Системная технология

б) поиск новых прогрессивных технологических процессов для выпуска прежней продукции; содержание – «улучшение известной продукции, применение нового процесса»;

в) создание новых технологических процессов в связи с появлением новых видов продукции; содержание – «выпуск новой продукции, применение нового процесса».

Существует ряд известных особенностей и тенденций развития технологий, которые легко описываются в рамках предложенных принципов системной технологии: создание малооперационных технологий; повышение съема продукции с каждой единицы площади или объема технологического оборудования; увеличение интенсивности технологических процессов; снижение материалоемкости (металлоемкости, в частности); снижение трудозатрат, увеличение мощности аппаратов; совмещение процессов и др.

Эти и другие тенденции развития технологических систем описываются в системной технологии с единых позиций на основе принципа согласованного развития систем, процессов, структур.

* Принципы системной технологии в комплексе с классическими принципами непрерывности, параллельности, ритмичности и пропорциональности, а также кооперации, специализации и концентрации производства – основа для качественной оценки соответствия модели системы эталону технологической системы и для дальнейшего решения задач системной технологии. Надо отметить, что разработка новых принципов системной технологии должна продолжаться по мере появления новых технологий. Так, целесообразна разработка «принципа резонанса», основанного на явлении резонанса, известном и используемом в электромагнитных и электронных системах, а также, в последнее время, и в создании технологических машин и оборудования, при изучении свойств воды, биологических структур и технологий. Вполне обоснованно можно предположить, что подобный принцип может быть использован для повышения эффективности информационных технологий с применением методов и моделей информационного подхода [18].

* Дальнейшее развитие этого раздела системной технологии должно предусматривать решение следующих проблем:

1. разработка принципов системного изделия;

2. формальное математическое описание каждого из принципов; видимо, каждый из принципов должен содержать основную теорему, устанавливающую истинность некоторой формулы прикладного исчисления предикатов (главных или дополнительных), записанной в пренексном виде; кроме этого, каждый из принципов может содержать некоторую формальную процедуру его применения;

3. составление формальной схемы применения комплекса принципов системной технологии для различных классов систем;

4. дополнение принципов системной технологии.

В данном разделе впервые сформулирован комплекс принципов осуществления системных технологий, отражающий объективное действие Законов системности и технологизации при построении и реализации технологических систем в любой сфере человеческой деятельности.

Глава 3. Системы

3.1. Особенности моделирования систем

Мы рассматриваем в данном разделе особенности моделирования систем и общих систем с позиций системной технологии. Мы исходим из общепринятого определения: «Модель – вспомогательный объект (или система), заменяющий изучаемый объект, представленный в наиболее общем виде» [8].

* В силу действия Закона системности общая система – это система, «в рамках» которой осуществляется функционирование триады систем «объект-субъект-результат»; модель этой системы логично использовать в качестве модели общей системы для триады систем, рассматриваемой с позиций принципа системности. Составление модели этой системы, как правило, в точном виде невозможно и по этой причине необходимо знать общие особенности моделирования систем, что в принципе позволяет избежать больших погрешностей при применении известных математических моделей. Особенности функционирования систем, рассматриваемых с позиций принципа системности и цели, которые мы преследуем при этом, могут приводить к самым различным моделям систем: иерархическим, дифференциальным, алгебраическим, имитационным и другим. Для целей системной технологии определяющим являются те особенности моделирования с использованием известных и новых математических моделей, применение которых позволяет наиболее эффективно использовать принципы системности и осуществления технологий, отражающие объективное действие фундаментальных Законов системности и технологизации.

Универсальная модель общей системы изложена, как уже отмечалось ранее, в разделе 3.3. Описываемые здесь особенности моделирования систем могут быть реализованы при моделировании систем на основе универсальной модели.

* Понятия, отражающие системный характер объекта исследования, использовались в трудах многих выдающихся ученых. Идеи, которые можно было бы положить в основу теории систем, излагались в работах Гегеля. Они сводятся к следующим общеизвестным теперь положениям: «целое больше суммы частей; целое определяет суть частей; части познаются только при рассмотрении в составе целого; части взаимосвязаны и взаимозависимы». Существенный вклад в формирование понятий системности внесли К.Маркс, Ф.Энгельс, В.Ленин [9,10]. Исторически первым вариантом общей теории систем явилась тектология А. А. Богданова [11], ей предшествовали труды A.M. Бутлерова, Д.И. Менделеева, Н. Белова, Е.С. Федорова. В 30-х годах английский эколог А. Тэнсли предложил термин «экосистема» [12]. С концепцией «общей теории систем» выступил австрийский биолог Людвиг фон Берталанфи [13]. Резко стимулировало развитие системных исследований создание кибернетики Н. Винером [14], так как одним из основных ее объектов исследования стали системы различной природы, как объекты управления. Системной, по своей сути, является концепция ноосферы В.И.Вернадского [15,16].

* Положения системологии справедливо подвергаются критическим и скептическим оценкам из-за неконкретности, малой эффективности системных исследований. Самой актуальной задачей системологии является разработка таких методов моделирования и реализации систем, которые можно эффективно применять на практике. На эти вопросы в отношении своего круга проблем отвечает системная технология.

* Значение системной методологии объясняется, как известно, тремя основными причинами.

Во-первых, большинство традиционных научных дисциплин – биология, психология, экология, лингвистика, математика, социология, и др., дополнили объекты своего рассмотрения моделями систем.

Во-вторых, технический прогресс привел к тому, что объектами проектирования, конструирования и производства оказались большие и сложные системы. Поэтому возник комплекс новых дисциплин, таких, как кибернетика, информатика, бионика и др., одна из основных задач которых – моделирование систем.

Наконец, в-третьих, появление в науке, технике и производстве проблем исследования, проектирования и реализации систем повысило методологическую роль системных исследований.

Системная технология превращает системную методологию в совокупность наглядных приемов и моделей.

* Термин «система» охватывает очень широкий спектр понятий. Например, существуют горные системы, системы рек и солнечная система. Человеческий организм включает опорно-двигательную, сердечно-сосудистую, нервную, лимфатическую и другие системы. Мы ежедневно сталкиваемся с системами транспорта и связи (телефон, телеграф и т.д.) и экономическими системами. Исаак Ньютон назвал «системой мира» предмет своих исследований. Модель системы понимается и как план, метод, порядок, устройство, Поэтому и неудивительно, что этот термин получил среди ученых, конструкторов, производственников и др. специалистов такое распространение.

Системная технология предлагает спектр моделей для описания структур и процессов систем, а также для описания их взаимодействий с внешними средами системы и элементов системы и с внутренними средами системы и элементов системы.

* Наибольший интерес вызывают модели большой и сложной систем. С позиций системной технологии, объективно существующие системы не являются большими, малыми, сложными или простыми. Таковыми они становятся с позиций субъекта деятельности при их моделировании в силу действия реальных соотношений познавательных намерений человека с его возможностями моделирования исследуемых систем. Модель системы необходима, чтобы точно описать структуру и процесс системы, а также определить по модели параметры и характеристики системы при допустимых затратах ресурсов (затраты человеческого ресурса на исследование системы по данной модели, время расчетов, ресурс компьютерного обеспечения и т.д.). С понятием приемлемой точности (или погрешности) моделирования, получаемой при допустимых затратах ресурсов, можно связать понятия большой и сложной систем, в т.ч. и технологических систем, рассматриваемых системной технологией.

* В системной технологии принято считать, что основной аспект сложности моделей систем — это использование трудноразрешимых моделей для описания процессов и структур системы. Например, для составления план-графика производственного процесса могут быть предложены «точные» алгоритмы составления расписаний, для применения которых недостаточно ресурсов вычислительных машин, находящихся в распоряжении менеджеров предприятия. Традиционный путь разрешения противоречия – нахождение «простой» модели, которая позволит определить параметры и характеристики системы с приемлемой точностью при допустимых затратах ресурсов.

При моделировании с помощью сложной модели часть системы может описываться графовыми или сетевыми моделями, другая – с помощью дифференциальных уравнений, для третьей используются вербальные модели и т.д. Это помогает находить приемлемые, с точки зрения точности, совокупности моделей для описания частей системы. Сложность системы для ее моделирования в рамках системной технологии заключается в том, что для составления модели сложной системы необходимо, как правило, использовать более чем две теории, более чем два языка описания системы ввиду качественного различия внутренней природы элементов системы между собой и наличия разных подходов к моделированию объектов различной природы.

Сложными являются и основные объекты системной технологии — технологические системы, состоящие, как правило, из подсистем, имеющих различную физическую природу. Это довольно наглядно было показано в главе 2 на примере анализа разнообразных технологических систем. Наиболее общие особенности моделей технологических систем различной природы допускают пока только вербальное или приближенное математическое описание.

* Основной аспект большой системы рассматривается, с позиций системной технологии, как необходимость привлечения большого объема ресурсов для управления процессами достижения цели в моделируемой системе. В большой системе нет сложных моделей элементов и подсистем, либо их проблемы уже представлены в приемлемом «простом» виде. Модель большой системы состоит, как правило, из совокупности моделей элементов и подсистем и моделей взаимосвязей между ними. Для большой системы, как правило, нет необходимости нахождения модели всей системы в виде, например, системы уравнений, связывающих между собой все преобразования, происходящие в системе. Большая система – это система, которая может рассматриваться только в качестве совокупности ее элементов и подсистем; подсистемы большой системы не являются сильно связанными между собой. Для модели большой системы предполагается, что заданное функционирование и взаимодействие элементов и подсистем приведет к ожидаемому результату функционирования всей системы. По этой причине управление большими системами предполагает наличие систем управления для каждого элемента и/или для каждой подсистемы большой системы (для некоторых элементов и подсистем могут реализовываться общие контуры управления). Именно по этой причине ресурсы, необходимые для осуществления собственно большой системы, сравнимы по размерам с ресурсами, необходимыми для управления этой большой системой.

С позиций системной технологии большую систему, как и любую другую систему, можно рассмотреть в виде системы-объекта деятельности в триаде «объект, субъект, результат». Тогда можно сформулировать следующее определение: система-объект деятельности называется большой, если она состоит не менее, чем из трех подсистем и ее реализация предполагает сравнимые затраты ресурсов на ее построение и на построение системы-субъекта деятельности.

* Для моделирования элементов системы будет полезен следующий пример [53].

В 1793 г., когда Э. Уитни сконструировал первую хлопкоуборочную машину, он столкнулся с двумя основными трудностями при организации их производства: производство было ремесленным, т.е. требовало привлечения высококвалифицированных ремесленников, умеющих изготовить изделие от начала до конца; именно в это время имело место массовое переселение ремесленников в числе других групп населения на запад США.

В связи с этим Э. Уитни искал способы выпуска машин без ремесленников высокой квалификации. Для этого Э. Уитни ввел разделение труда, разбив весь процесс выпуска машины на отдельные операции, выполнявшиеся отдельными рабочими. Кроме этого, ему пришлось решить проблемы унификации и взаимозаменяемости узлов и деталей машины и ряд других. Таким образом, если до этого рабочие-ремесленники работали каждый отдельно, обособленно, то теперь они должны были действовать согласованно друг с другом. На этой основе он объединил рабочих в систему производства машин.

На данном примере можно видеть, что функции рабочих, процессы, которые каждый из них осуществлял, становятся качественно другими при объединении их в технологическую систему производства. Элементы при превращении их в элемент системы качественно изменяются, между ними появляются взаимосвязи, что позволяет создать структуру системы. Элементарные процессы, осуществляемые отдельными элементами системы, взаимодействуют между собой и образуют процесс системы. В рассматриваемом примере процесс системы – это технологический процесс в производственной системе по выпуску хлопкоуборочных машин. Этот процесс уже не предъявляет к квалификации рабочего повышенные требования. Рабочий с «низкой» квалификацией, удовлетворяющей требованиям хотя бы одного элементарного процесса системы, может стать ее элементом, если он отвечает требованиям структуры, напр., по коммуникабельности.

Модель элемента системы должна содержать, таким образом, описание элементарного процесса, который им должен осуществляться, и его структуры. Понятие модели структуры элемента мы связываем с упорядоченностью отношений, которые связывают «вход» элемента (т.е. ту его часть, на которую поступает ресурс для последующего преобразования элементарным процессом) с его «выходом" (т.е. с теми его частями, которые передают ресурс, преобразованный элементарным процессом, транспорту, складу или непосредственно следующему элементу системы).

* Модель структуры системы однозначно задается описанием способов осуществления взаимодействия между элементами системы (реализации транспортно-складских операций, напр.). Системная технология использует следующие известные описания уровней этого взаимодействия:

первый – нефункциональное взаимодействие, обусловленное природными явлениями или противоречивыми характеристиками;

второй – симбиоз, выражается во взаимодействии, напр., между разными организмами, например, растением и паразитами;

третий – синергестическая взаимосвязь, в рамках которой характеристики элементов взаимно усиливают друг друга и систему в целом.

В технологических системах наблюдается синергестическое взаимодействие, так как в них наблюдается взаимное дополнение и усиление элементов. Как технологическая система без одного из ее элементов (если не предусмотрено специальное резервирование), так и любой из ее элементов вне технологической системы не могут выполнять своего назначения.

* С позиций системной технологии обязательным компонентом модели системы должно являться описание ее границ с внешней средой и границ с внутренней средой ее элементов. Могут существовать как физические, так и концептуальные границы систем.

Определение модели границ системы с ее внешней средой проведем следующим образом: если составить модели всех элементов системы и причинно-следственных отношений между ними, то все элементы, которые связаны причинно-следственными отношениями между собой, а также причинно-следственные отношения только между элементами системы входят в модель системы; те причинно-следственные отношения, которые связывают элементы системы с внешней средой системы, описывают границы системы. Если описать все причинно-следственные отношения, направленные к системе от внешней среды, то мы получим модель границы системы с внешней средой на ее входе; если описать все причинно-следственные отношения, направленные от системы к внешней среде, то мы получим модель границы системы с внешней средой на ее выходе.

Определение модели границ системы с внутренней средой ее элементов проведем следующим образом. Если описать элемент системы, как систему (назовем ее микросистемой), то все микроэлементы (т.е. элементы микросистемы) и причинно-следственные отношения только между ними войдут в модель элемента, как микросистемы; два причинно-следственных отношения между элементом и системой (одно на его входе и другое на его выходе) составят модели его границ с системой на входе и выходе элемента; здесь надо иметь в виду, что эти причинно-следственные отношения между элементом и системой являются причинно-следственными отношениями этого элемента с двумя другими элементами этой системы.

Другими словами, вся совокупность причинно-следственных отношений между элементами системы составит собой одновременно и основную, «формальную» часть модели границы системы с внутренней средой ее элементов. Под влиянием внутренней среды элемента или внешней среды системы могут появляться и «неформальные», т.е. заранее нерегламентированные отношения, которые составят «неформальную» часть модели границы системы с внутренней средой ее элементов.

По этой причине необходимо при моделировании взаимодействий между элементами системы учитывать не только желаемые целесообразные, в смысле цели создания системы, взаимодействия между ними, но и те воздействия, которые могут «пойти» по каналам взаимодействия из внутренней среды ее элементов. В производственных системах такие воздействия могут происходить в результате взаимодействия внутренней среды микросистемы с внешней средой системы; это могут быть воздействия климата, социальной среды, городского транспорта, страховых компаний, профсоюза, семьи, магнитного поля Земли.

* С помощью моделей систем описываются количественные и качественные характеристики (параметры) систем. Число характеристик, которые имеют значение для проектирования, построения, исследования и оценки функционирования системы может быть довольно значительно. Это, например, безопасность деятельности; точность функционирования; быстродействие; издержки; надежность, социальные аспекты. Набор характеристик может значительно меняться на разных фазах жизненного цикла системы.

* Системная технология использует принцип иерархической организации или принцип интегративных уровней [12,17,18], в следующем виде: разные элементы системы и разные совокупности элементов системы (ее подсистемы), а также разные взаимодействия в системе имеют разные приоритеты в смысле влияния на построение и осуществление процесса и структуры системы в целом и ее частей. Так, президент фирмы имеет больший приоритет в принятии решений по оперативному управлению фирмой в целом, чем менеджеры по управлению кадрами и менеджеры по управлению финансами, которые, в свою очередь, имеют больший приоритет по принятию решений в своих сферах деятельности по сравнению с другими менеджерами; подразделения и предприятия фирмы имеют меньшие приоритеты в определении стратегии развития фирмы в целом, нежели совет директоров или правление фирмы и т.д.; взаимодействие президента фирмы с членами правления приводит, как правило, к более приоритетным решениям, нежели его взаимодействие со своим референтом.

В моделях крупномасштабных проектов и программ, которые системная технология также рассматривает, как системы, результаты решения некоторых «ключевых» проблем могут оказать существенное влияние на возможность разрешения ряда других проблем, которые без этих результатов могут быть неразрешимы.

Иерархическая организация модели системы отражается в ее многоуровневом графическом изображении: на более «высоком» уровне располагаются более «значимые», в смысле влияния на поведение или структуру системы, элементы. Кроме этого, в иерархических моделях, как правило, присутствуют подсистемы. Под подсистемой понимается совокупность элементов, осуществляющих определенную часть процесса системы, в осуществлении которой все другие элементы системы не могут участвовать в соответствии с замыслом построения модели.