 |
Процесс функционирования системы
|
|
|
|
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
по дисциплине «Основы автоматизации организационного управления»
по направлению 230100 профиль «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
Часть 1
Обсуждена на заседании кафедры
(предметно-методической секции)
«___» _______________ 2007 г.
Протокол № _____
МГУПИ — 2011 г.
Оглавление
Раздел № 1 «СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ». 3
СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ. СВОЙСТВА. 3
ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ... 3
ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ... 6
ПРОЦЕСС ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ... 7
СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ... 7
ПОНЯТИЕ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ... 9
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ.. 10
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ... 11
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМ... 14
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД. 14
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ. 17
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.. 21
ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.. 21
ЦЕЛЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.. 22
ЗАКОН УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ.. 24
ЗАДАЧИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.. 26
Раздел №2 «ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ». 38
ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.. 38
ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ОРГАНИЗАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ.. 39
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИОННОМУ УПАВЛЕНИЮ... 42
МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.. 45
СПЕЦИФИКА ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 49
Раздел № 1 «СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ»
СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ. СВОЙСТВА.
ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ
Будем использовать понятие системы, которое учитывает такие важные составляющие любого материального объекта, как элемент, связи, взаимодействия, целеполагание.
 |
Рис. 1. Понятие системы
Система - множество составляющих единство элементов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, образующие присущую данной системе целостность, качественную определенность и целенаправленность.
|
|
|
По определению элемент - это составная часть сложного целого. Сложное целое - это система, которая представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов.
Элемент - неделимая часть системы.
Элемент - часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению ко всей системе и неделимая при данном способе выделения частей. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения.
Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами и внешней средой.
Множество А элементов системы можно описать в виде:
А = {ai}, i = 1,..., n,
где ai - i-й элемент системы;
n - число элементов в системе.
Каждый ai элемент характеризуется m конкретными свойствами Zi1,..., Zim (вес, температура и т.д.), которые определяют его в данной системе однозначно.
Совокупность всех m свойств элемента ai будем называть состоянием элемента Zi:
Zi = (Zi1, Zi2, Zi3,..., Zik, …, Zim)
Состояние элемента, в зависимости от различных факторов (времени, пространства, внешней среды и т.д.), может изменяться.
Последовательные изменения состояния элемента будем называть движением элемента.
Связь - совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами - это значит выявить наличие зависимостей их свойств.
Множество Q связей между элементами ai и aj можно представить в виде:
Q = {qij}, i,j = 1... n.
Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний характер.
Взаимосвязи - совокупность двухсторонних зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы.
Взаимодействие - совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.
|
|
|
Структура системы - совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.
D = {А, Q}.
Структура является статической моделью системы и характеризует только строение системы и не учитывает множества свойств (состояний) ее элементов.
Система существует среди других материальных объектов, которые не вошли в систему и которые объединяются понятием «внешняя среда» - объекты внешней среды.
Вход характеризует воздействие внешней среды на систему, выход - воздействие системы на внешнюю среду.
По сути дела, очерчивание или выявление системы есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система - объект анализа (синтеза), а другая - как внешняя среда.
Внешняя среда - набор существующих в пространстве и во времени объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на систему.
Внешняя среда - это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.
Для данной системы внешняя среда (окружение) есть множество предметов вне системы:
1) изменение признаков которых влияет на систему;
2) признаки которых изменяются вследствие поведения системы.
Решение задачи отнесения предметов к самой системе или к ее окружению является в значительной мере произвольной и зависит от целей изучения системы. Общая проблема выделения окружения весьма сложна. Для того, чтобы указать окружение полностью, необходимо знать все факторы, воздействующие на систему или испытывающие воздействие с ее стороны. Это задача также сложна, как и указание самой системы.
При определении границ системы и ее окружения часто используют метод абстрагирования или идеализации. При использовании этого метода в систему и ее окружение включают те предметы, которые кажутся наиболее важными, описывают связи между ними возможно точнее и исследуют наиболее интересные признаки, пренебрегая теми, которые не играют существенной роли.
Этот метод широко используется в физических и химических исследованиях. Например, пружины без массы, воздух без трения, идеальные газы и т.п.
|
|
|
При создании технических систем в окружение системы включаются следующие универсальные факторы: - состояние технологии; - естественное окружение; - политика организации; - экономические условия для новых технологий; - человеческий фактор.
Примечание: Можно рассмотреть примеры взаимного влияния системы и окружения. Возникновение информационных технологий и изменение общества, как заказчика и потребителя информационных услуг.
ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ
Структура системы есть устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей.
Структура системы отражает порядок вхождения элементов в подсистемы, а затем последовательное объединение подсистем в целостную систему. Эта структура всегда парно-иерархического типа и имеет не менее двух уровней: старший уровень - система; младший уровень - элемент.
Классификация видов структур:
1). В зависимости от характера организации в системе элементов и их связей выделяют три типа структур: сетевую, иерархическую, скелетную.
2). В плане пространственной организации различают структуры: - плоские; - объемные; - рассредоточенные, когда элементы равномерно распределены в пространстве; - локально сосредоточенные.
3). По временному признаку выделяют: - Экстенсивные структуры, в которых с течением времени происходит рост числа элементов; - интенсивные структуры, в которых происходит рост числа связей и их мощи при неизменном числе элементов; - редуцирующие, противоположные экстенсивным; - деградирующие, противоположные интенсивным; - стабильные.
Структура является наиболее консервативной характеристикой системы.
Функция есть действие, поведение, деятельность системы
Функция элемента возникает как реализация его системоопределенных свойств и при формировании элемента и его связей в системе.
Функция системы или набор функций возникает как специфическое для каждой системы порождение всего комплекса функций и дисфункций элементов ее составляющих.
Любой элемент обладает огромным количеством свойств. Одни из этих свойств при формировании связей подавляются, другие приобретают ярко выраженных характер. Однако степень подавления системонезначащих свойств элементов, как правило, не бывает полной. В связи с этим при формировании системы возникают не только «полезные функции», обеспечивающие сохранение системой ее качественной особенности, но и дисфункции, негативно влияющие на функционирование системы.
|
|
|
Основными системными характеристиками функций являются:
- совместимость на элементном уровне;
- изменчивость (лабильность);
- возможность активизации на свойствах элементов;
- интенсивность (выраженность);
- степень детерминированности.
ПРОЦЕСС ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ
СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ
Состояние системы - совокупность состояний ее n элементов и связей между ними (двухсторонних связей не может быть более чем n(n - 1) в системе с n элементами). Если связи в системе неизменны, то ее состояние можно представить в виде
Z = (Z1, Z2, Z3,..., Zk,..., Zn)
Задание конкретной системы сводится к заданию ее состояний, начиная с зарождения и кончая гибелью или переходом в другую систему.
Реальная система не может находиться в любом состоянии.
На ее состояние накладывают ограничения - некоторые внутренние и внешние факторы (например, человек не может жить 1000 лет).
Возможные состояния реальной системы образуют в пространстве состояний системы некоторую подобласть (подпространство) - множество допустимых состояний системы.
Входы системы - различные точки приложения влияния (воздействия) внешней среды на систему называются входами Х; системы.
Входами системы являются информация, вещество, энергия, которые подлежат преобразованию.
Входные воздействия, изменяющиеся с течением времени, образуют входной процесс. Входной процесс можно задать, если каждому моменту времени поставить в соответствие, по определенному правилу, входное воздействие.
Обобщенным входом Х называют некоторое (любое) состояние всех r входов системы, которое можно представить в виде вектора:
Х = (X1, Х2, Х3,..., Xk,..., Хr).
Выходы системы - различные точки приложения влияния (воздействия) системы на внешнюю среду называются выходами Yj системы.
Выход системы - это результат преобразования информации, вещества и энергии.
Выходные величины изменяются с течением времени, образуя выходной процесс.
Обратная связь - то, что соединяет выход со входом системы и используется для контроля за изменением выхода.
Ограничения системы - то, что определяет условия реализации процесса (процесс - последовательность операций по преобразованию чего-либо, т.е. то, что преобразует вход и выход).
|
|
|
Ограничения бывают внутренними и внешними. Одним из внешних ограничений является цель функционирования системы. Примером внутренних ограничений могут быть ресурсы, обеспечивающие реализацию того или иного процесса.
Движение системы - процесс последовательного изменения состояния системы.
Вынужденное движение - движение системы под влиянием внешней среды, которое приводит к изменению ее состояния. Вынужденное движение (пример) - перемещение ресурсов под действием приказа (поступившего в систему извне).
Собственное движение - движение системы без воздействия внешней среды (только под действием внутренних причин). Собственным движением человека будет его жизнь как биологического (а не общественного) индивида, т.е. питание, сон, размножение.
ПОНЯТИЕ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ
Процесс - совокупность последовательных изменений состояния системы для достижения цели.
Входной процесс - множество входных воздействий, которые изменяются с течением времени.
Функции входных процессов - задание, по определенному правилу, в определенные моменты времени, управляющих воздействий.
Выходной процесс - множество выходных воздействий на окружающую среду, которые изменяются с течением времени.
Воздействие системы на окружающую среду определяется выходными величинами (реакциями). Выходные величины изменяются с течением времени, образуя выходной процесс, представляющий определенную функцию.
Функции выходных процессов - задание, по определенному правилу, в определенные моменты времени, выходных величин (реакций) системы.
Изменение состояния происходит с течением времени, образуя движение системы.
Функцией входа является возбуждение той силы, которая обеспечивает систему энергией, материалом, информацией, поступающей в процесс.
Пример входных процессов показан на рис. 2.
Рис. 2. Процессы системы
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Единственное назначение подсистем обратной связи - изменение идущего процесса.
Рис. 3 Обратная связь
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
Для выделения классов систем могут использоваться различные классификационные признаки, основными из них считаются: природа элементов, происхождение, длительность существования, изменчивость свойств, степень сложности, отношение к среде, реакция на возмущающие воздействия, характер поведения и степень участия людей в реализации управляющих воздействий. Классификация систем представлена в табл.
Таблица 1.1 Классификация систем
| № п/п | Имя классификационного признака | Значение классификационного признака (имя класса) |
| Природа элементов | Реальные (физические) Абстрактные | |
| Происхождение | Естественные Искусственные | |
| Длительность существования | Постоянные Временные | |
| Изменчивость свойств | Статические Динамические | |
| Степень сложности | Простые Сложные Большие | |
| Отношение к среде | Закрытые Открытые | |
| Реакция на возмущающие воздействия | Активные Пассивные | |
| Характер поведения | С управлением Без управления | |
| Степень связи с внешней средой | Открытые Изолированные Закрытые Открытые равновесные Открытые диссипативные | |
| Степень участия в реализации управляющих воздействий людей | Технические Человеко-машинные Организационные |
По природе элементов системы делятся на реальные и абстрактные.
Реальными (физическими) системами являются объекты, состоящие из материальных элементов.
Среди них обычно выделяют механические, электрические (электронные), биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации.
Абстрактные же системы составляют элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире. Они создаются путем мысленного отвлечения от тех или иных сторон, свойств и (или) связей предметов и образуются в результате творческой деятельности человека. Иными словами, это продукт его мышления. Примером абстрактных систем являются системы уравнений, системы счисления, идеи, планы, гипотезы, теории и т.п.
В зависимости от происхождения выделяют естественные и искусственные системы.
Естественные системы, будучи продуктом развития природы, возникли без вмешательства человека. К ним можно отнести, например, климат, почву, живые организмы, солнечную систему и другие системы. Появление новой естественной системы - большая редкость.
Искусственные системы - это результат созидательной деятельности человека, а, следовательно, со временем их количество увеличивается.
По длительности существования системы подразделяются на постоянные и временные. К постоянным обычно относятся естественные системы, хотя с точки зрения диалектики все существующие системы являются временными.
К постоянным относятся искусственные системы, которые в процессе заданного времени функционирования сохраняют существенные свойства, определяемые предназначением этих систем.
В зависимости от степени изменчивости свойств системы делятся на статические и динамические.
К статическим относятся системы, при исследовании которых можно пренебречь изменениями во времени характеристик их существенных свойств.
Статическая система - это система с одним состоянием. В отличие от статических динамические системы имеют множество возможных состояний, которые могут меняться как непрерывно, так и в дискретные моменты времени.
В зависимости от степени сложности системы делятся на простые, сложные, большие.
Простые системы с достаточной степенью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями.
Особенность простых систем - в практически взаимной независимости от свойств, позволяющей исследовать каждое из них в отдельности в условиях классического лабораторного эксперимента и описать методами традиционных технических дисциплин (электротехника, радиотехника, прикладная механика и др.). Простые системы - отдельные детали, элементы электронных схем и т.п.
Сложная система - система, которая состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов, каждый из которых может быть представлен в виде системы (подсистемы).
Сложные системы характеризуются многомерностью (большим числом составленных элементов), многообразием связей, разнородностью структуры, многообразием природы элементов.
Считается, что сложной называется систем, обладающая по крайней мере одним из нижеперечисленных признаков:
1) система допускает разбиение на подсистемы, изучать каждую из которых можно самостоятельно;
2) система функционирует в условиях существенной неопределенности и воздействия среды на нее, обусловливает случайный характер изменения ее показателей;
3) система осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.
Сложные системы обладают свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих элементов. Сложные системы организм или человек, ЭВМ и т.д. Особенность сложных систем заключается в существенной взаимосвязи их свойств.
Большие системы - это сложные пространственно-распределенные системы, в которых подсистемы (ее составные части) относятся к категориям сложных. Дополнительными особенностями, характеризующими большую систему, являются:
· большие размеры системы;
· сложная иерархическая структура;
· циркуляция в системе больших информационных, энергетических и материальных потоков;
· высокий уровень неопределенности в описании системы.
Большие системы - автоматизированные системы управления, воинские части, системы связи, промышленные предприятия, отрасли промышленности и т.п.
В зависимости от реакции на возмущение воздействия выделяют активные и пассивные системы.
Активные системы способны противостоять воздействиям среды (противника, конкурента и т.д.) и сами могут воздействовать на нее. У пассивных систем это свойство отсутствует.
По характеру поведения все системы подразделяются на системы с управлением и без управления.
Класс систем с управленцем образуют системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления. Примером системы без управления может служить Солнечная система, в которой траектории движения планет определяются законами механики.
В зависимости от степени участия человека в реализации управляющих воздействий системы подразделяются на технические, человеко-машинные, организационные.
К техническим относятся системы, которые функционируют без участия человека. Как правило, ими являются системы автоматического управления (регулирования), представляющие собой комплексы устройств для автоматического изменения, например, координат объекта управления, с целью поддержания желаемого режима его работы. Такие системы реализуют процесс технологического управления. Они могут быть как адаптивными, т.е. приспосабливающимися с изменению внешних и внутренних условий в процессе работы путем изменения своих параметров или структуры для достижения требуемого качества функционирования, так и неадаптивными.
Примерами человеко-машинных (эргатическux) систем могут служить автоматизированные системы управления различного назначения. Их характерной особенностью является то, что человека сопряжен с техническими устройствами, причем окончательное решение принимает человек (ЛПР), а средства автоматизации лишь помогают ему в обосновании правильности этого решения.
К организационным системам относятся социальные системы-группы, коллективы людей, общество в целом.
|
|
|
