Общие понятия теории систем

 

В настоящее время используют различные определения понятия «система», в зависимости от контекста, области знаний и целей исследования.[1 – 12]. Различают дескриптивное, конструктивное определение системы или их сочетания.

Дескриптивное (описательное) определение системы играет познавательную роль и указывает на отличие системного объекта от несистемного. Примеры дескриптивных определений:

- Систе́ма (от др.-греч. σύστημα – целое, составленное из частей; соединение) – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.

- Система – комплекс взаимодействующих компонентов.

- Система – совокупность элементов, находящихся в определённых отношениях друг с другом и со средой.

- Система – множество взаимосвязанных элементов, обособленное от среды и взаимодействующее с ней, как целое.

Конструктивное определение системы указывает на построение системы путём выделения её из окружающей среды. Примеры конструктивных определений:

- Система – комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей.

- Система – отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания.

- Система – совокупность интегрированных и регулярно взаимодействующих или взаимозависимых элементов, созданная для достижения определенных целей, причем отношения между элементами определены и устойчивы, а общая производительность или функциональность системы лучше, чем у простой суммы элементов.

- Система – конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, которые выделяются из окружающей среды в соответствии с поставленной целью в рамках определенного временного интервала ее реализации.

Отличие конструктивных определений состоит в наличии цели существования или изучения системы.

Рассмотрим основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем.

Элемент (объект) – простейшая неделимая часть системы, позволяющая детально рассмотреть систему в рамках решаемой задачи. Иначе, элемент – это предел деления системы с точек зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Связи между элементами в системе превосходят по силе связи этих элементов с элементами, не входящими в систему, что позволяет выделить систему из среды.

Целостность (эмерджентность) – важнейшая характеристика системы, заключающаяся в существовании интегративных качеств, не свойственных ни одному ее элементу в отдельности и присущих системе в целом. Систему нельзя сводить к простой совокупности элементов.

Подсистема – совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции (подцели), направленные на достижение общей цели системы. Подсистема отличается от простой совокупности элементов, не объединенных целью и свойством целостности. Для простой группы элементов, у которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности, используется название «компоненты»

Структура – происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Структура – это совокупность элементов и связей между ними. Часто структуру представляют в виде иерархии.

Иерархия – это упорядоченность компонентов по степени важности. Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня (отношения древовидного порядка). Такие иерархии называют иерархиями типа «дерева» или сильными. Они являются удобным средством представления систем управления. Если существуют связи и в пределах одного уровня иерархии, т. е. один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня, то такие структуры называют иерархическими структурами «со слабыми связями». Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения, например, типа:

- «страт (уровни абстрагирования при описании систем)»;

- «слоев (уровни сложности принимаемых решений при достижении глобальной цели)»;

- «эшелонов (четко выделенные семейства управляющих и подчиненных элементов)».

Таким образом,структураявляется иерархической, если выполняются следующие условия:

1) каждая подсистема является либо управляющей или подчиненной, либо управляющей и подчиненной одновременно;

2) существует, по крайней мере, одна только подчиненная подсистема;

3) существует только одна управляющая подсистема;

4) любая подчиненная подсистема непосредственно взаимодействует только с одной управляющей.

Связь входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение целостных ее свойств.

Связи – отношения между элементами системы, которое обеспечивают возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Связь характеризует строение (статику) и функционирование (динамику) системы.

Связь характеризуется направлением, силой, характером (или видом), местом приложения. По направлению связи делят на направленные и ненаправленные. По силе – на сильные и слабые. По характеру – на связи подчинения, генетические (порождения), равноправные (или безразличные), связи управления. По месту приложения – внутренние и внешние. По направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах – прямые и обратные. Важную роль в системах играет понятие «обратной связи». Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.

Функция – деятельность, работа, внешнее проявление свойств какого-либо объекта в данной системе отношений. Функции классифицируются по различным признакам в зависимости от целей исследования.

Свойства – качества параметров объектов, т.е. внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте. Свойства дают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. Свойства могут изменяться в результате функционирования системы.

Состояние системы – совокупность существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени. Это мгновенная характеристика (остановка в развитии) системы, которая обеспечивает определение знания свойств системы в конкретный момент времени.

Состояние определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через параметры, свойства, характеристики системы.

Поведение – изменение состояния системы, исходом которого является некоторый результат. Термином «поведение» пользуются при описании человеко-машинных или организационных систем. Для технических систем используют понятие «процесса» в системе.

Внешняя среда – множество элементов, которые не входят в состав системы, но оказывают на нее определенное воздействие и определяют условия ее функционирования.

Модель – описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания – детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий. Модель функционирования (поведения) системы – это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени.

Равновесие – это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго (неопределенно длительное время).

Устойчивость – способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была выведена из этого состояния под влиянием внешних возмущающих воздействий. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называется устойчивым состоянием равновесия. Для технических систем понятие устойчивости может быть определено строго. Для человеко-машинных и организационных систем этим понятием пользовались только для некоторого предварительного описательного представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организационных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.

Процесс – совокупность последовательных изменений состояний системы, обеспечивающая достижение цели.

Развитие – последовательное изменение состояний системы от некоторого зафиксированного момента времени. Характер этих изменений определяется процессами, идущими в системе, взаимодействием с окружающей средой. Изменения могут быть монотонными, скачкообразными, с повторением уже пройденных состояний (циклическое развитие).

Цель – ключевое понятие системного анализа, лежащее в основе развития системы и обеспечивающее ее целенаправленность (целесообразность). Цель можно определить как желаемый результат деятельности, достижимый в пределах некоторого интервала – времени. Если указан срок достижения цели и конкретизированы количественные характеристики желаемого результата, то цель становится задачей, стоящей перед системой. Цель достигается в результате решения задачи или ряда задач, если исходная цель может быть подвергнута разделению на некоторую совокупность более простых (частных) подзадач. Цель – это идеальный результат деятельности в будущем, который определяет то, ради чего создают систему. В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как «заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека».

Системы обладают определенными закономерностями, такими как: целостность и обособленность; коммуникативность, иерархичность.

Целостность и обособленность. Закономерность целостности проявляется, если: взаимоотношения системы как целого со средой, отличны от взаимодействия со средой отдельных элементов; свойства системы не являются суммой свойств ее элементов; свойства системы зависят от свойств составляющих ее элементов. Таким образом, если каждая часть так соотносится с каждой другой частью, что изменения в некоторой части вызывают изменения во всех других частях и в системе целом, то говорят, что система ведет себя как целостность или как некоторое связанное образование. Если же этого не происходит, то такое поведение называется обособленным. Если в процессе развития изменения в системе приводят к постепенному переходу от целостности к обособленности, то система подвержена прогрессирующей изоляции.

Коммуникативность. Большинство систем существуют не в изоляции, а связаны множеством коммуникаций с внешней средой.

Иерархичность – последовательная декомпозиция исходной системы на ряд уровней с установлением отношения подчиненности нижележащих уровней вышележащим. Каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы). Наличие иерархии в структуре системы является признаком высокого уровня организации. Все сложные высокоорганизованные системы (например, система управления) обладают иерархической структурой.

Адаптация – это способность системы обнаруживать целенаправленное приспосабливающееся поведение в сложной среде, а также сам процесс такого приспособления. Адаптация проявляется в качестве саморегулирования, самообучения, самоорганизации и совершенствования.

Принцип адаптации системы реализуется через «механизм обратной связи». Обратная связь является основой саморегуляции, самоорганизации, развития системы, приспособления ее к меняющимся условиям существования. Обратная связь по виду воздействия на систему бывает:

- прямая

- обратная;

по способу воздействия на систему:

- положительная

- отрицательная.

Признаки систем

Основные признаки систем:

- целостность – нарушение целостности приводит к исчезновению системы, хотя элементы системы и даже некоторые отношения между ними могут быть сохранены;

- наличие структуры системы (подсистем и связей между ними) – с исчезновением подсистем или связей между ними может исчезнуть и сама система;

- возможность выделения из внешней среды – обособленность от тех факторов среды, которые в достаточной мере не влияют на достижение цели;

- связи с внешней средой, используемые для обмена ресурсами;

- подчиненность цели – целенаправленность;

- эмерджентность – несводимость свойств системы к свойствам элементов;

- увеличение разнообразия типов частей системы и выполняемых ими функций;

- усложнение функционирования;

- сложность поведения, нелинейность характеристик;

- повышение уровня автоматизации – увеличение степени относительной самостоятельности системы в ее поведении;

- нерегулярное, статистически распределенное во времени поступление внешних воздействий;

- наличие в ряде случаев состязательного момента – необходимость учета конкуренции отдельных частей;

- многоаспектность (техническая, экономическая, социальная, психологическая);

- контринтуитивность – причина и следствие жестко однозначно не связаны ни во времени, ни в пространстве;

- нелинейность – синергетика.

 

Классификация систем

 

Системы классифицируют по различным признакам в зависимости от решаемой задачи. Целью любой классификации является ограничение выбора описания исследуемой системы, для применения к выделенному классу систем адекватных методов анализа. Таким образом, любая классификация условна, относительна и служит текущим потребностям проводимого исследования, направленного на упорядоченное представление знаний о свойствах изучаемых систем по выбранным классификационным признакам.

Традиционно системы классифицируются следующим образом:

1) по виду отображаемого объекта – технические, биологические, и др.;

2) по виду научного направления – математические, физические, химические и др.;

3) по происхождению – естественные (живые, неживые и т.д.), искусственные (орудия, механизмы, автоматы и т. д.), виртуальные (воображаемые, реально не существующие, но функционирующие так же, как в случае, если бы они существовали);

4) по наличию случайных факторов – детерминированные и стохастические;

5) по наличию взаимосвязи с внешней средой – открытые (есть обмен ресурсами с окружающей средой) и закрытые (нет обмена ресурсами с окружающей средой);

6) по степени изменчивости – статические, динамические, развивающиеся;

7) по происхождению – естественные, искусственные;

8) по степени сложности – простые, сложные, большие;

9) по характеру поведения – управляемые, неуправляемые;

10) По способу управления системой (в системе):

a. управляемые извне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально);

b. управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые – программно управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые – приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний, и самоорганизующиеся – изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов);

c. с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

11) По описанию переменных системы:

a. с качественными переменными (содержательное описание);

b. с количественными переменными (дискретно или непрерывно описываемые количественным образом переменные);

c. смешанного (количественно-качественное) описания.

12) По типу описания закона (законов) функционирования системы:

a. типа «Черный ящик» (неизвестен полностью закон функционирования системы; известны только входные и выходные сообщения);

b. не параметризованные (закон не описан; известны лишь некоторые априорные свойства закона; описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров);

c. параметризованные (закон известен с точностью до параметров и его можно отнести к некоторому классу зависимостей);

d. типа «Белый ящик» (полностью известен закон).

13) по степени участия человека– технические (автоматические), организационно-технические (автоматизированные), организационные.

14) по степени организованности – хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), самоорганизующиеся системы.

Классификации всегда относительны. Так в детерминированной системе можно найти элементы стохастических систем.

В таблице 1.1 представлены принципы классификации, предлагаемые различными авторами.

Таблица 1.1 – Признаки классификации систем

Признак классификации систем	Наименование систем	Содержание систем
Степень взаимодействия системы с внешней средой	Изолированные системы	Системы, не имеющие с внешней средой прямой и обратной связи (без входа и выхода)
Закрытые системы	Системы, имеющие с внешней средой одностороннюю связь (вход или выход)
Открытые системы	Системы, имеющие с внешней средой прямую и обратную связи (вход и выход)
Размер системы	Малые системы	Системы с числом единичных компонентов менее 30
Средние системы	Системы с числом единичных компонентов от 31 до 300
Большие сложные системы	Системы с числом единичных компонентов свыше 301
Виды систем	Космические системы	Солнечная система
Биологические системы	Живые организмы
Технические системы	Изделия, состоящие из сборочных единиц и деталей, выполняющие заданные функции
Социально-экономические системы	Комплексные структуры, состоящие из экономических, производственно-технических и социальных структур.
Экосистема	Совокупность факторов природной среды, методов и средств обеспечения ее жизнедеятельности по сохранению планеты Земля
Логические системы	Совокупность факторов и условий, определяющих последовательность мышления и умозаключений при анализе какого-либо явления
Степень свободы системы по отношению к внешней среде	Относительно самостоятельные, юридически и физически независимые системы	Системы, функционирующие самостоятельно и выполняющие заданные функции
Несамостоятельные системы (подсистемы)	Системы (подсистемы), входящие в глобальную систему жестко как неотъемлемый компонент (например, сотрудник отдела или двигатель автомобиля)
Уровень специализации системы	Комплексные системы	Системы, выполняющие весь комплекс функций или работ по стадиям жизненного цикла объекта
Специализированные системы	Системы, специализирующиеся на выполнении одной функции или работы на одной стадии жизненного цикла объекта
Продолжительность функционирования системы	Системы кратковременного действия	Системы, функционирующие короткий промежуток времени, или разового применения
Дискретные системы	Системы, функционирующие определенный промежуток (интервал) времени
Долговременные системы	Системы длительность функционирования которых практически не ограничена
Способ описания системы	Детерминированные	Системы, поведение которых точно описывается однозначной функцией
Стохастические (вероятностные)	Системы, поведение которых описывается в терминах распределения случайных величин или вероятностей
Нечеткие (описательные)	Системы, поведение которых описывается качественно, а не количественно
Тип величин, используемых в системе	Физические	Системы, имеющие вещественную субстанцию
Абстрактные	Системы, имеющие логическую, математическую и другие виды невещественной субстанции

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: