Состав и структура системы. Способы описания структур

Введение.

Учебные вопросы (основная часть):

1. Состав и структура системы. Способы описания структур.

2. Целевое предназначение и эффективность систем.

Литература:

Основная:

1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. – М.: Высшая школа, 2005.

2. Дегтярев Ю.И. Системный анализ и исследование операций: Учебник для вузов по специальности АСОИУ. – М.: Высшая школа, 1996. – 335с. (Рек.МО)

Дополнительная:

1. Лебедев О.Т., Язвенко С.А. Основы системного анализа. Учебное пособие. –Ст.Пб.: Государственная инженерно-экономическая академия, 2000. –110с.

Учебно-материальное обеспечение:

1. Наглядные пособия: электронный конспект лекций

2. Технические средства обучения: интерактивная доска

Общие законы поведения, взаимодействия, самоорганизации, проявляющиеся в системах, могут рассматриваться как своеобразные условия их жизнеспособности. Эти условия вполне согласую с представлениями о целостности, завершенности и даже некоторой обособленности каждой системы, однако не дают ответа на вопрос, за счет чего достигаются ее желаемые качества. Нетрудно предположить, что многое здесь зависит от понимания причинно-следственных связей и отношений между материальными объектами внутри систем, т. е. от более детального изучения состава элементов входящих в ту или иную систему и формирующих ее структуру от (лат. structura — строение, расположение, порядок).

Понятия состава и структуры указывают на возможность членения (декомпозиции) данной системы на составные части, чем во многих случаях существуют разные способы отделения таких частей. Элементом обычно называется то, что уже не может или

быть разделено (например, диск колеса автомобиля, электронно-лучевая трубка телевизора, документ финансовой отчетности т п.)- Целесообразное объединение двух и более (но не всех) элементов представляет собой подсистему, выполняющую определенные функции (колесо в сборе, раздел отчетности, звуковой тракт телеприемника и др.). Таким образом, перечень самостоятельных элементов и подсистем характеризует состав системы.

Известная условность этих позиций и взглядов, выраженная отсутствии единых правил, которые помогали бы задавать элементы и сводить их в какую-либо подсистему, открывает путь неоднозначным оценкам состава одних и тех же систем. Так, одинаково верны утверждения «НИИ состоит из научных, производственных, административно-хозяйственных подразделений» «НИИ состоит из научных отделов, вычислительного центра, опытного производства, администрации и хозяйственных служб». Никаких опасностей подобные выводы в себе не содержат, они лишь обращают внимание на необходимость продуманного и взвешенного подхода к выбору того, что будет считаться элементом подсистемой в конкретных ситуациях.

Декомпозиция любой системы позволяет также выявить отношения, в которых находятся взаимодействующие подсистемы и элементы. Без этого нельзя говорить о принципах функционирования, степени надежности, ремонтопригодности, живучести и других полезных качествах, обеспечивающих эффект системности.

Совокупность отношений, заданных на множестве подсистем элементов, образующих некоторую систему, называется струк­турой этой системы.

Наличие структуры обеспечивает целостность объекта, способствует сохранению его основных свойств при различных внешних утренних изменениях. Из-за отмеченных, выше смысловых и терминологических неоднозначностей (подсистема есть, «укрупненный» элемент и т. д.) формирование структур происходит в основном умозрительно, без ix-либо точных расчетов, хотя попытки формализации соответствующих задач предпринимаются постоянно. Следовательно, одну { же систему можно представить различными структурами, водимый выбор которых согласуется с содержанием исследований проводимых в том или ином случае.

Распространенный способ описания структур — условное графическое изображение, в котором элементы и подсистемы обозна-либо точками, либо кружочками, либо прямоугольниками, связи между ними — прямыми или дугообразными линиями. Такое изображение, наглядно представляющее всю совокупность тентов и связей, называется структурной схемой системы. На рис. 1.5 показана структурная схема процессора вычислительной машины, объединяющая устройства управления оперативной памятью УОП и обработки команд OK₁, OK₂, а также блоки арифметики БА₁, БА₂, предназначенные операций сложения, умножения, деле и др. (количество БА может варьироваться в зависимости от типа ЭВМ. Стрелки указывают на двусторонние характер информационных обменов (отношений) между рассматриваемыми элементами (то же самое относится к системе в целом и ее внешнему окружению).

Рис. 1.5

Существующее разнообразие структурных схем находит отражение в терминах, подчеркивающих какие-либо особенности реальной системы. Так, стремление выделить главные черты сложных межэлементных взаимодействий позволяет говорить об архитектуре систем, стремление раскрыть их материальную сущность приводит к понятиям конструкции и чертежа (в общем и подробном восприятии системы), стремление выявить логику поведения предполагает разработку логических схем и т. д. Подобные уточнения важны практики системного анализа, так как создают конкретный образ изучаемого или создаваемого объекта во всех его проявлениях

Рис. 1.6

Наряду с этим прослеживается и противоположная тенденция связанная с поисками единой (унифицированной) формы представления структур. Здесь прежде всего можно говорить, естественно о графических построениях, в которых элементы системы обозначены точками, а связи между ними — линиями (дугами). На абстрактном уровне некоторое множество точек и соединяющих их дуг принято называть графом. Граф считается заданным, если за все указанные точки (являющиеся его вершинами) и все дуги 1.6, а). Граф называется ориентированным (рис. 1.6, б), если каждая дуга имеет «начало» и «конец» (т. е. изображается в виде стрелки).

Любые две вершины, соединенные дугой, являются смежными. Если окажется, что хотя бы одна пара смежных вершин соединена несколькими дугами, то образуется мультиграф (рис. 1.6, в). С этих точек зрения схема, показанная на рис. 1.5, может рассматриваться как некий граф, внешне ничем не выделяющийся среди многих других различия начнут проявиться при углубленном изучении конструктивных особенностей элементов, физики процессов и т. д.

Высокая степень обобщений способствовала ускоренному развитию теории графов в последние десятилетия. Сформированные понятия и методы дали возможность исследовать системы различной структуры независимо от природы входящих в них элементов. Это, в свою очередь, позволило выявить и наглядно отразить причинно-следственные связи между названными элементами, их характеристиками, параметрами различных процессов, что в большинстве случаев и составляет предмет исследования.

Графовое представление структур универсально по своим изобразительным возможностям и разнообразию отображаемых ситуаций. Вместе с тем накопленный практический опыт указывает распространенность ряда типичных вариантов структуры, сложившихся естественным путем или периодически воссоздаваемых искусственно. Сюда относятся линейная структура (рис. 1.7, а) строго упорядоченным подчинением одних элементов другим

Рис. 1.7

(распространена в формированиях армейского типа, механических, устройствах с движущимися частями и т. п.); древовидная (ветвящаяся) структура (рис. 1.7, б) как объединение многих линейных подструктур (характерна для общественно-политических организаций, строительных конструкций и прочих иерархических систем с многоуровневой подчиненностью); кольцевая циклическая структура (рис. 1.7, в) с замкнутыми контурами в соответствующих графах (присуща любым системам с обратной связью, сложным химическим соединениям и др.); матричная структура (рис. 1.7, г) с геометрически правильным пространственным расположением элементов и их способностью реагировать лишь на определенные сочетания внешних воздействий или запросов (встречается в запоминающих устройствах ЭВМ, разного рода таблицах и т.д.) сетевая структура (рис. 1.7, д) с многочисленными межэлементными связями, зачастую дублированными, образующими неповторимые конфигурации и поэтому не всегда хорошо упорядоченными дорожная сеть какого-либо региона, сети связи, сети ЭВМ). Очевидно, границы между приведенными разновидностями структур, вольно размыты и установлены скорее на основе зрительного восприятия, чем научного анализа. Можно лишь заметить, что о, структуры являются обобщением других или включают их в себя, приобретая тем самым определенное своеобразие и новые качества.

В некоторых случаях удается сравнительно просто задать ношения между элементами исследуемой или проектируемой си мы, и тогда упрощаются способы описания структур. В частности, графический способ (см. рис. 1.6 — 1.7) может быть дополнен личным, отражающим в числовой форме все учитываемые взаимосвязи. Пусть для определенности рассматривается группа из шести предприятий, участвующих в разработке крупного технического проекта. Каждое предприятие выполняет только свойственные функции, и проект будет создан лишь при условии надлежащего взаимодействия между участниками работ (т. е. при условии их объединения в систему). Если i-е предприятие сотрудничает c j-м предприятием, то между ними устанавливаются деловые отношения, и этот факт условно обозначается символом «1»; если необходимости в сотрудничестве нет, то вводится символ «0». В результате структура предполагаемой системы определяется матрицей инциденций (совпадений):

	Предприятия
I	II	III	IV	V	VI
I
II
III
IV
V
VI

Несмотря на внешнюю простоту ситуации, графовое представление данной структуры менее наглядно (довольно много пересекающихся дуг), и уже это одно оправдывает обращение матричной форме записи необходимых сведений.

В более сложных случаях матрицы инциденций оказываются лее информативными. Так, попытки выявить особенности взаимодействия малоизученных социальных групп, сообществ животных, экологических образований приводят к выводам, которые всегда очевидны. Например, экосистема «хищники — жертвы», включающая в себя в качестве элементов соответственно человека, тигра, орла, а также лося, зерно, домашний скот, растительность, мелкую птицу, характеризуется тем, что определенный хищник выбирает определенную жертву (символ «1») или пренебрегает ею (символ «0»). В итоге формируется матрица, дающая добавление о структурных свойствах рассматриваемой экосистемы, Указывающая ее «узкие места», опасные сочетания условий существования видов и т. п.

	Лось	Зерно	Домашний скот	Растительность	Птица
Человек
Слон
Тигр
Орел

Таким образом, понятие структуры приближает исследователя пониманию проблемы сложности систем во всей ее неоднозначности (а иногда и противоречивости). Проявления сложности многогранны и могут анализироваться с разных позиций, отражающих целевое предназначение системы, и ее поведение, и управляемость, и пространственно-временные масштабы, и разветвленность внутрисистемных связей, и отношения с внешней средой. В этом соединены многоаспектность и целостность системного анализа как наука.

Дата добавления: 2014-01-07