История. Первые попытки установл-я универсальных научных принципов (опуская др

Первые попытки установл-я универсальных научных принципов (опуская др. ученых - Аристотеля) были сделаны в 19 в.

1) Андре – Мари Ампер (физик) «Опыт о философии наук, или аналитическое изложение классификации всех человеческих знаний», ч.I – 1834, ч.II – 1843

· выделили специальную науку об управлении гос-вом, назвав ее кибернетикой (искусство управления);

· выявил системные особенности управления гос-вом: наличие цели, оценка ситуации, принятие решений (мер) с учетом особенностей гос-ва как S (народа, религии, законов, организаций, истории и т.д.).

2) Б. Трентовский - польский философ гегельянец. В 20-30-х гг. 19 в. читал курс лекций по кибернетике во Фрайбургском университете, а в 1843 г. опубликовал книгу «Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом». Цель кибернетики – построение научных основ практической деятельности руководителя.

· эффективное управление должно учитывать все важнейшие внешние и внутренние факторы, влияющие на объект управления;

· принятие управленческого решения должно регулярно пересматриваться в пространстве и во времени, в связи со сменой текущей ситуации;

· формализовать деятельность человека как элемента системы сложно, но четкая формулировка цели, программы управления, четкое исполнение, контроль, поощрение и наказание – все это может повысить эф-сть управления;

· общественная, социальная система рассматривается как единство противоречий (сил), разрешение которых и есть развитие (движение) системы. Здесь осознана необходимость алгоритмизации человеческой деятельности, системность человеческих коллективов, групп, формальных и неформальных образований, сложность управления людьми.

К сожалению, кибернетика как наука управления не была воспринята и была позабыта, т.к. в ней не было практической необходимости. С другой стороны к системным представлениям подходили с позиции поиска общих структурных закономерностей разнородных явлений.

3) Академик Е.С.Федоров (минеролог, кристаллограф) (1853-1919).

· может существовать только 230 разных типов (групп симметрии) кристаллической решетки, хотя любое вещество при определенных условиях может кристаллизоваться, но отсюда вытекает общесистемный вывод: многообразие природных тел реализуется из конечного числа базовых (исходных) элементов. Этот вывод справедлив для языковых S, архитектурных конструкций, строения вещества на атомном уровне, общественных организаций, музыкальных композиций и др. S.

4) Е.С.Федоров (1906) статья «Перфекционизм», В.Банкрофт (амер. химик) (1911) общие S совершенствования в природе.

· Принцип Ле Шателье-Брауна в химии является универсальным. В физике он называется принципом наименьшего действия. В биологии – законом выживания наиболее приспособленных. В экономике – законом предложения и спроса;

· Системное определение этого принципа таково: система стремится к изменению таким образом, чтобы свести к минимуму влияние внешнего воздействия. S стремится к положению равновесия при прекращении действия внешних сил, выведших S из равновесия;

· Принцип Ле Шателье-Брауна (закон смещения термодинамического равновесия): внешнее воздействие, выводящее S из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия. Принцип предложен в 1884 г. французским физико-химиком и металловедом Анри Луи Ле Шателье (1850-1936 гг.) и термодинамически обоснован в 1887 немецким физиком Карл Фердинанд Брауном (1850-1918).

5) Людвиг Больцман (1844-1906) – познание есть не что иное, как поиск аналогий (1905).

6) Михаил Петрович (1906) разрабатывает учение об аналогиях, а в 1921 г. издает книгу «Механизмы, общие для явлений, разнородных по своей физической природе».

· Автор раскрыл аналогию целых групп явлений, разнородных по своей физической природе. Показал важную роль аналогий в процессе познания. Далее усилиями других ученых учение об аналогиях легло в основу теории моделирования.

7) Эдгар Витцман (1934) (амер. биохимик) – статья «Мутация и адаптация как составные части универсального принципа».

· принцип адаптации (Ле Шателье-Брауна) и принцип периодичности (ритма) являются универсальными и применимыми во всех областях знаний

8) А.А.Богданов (Малиновский) (медик, экономист) (1873-1928). В 1911 – I т., 1917 – II т., 1925 – III т. «Всеобщая организационная наука (тектология)». В книге разработана общая теория организации. Идеи Богданова были столь новы и противоречили складу мышления своего времени, что были не поняты и не восприняты. Помешало и то, что Богданов в свое время (1903-1905 гг.) подвергался резкой критике со стороны В.И.Ленина в его книге «Материализм и эмпириокритицизм» за собственную философию – эмпирионизм. Многие стали смешивать философские взгляды Богданова с тектологией. Тем более что сам Богданов дал повод для этого, утверждая что «по мере своего развития тектология должна сделать излишней философию, и уже с самого начала стоит над ней». В то же время, как преподаватель Коммунистической академии, написал «Краткий курс политэкономии», создал первый в мире институт переливания крови, став его директором (1926 г.). Пытаясь реализовать некоторые выводы тектологии на сложной системе – кровеносной, Богданов проводил опыты на себе, и его излишняя самоуверенность привела к трагедии. В 1928 г. он погиб в результате очередных опытов.

Некоторые результаты тектологии:

· структурные отношения м.б. обобщены до такой же степени формальной чистоты схем, как в математике отношения величин, и на этой основе организационные задачи м. решаться способами, аналогичными математическим (алгебра структур);

· все существующие объекты и процессы имеют определенную степень (уровень) организации, которая тем выше, чем сильнее свойства целого (S) отличаются от совокупности свойств его частей;

· существуют 2 общих и основных организационных механизма: формирующий и регулирующий (стратегия и тактика, планирование и управление);

· «всякое изменение комплексов и их форм возможно представить как цепь актов соединения того, что было разделено, и разделения того, что было связано…»(композиция и декомпозиция).

Все процессы рассматриваются как процессы организации и дезорганизации.

В тектологии:

1. рассматриваются закономерности развития организации;
Раскрыты:

2. значение обратных связей в организационных S;

3. роль целей S и подцелей отдельных ее элементов (частей);

4. идея саморегулирования S //с помощью бирегулятора, когда 2 п/с помогают друг другу в поддержании равновесия (устойчивости);

5. понятие структурная неустойчивость – кризис форм (структур), смена организационной формы комплекса, ведущая к структурной перестройке;

6. понятие структурный прогресс и регресс, самоорганизация S и их деградация, разрушение.

Богданов, несомненно, является одним из создателей теории S, он оставил яркий след в науке, намного опередив своими идеями последующие поколения ученых. Многие общетеоретические проблемы системного подхода разработаны им полнее и более строго, чем в современной теории систем и кибернетике. Жаль, что тектология многие годы оставалась вне поля зрения ученых.

9) Г.Крон в 1939-1963 гг. разработал диакоптику (метод расчленений) как метод исследования сложных S по частям. В основе диакоптики лежит системный подход. Топологическая модель СС разделяется на некоторое число малых п/с, каждая п/с анализируется и рассчитывается отдельно от остальных п/с. Затем частные решения соединяются шаг за шагом, пока не будет получено решение для всей S. Теория демонстрируется на примерах и языке электротехники.

10) Н.Винер (амер.матем) (1894-1964) в 1948 г. опубликовал книгу «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», а позже книгу «Кибернетика и общество».

· Опираясь на достижения в различных областях человеческих знаний (математики, механики, физики, электроники, автоматики, биологии, медицины и т.д.), Н.Винер наиболее полно осознал и раскрыл системность мира и происходящих в нем явлений и процессов, системность общества, системность мышления, системность человеческой деятельности, системность результатов этой деятельности (знаний).

· Предметом изучения кибернетики являются S (объекты и процессы) РФП (техн., биол., экон., соц. и т.п.). Вначале многих ученых это смутило, и потому кибернетику отнесли не к науке, а к разряду искусства – искусства эффективного управления. (I м/н конгресс, Париж 1956). У нас кибернетику отнесли к разряду буржуазной лженауки за посягательство на создание «мыслящих машин».

· С годами стало ясно, что кибернетика – это самостоятельная наука, которая имеет свой предмет и свои методы исследования. Кибернетика – наука об эффективном управлении сложными динамическими S, а также о S приема, хранения, обработки и выдаче инф., необходимой для формирования (принятия) управленческих решений.

· Объекты изучения: САУ, ЭВМ, чел. мозг, биопопуляции, чел. общество, эк-ка и т.д. Теоретическая кибернетика включает разделы: теория инф., теория алгоритмов, теория автоматов, исследование операций, теория адаптации и оптимального управления, теория распознавания образов, теория S искусственного интеллекта и т.д.

· Основные методы исследования: аналитические, экспериментальные, моделирование на ЭВМ.

· Кибернетика выявила роль информации в управлении, возможность ее количественной оценки, роль принципа оптимальности в планировании, управлении, синтезе S, роль типизации моделей элементов S РФП, позволила разработать ряд принципиально новых классов моделей (нейронные сети), новый класс S основанных на нечеткой логике, нейронных сетях, генетических алгоритмах и экспертных S. С развитием кибернетики начался невиданный размах компьютеризации во всех областях человеческой деятельности.

· Недостатки кибернетики: 1) Слабо разработан учет качественной (смысловой) стороны инф.; 2) При моделировании интеллекта учитываются логический компонент мышления и вероятностный (не учитывается интуиция); 3) Принцип оптимальности реализуется только в полно формализуемых задачах; 4) Слабо формализуемые процессы и объекты с трудом поддаются учету; 5) Изучаются относительно простые, малоразмерные замкнутые S; 6) Учитывается только влияние ВС на S.

Кибернетика – это важный этап в развитии системных представлений. Со временем она сливается с ОТС.

11) Людвиг фон Берталанфи (австр. Биолог-теоретик) (1901-1972) выдвинул в 1937 г. (через 12 лет после появления тектологии) обобщенную системную концепцию – ОТС – в лекциях, прочитанных в Чикагском университете. Но работы по ОТС публикует с 1947 г.

· Концепция ОТС основывалась на структурном сходстве (идентичности, изоморфизме) законов в разных областях науки и в обобщении их в виде системных закономерностей.

Берталанфи несколько заблуждался относительно значимости своих обобщений:

1) работы Богданова были переведены на немецкий язык в 1925-1926 гг.

2) был широко известен принцип аналогий, например одни и те же диф. уравнения описывают различные физические процессы.

Берталанфи считал что создал новую науку ОТС. Он считал ее, во-первых, как логико-математическую область, содержанием которой является формирование и дедукция (вывод от общего к частному) принципов, действительных для S любой физической природы; во-вторых, как эмпирико-интуитивную дисциплину, которая формально применима ко всем наукам, изучающим S. Поэтому он предлагал разделить ОТС на 2 части:

1) теорию S в широком смысле как совокупность методов прикладной математики и кибернетики;

2) теорию S в узком смысле как теорию абстрактных S, описывающую исследуемые объекты на различных уровнях абстракции: теоретико-множественном, топологическом, логико-математическом, символическом, информационном и эвристическом.

Абстрактная теория S позволяет моделировать процессы ПР, исследования операций, адаптации, обучения и т.д.

Однако в указанных направлениях ОТС слабо развивалась. В большей степени она развивалась в разработке общесистемных концепций, моделей, законов, принципов и методов исследования.

Берталанфи заблуждается также в том, что он впервые пытается создать «общую теорию организации»,забыв о работах А.Богданова. Многие идеи ОТС повторяют результаты тектологии.

· В кибернетике Винера больше уделяется внимания внутреннему строению S, а ее функционирование рассматривается как реакция на внешние воздействия ОС.

· В ОТС большее внимание уделяется взаимодействию S с ОС, обмену веществом, инф. и энергией м/у ними. Такая S названа открытой. Открытая S при взаимодействии с ОС стремится к динамическому равновесию путем перестройки своей организации (структуры) с целью сохранения или приобретения новых свойств (например внутренней устойчивости). Эта идея близка к идее гомеостазиса (сохранения характеристик, функций, состояния равновесия и т.д.) в кибернетики.

· «ОТС – это скелет науки в том смысле, что ее целью является разработка основ и структур S, на которые наращивается плоть и кровь отдельных дисциплин» (К.Боулдинг, экономист 1969 г.)

12) Илья Пригожин (бельг. физик) (1917-2002), лауреат Нобелевской премии 1977 за термодинамику неравновесных физических S. Предложил новые взгляды на теорию системодинамики (синергетика):

· материя не является пассивной субстанцией, ей присуща спонтанная активность, вызванная неустойчивостью неравновесных состояний, в которые рано или поздно приходит любая S в результате взаимодействия с ОС. В такие переломные моменты (особые точки, точки бифуркации) принципиально невозможно сказать, станет ли S менее или более организованной.

· Синергетика – теория эволюции (развития) больших, сверхсложных динамически неравновесных нелинейных S.

Герман Хакен в 1969 ввел понятие «синергетики» для обозначения диссипативных структур И.Пригожина. Показал, что теория Пригожина является междисциплинарной (и не только в физике)

Главная проблема – проблема самоорганизации и саморазвития в условиях неопределенности.

Диссипативные структуры (организации) – структуры, переходящие из упорядоченного состояния в хаотическое.

Вывод. Процесс поиска истины, движения к истине в науке всегда очень труден, порой долог, непрерывно сопровождается заблуждениями, потерями, ошибками, возвратом назад, блужданием, но важно при этом само движение, сам поиск истины. Такой же трудный путь проходит человечество и в формировании системных знаний. Осознание системности:

1) Своей деятельности, 2) Самого процесса познания, 3) Окружающего материального мира, 4) Общества. Вот одна из основных целей научно-практической деятельности человека.

Лекция 3

Основные понятия и определения

1. Понятие «система» и его развитие

Понятие S является одним из фундаментальных понятий науки и техники. Существует несколько сотен определений данного понятия. Одни из них настолько широки и абстрактны, что не дают возможности отличить S от неS. Другие, наоборот, очень узки и, как правило, определяют лишь те свойства систем, которые важны в основном для тогот или иного исследования. В ОТС в большей степени используются абстрактные понятия S. Дадим несколько определений.

Теоретико-множественный подход

Понятие «система» основано на выделении системообразующих факторов.

1) S = <Ф,Н>, где Ф – элементы, Н – связи.

или S = <{φ_i}, {h_k}>.

О1. S есть множество элементов (объектов) и отношений (связей) между ними, образующих целостность (единство).

Это определение наиболее абстрактно, не отражает ни характер, ни силу связей м/у элементами, ни результат объединения элементов в S.

2) Людвиг фон Берталанфи (40-е): S = <Ф,Н,С>, где С – внешняя среда.

3) Урманцев Ю.А. (50-60-е): S = <Ф,Н,Z>, где Z – множество законов композиции.

Z ≡ Str => S = <Ф,Н,Str>/

4) А.Холл (50-60-е): S = <Ф,Q,Н>, где Q – свойства (атрибуты).

А.И.Уемов: S = <Ф,Q_Ф,Н>

S = <Ф,Q_Н,Н>.

5) Вернадский В.И., Гибсон У.Р., Анохин П.К. и др. включают «цель»: S = <Ф,Н,Ц>.

Рассмотрим понятие S, основанное на выделении пяти базовых системных свойств (системообразующих факторов), которыми должен обладать объект, для того чтобы его можно было считать S.

1. целостность и членимость. S должна быть делима (декомпозирована) на составные элементы (части, подS), которые образуют, взаимодействуя друг с другом, единое целостное множество. При этом данное множество д.б. совместимо.

Совместимость – желание и способность элементов осуществлять друг с другом добровольный, качественный и своевременный обмен инф., энергией, веществом, для достижения общей цели. Это и приводит к совместному устойчивому функционированию всех элементов, образующих S, на заданном интервале времени.

2. наличие связей. Наличие достаточно сильных и длительно действующих (неразрушающихся, устойчивых, стабильных) взаимных связей (отношений) м/у элементами или их свойствами. Причем сила этих внутренних связей д.б. заведомо больше, чем сила связей с внешними элементами, не входящими в данную S и относящимися к ОС.

В технических S под связью подразумевают реальный физический канал, по которому осуществляется обмен инф., энергией, веществом как м/у элементами внутри S, так и с ОС. Под отношением понимают модель реального физического канала связи, представленную в абстрактной концептуальной или формализованной форме.

3. упорядоченность (организация). Существование в S упорядоченного распределения элементов и связей м/у ними как в пространстве, так и во времени. Порядок (организация) м/У элементами базируется на том, что способы установления связей м/у элементами и взаимодействие м/у ними подчинены определенным правилам и законам операций и композиций. Степень организации S, т.е. степень упорядочения элементов в S, м.б. охарактеризована численно. Она тем выше, чем больше свойства элементов отличаются от свойств численно.

4. наличие интегративных качеств. В S м.б. достигнуто такое качество (св-во), которое присуще S в целом и не имеется ни у одного из ее элементов в отдельности. Св-во S хотя и зависит от св-в ее отдельных элементов и связей м/у ними, но не определяется их простой суммой. Это «внезапное» появление качественно новых свойств у S как результат объединения частей в целое (ее целостности) называется эмерджентностью (анг. emergent – возникающий из ничего, зарождающийся, появляющийся внезапно). Из св-ва эмерджентности следует весьма важный практический вывод для исследователя: изучая св-ва каждого элемента (части, подS) в отдельности, нельзя познать всех св-в S в целом.

5. наличие цели функционирования. Любая S имеет цель функционирования. В природе не существует бесцельно функционирующих S. Под целью здесь понимается либо желаемое конечное состояние, либо желаемый конечный результат деятельности S (движения, управления, функционирования и т.д.), достижимый в пределах некоторого интервала времени и кванта пространства. Если указаны место и срок достижения цели и даны кол-венные и кач-венные хар-ки желаемого конечного результата, то цель становится задачей. В общем случае цель выступает как более общая категория и часто достигается в результате решения ряда задач.

О2. S – это целостное упорядоченное (структурированное, организованное) мн-во стабильно взаимосвязанных и устойчиво взаимодействующих в простр-ве и во времени параметризованных элементов и связей, формирующих ее некоторое интегративные свойства и функционирующих совместно для достижения определенной цели (решения задачи) стоящей перед данной S.

Рассмотренные два определения (1-узкое и 2-расширенное) абстрактной S основаны на ее строении (Str) из базовых элементов и связей м/у ними, на ее свойствах целостности и организованности.

6) Включают интервал времени ΔТ: S = <Ф,Н,Ц,С, ΔТ >.

7) Включают наблюдателя N (ЛПР): S = <Ф,Н,Ц,N >, S = <Ф,Н,Ц,N,W>, где W – полученные знания.

У.Р.Эшби, Ю.И.Черняк: «S – отражение в сознании субъекта (ЛПР, исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений при процессе познания (решения задач): S = <Ф,Q_Ф,Н,Ц,N>.

Можно также учитывать язык наблюдателя L_N.

8) Включают параметры P = {P_Н,P_Ф}: S = <Ф,Q,Н,Z,P,Ц>.

6. параметризация элементов и связей

9) Если включить полученные знания W как отражение свойств S и среды С, то S = <Ф,Н,Z,P,Q,Ц,N,C,W>.

Это сложная структура понятия S.

Вышеизложенные подходы были структурно-целевыми. Т.о. механизм построения определения S основан на выделении системообразующих факторов.

10) Функционально-технологический подход

S = <К,Ц,F,Str,Т_х,С>, где К – множество комплексов,

F – множество функций,

Т_х – множество технологий,

С – среда существования.

11) Производственная S в широком смысле: S = <К,Н,Str,Q, Т_х,F,R,C,Ц>

Лекция 4

2. Понятие модели S

Известно, что человек воспринимает окружающий мир и происходящие в нем процессы, ситуации, явления, и содержащиеся в нем объекты, в виде моделей, которые отражают его субъективные представления о них. Эти представления могут быть правильными (адекватным реальным процессам), частично правильными или неправильными. Наука же занимается формированием моделей, объективно и адекватно отражающих мир и процессы в нем. Существует огромное кол-во определений понятия модели.

О1. М – некое вспомогательное устройство, средство, объект, который в определенной ситуации заменяет другой объект. Автопилот, протезы, физические модели.

О2. М – объект-заменитель (М), который в определенных условиях м. заменить объект-оригинал (А), воспроизводя интересующие исследователя свойства (С_А) и характеристики оригинала, но имеющий по сравнению с ним существенные преимущества (наглядность, простота, обозримость, легкость оперирования с ним, доступность проведения испытаний, возможность получения с его помощью новых знаний, информации и т.д.). По сути, М – это упрощенное представление объекта или процесса.

Объект М является моделью процесса (явления, процесса, ситуации) А относительно некоторого множества С_А его характеристик (свойств, признаков), если М строится для имитации А по этим характеристикам: М(С_А) ~ А.

О3. М – некий аналог к.-л. объекта, явления или процесса в природе и в обществе, представленный в такой форме, которая делает доступным его изучение.

Во всех теориях человек оперирует моделями, а не реальными S.

Модель м.б. представлена в виде идеи, гипотезы, концепции, описания, мат. уравнения, программы для ЭВМ, схемы, изображения, конструкции, изделия, макета и т.д. Все это способы реализации модели.

Связь материальных (реальных) и нематериальных S.

Рисунок 3.

О4. М – это форма существования наших знаний и одновременно это инструмент, способ познания окружающего мира. - Это определение относится к категории философских определений.

Моделирование: 1) разработка моделей как формы представления знаний;

2) получение знаний с помощью моделей.

Модели также как и S имеют разные уровни описания и образуют м/у собой иерархию, т.е. соподчиненность одного уровня другому. Одни модели м. «вкладывать» в другие («принцип вложенности»).

Далее, опираясь на понятие модели и S дадим следующее определение (модель) S:

О. Система S есть множество упорядоченных троек Ф, Н и Z (триада): S=S{Ф,Н,Z}, где S – система, Ф={Ф_i} – множество объектов, которое в дальнейшем будем называть множеством базовых элементов, или сепаратных (локальных) подсистем; Н={Н_j} – множество объектов, которое в дальнейшем будем называть многомерным элементом связи; Z={Z_k} – множество законов композиций и декомпозиций, и правил операций с элементами множеств Ф и Н. Отметим, что множество Z отражает свойство организации S (наличие порядка).

Введенный в рассмотрение набор элементов является необходимым и достаточным для описания и построения S. Удаление любого из этих множеств не позволяет строить S, а при соединении новых множеств (например, множеством уровней систем) принципиально нового ничего не дает, а только расширяет класс систем, подтверждая многообразие ее структур (строения).

Пример. Представим модель системы S в виде маркированного петлевого орграфа, где локальная п/с (базовый элемент) изображена в виде петли при вершине, а связи м/у вершинами соответствуют связям м/у подсистемами. Причем множество Н={Н_j} элементов связи является полным, если м/у любой парой (i, j) локальных п/с (Ф_i,Ф_j) существует двусторонняя взаимная связь Н_{i j} = {Нⁱ_j; Н^j_i}

Рисунок 4.

Далее заметим, что в данном определении S не конкретизированы модели элементов множеств Ф, Н, Z.

Одной и той же системе соответствует множество в зависимости от их целевого назначения.

3. Понятие структуры системы

Одной из важнейших системных понятий является понятие структуры (лат. structura – строение, расположение, порядок). Также существует несколько определений этого понятия.

О1. Структура Str S S есть неизменная ее часть; которая представляет собой устойчивую упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей, инвариантную к состоянию или режимов функционирования S.

О2. Структура S – взаимное расположение и связь составных частей (или базовых элементов) S, исходя из распределения функций и целей, поставленных перед S.

О3. Структура S – совокупность связей (отношений) м/у элементами или частями S, отражающая их взаимодействие.

Т.о., в отличие от понятия S, где лишь говорится о наличии элементов и связей, понятие структуры S включает инвариантность (независимость) состава S во времени и в пространстве от ее состояния и режимов работы, пытается конкретизировать кол-во (отсутствие или наличие) связей м/у элементами. Но для этой цели необходимо ввести в рассмотрение множество D = {d_m} способов декомпозиции (расчленения) исходной S S. Как было показано выше, любая S м.б. описана (представлена) с помощью различных базовых элементов. Каждому такому описанию соответствует свой способ d_m декомпозиции. Отсюда м. дать следующее определение структуры:

О4. Структура S есть упорядоченное множество п/с и связей м/у п/с (базовыми элементами), образованных конкретным элементом d_m множества D способов декомпозиции (), где , и не зависящая от состояния и режимов функционирования S. // не путать Z и D

Z – мн-во правил и законов композиции и декомпозиции;

D – мн-во способов (конкретные результаты реализации этих правил).

Поэтому о структуре S м. говорить, имея ввиду, конкретный способ ее представления (интерпретации).

Отметим еще 1 подход к определению понятия S, основанный на понятиях параметра и структуры. Известно, что каждый базовый элемент Ф_i и многомерный элемент связи Н_j м.б. параметризованы, т.е. им поставлено в соответствие множество Р = {P_n} параметров (физических величин, показателей). Будем обозначать параметризованные элементы множеств Ф и Н через Р{Ф_i}, Р{Н_j}.

О5. Конкретная S S_к есть ее параметризированная структура:

Отметим, что параметризация структуры дает конкретную реализацию S, определяет ее «индивидуальность».

Структуры

1. Сетевая структура (сеть) – декомпозиция S во времени

производство (сетевой график)

планирование (сетевой план)

проектирование (сетевая модель)

2. Иерархическая структура - декомпозиция S в пространстве

древовидная Str

с «сильными» связями со «слабыми» связями

Матричные структуры (матричное представление иерархических структур) Матрица работ (сроки)

Цели	Подцели
	1.1
1.2
	2.1
2.2
2.3

виды исполн	А1	А2	А3	А4
Гр1	+	-	+	-
Гр2	-	+	-	+
Гр3	+	-	+	+

1.1	+	-	+
1.2	+	+	-
2.1	-	+	+
3.1	+	-	+
3.2	-	-	+

Многоуровневые иерархические структуры

Страты – это модель поведения S на определенном уровне.

Слои – уровни сложности принимаемого решения. Верхний слой накладывает ограничения на нижний.

Эшелоны – это элементы ПР с горизонтальными и вертикальными связями.

Лекция 5

5. Понятие внешней (окружающей) среды

О. Внешняя среда – множество действующих вне S элементов (объектов) любой физ. природы, оказывающих существенное, но не целенаправленное влияние на S, или находящихся под ее воздействием (в рамках рассматр. задачи)

Влияние ВС на S интерпретируется ч/з множество наблюдаемых и измеряемых в различные моменты времени входных воздействий . Влияние S на ВС интерпретируется ч/з множество выходных координат S: .

Проблема заключается в определении границ S (т.е. локализации S): какие элементы считать взаимодействующими внутри S, и какие взаимодействуют с элементами, относящимися к ВС. От правильности определения границ S зависят ее функции, эффективность и качество S, возможность ее проектирования и исследования, условия эксплуатации.

Сложность решения проблемы заключается в отсутствии строго математических, формализованных методов выделения как наиболее существенных связей м/у S и ВС, так и внутрисистемных связей. На практике этот процесс осуществляется на эмпирико-интуитивном уровне (исходя из физических соображений). Трудность решения задачи возрастает из-за отсутствия достаточной и достоверной инф. о самой S. Поэтому первоначально сформулированные представления (модели) о S последовательно, постепенно уточняются.

Связь считается существенной, если изменение ее характеристик или ее исключение приводит к значительному ухудшению работы S, к снижению эффективности достижения цели и т.д.

По степени связи с ВС различают закрытые (изолированные) и открытые S.

Закрытая – S, любой элемент которой имеет связи только с элементами самой S. В таком понимании закрытая S рассматривается изолированно от ВС и связей с ней не имеет, а ее элементы взаимодействуют только др. с др. внутри S. Хотя это и есть сильная идеализация (абстрагирование) и в реальности таких S не существует, все-таки такой подход к изучению S полезен для выявления ее потенциальных возможностей.

Открытая – S, у которой хотя бы 1 элемент имеет связь с ВС.

Все реальные S являются открытыми, только степень их связи с ВС м.б. различна: от слабой до сильной.

В кибернетике (теории управления) часто влияние ВС рассматривается односторонне как входное возмущающее воздействие на S. При этом исследуется, как S реагирует на возмущения со стороны ВС.

В системном анализе (ОТС, системотехнике) исследуются двусторонние взаимодействия S и ВС. Например, производственные S и экосреда.

6. Понятие цели

Всякое осознанное действие человека преследует определенную цель. Цель – это образ желаемого будущего состояния S, ее планируемое идеальное состояние в будущем. Например, состояние S знаний студента на момент поступления в институт и планируемое будущее состояние S знаний к моменту окончания. Можно сказать что цель – это абстрактная модель будущего состояния S.

Однако такое определение цели относится лишь к деятельности человека и к функционированию создаваемых им в процессе этой деятельности искусственных и смешанных S. Для них цель имеет субъективный характер, поэтому вышеперечисленные определения есть определения субъективной цели.

Применительно к естественным S о цели м. говорить лишь как об объективной категории. Цель для естественных S – это будущее реальное состояние S (объективная цель).

Понятием цели занимаются на различных уровнях: философском, логическом, формальном и т.д., рассматривают субъективные и объективные цели. Далее более подробно будут рассматриваться субъективные цели, присущие искусственным и смешанным S.

Цель формируется в несколько этапов: определение потребности, выявление проблемы, формирование цели.

О. Цель – желаемый конечный результат деятельности (функционирования) S, достижимый на заданном интервале времени в заданном кванте пространства.

Цели организации подразделяются на стратегические и тактические. Стратегические цели формируются при определении долговременной политики развития организации, а тактические — при решении оперативных задач управления. Обычно тактические цели формируются для реализации стратегических целей организации.

Цели бывают траекторные и точечные. Траекторные, или, как их еще называют, направляющие, определяют общее направление, в котором должно изменяться состояние управляемого объекта. (Например, цель "увеличение прибыли предприятия" лишь направление, в котором организация стремится изменить прибыль, получаемую предприятием.) Точечные цели формулируются, как стремление достичь вполне конкретного результата (например, обеспечить прибыль предприятия в текущем году в размере 75 млн. долл.).

Для достижения любой цели необходимо, во-первых, определить S или множество S, предназначенных для реализации цели, и, во-вторых, рассматриваться субъективные цели, присущие искусственным и смешанным с/с.

альном и т.д.,создаваемых им в процесе ту окончания.определить некоторое множ-во взаимосвязанных операций, выполняемых при реализации цели. Трудности решения первой проблемы состоят в отсутствии однозначного соответствия м/у целью и реальной S: для достижения цели может понадобиться несколько S, в то же время одну S, м. использовать для разных целей.

Решение второй проблемы связано с необходимостью построения дерева целей. При реализации сложной цели необходима ее декомпозиция (разделение) на определенные подцели, соответствующие отдельным операциям. Эти опреации в свою очередь, тоже м.б. сложными и состоять из нескольких простых операций, выполняемых параллельно (синхронно), либо последовательно. Поэтому подцели подразделяют на более мелкие подцели и т.д. В результате данной процедуры формируют дерево целей, которое отражает иерархический характер целей. Существует много точек зрения на процедуру построения дерева целей. Но указанные два элемента – иерархия целей и метод декомпозиции – являются необходимыми атрибутами всех методов построения дерева целей.

Особенностью построения дерева сложной цели является необходимость рассмотрения многих сторон исследуемой проблемы и, следовательно, построения нескольких деревьев целей, но охватывающих различные аспекты (стороны) рассматриваемой проблемы. Среди возможных аспектов сложной цели, требующих самостоятельной декомпозиции целей м. назвать следующие: функциональный аспект, организационный, технический, технологический, информационный, алгоритмический, материально-технический и др.

При таком подходе к построению дерева сложной цели, последнее представляет собой уже не плоскую структуру, а объемную фигуру в виде многогранника, основанием которого служит многоугольник со сторонами, соответствующими различным аспектам рассматриваемой проблемы, а гранями которого являются деревья целей, соответствующие иерархии целей по каждой из рассматриваемых сторон проблемы и имеющие единую вершину – сложную цель, достижению которой они служат.

Изложенная процедура построения дерева целей в виде многогранника позволяет взглянуть на одну и ту же проблему с разных позиций, что возможно, поможет определить более важные цели от менее важных, более существенные стороны от менее важных, более существенные стороны от менее существенных и т.д.

Анализируя различные подходы к разработке и реализации дерева целей, можно отметить следующее:

1.Цель первична;

2.Эвристические правила построения дерева целей отражают в основном организационные процедуры его формир-я;

3.Нет формализованных правил построения дерева целей, объединяющих в единую S на основе информационного описания такие элементы как потребность, цель, ресурсы, функции, оргсистемы управления и т.д.;

4.Нет методологии (концепции) наполн-я эл-тов дерева целей инф-цией. Не раскрыт механизм работы этих эл-тов;

5.Нет механизма динамики и корректировки целей объекта, не раскрыт механизм развития (роста) дерева целей.

О. Система – есть средство достижения цели.

7. Понятие методологии исследования

О. Системный подход – это методология научного познания, в соответствии с которой объекты, явления и процессы исследуются как S.

Под методологией понимают 3 различных уровня научного подхода к процессу познания:

а) общая методология – общий философский подход к познанию, эпистемология, гносеология, теория познания, общенаучный способ познания. Общая методология есть множество общенаучных подходов.

б) частная (специальная) методология – совокупность научных принципов, частных наук, применяемых в данной области знаний и определяющих концепцию исследования. Это реализация философских принципов применительно к специфическому объекту исследования, к классу объектов (например к S). Это тоже способ познания, но адаптированный к более узкой сфере знаний. Поэтому системный подход – это конкретный научный метод диалектико-материалистической идеологии. Общая методология выступает как некоторая S частных методологий.

в) конкретная методология – совокупность конкретных методических (технологических) приемов исследования (т.е. методов и методик) в конкретной предметной области. Нельзя сводить (а) и (б) к (в), но и нельзя рассматривать (в) в отрыве от (а) и (б). // Рисунок 5.

Рассмотрим научные подходы частной методологии:

1) системный (объекты, процессы и явления исследуются как S);

2) динамический (S, объекты, процессы и явления рассматриваются в движении, в развитии под действием внешних и внутренних факторов (сил), вызвавших нарушение их равновесного состояния);

3) структурный (изучаются закономерности в строении S, объектов, явлений и процессов с целью установления взаимозависимости м/у их структурой и свойствами);

4) функциональный (жизнедеятельность СС рассматривается как такое выполнение локальными п/с множества взаимосвязанных функций, которое обеспечивает достижение глобальной цели S);

5) эволюционный (жизнедеятельность СС изучается с позиции ее происхождения (генетики) и развития);

6) экономический (S или объекты рассматриваются с точки зр. их роли в организации процесса пр-ва путем распределения, обмена и потребления ресурсов, а также путем организации производственных отношений с целью удовлетворения потребностей общества);

7) информационный (функционирование S или объектов рассматриваются с точки зр. преобразования, хранения, обмена, выдачи и использования инф., необходимой для достижения цели функционирования);

8) кибернетический (объекты исследования (технич., технол., эк., соц., организац., биол. и т.д.) рассматриваются с точки зр. эффективного и целенаправленного управления на основе обработки располагаемой инф. как о внутреннем состоянии S, так и о действиях ВС);

9) оптимизационный (выполнение S или объектом тех или иных функций (планирования, управления, проектирования, контроля, конструирования, пр-ва и т.д.) осуществляется т.о., чтобы достичь максимального эффекта в смысле выбранного критерия);

10) ситуационный (принимаемое решение в условиях неопределенности и противодействия ОС формируется на основе как обработки располагаемой текущей инф., так и накопленных ранее знаний и опыта путем переориентации (перепланирования) целей, перераспределения ресурсов, пересмотра алгоритмов и стр-ры S);

технологический; социальный; политический; энергетический; финансовый; когнитивный; синергетический; биологический.

Лекция 6

Основные проблемы СП связаны с развитием методов практической реализации системных принципов в конкретных областях знаний.

Основные направления системных исследований:

1) ОТС (системология) – занимается созданием и изучением общих подходов и процедур к исследованию, проектированию и развитию СС РФП. Методология ОТС основана на СП и установлении изоморфизма м/у процессами, структурой, параметрами, свойствами и т.д. у различных S, отличающихся уровнем сложности, физической природой, функциональным назначением. Результаты ОТС д.б. достаточно фундаментальными и широкими для получения практически полезных перспектив и направлений.

2) Системотехника возникла в результате усложнения процесса инженерного проектирования сложных технических S и комплексов, а также в результате стремления его рационализации с системных позиций. Системотехника объединяет совокупность моделей, методов проектирования, исследования и развития больших технических S (БТС) на основе системной методологии и ОТС. Например, системное проектирование широко используется применительно к БТС. Основным критерием системотехники является принцип достижения максимальной эффективности проектируемой БТС в классической постановке задачи. Критерий эффективности:
где D – доход (или стоимость предотвращенного ущерба), З – затраты, связанные с получением дохода (или предотвращением ущерба). Системотехника – это прикладная ОТС, приложение результатов ОТС к конкретному классу S – сложным техническим комплексам.
Рисунок 5.

3) Системный анализ (СА) – это тоже одно из направлений СИ. Название этого направления не единственное (эквивалент – исследование операций) и не совсем удачное (правильнее – анализ СС). Методологической основой СА является СП и ОТС. Дадим несколько толкований содержания СА.

Исторически СА возник в 60-х годах в результате разработок известной американской «бесприбыльной» корпорации «Рэнд», которые были посвящены созданию управляющего цикла «планирование – программирование – составление бюджета» при разработке вооружения и военной техники. Сами авторы разработок Д.Клиланд и В.Кинг так определяют СА: «СА принято называть применение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием… Назначение СА состоит именно в анализе проблем, подлежащих решению в ходе планирования».

Черняк Ю.И.: «СА – методология исследования с помощью аппарата ОТС сложных и труднодоступных свойств объектов и явлений, которые в принципе невозможно исследовать непосредственным наблюдением объекта».

В.И. Николаев, В.М. Брук: «СА – научное направление, обеспечивающее на основе СП разработку методов и процедур решения слабоструктурированных проблем при наличии существенной неопределенности, в частности, формальных методов упорядочения большого объема инф., необходимой для анализа СС».

Одной из центральных проблем СА является изучение процессов подготовки и ПР как S правил, процедур и приемов. Поэтому СА есть методология анализа проблем с целью принятия управленческих решений, основанная на систематизации допустимых вариантов или альтернатив с учетом технико-экономического обоснования реализации каждой такой альтернативы.

Группы методов исследования, применяемых в СА:

1) эвристическое программирование, основанное на принципах анализа деятельности человека. Например, методы экспертных оценок. Экспертная оценка – обобщение множества субъективных мнений экспертов по данной проблеме, степень достоверности которых до конца не ясна;

2) семиотический (знаковый, языковый) подход, основанный на возможностях выразительных средств естественного (или другого) языка эффективно и однозначно (при определенных правилах) описывать широкий класс объектов, процессов и явлений. Например, данный подход реализован в ситуационном управлении;

3) аналитические методы ОТС, исследования операций, теории ПР, дискретной математики и т.д.;

4) имитационное моделирование – процесс формирования моделей реальной S и проведения на них экспериментов с целью выявления свойств S, путей совершенствования ее и эффективного использования;

5) методы аналогий, чаще всего связаны со сравнением функционирования сложных технических S с биологическими S.

Вывод. Все направления СИ базируются на единой методологии – СП. Решают очень близкие по содержанию научные проблемы на основе этой методологии. Цель исследования у всех одна – получение новых знаний об исследуемом объекте, процессе, явлении.

Лекция 7

Классификация систем

Системы разделяют на классы по различным признакам, в зависимости от решаемой задачи можно выбирать разные признаки классификации. Цель любой классификации – ограничить выбор подходов к отображению системы, сопоставить выделенным классам приемы и методы системного анализа и дать рекомендации по выбору методов для соответствующего класса систем.

Классификация – это декомпозиция множества систем по какому-либо признаку.

Проблемы для любой классиф-ии:

1. выбор признака – способа декомпозиции

2. отсутствие формальных методов

3. оценка степени полноты и конкретности.

1. по субстанциональному признаку (по сущности вещей, явлений и признаков)

Материальные – это S, существующие в объективной действительности. (Атом → молекула → клетка → организм → популяции → общество → цивилизации)

Концептуальные (идеальные) – S, отражающие представление о реальной действительности (гипотезы, теории, результаты восприятия и представления окружающего мира, выраженные в той или иной форме: знаковой, символьной, музыкальной, художественной и т.д.)

Смешанные

- абстрактные - гипотетические - логические - символические и т.д.  

Образ-ны в рез-те взаимод-я иск. и ест. S

созданные созданные человеком с

природой определенной целью (простейшие механизмы, сложные технические комплексы, организации: кафедры, унив., министерства)

Для естественных систем характерны объективные цели (будущее реальное состояние системы), а для искусственных – субъективные цели (будущее идеальное, планируемое в нашем сознании состояние системы и среды).

Данная классификация систем обладает полнотой, т.к. охватывает все известные и даже неизвестные человеку системы. Но, обладая большой общностью, она не обладает в достаточной степени конкретностью.

I Классификация естественных S

1) живые – S, обладающие способностью развития, адаптации, осущ-ие обмен с внешней средой (веществом, энергией, информацией) (флора, фауна)

2) неживые S – S, обладающие определенной структурой и нецеленаправленно функционирующие с внешней средой для поддержания функционирования живых S. (кристаллы)

3) социальные S – S, связанные с жизнью и отношениями людей в обществе. (педагогический состав, ученый совет)

4) Экологические – это множ-во организмов (живых систем) и сред их обитания.

Эта классификация тоже не завершена и охватывает, по-видимому, наши представления о мироздании на данный момент. Можно предположить и другую классификацию. Например, выделить такие классы, как физические, химические, планетные, астрономические и т.д. системы.

Далее рассмотрим класс искусственных систем, который связан с трудовой деятельностью человека, и разобьем его на подсистемы по уровню автономности (самостоятельности) функционирования систем, по уровню влияния на производительность труда.

II Искусственные S по уровню автоматизации:

1) орудия – это S, предназначенные для расширения функциональных способностей человека при выполнении ручного труда (садовый инвентарь - лопата, грабли, инструменты)

2) механизмы и машины – это S, предназначенные для замены человека или исключения человека при выполнении тяжелого физического труда или трудновыполнимых действий (экскаватор, подъемный кран, бурильная установка, швейная машинка)

3) автоматы и автоматические S – для исключения человека из производственного процесса или процесса управления, ввиду ограниченности его физических возможностей (станки-автоматы, АСУ температурой, скоростью, высотой полета и т.д., БЛА)

4) интеллектуальные S – созданы для помощи человеку в интеллектуальной деятельности (роботы, экспертные S). Интеллектуальная деятельность может быть связана с распознаванием ситуации, принятием решения и эффективным выполнением сложных операций в средах, опасных для жизни человека (подводные роботы, роботы-сборщики и т.п.) или в быстроизменяющихся ситуациях, требующих для анализа обработки больших потоков информации (робот шахматист, робот-пилот)

По целям:

1. Созидательные – т.е. цель создание или созидание:

1) производящие – системы производства, в том числе статистические центры…добыча,…

2) исследовательские – НИИ, спутниковые, геофизические системы,…цель: получение новых знаний.

3) Учебные (обучающие) – школы, Вузы

4) Обслуживающие – производство услуг (ремонтные мастерские) и обеспечение работоспособности других S

5) Разведывательные (разведка недр, ЦРУ, КГБ)

6) Добывающие (горно-добывающие S, шахты)

7) Утилизационные (утилизация военной техники, городских отходов) - частный случай производства

8) S наблюдения или слежения (аэрокосмические S, S осущ-е экологический мониторинг).

2. Разрушительные (системы нападения, военно-технические, пиротехнические)

3. Оборонные (охранная, защитная: S сигнализации, защита инф., охрана ОС)

Частные случаи классификации S по целям:

1) поисково-спасательные (МЧС, пожарные, скорая помощь)

2) медицинские

3) управляющие (организации)

4) транспортные (автомобиль)

5) торговые (для осуществления торгово-денежного обмена)

6) коммуникационные (радиосвязь, телефон, спутниковая связь)

Данная классификация тоже не претендует на полноту. Кроме того одна и та же система (если она к тому же многофункциональная) может быть отнесена одновременно к нескольким классам систем.

III Классификация смешанных систем по цели функционирования:

1. Организационные – S, предназначенные для выполнения той или иной организационной ф-ии, и содержащие в своей структуре людей (агентов) как активных элементов. (политические организации)

2. Производственные S – в рамках которых взаимодействуют орг-ые и технологические элементы.

3. Эргатические – это сложные S управления, отражающие взаимодействие человека со средой его трудовой деят-ти (пилот и кабина).

4. Биотехнические

1) биотические – это технические S, моделирующие строение и ф-ии живых организмов (искусственная почка, сердце)

2) биотехнологические – это технологические S, использующие в технологии живые организмы и биологические процессы (процесс брожения в хлебопекарном производстве)

3) биотехнические – это S, использующие живые организмы для функционирования технических S (орлы в аэропортах, дельфин-торпеда)

5. автоматизированные S – это человеко-машинные S, предназначенные для решения различных классов задач, требующих обработки больших объемов инфо (АСУ, САПР, АСОИ)

6. робототехнические (роботизированные) – человеко-машинные S, в которых робот берет на себя ф-ии человека полностью или частично. (космический корабль, оснащенный роботами)

7. экономические S – предназначены для управления хозяйственной деятельностью региона, страны, группы стран в результате построения экономических отношений между элементами хозяйства (предприятия, отрасли, страны, рынки и т.д.).

8. финансовые S – это S формирования, распределения и использования средств через специализированные учреждения (банки).

2. Классификация динамических систем по виду математических моделей (по способу описания)

1. линейные и нелинейные – S, движение которых описывается лин. и нелин. Уравнениями соответственно.

2. стационарные и нестационарные – S с неизменными или изменяющимися во времени параметрами, первые из них описываются диф. уравнениями с постоянными, а вторые – с переменными коэфиициентами.

3. системы с сосредоточенными и с распределенными параметрами – у первых переменные состояния изменяются только во времени, у вторых – во времени и в пространстве (трубопроводы, линии электропередач). Первые описываются обыкновенными диф. уравнениями, вторые – диф. уравнениями в частных производных.

4. детерминированные и стохастические – у первых можно предсказать точно характер изменения переменных во времени, а у вторых – только с некоторой вероятностью.

5. непрерывные и дискретные – в первых информация передается в виде непрерывных величин, а во вторых информация передается в виде величин (сигналов), дискретных (квантованных) во времени или по уровню (импульсные и релейные системы, модель нейронной сети и т.п.)

3. Классификация S по виду динамических свойств:

1. устойчивые – S, способные возвращаться к ранее установившемуся равновесному состоянию после снятия возмущения, либо остаться в новом состоянии равновесия, если возмущение не снимается.

2. адаптивные (самоприспосабливающиеся) – S, обладающие свойством приспосабливаться к изменившимся характеристикам внешней окружающей среды, путем изменения параметров.

3. гомеостатические S делятся на:

1) неизменные параметры напр, t°C внешней среды = -40С…+40С, а человека = 36,6С.

2) переменные параметры (структура, стратегия), (светлая кожа)

3) робастные (крепкие, сильные) – это S малочувствительные к изменениям характеристик самой S, окружающей среды или текущей ситуации.

4. самооптимизирующиеся – S, способные самостоятельно выбирать оптимальные в смысле выбранного критерия режимы функционирования, при изменении свойст окружающей среды. (генетические алгоритмы)

5. самообучаемые – S способные самостоятельно определять цели, критерии и алгоритмы функционирования при изменении свойств (характеристик) ОС за счет использования опыта обучения. (ЭС, нейронные сети)

6. самоорганизующиеся системы – S способные самостоятельно решать задачи адаптации и обучения за счет пересмотра структуры организации.

7. саморазвивающиеся (самопрогнозируемые) – S, способные предвидеть во времени свое будущее состояние и использовать эту инф. для эффективного развития.

4. Классификация по виду выполняемых функций:

Функция – множество взаимосвязанных и целенаправленных действий (операций, процедур) которые необходимо выполнить за некоторый отрезок времени для достижения поставленной цели. Все системы можно разделить на 1-но и многофункциональные. Многофункциональные можно представить как некоторую систему, образованную из однофункциональных подсистем.

Функции: управления; планирования; принятия решений; диагностики; прогнозирования; контроля; реализации; финансирования; обслуживания и т.д.

Данная классификация по функциям во многом пересекается с классификацией по целям, т.к. выполняемые функции есть степень детализации поставленных целей.

5. Классификация по виду структур:

1) линейная структура (станция метро)

2) иерархическая (многоуровневая) S с древовидной структурой

3) матричная стр-ра

4) сотовая структура

5) сетевая структура

6) замкнутые системы (S с обратной связью)

7) S со скелетной структурой

8) цепная структура

Дата добавления: 2014-01-07