Взаимосвязь функций и структуры сложной системы

Понятие функции системы. Классификация функций сложной системы

Функциональность систем

Развитие общества постоянно сопровождается возникновением различного рода потребностей, которые материализуются и удовлетворяются современными искусственными системами. Такое назначение системы предопределяет реализацию системой определенной совокупности функций.

Функция системы характеризует проявление ее свойств в данной совокупности отношений и представляет собой способ действия системы при взаимодействии с внешней средой. Функция системы является проявлением свойств, качеств системы во взаимодействии с другими объектами системного и не системного характера. Наиболее общее истолкование функции как внешнего проявления свойств объекта в определенной совокупности отношений позволяет рассматривать функции, как совокупность собственно функциональных возможностей системы, и как совокупность их свойств, которые могут быть выражены как качественными, так и количественными характеристиками.

Понятие функции близко к понятию цели, они тесно связаны друг с другом. При рассмотрении цели системы с позиций системы более высокого уровня, цель может рассматриваться как функция по отношению к другой системе.

Понятие функции можно трактовать и таким образом: назначение элемента, подсистемы, системы по отношению к другим элементам, подсистемам, среде.

Основные функции системы (макрофункции) определяют функции, реализуемые элементами (микрофункции). Различают следующие виды организации системы.

Функциональная организация – это совокупность функций системы, связей и отношений между ними. Это структура системы на основе функций. Она выражает проявление свойств системы во внешней среде.

Структурная организация – это совокупность элементов, связей и отношений между ними, т.е. структура системы на основе элементов (и подсистем).

Функционально-структурная организация системы может рассматриваться как единство функциональной и структурной организации. Она выражает как особенности строения и взаимодействие системы с внешней средой, так и внутреннее взаимодействие элементов в процессе функционирования системы. Функциональная организация системы может быть описана алгоритмически, графически, таблично, с помощью временных диаграмм и словесно (вербально). Для описания структурной организации используется графическое или табличное представление связей между элементами.

Все функции, реализуемые сложной системой, могут быть условно разделены на три группы: целевая функция, основные (базовые) функции и дополнительные функции.

Целевая функция соответствует основному функциональному назначению системы.

Основные функции отражают ориентацию системы и представляют набор макрофункций, реализуемых системой. Они обуславливают существование систем определенного класса.

Дополнительные функции расширяют функциональные возможности системы, сферу применения. Обычно они рассматриваются как сервисные, повышающие эффективность и уровень эксплуатации систем. Деление на основные и дополнительные функции является условным, и при определенных требованиях к создаваемой системе дополнительные функции могут переходить в разряд основных. Для относительно простых систем целевая функция и основная функция могут совпадать.

Функции и структура систем находятся в диалектической взаимосвязи и оказывают влияние друг на друга в процессе развития систем. Однако роль функции как более подвижной (более гибкой, более изменчивой) стороны этой взаимосвязи является первичной в процессе развития.

Это наиболее очевидно проявляется для технических систем (ТС). Каждая ТС должна экономично и эффективно реализовать заданную совокупность функций, т.е. удовлетворять определенным функциональным требованиям. При не выполнении этих условий система либо перестает существовать, либо требует создания дополнительных подсистем для удовлетворения полного набора функций. Если в процессе проектирования не придается должного внимания даже второстепенным функциям, система становится не эффективной в процессе эксплуатации и обречена.

Закономерность первичности функционального назначения создаваемой системы и вторичность ее структурной организации обуславливает необходимость функционально-структурного подхода к созданию систем.

Функционально-структурный подход является естественным и единственно возможным при создании развивающихся систем. Функциональное назначение системы и условия её функционирования определяют структурную организацию ТС. Она может удовлетворять своему функциональному назначению при различных структурных организациях. Между реализуемыми функциями и структурой системы не существует взаимно однозначного соответствия.

Исследование процессов возникновения, развития и разрешения противоречий между функциями, реализуемыми системой, и соответствующими структурами, предназначенными для реализации этих функций, является исключительно важным для диалектической теории развития систем. Во взаимосвязи функции и структуры функции отводится, как правило, ведущая, определяющая роль, а структура трансформируется, видоизменяется в соответствии с реализуемыми функциями и конкретными условиями функционирования системы. Т.о. имеется объективная, субординация функции и структуры, соответствующая субординации содержания и формы.

Структурно – функциональный подход (СФП) – обязан классическим работам в области биологии, техники, программирования и экономики. Исследователи с целью изучения поведения сложных систем выделяют отдельные структурные уровни подсистемы, определяют их функциональное назначение. Сложный объект последовательно декомпозируется на отдельные составляющие, с целью анализа процессов, происходящих в элементах системы. Любая декомпозиция целого неизбежно связана с утратой определенной части знаний об объекте. СФП, несмотря на свою полезность, при грубой аппроксимации структуры и функций может привести к принципиальным ошибкам в анализе сложных систем. СФП предполагает первичность структурного аспекта организации в том смысле, что при его отсутствии система исчезает.

При создании систем основным является рассмотрение развития функций и структуры системы с целью синтеза структуры, наилучшим образом удовлетворяющей функциональному назначению и заданным показателям качества. Функционально-структурный подход (ФСП) в отличие от СФП основывается на предположении первичности функционального назначения системы по отношению к ее структурной организации.

Функциональная организация системы – это совокупность функций системы и связей между ними. Структурная организация характеризует инвариантный аспект состава системы и связи между ее элементами. Целостность подхода к анализу и синтезу многоуровневых систем обеспечивается формированием дерева функций, представляющего декомпозицию целевой функции системы. В процессе многоуровневой декомпозиции формируются основные и дополнительные функции, реализуемые отдельными подсистемами, а также макро и микрофункции отдельных элементов, находящихся на различных уровнях функционально-структурной организации системы. Важной отличительной особенностью ФСП является совместный учет при анализе и синтезе систем вещественных, энергетических и информационных потоков как внутри системы между элементами и отдельными подсистемами, так и в процессе обмена системы с внешней средой.

В автоматизированных системах проектирования для описания функционально-структурной организации используется аппарат теории графов.

Основу описания функционально-структурной организации составляет дерево функций, предоставляющее собой многоуровневую декомпозицию макрофункций системы.

Дата добавления: 2014-01-06