Системы: состояние и функционирование

Состояние системы. Совокупность проявлений качественных и количественных взаимодействий, относящихся к конкретной системе, называется состоянием системы. Все виды состояний различаются по сочетанию следующих наиболее существенных признаков: a) природа состояния, которая определяется в зависимости от проявлений той или иной природы (электромагнитных, гравитационных, механических, тепловых и т.д.); b) положение в пространстве, которое определяется по координатам выбранной системы отсчета; c) зависимость от времени, определяется по степени изменения состояния на выбранном интервале времени; d) степень повторяемости одного и того же состояния на выбранном интервале времени; e) устойчивость в пространстве и времени;

Состояние описывается совокупностью его параметров. Для количественного и качественного описания параметров служат константы (постоянные величины) или переменны е величины, которые изменяются по определенному закону, часто описываемому с помощью некоторой функции. Кроме того, параметры состояния системы могут быть как скалярными, так и векторными, различными в различных точках системы. Под точкой системы понимается совокупность элементов системы, размеры которого много меньше, чем любое расстояние от его границ до той точки наблюдения явлений, из которой регистрируется состояние внутри этой системы. Значение переменной состояния в каждой точке для каждого его признака берется усредненное. В зависимости от степени изменения состояния на данном интервале времени условно можно различить мгновенные, статические и динамические состояния. Кроме того, состояние системы может измеряться как мгновенное, так и усредненное на том или ином интервале времени. Данные параметры позволяют судить о наиболее преобладающем состоянии на соответствующем участке пространства и времени.

4. Системы: структура, виды, сравнительный анализ, классификация.

Структура - множество элементов системы, взаимосвязей и взаиморасположение составных частей системы, её устройство (строение). Структурные связи относительно независимы от элементов и выступают как инвариант при переходе от одной системы к другой, которая может иметь другую физическую природу. В

этим структуры разделяют на виды (классы). Сетевые, иерархические, матричные, структуры с произвольными связями и др. Сетевая структура представляет собой декомпозицию системы во времени. Например, сетевая структура может отражать порядок действия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т. п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции – сетевой график, при проектировании – сетевая модель, и т.д.), математической моделью сетевой структуры является граф. Иерархические структуры представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Все вершины (узлы) и связи (дуги, ребра) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены по времени). Такие структуры могут иметь два и более число уровней декомпозиции (структуризации). Структуры, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (вершине), называют иерархическими структурами с сильными связями т.е. структурами типа дерево. Структуры, где элемент нижележащего уровня (один или несколько) может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышележащего, называют иерархическими структурами со слабыми связями. В принципе, в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между ними и в пределах уровней между компонентами могут быть любые взаимоотношения. Матричные структуры соответствуют взаимоотношениям между двумя смежными уровнями иерархической структуре со слабыми связями, могут быть многомерными, а в сложных системах иметь одну или две оси образованных, как иерархические структуры.

Для сравнительного анализа структур используются информационные оценки степени целостности a и коэффициента использования компонентов системы β, которые могут интерпретироваться как оценки устойчивости оргструктуры при предоставлении свободы элементам или как оценки степени централизации-децентрализации управления в системе. Эти оценки получены из соотношения, определяющего взаимосвязь системной Сс, собственной Со и взаимной Св сложности системы:

Собственная сложность Со представляет собой суммарную сложность (содержание) элементов системы вне связи их между собой (в случае прагматической информации – суммарную сложность элементов, влияющих на достижение цели). Системная сложность Сс характеризует содержание системы как целого (например, сложность её использования). Взаимная сложность Св характеризует степень взаимосвязи элементов в системе (т.е. сложность её устройства, схемы,структуры).

5. Принципы организации и динамики систем, свойства эмерджентности, энтропии и гомеостазиса систем.

Принципы организации систем:

1) единства – совместное рассмотрение системы как единого целого и как совокупности частей;

2) развития – учет изменяемости системы, ее спо­собности к развитию, накапливанию информации с уче­том динамики окружающей среды;

3) глобальной цели – ответственность за выбор гло­бальной цели. Оптимум подсистем не является оптиму­мом всей системы;

4) функциональности – совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структурой;

5) децентрализации – сочетание децентрализации и централизации;

6) иерархии – учет соподчинения и ранжирования частей;

7) неопределенности – учет вероятностного наступле­ния события;

8) организованности – степень выполнения решений и выводов.

Динамика, или динамизм — это состояние движения, развития, изменения системы и ее составляющих под воздействием внешних и внутренних факторов. Динамическая система представляет собой постоянно изменяющуюся систему(объект, процесс или явление). Динамическая система также может быть представлена как система, обладающая состоянием. При таком подходе, динамическая система описывает (в целом) динамику некоторого процесса, а именно: процесс перехода системы из одного состояния в другое. Фазовое пространство системы — совокупность всех допустимых состояний динамической системы. Таким образом, динамическая система характеризуется своим начальным состоянием и законом, по которому система переходит из начального состояние в другое. Различают системы с дискретным временем и системы с непрерывным временем. В системах с дискретным временем, которые традиционно называются каскадами, поведение системы (или, что то же самое, траектория системы в фазовом пространстве) описывается последовательностью состояний. В системах с непрерывным временем, которые традиционно называются потоками, состояние системы определено для каждого момента времени на вещественной или комплексной оси. Каскады и потоки являются основным предметом рассмотрения динамики системы.

Эмерджентность - несводимость свойств системы к свойствам элементов.Эмерджентность - наличие у системы таких свойств, которых нет у ее отдельных элементов. Закон совокупных свойств системы, или закон эмерджентности - свойства системы не сводятся к свойствам ее элементов, а являются результатом их интеграции.

Энтропией называется степень неупорядоченности или степень неопределенности, возникающей при выборе из большого числа всевозможных вариантов разнообразия системы. Для уменьшения энтропии необходимо уменьшить существующую неопределенность, что обеспечивается путем получения информации. Понятия энтропии и количества информации можно использовать для того, чтобы дать характеристику живым и неживым системам. Неживые системы (рассматриваемые обычно как замкнутые) имеют тенденцию развиваться по направлению к состоянию максимальной неупорядоченности и энтропии. Отличительной чертой живых (а значит, открытых) систем является их сопротивляемость процессу разупорядочения и их развитие по направлению к состояниям более высокой организации. Общая теория систем объясняет эти тенденции, основываясь на следующих фактах:
а) обработка информации приводит к соответствующему уменьшению положительной энтропии;
б) получение энергии из внешней среды (увеличение отрицательной энтропии) противодействует ослабевающим тенденциям неотвратимого естественного процесса (увеличению положительной энтропии)

Гомеостазис Первичным качеством любой системы является ее устойчивость. Для простых систем устойчивость объединяет такие свойства, как прочность, стойкость к внешним воздействиям, сбалансированность, стабильность, гомеостазис (способность системы возвращаться в равновесное состояние при выводе из него внешними воздействиями). Для сложных систем, характерны различные формы структурной устойчивости, такие, как надежность, живучесть и т.д. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия. Возврат в это состояние может сопровождаться колебательным процессом. Соответственно в сложных системах возможны неустойчивые состояния равновесия.

Дата добавления: 2015-04-24