Определение что такое система. Система: определение. Система: подходы к определению системы, основные понятия, виды систем

В этой статье мы рассмотрим определение системы как устройства, составленного из различных структурных элементов. Здесь будет затронут вопрос о классификации систем и их характеристике, а также постановка закона Эшби и понятие об общей теории.

Введение

Определение системы представляет собой множественный ряд элементов, которые находятся в определенной связи между собой и образуют целостность.

Использование системы как термина обуславливается необходимостью подчеркнуть различные характеристики чего-либо. Речь, как правило, идет о сложном и огромном устройстве объекта. Разобрать такой механизм чаще всего сложно однозначно, что является еще одной причиной для эксплуатации термина «система».

Определение системы имеет характерное отличие от «множества» или «совокупности», которое проявляет себя в том, что основной термин статьи говорит нам об упорядоченности и целостности в определенном объекте. В системе всегда присутствует определенная закономерность ее построения и функционирования, а также она обладает спецификой развития.

Определение термина

Существуют различные определения системы, которые могут классифицироваться по самым разнообразным характеристикам. Это очень широкое понятие, которое может использоваться по отношению практически ко всему и в любых науках. Содержание контекста о системе, области знания и цели изучения и анализа также сильно влияет на определение этого понятия. Проблема исчерпывающей характеристики заключается в использовании термина как объективного, так и субъективного.

Рассмотрим некоторые дескриптивные определения:

• Система - это комплексное образование взаимодействующих фрагментов целостного «механизма».
• Система - общее скопление элементов, пребывающих в некотором отношении друг по отношению к другу, а также связанным со средой.
• Система - это набор взаимосвязанных компонентов и деталей, обособленных от среды, но взаимодействующих с ней и работающих как единое целое.

Первые определения системы дескриптивного характера относятся к раннему периоду развития науки о системах. В такую терминологию включались лишь элементы и набор связей. Далее стали включать различные понятия, например функции.

Система в повседневности

Человек использует определение системы в самых различных сферах жизни и деятельности:

• При наименовании теорий, например философской системы Платона.
• При создании классификации.
• При создании конструкции.
• При наименовании совокупности установившихся жизненных норм и поведенческих правил. Примером служит система законодательства или моральных ценностей.

Исследование систем - это ход развития в науке, который изучается в самых разнообразных дисциплинах, например в инженерии, теории систем, системном анализе, системологии, термодинамике, системной динамике и т. д.

Характеристика системы посредством ее составных компонентов

Основные определения системы включают в себя ряд характеристик, посредством анализа которых можно так или иначе дать ей исчерпывающее описание. Рассмотрим главенствующие:

• Пределом расчленения системы на фрагменты является определение элемента. С точки зрения рассматриваемых аспектов, решаемых задач и поставленной цели они могут по-разному классифицироваться и различаться.
• Компонентом называют подсистему, которая представлена нам в виде относительно независимой частицы системы и обладает при этом ее некоторыми свойствами и подцелью.
• Связью именуют взаимоотношение между элементами системы и тем, что они ограничивают. Связь позволяет снижать степень свободы фрагментов «механизма», но приобретать при этом новые свойства.
• Структура - перечень самых существенных компонентов и связей, мало изменяемых в процессе текущего функционирования системы. Она отвечает за наличие главных свойств.
• Основным понятием в определении системы также является понятие цели. Цель - это многогранное понятие, которое можно определять в зависимости от данных контекста и этапа познания, на котором система находится.

Подход к определению системы также зависит от таких понятий, как состояние, поведение, развитие и жизненный цикл.

Наличие закономерностей

При разборе основного термина статьи важно будет обратить внимание на наличие некоторых закономерностей. Первой является наличие ограниченности от общей среды. Другими словами, это интегративность, которая определяет систему как абстрактную сущность, обладающую целостностью и четко поставленными пределами своих границ.

Система обладает синергичностью, эмерджентностью и холизмом, а также системным и сверхаддитивным эффектом. Элементы системы могут быть взаимосвязаны между конкретными компонентами, а с некоторыми никак не взаимодействовать, однако влияние в любом случае оказывается всеохватывающим. Оно производится посредством косвенного взаимодействия.

Определение системы - это термин, тесно связанный с явлением иерархичности, которое представляет собой определение различных деталей системы как отдельных систем.

Классификационные данные

Практически все издания, изучающие теорию систем и системный анализ, занимаются обсуждением вопроса о том, как их правильно классифицировать. Самое большое разнообразие среди перечня мнений о таком различии относится к определению сложных систем. Преобладающая часть классификаций относится к произвольным, которые также называют эмпирическими. Это означает, что чаще всего авторы произвольно используют данный термин в случае потребности охарактеризовать определенную решаемую задачу. Различие чаще всего осуществляется по определению предмета и категориального принципа.

Среди главных свойств чаще всего обращают внимание на:

• Количественную величину всех компонентов системы, а именно на монокомпонентность или поликомпонентность.
• При рассмотрении статичной структуры необходимо брать в расчет состояние относительного покоя и наличие динамичности.
• Отношение к закрытому или открытому типу.
• Характеристику детерминированной системы в конкретный момент времени.
• Необходимо учитывать гомогенность (например, популяцию организмов в виде) или гетерогенность (наличие различных элементов с различными свойствами).
• При анализе дискретной системы всегда четко ограничивают закономерности и процессы, а в соответствии с происхождением выделяют: искусственную, естественную и смешанную.
• Важно обращать внимание на степень организованности.

Определение системы, видов систем и системы в целом связано еще и с вопросом о восприятии их как сложных или простых. Однако здесь находится наибольшее количество разногласий при попытке дать исчерпывающий перечень характеристик, в соответствии с которыми необходимо их разграничивать.

Понятие вероятностной и детерминированной системы

Определение термина «система», созданное и предложенное Ст. Биром, стало одним из самых широко известных и распространенных по всему миру. В основу фундамента различия он вложил сочетание уровней детерминированности и сложности и получил вероятностные и детерминированные. Примером последних могут служить простые структуры, например оконные задвижки и проекты механизированных мастерских. Сложные представлены компьютерами и автоматизацией.

Вероятностным устройством элементов в простой форме может послужить подбрасывание монеты, передвижение медузы, наличие статистического контроля по отношению к качеству продукции. Среди сложных примеров системы можно вспомнить о хранении запасов, условных рефлексах и т. д. Сверхсложные формы вероятностного типа: понятие экономики, структура мозга, фирма и т. д.

Закон Эшби

Определение понятия системы тесно связано с законом Эшби. В случае создания определенной структуры, в которой компоненты обладают связями между собой, необходимо обусловить наличие проблеморазрешающей способности. Важно, чтобы система обладала разнообразием, превышающим этот же показатель у проблемы, над которой идет работа. Второй чертой является наличие у системы возможности создать такое разнообразие. Другими словами, устройство системы необходимо регулировать так, чтобы она могла изменять свои свойства в ответ на изменение условий решаемой задачи или проявление возмущения.

В случае отсутствия подобных характеристик в изучаемом явлении система не сможет удовлетворять требования к управленческим заданиям. Она станет малоэффективной. Важно также обращать внимание на наличие разнообразия в перечне подсистем.

Понятие об общей теории

Определение системы - это не только ее общая характеристика, но и набор различных важных аспектов. Одним из них является понятие об общей теории систем, которое представлено в виде научной и методологической концепции исследований объектов, образующих систему. Она взаимосвязана с такой терминологической единицей, как «системный подход», и является перечнем его конкретизированных принципов и методологий. Первую форму общей теории выдвинул Л. Фон Берталанфи, а идея его основывалась на признании изоморфизма основополагающих утверждений, отвечающих за управление и функциональные возможности объектов системы.

Существует множество понятий системы. Рассмотрим понятия, которые наиболее полно раскрывают ее существенные свойства (рис. 1).

Рис. 1. Понятие системы

«Система – это комплекс взаимодействующих компонентов».

«Система – это множество связанных действующих элементов».

«Система – это не просто совокупность единиц... а совокупность отношений между этими единицами».

И хотя понятие системы определяется по-разному, обычно все-таки имеется в виду, что система представляет собой определенное множество взаимосвязанных элементов, образующих устойчивое единство и целостность, обладающее интегральными свойствами и закономерностями.

Мы можем определить систему как нечто целое, абстрактное или реальное, состоящее из взаимозависимых частей.

Системой может являться любой объект живой и неживой природы, общества, процесс или совокупность процессов, научная теория и т. д., если в них определены элементы, образующие единство (целостность) со своими связями и взаимосвязями между ними, что создает в итоге совокупность свойств, присущих только данной системе и отличающих ее от других систем (свойство эмерджентности).

Система (от греч. SYSTEMA, означающего «целое, составленное из частей») представляет собой множество элементов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, образующих определенную целостность, единство и целенаправленность. Практически каждый объект может рассматриваться как система.

Система – это совокупность материальных и нематериальных объектов (элементов, подсистем), объединенных какими-либо связями (информационными, механическими и др.), предназначенных для достижения определенной цели и достигающих ее наилучшим образом. Система определяется как категория, т.е. ее раскрытие производится через выявление основных, присущих системе свойств. Для изучения системы необходимо ее упростить с удержанием основных свойств, т.е. построить модель системы.

Система может проявляться как целостный материальный объект, представляющий собой закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих элементов.

Важным средством характеристики системы являются ее свойства . Основные свойства системы проявляются через целостность, взаимодействие и взаимозависимость процессов преобразования вещества, энергии и информации, через ее функциональность, структуру, связи, внешнюю среду.

Свойство – это качество параметров объекта, т.е. внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте. Свойства дают возможность описывать объекты системы. При этом они могут изменяться в результате функционирования системы . Свойства – это внешние проявления того процесса, с помощью которого получается знание об объекте, ведется за ним наблюдение. Свойства обеспечивают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. Свойства объектов системы могут изменяться в результате ее действия.

Выделяют следующиеосновные свойства системы :

· Система есть совокупность элементов . При определенных условиях элементы могут рассматриваться как системы.

· Наличие существенных связей между элементами . Под существенными связями понимаются такие, которые закономерно, с необходимостью определяют интегративные свойства системы.

· Наличие определенной организации , что проявляется в снижении степени неопределенности системы по сравнению с энтропией системоформирующих факторов, определяющих возможность создания системы. К этим факторам относят число элементов системы, число существенных связей, которыми может обладать элемент.

· Наличие интегративных свойств , т.е. присущих системе в целом, но не свойственных ни одному из ее элементов в отдельности. Их наличие показывает, что свойства системы, хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Система не сводится к простой совокупности элементов; декомпозируя систему на отдельные части, нельзя познать все свойства системы в целом.

· Эмерджентностъ – несводимость свойств отдельных элементов и свойств системы в целом.

· Целостность – это общесистемное свойство, заключающееся в том, что изменение любого компонента системы оказывает воздействие на все другие ее компоненты и приводит к изменению системы в целом; и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех компонентах системы.

· Делимость – возможна декомпозиция системы на подсистемы с целью упрощения анализа системы.

· Коммуникативность . Любая система функционирует в окружении среды, она испытывает на себе воздействия среды и, в свою очередь, оказывает влияние на среду. Взаимосвязь среды и системы можно считать одной из основных особенностей функционирования системы, внешней характеристикой системы, в значительной степени определяющей ее свойства.

· Системе присуще свойство развиваться , адаптироваться к новым условиям путем создания новых связей, элементов со своими локальными целями и средствами их достижения. Развитие – объясняет сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.

· Иерархичность . Под иерархией понимается последовательная декомпозиция исходной системы на ряд уровней с установлением отношения подчиненности нижележащих уровней вышележащим. Иерархичность системы состоит в том, что она может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, а каждый ее элемент, в свою очередь, является системой.

· Важным системным свойством является системная инерция, определяющая время, необходимое для перевода системы из одного состояния в другое при заданных параметрах управления.

· Многофункциональность – способность сложной системы к реализации некоторого множества функций на заданной структуре, которая проявляется в свойствах гибкости, адаптации и живучести.

· Гибкость – это свойство системы изменять цель функционирования в зависимости от условий функционирования или состояния подсистем.

· Адаптивность – способность системы изменять свою структуру и выбирать варианты поведения сообразно с новыми целями системы и под воздействием факторов внешней среды. Адаптивная система – такая, в которой происходит непрерывный процесс обучения или самоорганизации.

· Надежность – это свойство системы реализовывать заданные функции в течение определенного периода времени с заданными параметрами качества.

· Безопасность – способность системы не наносить недопустимые воздействия техническим объектам, персоналу, окружающей среде при своем функционировании.

· Уязвимость – способность получать повреждения при воздействии внешних и (или) внутренних факторов.

· Структурированность – поведение системы обусловлено поведением ее элементов и свойствами ее структуры.

· Динамичность – это способность функционировать во времени.

· Наличие обратной связи .

Любая система имеет цель и ограничения. Цель системы может быть описана целевой функцией U1 = F (х, у, t, ...), где U1 – экстремальное значение одного из показателей качества функционирования системы.

Поведение системы можно описать законом Y = F(x), отражающим изменения на входе и выходе системы. Это и определяет состояние системы.

Состояние системы – это мгновенная фотография, или срез системы, остановка ее развития. Его определяют либо через входные взаимодействия или выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы. Это совокупность состояний ее n элементов и связей между ними. Задание конкретной системы сводится к заданию ее состояний, начиная с зарождения и кончая гибелью или переходом в другую систему. Реальная система не может находиться в любом состоянии. На ее состояние накладывают ограничения – некоторые внутренние и внешние факторы (например, человек не может жить 1000 лет). Возможные состояния реальной системы образуют в пространстве состояний системы некоторую подобласть Z СД (подпространство) – множество допустимых состояний системы.

Равновесие – способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий или при постоянных воздействиях сохранять свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость – это способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних или внутренних возмущающих воздействий. Эта способность присуща системам, когда отклонение не превышает некоторого установленного предела.

3. Понятие структуры системы .

Структура системы – совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.Структура системы означает строение, расположение, порядок и отражает определенные взаимосвязи, взаимоположение составных частей системы, т.е. ее устройства и не учитывает множества свойств (состояний) ее элементов.

Система может быть представлена простым перечислением элементов, однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, т.к. требуется выяснить, что представляет собой объект и что обеспечивает выполнение поставленных целей.

Рис. 2. Структура системы

Понятие элемента системы. По определению элемент – это составная часть сложного целого. В нашем понятии сложное целое – это система, которая представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов.

Элемент – часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению ко всей системе и неделимая при данном способе выделения частей. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения.

Сам элемент характеризуется только его внешними прояв­лениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элемен­тами и внешней средой.

Понятие связи. Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – это значит выявить наличие зависимостей их свойств. Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний характер.

Взаимосвязи – совокупность двухсторонних зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы.

Взаимодействие – совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Понятие внешней среды. Система существует среди других материальных или нематериальных объектов, которые не вошли в систему и объединяются поняти­ем «внешняя среда» – объекты внешней среды. Вход характеризует воздействие внешней среды на систему, выход – воздействие системы на внешнюю среду.

По сути дела, очерчивание или выявление системы есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система – объект анализа (синтеза), а другая – как внешняя среда.

Внешняя среда – набор существующих в пространстве и во времени объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на систему.

Внешняя среда – это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Типы структур

Рассмотрим ряд типовых структур систем, использующихся при описании организационно-экономических, производственных и технических объектов.

Обычно понятие "структура" связывают с графическим отображением элементов и их связей. Однако структура может быть представлена и в матричной форме, форме теоретико-множественного описания, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем .

Линейная (последовательная) структура (рис. 8) характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними При выходе из строя хотя бы одного элемента (связи) структура разрушается. Примером такой структуры является конвейер.

Кольцевая структура (рис. 9) отличается замкнутостью, любые два элемента обладают двумя направлениями связи. Это повышает скорость общения, делает структуру более живучей.

Сотовая структура (рис. 10) характеризуется наличием резервных связей, что повышает надежность (живучесть) функционирования структуры, но приводит к повышению ее стоимости.

Многосвязная структура (рис. 11) имеет структуру полного графа. Надежность функционирования максимальная, эффективность функционирования высокая за счет наличия кратчайших путей, стоимость - максимальная.

Звездная структура (рис. 12) имеет центральный узел, который выполняет роль центра, все остальные элементы системы являются подчиненными.

Графовая структура (рис. 13) используется обычно при описании производственно-технологических систем.

Сетевая структура (сеть) - разновидность графовой структуры, представляющая собой декомпозицию системы во времени.

Например, сетевая структура может отображать порядок действия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т. п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции - сетевой график, при проектировании - сетевая модель, при планировании - сетевая модель, сетевой план и т. д.).

Иерархическая структура получила наиболее широкое распространение при проектировании систем управления, чем выше уровень иерархии, тем меньшим числом связей обладают его элементы. Все элементы кроме верхнего и нижнего уровней обладают как командными, так и подчиненными функциями управления.

Иерархические структуры представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Все вершины (узлы) и связи (дуги, ребра) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени).

Иерархические структуры, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами (структурами типа "дерева"; структурами, на которых выполняются отношения древесного порядка, иерархическими структурами с сильными связями) (рис 14, а).

Структуры, в которых элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего уровня, называют иерархическими структурами со слабыми связями (рис 14, б).

В виде иерархических структур представляются конструкции сложных технических изделий и комплексов, структуры классификаторов и словарей, структуры целей и функций, производственные структуры, организационные структуры предприятий.

В общем случае термин иерархия шире, он означает соподчиненность, порядок подчинения низших по должности и чину лиц высшим, возник как наименование "служебной лестницы" в религии, широко применяется для характеристики взаимоотношений в аппарате управления государством, армией и т.д., затем концепция иерархии была распространена на любой согласованный по подчиненности порядок объектов.

Таким образом, в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между уровнями и компонентами в пределах уровня могут быть любые взаимоотношения. В соответствии с этим существуют структуры, использующие иерархический принцип, но имеющие специфические особенности, и их целесообразно выделить особо.

Фундаментальным понятием ТС является понятие «система» (гр. systema – это составленное из частей, соединение).

Система - совокупность (множество) элементов, между которыми имеются связи (отношения, взаимодействие). Таким образом, под системой понимается не любая совокупность, а упорядоченная (за счёт наличия отношений).

Термины «отношение » и «взаимодействие » используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий таких как ограничение, структура, организационная связь, соединение, зависимость и т.д.

Система S представляет собой упорядоченную пару S=(A, R), где A - множество элементов; R - множество отношений между A.

Система - это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Система - это объективная часть мироздания, включающая схожие и совместимые элементы, образующие особое целое, которое взаимодействует с внешней средой. Допустимы и многие другие определения. Общим в них является то, что система есть некоторое правильное сочетание наиболее важных, существенных свойств изучаемого объекта.

Если собрать вместе (объединить) одно- или разнородные элементы (понятия, предметы, людей), то это не будет системой, а лишь более или менее случайным смешением. Считать ту или иную совокупность элементов системой или нет, зависит также во многом от целей исследования и точности анализа, определяемой возможностью наблюдать (описывать) систему.

Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, - образуют систему.

Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой».

Из этих рассуждений вытекает, что нельзя рассматривать систему без ее внешней среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

Любая деятельность человека носит целенаправленный характер. Наиболее четко это прослеживается на примере трудовой деятельности. Цели, которые ставит перед собой человек, редко достижимы только за счет его собственных возможностей или внешних средств, имеющихся у него в данный момент. Такое стечение обстоятельств называется «проблемной ситуацией». Проблемность существующего положения осознается в несколько «стадий»: от смутного ощущения что «что-то не так», к осознанию потребности, затем к выявлению проблемы и, наконец, к формулировке цели.

Цель - это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему. Вся последующая деятельность, способствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цели, т.е. как работа по созданию системы. Другими словами: система есть средство достижения цели .

Приведем несколько упрощенных примеров систем, предназначенных для реализации определенных целей.

В настоящее время нет единства в определении понятия «система». В первых определениях в той или иной форме говорилось о том, что система - это элементы и связи (отношения) между ними. Например, основоположник теории систем Людвиг фон Берталанфи определял систему как комплекс взаимодействующих элементов или как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. А. Холл определяет систему как множество предметов вместе со связями между предметами и между их признаками. Ведутся дискуссии, какой термин- «отношение» или «связь» - лучше употреблять.

Позднее в определениях системы появляется понятие цели. Так, в «Философском словаре» система определяется как «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определенным образом и образующих некоторое целостное единство».

В последнее время в определение понятия системы наряду с элементами, связями и их свойствами и целями начинают включать наблюдателя, хотя впервые на необходимость учета взаимодействия между исследователем и изучаемой системой указал один из основоположников кибернетики У. Р. Эшби.

М. Масарович и Я. Такахара в книге «Общая теория систем» считают, что система - «формальная взаимосвязь между наблюдаемыми признаками и свойствами».

Таким образом, в зависимости от количества учитываемых факторов и степени абстрактности определение понятия «система» можно представить в следующей символьной форме. Каждое определение обозначим порядковым номером, совпадающим с количеством учитываемых в определении факторов.

ОПР. 1 . Система есть нечто целое:

Это определение выражает факт существования и целостность. Двоичное суждение А(1,0) отображает наличие или отсутствие этих качеств.

ОПР. 2 . Система есть организованное множество (Темников Ф. Е.):

орг - оператор организации;

М - множество.

ОПР. 3 . Система есть множество вещей, свойств и отношений (Уемов А. И.):

S=({m}.{n}.{r]),

n - свойства,

r - отношения.

ОПР. 4 . Система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды:

S=(e, ST, BE, Е),

e - элементы,

ST - структура,

BE - поведение,

Е - среда.

ОПР. 5 . Система есть множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором выходов:

S=(X, Y, Z, H, G),

Х - входы,

Y - выходы,

Z - состояния,

Н - оператор переходов,

G - оператор выходов.

Это определение учитывает все основные компоненты, рассматриваемые в автоматике.

ОПР. 6 . Это шестичленное определение, как и последующие, трудно сформулировать в словах. Оно соответствует уровню биосистем и учитывает генетическое (родовое) начало GN, условия существования KD, обменные явления MB, развитие EV, функционирование FC и репродукцию (воспроизведения) RP:

S=(GN, KD , MB, EV, FC, RP).

ОПР. 7 . Это определение оперирует понятиями модели F, связи SC, пересчета R, самообучения FL, самоорганизации FO, проводимости связей СО и возбуждения моделей JN:

S=(F, SC, R, FL, FO, CO, JN).

Данное определение удобно при нейрокибернетических исследованиях.

ОПР. 8 . Если определение ОПР. 5 дополнить фактором времени и функциональными связями, то получим определение системы, которым обычно оперируют в теории автоматического управления:

S=(T, X, Y, Z, v, V, h , j ),

T – время,

Х – входы,

Y – выходы,

Z – состояния,

v – класс операторов на выходе,

V – значения операторов на выходе,

h - функциональная связь в уравнении y(t2)=?,

j – функциональная связь в уравнении z(t2)=?.

ОПР. 9 . Для организационных систем удобно в определении системы учитывать следующее:

S=(PL, RO, RJ, EX, PR, ОПР. T, SV, RОПР. , EF),

PL – цели и планы,

RO – внешние ресурсы,

RJ – внутренние ресурсы,

EX – исполнители,

PR – процесс,

ОПР. T- помехи,

SV – контроль,

RОПР. – управление,

EF – эффект.

Последовательность определений можно продолжить до ОПР. N (N=9, 10, 11, …), в котором учитывалось бы такое количество элементов, связей и действий в реальной системе, которое необходимо для решаемой задачи, для достижения поставленной цели. В качестве «рабочего» определения понятия системы в литературе по теории систем часто рассматривается следующее: система – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.

материал из икниги «Теория систем и системный анализ: учебник для вузов» Волкова В.Н .

1. Системы систем -- это направление системной инженерии, занимающееся инженерией систем, отдельные части которых могут существовать автономно, были разработаны независимо друг от друга, и тем самым представляют собой полноценную целевую систему. Тем не менее, из этих автономных и независимых систем (кому-то) хочется сделать систему с эмерджентными свойствами.

2. Примеры, из-за которых пришлось вводить понятие системы систем:
а) телекоммуникационные системы ("сети сетей"), прежде всего интернет.
б) мультимодальные транспортные системы
в) обеспечивающие системы ("расширенное предприятие") в любом большом проекте системной инженерии
г) всякие взаимодействия родов войск в театре военных действий
д) любая организационная система (с быстрым проскоком всех уровней от "группы людей" до "общества в целом" и выхода на сплошную гуманитарщину безо всякой инженерии -- но с некоторыми особенностями, см. пункт 10). Тем самым в подходе "инженерии системы систем" можно рассматривать инженерию обеспечивающей системы проекта системной инженерии (см. пункт 11), реинжиниринг (или даже инжиниринг, в системах систем эти границы зыбки) какого-нибудь промышленного холдинга, тимбилдинг, создание страновых блоков, образование картелей, функционирование консорциумов, государственное строительство и т.д.. Как всегда в случае пересечения инженерных технологий и систем из (в конечном итоге) людей, делаю оговорку о безопасности (см. также пункт 10в).

3. Основная проблема в том, что для так определенной системы не подходят традиционные методы системной инженерии:
а) системы (подсистемы целевой системы) не нужно проектировать, закупать и т.д.. Они, как правило, уже есть -- уж какие есть.
б) совсем необязательно системный инженер (в том числе архитектор) имеет влияние на владельцев систем-составляющих. Его могут слушать, а также могут и не слушать.
в) поскольку автономные системы обычно должны продолжать работать, а "составлять из себя новую систему" у них является лишь дополнительной функцией к их основным функциям, то нельзя "все остановить, создать и отладить систему, а затем запустить в работу заново". Приходится править на ходу, согласовывая тщательно небольшие изменения (отсюда практически консенсус: говорят не столько о стадийном жизненном цикле, сколько об "эволюции", "инкрементальных изменениях", "мониторинге изменений"). Более того, править каждую систему, скорее всего, будет персонал этой системы-составляющей -- а не сотрудники целевой системы систем, у которой часто и персонала-то нет.
г) особо нужно отметить, что заказ на систему систем осуществляется в терминах capabilities (возможностей), а не functions (функций каких-то систем). То есть заказчики пытаются купить возможность что-то достичь, а не собственно системы. Системы уже давно куплены, существуют, у них есть владельцы и все необходимые функции. Но нужно достичь возможности что-то этим системам совместно сделать, тогда и говорят о системе систем.
Capabilities формулируются как "данная система должна обеспечивать возможность [и далее хотя бы один глагол того действия, которое она должна давать возможность сделать]".
д) системы систем появляются там и тогда, где у отдельных систем разные собственники, и для их совместной работы нужно устраивать переговорный процесс (по теории речевых актов Хабермаса иметь два уровня: дискурса с договоркой о протоколе взаимодействия и затем следование протоколу взаимодействия с регулярным вываливанием в дискурс в случае неработы этого протокола). В частности, собственники системы вряд ли строят свои системы на базе какой-то общей онтологии: у них своя (по типу) деятельность, и поэтому с необходимостью используется разная онтология (то есть их взгляды на мир отнюдь не разные группы описаний одной архитектуры! Ведь общей архитектуры у составляющих систем без системы систем по определению нет! Тем самым для описания системы систем нам нужно применять хитрое семантическое моделирование -- мы не можем гарантировать парадигмальную единообразность описания при декомпозиции, причем эта неоднородность совсем другого сорта, чем парадигмальное разнообразие при описании со сменой метода описаний (viewpoint) при сдвижке от стейкхолдера к стейхолдеру: для каждой составляющей системы в SoS меняется весь набор заинтересованных сторон и предпочитаемые ими языки и нотации! Так что "традиционная" моделеориентированная инженерия требований тут будет тоже хромать.

4. В литературе рассматриваются самые разные варианты появления заинтересованных в системе систем сторон: кто-то один с деньгами или без, несколько в разном заинтересованных сторон с деньгами и без, а также ситуации, когда в число этих сторон входят или не входят владельцы составляющих системы. Тем самым разговор о системе систем возникает каждый раз, когда речь идет о социотехнической системе.

5. В программировании, моделировании все чаще говорят о программировании и моделировании-в-большом, когда нужно сделать большую программную систему из разных компонент, работающих на разных компьютерах. Теория этого in-the-lagre только-только появляется, в жизни основные проблемы переходят туда (вместо программирования отдельных коротких автономных программ все чаще приходится программировать связки между такими программами). Более того, все чаще говорят, что "все, что могли, уже автоматизировали -- и теперь стоит задача интеграции островков автоматизации". Greenfield программирование перешло в brownfield. Вот ровно то же самое обсуждается для системы систем. Отличие в том, что составляющие системы с системе систем -- акторы (т.е. обладают собственным поведением). Если продолжить программистские аналогии, то разница между "системами систем" и "просто системами" как между Smalltalk-71 и Smalltalk-80 -- а именно, встроенным в них акторским пониманием. "Просто системы" -- это объект-ориентированный подход с пассивными объектами, которые "не могут ослушаться", а системы систем -- это акторы, которые работают асинхронно и автономно, и требуют для своей организации совсем другого отношения (парадигмы программирования), нежели объекты. Отсюда забавные следствия для объект-ориентированного моделирования (например, SysML/UML): поскольку оно не актор-ориентированное, то для описания архитектуры системы систем нужно как минимум менять язык моделеориентированной системной инженерии! С UML/SysML-диаграммами в системах систем делать нечего, хотя таких работ огромное количество.

6. Тема системы систем -- самая главная сейчас тема в западных военных закупках. Ибо оружия уже накуплено столько, что можно убить всех (на глобусе, а не только в стане потенциального противника) тысячу раз. Систем разведки уже есть столько, что можно разведать все и еще чуть-чуть. Транпорта хоть отбавляй. Единственная задача: нужно, чтобы все это как-то работало вместе -- договариваясь о целях, средствах, времени нанесения ударов, понимая последствия, оценивая риски, помогая друг другу. А вместе все современные военные системы не работают, и как этого добиться без совместного проектирования заново всех уже имеющихся систем, в общем случае непонятно. Поэтому военные сильно вкладываются в проблематику системы систем -- навязывая свою терминологию, засоряя Сеть своими "писанными кровью" уставами инженерии систем систем, и "просто систем" с обязательным добавлением туда случаев системы систем (http://www.acq.osd.mil/se/docs/SE-Guide-for-SoS.pdf , http://www.ndia.org/Divisions/Divisions/SystemsEngineering/Documents/Committees/Mission%20Analysis%20Committee/Support%20Documentation/Early%20Systems%20Engineering%20Guide%2031Mar09.pdf и т.д.).

7. Выделяют следующие виды системы систем:
-- управляемые (directed), в которых есть назначенный архитектор, который может выдавать приказы составляющим системам и распоряжается ресурсами.
-- подтвержденные (acknowledged), в которых признаваемый архитектор есть, но он может только уговаривать составляющие системы самоизмениться согласно разработанной им архитектуре.
-- сотрудничающие (collaborative), в которых все системы договариваются друг с другом по каждому чиху, но архитектора, менеджера проекта или аналогичного выделенного органа управления нет.
-- виртуальные (virtual), в которых системы вообще не знают друг о друге ничего и не влияют друг на друга (например, современный интернет. Smart Grid тоже собирается быть такой системой).

8. У военных же есть и другой частый случай, который "путается" с системами систем: семейство систем -- когда все системы, составляющие семейство, не обнаруживают эмерджентности при взаимодействии -- но заказываются, используются, разрабатываются вместе. К этой концепции семейства систем близка концепция продуктных линий, о которой совсем отдельная песня: http://jcse.org.za/upload/events/100/product_lines_2_0_jcse_30apr2010presentation.pdf (тем не менее, близость "семейств" и "системы систем" даже в этой презентации тоже отмечается -- "The System of Systems engineering community speaks of directed vs. collaborative vs. acknowledged systems of systems. These correspond to proactive (top-down), proactive (bottom-up), and reactive software product lines.".

9. Большинство работ по инженерии систем представляют собой шаблон, в котором
а) формулируется сложность проблемы системы систем (сводящаяся к "не хотят, гады"!),
б) постулируется полное отсутствие методов работы с системами в системной инженерии (ибо системная инженерия занимается менеджентом технических систем, а не человеческих) и необходимость делать хоть что-нибудь
в) радостного замечания, что "вот тут совсем случайно мы обнаружили метод [далее взахлеб рассказывается о давным давно известных в менеджменте, экономике, социологии, проектном управлении, политологии и т.д. "гуманитарных" школах мысли -- но используется терминология "системы систем" и "эволюция"], и применили этот метод в [описание какого-нибудь "пилотного проекта"]".
Тем самым текущая "наука" про системы систем сводится к пересказу идей, давно и хорошо известных гуманитарщикам инженерным языком.

10. Тем не менее, инженерная специфика в системах систем важна: она вполне может позволить сделать прорывы в тех самых гуманитарных дисциплинах, ибо
а) основным методом работы с системами систем предлагается получение их архитектуры as is и архитектуры to be. Для этого прежде всего нужно понять и отмоделировать (перейти от понимания архитектуры к архитектурному описанию) "систему систем". Особо отмечу, что "архитектура" определяется в ISO 42010 как основная организация системы (а не основная структура: в пример приводится как раз интернет, у которого структуры по факту нет, а вот организация есть). "Организация", кстати, в наиболее общем онтологическом смысле -- это распределение функций по материалу, из которого сделана система. Именно архитектурное описание должно быть основным интеграционным средством, вокруг которого разворачивается коммуникация владельцев составляющих систем и других заинтересованных сторон, ведущих эволюцию системы систем.
б) поскольку основное в архитектуре -- это модели, то разговор об архитектуре с неизежностью требует формального моделирования (с указанием выбранного языка, нотации, контролем конфигурации получающейся архитектурной мегамодели и т.д.). Это дает строгость в рассуждениях, обычно недоступную для представителей гуманитарных дисциплин. Вокруг формальных моделей трудно эмоционально спорить, аргументируя размахиванием рук. Поэтому у инженеров есть шанс продвинуть теории, которые долго и с весьма переменным успехом разрабатывали гуманитарщики.
в) Отдельно оставим вопрос о безопасности: конечно, инженерные решения для создания системы систем могут привести к вполне инженерному созданию организаций-систем систем, само существование которых трудно оправдать морально или этически. Но эта дискуссия о безопасности встроенна в современную инженерию (но зачастую не встроена в "гумантираные науки", как это ни удивительно), поэтому есть шанс продвинуться и в этом вопросе.

11. Особым случаем "системы систем" является обеспечивающая система проекта системной инженерии: та организация (в системной инженерии определяемая как совокупность людей, оборудования с понятным разделением труда, полномочиями и ответственностью), которая продвигает целевую систему по ее жизненному циклу. Эта обеспечивающая система является системой систем по определению: там ведь есть люди, которые владеют собой сами, и лишь договариваются работать вместе в организации -- частью эти договоренности являются явными, а частью представляют собой эхо представлений о таких договоренностях, находящихся "в культуре" (устной, письменной, в стандартах, а то и в законодательстве -- т.е. не только в договоренностях, но и обычаях, и даже законах).

12. Еще один "особый случай" -- это понимание того, как устроена современная промышленность, которая медленно, но верно ползет от непосредственного конструирования своих изделий и сервисов к проектированию изделий из покупных деталей, самих по себе довольно сложных. Производители компьютеров закупают микросхемы и разъемы, нефтяники закупают насосы и трубопроводную арматуру, все что-то закупают на базе промышленных каталогов. И потом вся эта "система производственных систем" действует, как Промнет.

13. Smart Grid, определяемая ныне, как Enernet (такое название дал недавно автор Ethernet Боб Меткалф -- http://news.cnet.com/8301-11128_3-10203683-54.html). Генераторы-потребители, каждый из которых работает автономно, и то ли продает, то ли покупает энергию в зависимости от ситуации. Владельцы линий электропередачи, владельцы средств телекоммуникаций, и многие другие агенты, которые составляют из себя сеть. В случае России ситуация немного другая, нежели во всем мире: у нас уже есть объединенная энергосистема (к которой многие страны только хотят приблизиться), и нужно решать, как на этой живой инфраструктуре разворачивать ("эволюционировать") Smart Grid как систему систем.

14. Остается понять, в чем состоит специфика подхода инженерии системы систем и какие можно предложить методы этой инженерии:
а) практически консенсус, что взаимодействие (interoperability) обеспечивается стандартами (внутрисистемными, или -- о чем проще договориться -- внешними, т.е. отраслевыми или международными).
б) практически консенсус, что изменения инкрементальны, и описываются словом "эволюция". Более того, признается, что пока меняется составляющая система А, составляющая система B может попасть в суровый переплет с изменением всех планов, и вся "эволюция" остальных систем должна на это отреагировать. Поэтому у архитекторов странная дополнительная функция "мониторинга" неожиданного изменения составляющих систем своей системы систем (представьте себе системного инженера, у которого вдруг турбина проектируемой электростанции вдруг под давлением внешних обстоятельств решила изменить свое выходное напряжение и способ подключения к сети в одностороннем порядке -- и даже забыла об этом его уведомить! А ведь это в системах систем штатная ситуация).
в) практически консенсус, что системы должны рефлексировать то, что они сейчас делают (моделировать методы своей работы). Ибо без этого оказывается невозможным что-то поменять. Для меня это означает, что для работы с системами систем нужно использовать ISO 24744, позволяющий отмоделировать метод (я считаю, что этот стандарт может быть применен не только к методам разработки, но и просто к методам работы в целом).
г) постепенно зреет консенсус, что от "словарных" взаимодействий информационных систем придется переходить к семантическим технологиям (это идет от американской армии, флота, и авиации, которые выяснили, что их "сетевые взаимодействия" другим способом просто не обеспечить, и поэтому "эволюционно" переходят сейчас на семантические технологии). Мне в этом случае проще думать об использовании ISO 15926.
д) зреет понимание, что придется импортировать современные методы менеджмента организационных изменений -- попутно формализовав и заменив терминологию на "системную".
е) нормативную базу (например, регламенты деятельности каждой отдельной системы) правильно было бы оцифровать (те же "семантические технологии"), чтобы иметь хоть какую-то возможность валидизировать их потенциальную совместную работу при функционировании в системе систем. Можно, конечно, и "вручную", но компьютером всяко поиск коллизий проще делать. Тут, конечно, нужно ехидно заметить, что одновременно нужно разбираться с обеспечением соответствия "процессов в жизни" и "процессов из регламентов" -- написано и вбито в программы компьютеров одно, а делается обычно совсем другое. Но никто не говорил, что будет легко.
е) всякие "теории сложности" и прочие похожие заклинания по линии "продвинутого системного мышления", увы, пока не показали своей применимости (равно как и многие чисто кибернетические идеи с "обратными связями"). Хотя публикаций, конечно, хватает.
ж) реальный прогресс нужно ожидать тогда, когда гуманитарные (менеджмента, конфликтологии, политологии и т.д.) теории, агентский подход (с его "желаниями", "моделью мира" и "сотрудничеством" агентов) и системно-инженерный подход (с понятиями систем-холонов, каждая из которых является частью целого и в свою очередь целым одновременно, жизненного цикла, а также архитектурными идеями и идеями моделирования) склеются в месте. Это и будет будущая системо-системная инженерия.

Анонс: в Москве 18-20 октября будет проходить международный семинар по системам систем -- http://personal.stevens.edu/~bsauser/System_Readiness_Level/ICUMT_2010.html , я планирую там выступить. Чтобы попасть туда, пишите на указанные в тексте по ссылке контактные адреса.