробничої діяльності.

§ Інформаційні перетворення та фільтри. Вхідні інформаційні потоки в системі використовуються в найпростіших випадках для корегування відхилень шляхом негативного оберненого зв’язку або керування за збуреннями. Складові інформаційного потоку фільтруються: сприймаються і опрацьовуються системою або відкидаються.

§ Рівновага, стійкість, динамічний гомеостаз. Вхідний потік енергії використовується з метою затримання зростання ентропії(невизначеності) в системі. Згідно до другого закону термодинаміки, замкнена система рухається від стану рівноваги, тобто до стану дезорганізації, хаосу, який відповідає максимальній ентропії. Відкриті ж системи можуть і змінюють цю тенденцію, отримуючи зовнішню, відносно системи, енергію.

Гомеостатична система – технічний пристрій, який моделює особливу властивість організмів – гомеостаз (від грец. незмінний), тобто властивість організму утримувати свої характеристики в припустимих для його існування межах(наприклад, сталість температури тіла, стабілізація положення тіла, в місткості в крові кисню, цукру, гормонів і т.п.).

Динамічний гомеостаз не лише приводить до відновлення стану рівноваги, але й до формування більш складної та різнобічної рівноваги на ґрунті набутого досвіду

Характерним для складних систем є наявність обмежень на здійснення призначення, в результаті чого проблема пошуку „найкращого” розв’язку (у випадку слабо структурованих проблем саме визначення поняття „найкращий” розв’язок є проблемою) перетворюється у проблему знаходження прийнятного розв’язку. Ці обмеження особливо характерні для систем за участю людини і є не лише зовнішніми, але й внутрішніми.

Внутрішні обмеження:

1. Сприйняття. Погляди окремих людей на світ формують сприйняття ними середовища і можуть підмалювати або заважити здатності ідентифікувати та диференціювати альтернативні потреби та цілі, засоби їх досягнення.

2. Конфлікт. Усвідомлені потреби можуть бути джерелом конфлікту в системі, коли особи, що приймають рішення, не можуть прийти до згоди при розв’язання проблеми або ж мають різні уявлення про призначення, що приводить до нечітких макроцілей та цілей. У багатьох випадках виявляється, що отримана в результаті компромісу система не відповідає початковому призначенню.

3. Інерція. Важливі рішення, що приймаються людиною інколи приписуються неконтрольованим соціальним силам, а не окремим особам, що приводить до більш потужної бюрократії.

Зовнішні обмеження (обмеження середовища):

1. Динаміка, постійні зміни, невизначеність зовнішнього середовища та планування. Це прагнення пов’язане головним чином з безуспішністю спроб прогнозування та планування майбутнього.

2. Турбулентність. Складні мережі відношень між системами в сукупності з динамікою середовища можуть створити „турбулентність”, що заважатиме кожному окремому елементу системи виживати та еволюціонувати ґрунтуючись на власних адаптивних здібностях.

3. Обернений зв’язок із запізненням. Реакція на дію системи або на відповідність її призначенню може бути не миттєвою, а запізненою в часі. Внаслідок цього дія оберненого зв’язку може бути неправильно інтерпретована або залишена без уваги.

Окрім цих обмежень, діють і більш очевидні – технічні, фінансові, людські ресурси (старіння інформації, час отримання оптимуму).