Понятия структуры системы. Связи и их виды

Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы опережает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.

Связи — это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Связь — одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, т.е., иными словами, связи выражают законы функционирования системы. Связи различают по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.

Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Открытие принципа обратной связи явилось выдающимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последствия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.

Рис. — Пример обратной связи

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Основными функциями обратной связи являются:

противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);

компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь - Определяет неявную и косвенную зависимость между элементами. Теория вероятности предлагает специальный математический аппарат для исследования этих связей, называемый корреляционный анализ.

Критерии — это признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы её цели при заданных ограничениях

Эффективность системы — соотношение между целевым результатом функционирования и фактически реализованным.

Часто на входе и выходе присутствуют ограничения — обеспечивает соответствие между выходом системы и требованиями ко входу в последующую систему. Если требования не выполняются, ограничение не пропускает его через себя, то есть, работает по принципу фильтра.

Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в текущий момент.

3. Основные свойства систем.(6 свойств).

Под свойством понимают сторону объекта (его характеристику), обуславливающую его отличие или сходство с другим объектом, либо проявляющиеся при взаимодействии.

Из определения системы следует, что главным свойством является целостность или единство, обеспечиваемое взаимосвязями между компонентами и проявляющееся в возникновении новых свойств, которыми отдельные элементы не обладают.

Это свойство называют свойством эмержентности.

Эмержентность — свойство систем, обуславливающее появление новых свойств и качеств, не присущих отдельным элементам системы. В основе лежит принцип, противоположный редукционизму, который утверждает, что целое можно изучать, разделив его на части и затем, определив свойства частей, определить свойства целого.

Целостность — каждый элемент системы вносит свой вклад в реализацию цели системы.

Целостность и эмержентность — интегративные свойства системы.

Целостность заключается в том, что каждый из компонент обеспечивает собственную закономерность функциональности и достижения цели.

Наличие интегративных свойств является одной из важнейших черт системы. Целостность проявляется в том, что система обладает собственной закономерностью функциональности, собственной целью.

Организованность — сложное свойство систем, заключающиеся в наличие структуры и функционирования (поведения). Непременной принадлежностью систем является их компоненты, именно те структурные образования, из которых состоит целое и без чего оно не возможно.

Функциональность — это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же определяется цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.

Структурность — это упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структурой системы существует взаимосвязь, как между философскими категориями содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой изменение формы (структуры), но и наоборот.

Важным свойством системы является наличие поведения — действия, изменений, функционирования и т.д. Считается, что это поведение системы связано со средой (окружающей), т.е. с другими системами с которыми она входит в контакт или вступает в определенные взаимоотношения. Процесс целенаправленного изменения во времени состояния системы называется поведением. В отличие от управления, когда изменение состояния системы достигается за счет внешних воздействий, поведение реализуется исключительно самой системой, исходя из собственных целей.

Еще одним свойством является свойство роста (развития). Развитие можно рассматривать как составляющую часть поведения (при этом важнейшим).

Фундаментальным свойством систем является устойчивость, т.е. способность системы противостоять внешним возмущающим воздействиям. От нее зависит продолжительность жизни системы. Простые системы имеют пассивные формы устойчивости: прочность, сбалансированность, регулируемость, гомеостаз. А для сложных определяющими являются активные формы: надежность, живучесть и адаптируемость. Если перечисленные формы устойчивости простых систем (кроме прочности) касается их поведения, то определяющая форма устойчивости сложных систем носят в основном структурный характер.

Надежность — свойство сохранения структуры систем, несмотря на гибель отдельных ее элементов с помощью их замены или дублирования, а живучесть — как активное подавление вредных качеств. Таким образом, надежность является более пассивной формой, чем живучесть.

Адаптируемость — свойство изменять поведение или структуру с целью сохранения, улучшения или приобретение новых качеств в условиях изменения внешней среды. Обязательным условием возможности адаптации является наличие обратных связей.

4. Классификация систем по содержанию. Дайте краткое описание каждого класса.

Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации.

Система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками и соответственно ей может быть найдено место в различных классификациях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии исследования. Обычно цель классификации ограничить выбор подходов к отображению систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего класса.

По содержанию различают реальные (материальные), объективно существующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся продуктом мышления.

Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и искусственные (антропогенные).

Естественные системы: системы неживой (физические, химические) и живой (биологические) природы.

Искусственные системы: создаются человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий. Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные (общественные). Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в определенных целях.

К социальным системам относятся различные системы человеческого общества.

Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать свое состояние. Эти системы выступают как части более крупных, включающие людей — организационно-технических систем.

Организационная система, для эффективного функционирование которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой. Примеры человеко-машинных систем: автомобиль — водитель; самолет — летчик; ЭВМ — пользователь и т.д.

Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, предназначенная для целенаправленных действий с задачей достижения в процессе функционирования заданного результата. Отличительными признаками технических систем по сравнению с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными элементами является конструктивность (практическая осуществляемость отношений между элементами), ориентированность и взаимосвязанность составных элементов и целенаправленность.

Для того чтобы система была устойчивой к воздействию внешних влияний, она должна иметь устойчивую структуру. Выбор структуры практически определяет технический облик как всей системы, так ее подсистем, и элементов. Вопрос о целесообразности применения той или иной структуры должен решаться исходя из конкретного назначения системы. От структуры зависит также способность системы к перераспределению функций в случае полного или частичного отхода отдельных элементов, а, следовательно, надежность и живучесть системы при заданных характеристиках ее элементов.

Абстрактные системы являются результатом отражения действительности (реальных систем) в мозге человека. Их настроение — необходимая ступень обеспечения эффективного взаимодействия человека с окружающим миром. Абстрактные (идеальные) системы объективны по источнику происхождения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.

Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определенные аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и эвристические модели, а ко вторым — концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.

5. Классификация систем на 9 групп. Дайте краткое описание каждого класса.

Критерий классификации	Классы систем
1. По взаимодействию с внешней средой	Открытые, закрытые, комбинированные
2. по структуре	простые, сложные, большие
3. По функциональности	Специализированные, многофункциональные
4. По характеру развития	Стабильные, развивающиеся
5. По степени организованности	Хорошо и плохо организованные
6. По типу поведения	Автоматические, решающие, самоорганизующиеся, предвидящие, превращающиеся
7. По характеру связи между элементами	Детерминированные, стохастические
8. По структуре управления	Централизованные, децентрализованные
9. По назначению	Управляющие, обслуживающие, производящие

Открытой называют систему, взаимодействующую с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. При описании структуры таких систем, внешние коммуникационные каналы стараются разделить на входные и выходные.

У открытой системы по крайней мере 1 элемент имеет связь с внешней средой.

В реальной системе количество взаимосвязей огромно. Поэтому одной из задач исследователя является выделение и включение в систему только существенных связей. Несущественные отбрасываются.

Закрытая система — та, которая не взаимодействует со средой, либо взаимодействует с ней строго определённым образом. Во втором случае существую входные каналы, но воздействие среды носит неизменный характер и заранее полностью известно. В таком случае, такие воздействия относят непосредственно к системе, что позволяет рассматривать её как закрытую.

Комбинированные системы содержат в себе открытые и закрытые подсистемы. То есть, в них можно выделить одну или несколько подсистем, взаимодействуя с окружающей средой, а остальные подсистемы являются закрытыми.

Простые системы — не имеют разветвлённых структур и состоят из небольшого количества взаимосвязей и элементов. Служит для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархических уровней. Отличительной особенностью является детерминированность (чёткая определённость) номенклатуры, числа элементов и внутренних и внешних связей.

Сложные — содержат большое число элементов и внутренних связей, отличаются структурным разнообразием. Выполняет сложную функцию или ряд функций. Могут быть легко поделены на подсистемы. Систему называют сложной, если для её познания требуют привлечения нескольких научных дисциплин, теорий, моделей, а также, учёта неопределённости.

Модель — некое описание (математическое, вербальное, и т. д.) системы или подсистемы, отражающее группу и её свойство.

Систему называют сложной, если в действительности существенно проявляются следующие признаки сложности:

Структурная сложность

основные понятия связей:

- структурные

- иерархические

- функциональные

- каузальные (причинно-следственные)

- информационные

-пространственно-временные

Сложность функционирования (поведения)

Сложность выбора поведения.В многоальтернативных ситуациях выбор поведения определяется целью системы.

Сложность развития.

Определяется характеристиками эволюционных или стохастических процессов.

Эти признаки следует рассматривать во взаимосвязи. Сложным системам присущи слабая предсказуемость, скрытность, и разнообразие возможных состояний.

Большой системой называют такую систему, которую невозможно наблюдать одновременно с позиции одного наблюдателя во времени и пространстве. То есть, для неё существенен пространственный фактор. Число её подсистем очень велико, а состав разнороден. При анализе и синтезе больших и сложных систем основополагающими являются процедуры декомпозиции и агрегирования.

Для специализированных систем характерна единственность назначения и узкая специализация обслуживающего персонала. В универсальных системах множество действий также выполняется на единой структуре, однако, состав функций по их виду и количеству менее однороден.

Автоматические — однозначно реагируют на ограниченный набор внешних взаимодействий. Внутренняя организация имеет несколько равновесных состояний.

Решающие — имеют постояннные критерии различения внешних воздействий и постоянные реакции на них.

Самоорганизующиеся - имеют гибкие критерии различения и гибкие реакции на внешние воздействия. Могут приспосабливаться к воздействиям. Обладают признаками диффузных систем, стохастичностью поведения и нестабильностью параметров и процессов. Способны незначительно изменять структуру. Например: биологические организации, коллективное поведение людей и т. д. Если по своей устойчивости превосходит внешние воздействия, то это предвидящие системы. То есть, могут предвидеть дальнейший ход событий.

Превращающиеся системы — воображаемые сложные системы на высшем уровне сложности, не связанные постоянством существующих носителей. Они могут менять вещественные носители и свою структуру, сохраняя индивидуальность.

Детерминированными называют системы, для которых их состояние однозначно определяется начальным моментом и может быть предсказано для любого последующего момента времени. Стохастические системы — системы, изменения в которых носит случайный характер. В этом случае, начальных данных для предсказания недостаточно.

Систему называют централизованной, если одной из её части принадлежит доминирующая (центральная) роль, которая и определяет функционирование.

Децентрализованными системами называют те системы, в которых компоненты одинаково значимы.

В производящих системах реализуются процессы получения продуктов или услуг. Такие системы делятся на вещественно-энергетические и информационные.

Управляющие системы — занимаются организацией и управлением вещественно-энергетических и информационных процессов.

Обслуживающие системы — занимаются поддержкой работоспособности производящих и управляющих систем.

Дата добавления: 2015-04-24