 |
Вопрос 6. Эволюция систем
|
|
|
|
Свойства системы, фиксируемые в определённый момент времени, характеризуют её состояние. Формально это утверждение можно представить в следующей записи:
, 
, 
, 
, где 
интервал наблюдения
Если рассматривать функционирование системы как последовательную смену состояний: 
, то это можно интерпретировать как переходы от точки к точки в 
фазовом пространстве. Причём каждой реализации процесса соответствует своя фазовая траектория. Совокупность всех возможных состояний: 
называется пространством состояний системы. Состояния детерминированной системы в момент 
и 
полностью определяется начальными условиями 
, входными воздействиями 
, внутренними параметрами системы 
, воздействиями внешней среды 
, которые имели место в течение промежутка наблюдения 
. Процесс перемещения по фазовой траектории обычно записываются с помощью следующих векторных уравнений:
- уравнение состояния
- выход (эндогенная переменная 
)
Часто эти уравнения удобно представить в эволюционной форме:
Эволюция (развитие) – постепенное, непрерывное количественное изменение параметров состояния, подготавливающее качественный переход, например, превращение в систему иного класса. Под эволюцией технической системы понимают изменение (вследствие технического прогресса) их морфологии обеспечивающее повышение эффективности, надёжности и т.д либо приводящее (при деградации) к накоплению необратимых дефектов.
Уравнение движения по фазовой траектории запишем в общем виде:
.
Очевидно, что вместе с Z (t) будет меняться во времени и любая другая динамическая величина F (t, Z (t)). Взяв от неё полную производную, по времени находим:
в операторном виде F t = D t[ F (t, Z (t)]. Здесь D t – дифференциальный эволюционный оператор.
|
|
|
Теперь можно истолковать полную зависимость от времени как изменение F t вдоль фазовой траектории. Например, для замкнутых стохастических систем такой подход позволяет записать уравнение эволюции полной функции распределения:
В соответствии с определением системы через фрейм эволюция, в общем смысле, представляется изменением во времени слотов этого фрейма:
1. Элементы. Число элементов может изменяться, в этом случае говорят о кинетике – о системах с переменным числом элементов (миграция, генетический дрейф, износ (старение), динамика популяций, формирование элитных групп).
2. Связи. Эволюция связей выделяет системы с переменной структурой. В таких системах изменяется число и "сила" связей, возникают новые общности внутри системы, имеющие собственные целевые ориентации. Различные формы спонтанной и инициированной реструктуризации, синтез подсистем, возникновение диссипативных структур.
3. Границы – системы с переменной топологией системообразующей границы. Система-образующая граница изменяется при:
- смене критерия принадлежности;
- изменении действующих норм и правил;
- смене целевой ориентации;
- внешнем воздействии;
- накоплении внутренних "напряжений", несоответствий, противоречий.
4. Цели – адаптивные системы. Как правило, для сложных систем характерна множественность целей, кроме того, изменение предпочтений – это средство адаптации к изменяющимся внешним и внутренним условиям. Множество целей может содержать такие, которые не выражаются формально и находиться друг с другом в следующих отношениях:
- Цели нейтральны, поэтому по отношению к ним система рассматривается независимо.
- Цели кооперируются, систему достаточно рассматривать по отношению к одной цели, а остальные достигаются одновременно.
- Цели конкурируют, то есть достижение одной из них возможно лишь за счёт другой.
|
|
|
Реально, наблюдается некоторая смесь приведённых отношений, в этом случае систему рассматривают по отношению только к конкурирующим целям.
5. Процессы. Эволюция процессов отражает технологическое развитие. Оно может быть интенсивным или экстенсивным. Каждая ступень развития цивилизации формирует своё технологическое множество это: материалы, способы обработки, способы формообразования, соединения; виды энергии и энергетических обменов и т.д. В живой природе технологическое множество результат естественного отбора. Технологическое множество эволюционирует достаточно медленно, даже в условиях научно-технических революций системы успевают приспособиться.
6. Логика процессов. Эволюция логики достижения цели и форм организации процессов, как правило, определяется господствующей технологией, т.е. допустимой последовательностью необходимых действий для достижения заданной цели. Эта область архитекторов, конструкторов, производственников и т.д. В живой природе эволюция поведения определяется законом сохранения вида.
7. Ресурсы. Виды и качества ресурсов изменяются с изменением технологического множества. Сложные системы способны осуществлять эквивалентные взаимозамены (у живых существ это всеядность), подстраиваться под рыночные условия приобретения ресурсов. В большинстве случаев система стремится обеспечить максимальную эффективность реализации основной функции при минимальных затратах на ресурсы. Эволюция ресурсной базы управляет эволюцией большинства эргатических и биологических систем. Для технических систем расходование основного ресурса (безопасности) определяет срок службы. В процессе эксплуатации система расходует "безопасность" от некоторого исходного значения, при этом возможно пополнение (восстановление) ресурса как реакция на запрос. Как и для любого ресурса здесь возможен дефицит (префицит). В случае префицита говорят о запасе по безопасности, в случае дефицита о возникновении не компенсируемой опасности. Опасность материализуется в виде потока запросов не обеспеченных ресурсом. Предвестником аварии в этом случае является лавинообразное нарастание потока запросов не обеспеченных ресурсом, а следствием - исчерпание всех внутренних ресурсов и, как правило, разрушение системы.
|
|
|
Наиболее значимой в общесистемном смысле является эволюция сложности. Сложность выражается через такие характеристики как число степеней свободы, законы сохранения, память, размерность, иерархия, длина цепей связи. Кроме того, динамическое поведение системы тесно связано со структурой отдельных элементов и способом их организации. Сложность системы можно определить как меру проявления недостатка информации для предельно - эффективного управления ее поведением.
Всеобщим законом эволюции является закон «самосохранения»:
«Система стремиться сохранить себя как целостное образование, и, следовательно, экономно расходует основной ресурс».
Вопрос 7 стр 8 Определение систем
Система может быть представлена следующим кортежем:
,
который удобно отображать в виде фрейма, на рисунке 3 приведена одна из возможных схем такого представления:
Рис. 3 Структура категории «Система»
Во фреймовом представлении «Система» есть ничто иное, как языковая (вербальная) модель фрагмента реальности и, следовательно, различие целей и требований будет приводить к разным экземплярам этой модели. Данное определение системы является формальным, подходящим к многообразию реальных явлений.
Первый блок: «ЭЛЕМЕНТЫ, СВЯЗИ, СИСТЕМООБРАЗУЮЩАЯ ГРАНИЦА».
Отражает свойство целостности. Целостность – организованное множество элементов, их свойств и отношений, образующих структуру обеспечивающее определённое поведение в условиях окружающей среды.
Второй блок: «ЦЕЛЬ» (Критериальный принцип).
Фиксирует момент достижения запланированного результата. Представляет правило принятия решения по завершению исследования проблемы. Наиболее сложный и часто не формализуемый процесс, поскольку каждое решающее правило при уточнении постановки задачи может связываться с достижением множества целей образующих «дерево целей».
Третий блок:«ПРОЦЕССЫ»(Технологическое множество).
|
|
|
Множество возможных способов, действий, приемов, операций необходимых для достижения некоторой цели, состояния или получения некоторых свойств. Результатом операции является превращение одного объекта (или совокупности объектов) в другой объект, с другими свойствами.
Четвертый блок:«ЛОГИКА ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ»(Технологический граф смены состояний).
Представляет внутреннюю логическую структуру системы, возможность управления последовательностью технологических операций направленных на достижение цели. Последовательность действий и вытекающих из них событий, которые могут произойти с системой.
Пятый блок:«ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА» (Сетевой график производства работ).
Проекция технологического графа смены состояний на ось времени, т.е. представление жизненного цикла системы (возникновение - функционирование - уничтожение) через последовательность фаз или этапов; в этом блоке устанавливается контрольное значение продолжительности, в течение которого запланированная цель должна быть достигнута.
Шестой блок: «РЕСУРСЫ».
Источник (источники) «движущей (жизненной) силы» системы. В экономике «источники покрытия затрат». Капитал, фонд рабочей силы, энергетический, информационный, интеллектуальный, производственный, материальный, сырьевой, потребительский потенциал.
|
|
|
