Статические и динамические системы

КЛАССИФИЦИЯ СИСТЕМ

Классификацию систем можно осуществить по разным критериям.

По происхождению системы делятся на естественные, возникшие независимо от человека (например, солнечная система), и искусственные, то есть созданные человеком (например, система севооборота). В процессе хозяйственной деятельности специалистам приходится управлять поведением как искусственных, так и естественных систем.

1. По специфике составляющих систему элементов (то есть по их природе) различают системы материальные и абстрактные. Элементы, образующие систему, могут быть самыми различными по своей природе. Если система состоит из множества материальных объектов, то совокупность элементов, целенаправленно взаимодействую между собой, представляются как физическая (материальная) система. Например, множество небесных тел образуют Солнечную систему. Абстрактные системы имеют специфические элементы. Например, русский алфавит, системы линейных уравнений и т. д. В управлении современным сложным производством абстрактные системы играют не меньшую роль, чем материальные.

3. По характеру взаимодействия со средой различают открытые и замкнутые системы. В открытой системе происходит непрерывный обмен с внешней средой энергией, веществом, информацией. Открытая система непрерывно взаимодействует со средой. Все биологические, технические, экономические системы являются открытыми системами. Например, завод по производству тракторов. В замкнутой системе её элементы взаимодействуют только между собой и не связаны с внешней средой, т. е. системы которые не обмениваются с окружающей средой веществами, энергией, информацией. Любые реальные системы подвергаются взаимодействию среды и сами оказывают влияние на неё.

4. По характеру причинной обусловленности событий в процессе взаимодействия элементов, в частности, по характеру зависимости выходных реакций системы от входных импульсов, различают детерминированные и вероятные системы. Зная характер входных импульсов можно точно предсказать, какой будет ожидаемая реакция на выходе, такие системы называют детерминированными. Связи в таких системах носят жёсткий, функциональный характер. Например, зная законы движения планет солнечной системы можно точно предсказать солнечные и лунные затмения и т. д. С точки зрения процессов управления хозяйственными системами такие системы встречаются крайне редко. Вероятностными называют такие системы, последовательность событий в которых строго не детерминирована и носит вероятностный характер. Например, даже в достаточно чистых экспериментах с удобрениями, внося одинаковые дозы вещества, мы получим различные результаты на различных делянках, хотя условия были максимально выровнены.

5. По степени сложности системы принято делить на простые, сложные и очень сложные.

Простыми называются системы, состоящие из небольшого числа элементов, с простыми взаимосвязями, неразветвлённой внутренней структурой, целью которой является выполнение элементарных функций. Примерами таких систем являются чередование культур в севообороте и т. д.

Система называется сложной, если число элементов ней значительно, но ещё обозримо и поддаётся исчислению, структура взаимосвязей и взаимодействий имеет разветвлённый характер, выполняемые функции разнообразны. Примером сложной системы может служить сельскохозяйственное предприятие.

Очень сложной системой принято называть системы, сущность взаимосвязей в которых недостаточно изучена и не вполне понятна. Примерами таких систем являются вселенная, общество, экономика, мозг.

При рассмотрении отношений системы со средой отмечалось, что входные и выходные величины, как величины переменные, могут принимать различные значения. Состояние системы характеризуется конкретными значениями наиболее существенных переменных системы.

С течением времени значения переменных изменяются, то есть элементы системы переходят из одного состояния в другое.

В некоторых системах переход из одного состояния в другое осуществляется мгновенными скачками, а затем система относительно долго остаётся в данном состоянии. Такие системы называют статическими. В реальных условиях система не может оставаться в статистическом состоянии бесконечно долго. Все реальные системы изменяются во времени. Когда говорят о статических системах, имеют ввиду, что существенные переменные системы остаются неизменными в течении времени данного исследования.

Наибольший интерес с точки зрения управления представляют закономерности поведения сложных динамических систем, находящихся в движении.

Движением системы называют последовательное изменение её состояний.

Системы называют динамическими, если переход из одного состояния в другое совершается не мгновенными скачками, а в течение некоторого времени, то есть процессы перехода можно наблюдать и описать.

Движение системы в широком смысле слова включает в себя любое её изменение во времени.

Переход системы из одного состояния в другое совершается по некоторому закону, который в модельных исследованиях удаётся математически описать.

В общем случае для описания состояния движения системы используются различные способы: словесный, табличный, матричный, графический.

Рассматривая различные режимы движения системы, мы можем различать три различных типа поведения динамических систем: равновесное, переходное и периодическое.

Состояние динамической системы называется равновесным, если ни одна из существенных её переменных не изменяется в рассматриваемом интервале времени. Различают статическое и динамическое равновесие.

Статическое равновесие – это равновесие покоя. Более важным с точки зрения процессов управления являются равновесие систем в динамике.

Равновесное состояние системы в динамике означает, что преобразования её переменных являются тождественными, то есть не порождают новых образов.

Равновесный режим поведения системы тесно связан с понятием устойчивости системы.

Переходным называется такой тип поведения системы, когда она находится в процессе перехода из некоторого начального состояния в какое-либо установившиеся состояние, причём процесс перехода осуществляется по некоторому закону (алгоритму). Переходный режим является основным типом поведения для динамических развивающихся систем, особенно часто рассматривается в биологии.

Если система через равные интервалы времени возвращается в одно и то же состояние, то данный режим поведения называется периодическим.

В биологии – это, как правило, циклические процессы, сезонные явления. Так, данная культура в севообороте через равные интервалы времени возвращается на одно и то же поле, солнечная активность изменяется с определённой периодичностью и т. д.

УСТОЙЧИВОСТЬ – ЭТО ПОСТОЯНСТВО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ИЛИ ПОСТОЯНСТВО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НЕКОТОРЫХ ЕЁ СОСТОЯНИЙ ВО ВРЕМЕНИ В ПРОЦЕССЕ ЕЁ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.

Понятие устойчивости – одна из важнейших характеристик поведения динамической системой. Под устойчивостью понимается постоянство состояния системы или постоянство последовательностей некоторых её состояний во времени в процессе её преобразований.

Понятие устойчивости в живых организмах, как динамических системах, связывают с явлением гомеостазиса. Гомеостазисом называется способность живых организмов обеспечивать оптимальный режим внутренней среды путём поддерживания постоянства существенных параметров системы (температуры, состава клеточной жидкости и т. п.). Обеспечение постоянства существенных параметров системы достигается за счёт информационных процессов управления с обратными связями, благодаря чему устраняются последствия возмущающих случайных влияний среды на отдельные подсистемы и элементы живого организма.

Принцип гомеостазиса часто используется при конструировании различных технических систем, которые называют гомеостатическими.

Первое такое техническое устройство было спроектировано английским нейрофизиологом и автором ряда работ по кибернетике У. Р. Эшби и названа гомеостатом Эшби. Такие системы в известной степени могут обучаться, приспосабливая своё поведение к изменяющей среде.

Понятие устойчивости в строгом смысле относится не к самой системе, а к какому-нибудь свойству её поведения, причём поведения системы в целом, а не какой-либо её части. При объединении ряда систем с неустойчивым поведением новая система новая система может оказаться устойчивой.

На устойчивость системы может оказать влияние также сам способ агрегирования. В то же время, при агрегировании нескольких устойчивых систем не обязательно получится система с устойчивым поведением. Понятие устойчивости динамических систем обычно связывается с тем, что отклонение некоторых параметров системы от заданных их значений не превышают допустимых предельно величин. Например, при рациональном ведении хозяйства отклонения урожайности от основной линии тренда, как правило, находится в определённых границах вариации, вызываемых случайными погодными факторами, что свидетельствует об устойчивости основной тенденции роста урожайности, обусловленной факторами интенсификации земледелия. Устойчивость основной тенденции является важным условием для надёжного прогназирования поведения динамической системы.

Следует заметить, что система, устойчивая по некоторому свойству поведения, по другому признаку может быть неустойчивой. Так, например устойчивость основной динамики урожайности вовсе не означает, что окажется устойчивым также изменение себестоимости продукции.

В конкретных исследованиях несомненный интерес представляет изменение устойчивости поведения хозяйственных систем по отношению к возмущениям различного характера.

ЦЕЛЬ СИСТЕМЫ – ЭТО ЖЕЛАЕМОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ИЛИ РЕЗУЛЬТАТ ЕЁ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДОСТИЖИМЫЕ В ПРЕДЕЛАХ НЕКОТОРОГО ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ.

· Цели деятельности вытекают из объективных потребностей и имеют иерархический характер.

· Цели верхнего уровня не могут быть достигнуты, пока не достигнуты цели ближайшего нижнего уровня.

· По мере перемещения вниз по уровню иерархии системы цели конкретизируются.

· Цели должны быть сформулированны конкретно и чётко, обеспечивая возможность количественной или порядковой (больше - меньше, лучше - хуже) оценки степени их достижения.

· Цели должны быть конкретизированы по времени и исполнителям.

Для перехода к цели в системном анализе необходимо сформулировать проблему, которую нужно преодолеть.

Определить цель– значит ответить на вопрос, что надо сделать для снятия проблемы.

Сформулировать цель – значит указать направление, в котором следует двигаться, чтобы разрешить существующую проблему.

Цели должны быть реалистичны. Задать реалистические цели, значит направить всю деятельность по выполнению на получение определённого результата. Представление о цели зависит от стадии познания объекта, и по мере развития представлений о нём цель может быть переформулирована. Изменение целей во времени может происходить не только по форме, но и по содержанию, вследствие изменения объективных условий и субъективных установок, влияющих на выбор целей. Сроки изменения представлений о целях, старения целей различны и зависят от уровня иерархии рассмотрения объекта. Цели более высоких уровней долговечнее.

Динамичность целей должна учитываться в системном анализе.

При формулировании цели нужно учитывать, что на цель оказывают влияние как внешние по отношению к системе факторы, так и внутренние. При этом внутренние факторы являются такими же объективно влияющими на процесс формирования цели факторами, как и внешние.

Следует отметить, что даже на самом верхнем уровне иерархии системы имеет место множественность целей.

Анализируя проблему, необходимо учитывать цели всех заинтересованных сторон. Среди множества целей желательно попытаться найти или сформировать глобальную цель.

Исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предусматривать возможность их уточнения, расширения или замены.

На выбор целей решающее влияние оказывает та система ценностей, которой эта цель придерживается, поэтому при формировании целей необходимым этапом работ является выявление системы ценностей, которой придерживается лицо, принимающее решение.

Пример. Различают технократическую и гуманистическую системы ценностей. Согласно первой системе, природа провозглашается как источник неисчерпаемых ресурсов, человек-царь природы. Всем известен тезис:

«Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их у неё наша задача».

Гуманистическая система ценностей говорит о том, что природные ресурсы ограничены, что человек должен жить в гармонии с природой и т.д.

Практика развития человеческого общества показывает, что следование технократической системе ценностей приводит к пагубным последствиям. С другой стороны, полный отказ от технократических ценностей тоже не имеет оправдания. Необходимо не противопоставлять эти системы, а разумно дополнять их и формулировать цели развития системы с учётом обеих систем ценностей.

Дата добавления: 2013-12-13