 |
Отношения (связи) в системе
|
|
|
|
Выше мы определили, что система состоит их элементов, которые образуют связи с другими элементами системы и другими системами. Определим теперь понятие действующего элемента.
Под действующим элементом Х мы будем понимать материальный объект, который определенным образом зависит от других материальных объектов и определенным образом сам воздействует на другие материальные объекты. Множество других материальных объектов будем называть средой данного действующего элемента (Ланге, 1969)
Если для системы окружающая среда – это другие системы и внешние факторы, то для действующего элемента окружающая среда – это другие элементы системы. Например, для почвы окружающая среда – это соседние почвы и климат, для горизонта почвы – это соседние горизонты.
Будем исходить при этом из следующих предположений.
1. Среда воздействует на действующий элемент, вызывая в нем некоторые состояния строго определенного рода: например, определенную температуру, влажность, кислотность, окислительно-восстановительный потенциал и т.д. Отдельные виды таких состояний назовем входами элемента Х.
2. Элемент Х воздействует на среду, принимая некоторые состояния определенного рода, например, определенную температуру, влажность, кислотность, окислительно-восстановительный потенциал и т.д. Отдельные виды таких состояний назовем выходами элемента Х.
3. Действующий элемент Х имеет, по крайней мере, один вход и один выход.
4. Состояние входов действующего элемента однозначно определяют состояние его выходов.
Предположения 1 и 2 равносильны утверждению, что элемент Х является «относительно обособленным». Это значит, что контакт элементов со средой происходит исключительно через его входы и выходы, других каналов контакта практически нет. Предположение 3 исключает из рассмотрения элементы без входов и выходов, так называемые монады. Оно исключает также и действующие элементы, имеющие одни только входы или только выходы, иными словами, исключительно активные и исключительно пассивные элементы. Предположение 4 связано с однозначностью отношения между состояниями входов и состояниями выходов элемента. Это отношение будем называть способом действия действующего элемента Х.
|
|
|
Примем с самого начала предположение о том, что количество входов и выходов каждого элемента конечно. Количество входов обозначим через m, а количество выходов – через n, причем и то, и другое – это натуральные числа. Согласно предположению 3, m ≥ 1 и n ≥ 1.
Тогда разность δ=n-m назовем диверсификацией действующего элемента Х.
Очевидно, что это целое число, причем могут иметь место следующие неравенства: δ>0, δ< 0, δ=0.
Действующие элементы системы соединяются связями в систему через свои входы и выходы. Выход одного элемента одновременно является входом другого действующего элемента. Простейшим типом соединения элементов в системе является открытая и незамкнутая цепь или так называемое отношение ряда по Д. Харвею (1974) (рис. 1, а).
Второй тип соединения элементов в систему – это замкнутая цепь (рис. 1, б). В замкнутой цепи существует такой действующий элемент, который связан с предшествующим ему элементом цепи связью. Такую обратную связь с предшествующим элементом в цепи связей назовем обратной связью. Следовательно, замкнутая цепь отличается от открытой наличием действующих элементов с обратными связями.
Один действующий элемент может быть связан с несколькими другим действующими элементами. Точно так же несколько элементов могут быть связаны с данным действующим элементом. В таких случаях мы будем говорить, что имеет ме2.6.1. Отношения (связи) в системе. Стр. 2
|
|
|
Обратная связь.
Обратная связь - это свойство системы, подсистемы или действующего элемента так реагировать на изменения состояния их входов (или входа), когда это изменение, проведенное через структуру системы (или ее элемент), ведет ко вторичному изменению состояния ее входов или входа. Это обеспечивает цикличность действия системы или подсистемы (рис. 2.4).
Одним из главных понятий теории систем, системного анализа и кибернетики является понятие обратной связи. Особенно важна обратная связь в процессах регулирования свойств природных и технических систем, в процессах формирования их устойчивости.
Обратная связь может быть прямой либо контурной:
В замкнутых системах обратная связь может проявляться в двух направлениях. Если обратное воздействие усиливает входное воздействие, то говорят о положительной обратной связи. Если обратное воздействие уменьшает входное воздействие, тем самым замедляя процесс изменения системы, то говорят об отрицательной обратной связи.
Приведем типичный пример положительной обратной связи в природе. Допустим, для системы "почва" в сибирских условиях усиливается такой вход, как увлажнение. Дополнительное увлажнение почв способствует поселению мхов, то есть заболачиванию. Образовавшийся торфяной горизонт на их поверхности из-за своей большой влагоемкости способствует увлажнению, усиливая входной сигнал (или входное воздействие).
Открытая незамкнутая цепь (а)
Замкнутая цепь (б)
| Разветвление выходов | Разветвление входов |
| 
|
Обратная связь (д)
Вполне очевидно, что многие системы с положительной обратной связью не могут существовать длительное время и саморазрушаются. Нарастание изменений системы происходит в направлении первоначального воздействия - возникает эффект "снежного кома", катящегося с горы.
Типичный пример отрицательного воздействия. На входе мы подкислили почву каким-либо мелиорантом. Подкисление вызывает дополнительное разрушение минералов группы кальция, что, в свою очередь, ведет к уменьшению кислотности среды.
Системы с обратными связями могут функционировать без запаздывания и с запаздыванием, последние называются инерционными системами. Свойства, накапливаемые в них, могут проявляться не сразу, а по истечении некоторого промежутка времени: как, например, в случае с заболачиванием. Для большинства природных систем (особенно высокого уровня иерархии) или их звеньев характерна большая инерционность, то есть постепенность изменения выходной величины (выхода) при мгновенном изменении состояния их входа. Компенсация запаздывания или, наоборот, его увеличение составляет основную задачу теории управления и автоматического регулирования.
|
|
|
сто разветвление связей. При этом в одном случае мы имеем дело с разветвлением выходов, а в другом случае – с разветвлением входов.
2.7. Цвет "ящика" как метод анализа систем
При изучении любых систем особое внимание обращается на соотношения между входными и выходными параметрами и переменными. Однако при анализе сложных систем природы не всегда возможно выявить все внутренние связи элементов системы, их свойства. В результате на первоначальном этапе изучения поведения системы или ее элемента исследуется только состояние ее входов и выходов, а система (элемент) представляется единым целым - "черным ящиком" (рис. 2.5). Естественно, что входные и выходные переменные мы выбираем осознанно в соответствии с поставленной научной или практической задачей и осознанно их измеряем и контролируем.
|
|
|
