Реферат: Терминология теории систем. Классификация систем. Закономерности систем

В настоящее время в связи с усилением программно-целевых принципов в планировании исследованию закономерностей це­леобразования и представления целей в конкретных условиях уделяется все больше внимания. Например: энергетическая про­грамма, продовольственная программа, жилищная программа, программа перехода к рыночной экономике.

Классификация систем

Системы разделяются на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принци­пы классификации. При этом систему можно охарактеризовать одним или несколькими признаками.

Системы классифицируются следующим образом:

по виду отображаемого объекта - технические, биоло­гические и др.;

по виду научного направления - математические, физи­ческие, химические и т. п.;

по виду формализованного аппарата представления системы — детерминированные и стохастические;

по типу целеустремленности - открытые и закрытые;

по сложности структуры и поведения - простые и сложные;

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

Рассмотрим подробно два последних вида классификации систем.

Хорошо организованные системы. Представить анализируемый объект или процесс в виде «хорошо организованной системы» означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты, т. е. определить связи между всеми компонентами и целями системы, с точки зрения которых рассматривается объект или ради достижения которых создается система. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения, связывающего цель со сред­ствами, т. е. в виде критерия эффективности, критерия функци­онирования системы, который может быть представлен сложным уравнением или системой уравнений. Решение задачи при пред­ставлении ее в виде хорошо организованной системы осуществ­ляется аналитическими методами формализованного представле­ния системы.

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца; отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравне­ний, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, нестабильности источников питания и т. п.).

Для отображения объекта в виде хорошо организованной системы необходимо выделять существенные и не учитывать относительно несущественные для данной цели рассмотрения компоненты: например, при рассмотрении солнечной системы не учитывать метеориты, астероиды и другие мелкие по сравнению с ранетами элементы межпланетного пространства.

Описание объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детермини­рованное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. По­пытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или мно­гокритериальных задач плохо удаются: они требуют недопусти­мо больших затрат времени, практически нереализуемы и неадек­ватны применяемым моделям.

Плохо организованные системы. При представлении объекта в виде «плохо организованной или диффузной системы» не ста­вится задача определить все учитываемые компоненты, их свой­ства и связи между ними и целями системы. Система харак­теризуется некоторым набором макропараметров и закономер­ностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенной с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой довери­тельной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслужива­ния, определении численности штатов на предприятиях и учреж­дениях, исследовании документальных потоков информации в си­стемах управления и т. д.

Самоорганизующиеся системы. Отображение объекта в виде самоорганизующейся системы - это подход, позволяющий ис­следовать наименее изученные объекты и процессы. Самооргани­зующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных па­раметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к из­меняющимся условиям среды, изменять структуру при взаимо­действии системы со средой, сохраняя при этом свойства целост­ности; способность формировать возможные варианты поведе­ния и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприс­посабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовос­производящиеся и другие подклассы, соответствующие различ­ным свойствам развивающихся систем.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т. е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

При применении отображения объекта в виде самоорганизу­ющейся системы задачи определения целей и выбора средств, как правило, разделяются. При этом задача выбора целей может быть, в свою очередь, описана в виде самоорганизующейся систе­мы, т. е. структура функциональной части АСУ, структура целей, плана может разбиваться так же, как и структура обеспечива­ющей части АСУ (комплекс технических средств АСУ) или ор­ганизационная структура системы управления.

Большинство примеров применения системного анализа ос­новано на представлении объектов в виде самоорганизующихся систем.

Определение большое системы. Существует ряд подходов к разделению систем по сложности. В частности, Г. Н. Поваров в зависимости от числа элементов, входящих в систему, выделяет четыре класса систем: малые системы (10…103 элементов), слож­ные (103…1O7 элементов), ультрасложные (107...1030 элементов), суперсистемы (1030...10200 элементов). Так как понятие элемента возникает относительно задачи и цели исследования системы, то и данное определение сложности является относительным, а не абсолютным.

Английский кибернетик С. Бир классифицирует все кибер­нетические системы на простые и сложные в зависимости от способа описания: детерминированного или теоретико-вероят­ностного. А. И. Берг определяет сложную систему как систему, которую можно описать не менее чем на двух различных мате­матических языках (например, с помощью теории дифференци­альных уравнений и алгебры Буля).

Очень часто сложными системами называют системы, кото­рые нельзя корректно описать математически, либо потому, что в системе имеется очень большое число элементов, неизвестным образом связанных друг с другом, либо неизвестна природа явлений, протекающих в системе. Все это свидетельствует об отсутствии единого определения сложности системы.

При разработке сложных систем возникают проблемы, от­носящиеся не только к свойствам их составляющих элементов и подсистем, но также к закономерностям функционирования системы в целом. При этом появляется широкий круг специфи­ческих задач, таких, как определение общей структуры системы; организация взаимодействия между элементами и подсистемами; учет влияния внешней среды; выбор оптимальных режимов функ­ционирования системы; оптимальное управление системой и др.

Чем сложнее система, тем большее внимание уделяется этим вопросам. Математической базой исследования сложных систем является теория систем. В теории систем большой системой (сложной, системой большого масштаба. Large Scale Systems) называют систему, если она состоит из большого числа взаимо­связанных и взаимодействующих между собой элементов и спосо­бна выполнять сложную функцию.

Четкой границы, отделяющей простые системы от больших, нет. Деление это условное и возникло из-за появления систем, имеющих в своем составе совокупность подсистем с наличием функциональной избыточности. Простая система может нахо­диться только в двух состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и состоянии отказа (неисправном). При отказе эле­мента простая система либо полностью прекращает выполнение своей функции, либо продолжает ее выполнение в полном объ­еме, если отказавший элемент резервирован. Большая система при отказе отдельных элементов и даже целых подсистем не всегда теряет работоспособность, зачастую только снижаются характеристики ее эффективности. Это свойство больших систем обусловлено их функциональной избыточностью и, в свою оче­редь, затрудняет формулировку понятия «отказ» системы.

Под большой системой понимается совокупность материаль­ных ресурсов, средств сбора, передачи и обработки информации, людей-операторов, занятых на обслуживании этих средств, и лю­дей-руководителей, облеченных надлежащими правами и ответ­ственностью для принятия решений. Материальные ресурсы — это сырье, материалы, полуфабрикаты, денежные средства, раз­личные виды энергии, станки, оборудование, люди, занятые на выпуске продукции, и т. д. Все указанные элементы ресурсов объединены с помощью некоторой системы связей, которые по заданным правилам определяют процесс взаимодействия между элементами для достижения общей цели или группы целей.

Примеры больших систем: информационная система; пасса­жирский транспорт крупного города; производственный процесс;

система управления полетом крупного аэродрома; энергетичес­кая система и др.

Характерные особенности больших систем. К ним относятся:

большое число элементов в системе (сложность системы);

взаимосвязь и взаимодействие между элементами;

иерархичность структуры управления;

обязательное наличие человека в контуре управления, на ко­торого возлагается часть наиболее ответственных функций упра­вления.

Сложность системы. Пусть имеется совокупность из п эле­ментов. Если они изолированы, не связаны между собой, то эти п элементов еще не являются системой. Для изучения этой сово­купности достаточно провести не более чем п исследований. В общем случае в системе связь элемента А с элементом Б не эк­вивалентна связи элемента Б с элементом А, и поэтому необхо­димо рассматривать п(п-1) связей. Если характеризовать состояние каждой связи наличием или отсутствием в данный момент, то общее число состояний (для такого самого простого поведе­ния) системы будет равно 2n(n-1). Даже при небольших п для больших систем (БС) это фантастическое число. Например, пусть п= 10. Число связей n(n-1)=90. Число состояний 290=l,3*1027. Поэтому изучение БС путем непосредственного обследования ее состояний оказывается весьма громоздким. Следовательно, необ­ходимо использовать ЭВМ и разрабатывать методы, позволяю­щие сократить число обследуемых состояний БС. Сокращение чис­ла состояний БС - первый шаг в формальном описании систем.

Взаимосвязь и взаимодействие между элементами в БС. Разделение системы на элементы и подсистемы может быть произведено различными способами. Элементом системы будем называть совокупность различных технических средств и людей, которые при данном исследовании рассматриваются как одно неделимое целое.

Расчленение системы на элементы - второй шаг при фор­мальном описании системы. Внутренняя структура элемента при этом не является предметом исследования. Имеют значение толь­ко свойства, определяющие его взаимодействие с другими элеме­нтами системы и оказывающие влияние на характер системы в целом.

Формально любая совокупность элементов системы вместе со связями между ними может рассматриваться как ее подсистема. Использование этого понятия оказывается особенно плодотвор­ным в тех случаях, когда в качестве подсистем фигурируют некоторые более или менее самостоятельно функционирующие части системы.

В системе управления полетом самолета можно выделить следующие подсистемы:

систему дальнего обнаружения и управления;

систему многоканальной дальней связи;

многоканальную систему слепой посадки и взлета самолета;

систему диспетчеризации;

бортовую аппаратуру самолета.

Подсистемы БС сами могут быть большими системами, кото­рые легко расчленить на соответствующие подсистемы. Так, большую систему «Городской пассажирский транспорт» по ви­дам транспорта можно расчленить на подсистемы: троллейбусы, автобусы, трамвай, метрополитен, такси. Каждая из этих подси­стем, в свою очередь, является БС. Так, таксомоторное хозяйство состоит из: сотен (тысяч) автомобилей и шоферов, нескольких автопарков, средств технического обслуживания и управления.

Выделение подсистем - третий важный шаг при формальном описании БС.

Иерархичность структуры управления. Управление в БС может быть централизованным и децентрализованным. Централизованное управление (рис. 1.1а), предполагает концент­рацию функции управления в одном центре БС. Децентрализо­ванное - распределение функции управления по отдельным эле­ментам БС (рис. 1.1, б). Типичные БС, встречающиеся на практи­ке, относятся, как правило, к промежуточному типу, когда сте­пень централизации находится между двумя крайними случаями:

чисто централизованным и чисто децентрализованным.

Децентрализация управления позволяет сократить объем пе­рерабатываемой информации, однако в ряде случаев это приво­дит к снижению качества управления.

Для управления с иерархичной структурой управления харак­терно наличие нескольких уровней управления (рис. 1.1, в).

Примеры иерархической структуры управления: администра­тивное управление, управление в вооруженных силах, снабжение.

Обязательное наличие человека в контуре управле­ния. Поскольку в БС обязательно наличие человека, она являет­ся всегда эргатической системой. Часть функций управления вы­полняется человеком. Эта особенность БС связана с целым ря­дом факторов:

участие человека в БС требует, чтобы управление учитывало социальные, психологические, моральные и физиологические фа­кторы, которые не поддаются формализации и могут быть уч­тены в системах управления только человеком;

необходимость в ряде случаев принимать решение на основе неполной информации, учитывать неформализуемые факторы - все это должен делать человек с большим опытом, хорошо понимающий задачи, стоящие перед системой;

могут быть системы, в которых нет отношений подчинен­ности, а существуют лишь отношения взаимодействия (межгосу­дарственные отношения, отношения предприятий «по горизон­тали»).

Закономерности систем

Целостность. Закономерность целостности проявляется в си­стеме в возникновении новых интегративных качеств, не свойст­венных образующим ее компонентам. Чтобы глубже понять за­кономерность целостности, необходимо рассмотреть две ее сто­роны: 1) свойства системы (целого) не являются суммой свойств элементов или частей (несводимость целого к простой сумме частей); 2) свойства системы (целого) зависят от свойств элемен­тов, частей (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе).

Существенным проявлением закономерности целостности яв­ляются новые взаимоотношения системы как целого со средой, отличные от взаимодействия с ней отдельных элементов.

Свойство целостности связано с целью, для выполнения кото­рой предназначена система.

Весьма актуальным является оценка степени целостности си­стемы при переходе из одного состояния в другое. В связи с этим возникает двойственное отношение к закономерности целостно­сти. Ее называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособленностью. Свойство физической адди­тивности проявляется у системы, как бы распавшейся на незави­симые элементы. Строго говоря, любая система находится всегда между крайними точками как бы условной шкалы: абсолютная целостность - абсолютная аддитивность, и рассматриваемый этап развития системы можно охарактеризовать степенью прояв­ления в ней одного или другого свойства и тенденцией к его нарастанию или уменьшению.

Для оценки этих явлений А. Холл ввел такие закономерности, как «прогрессирующая факторизация» (стремление системы к со­стоянию со все более независимыми элементами) и «прогрес­сирующая систематизация» (стремление системы к уменьшению самостоятельности элементов, т. е. к большей целостности). Су­ществуют методы введения сравнительных количественных оценок степени целостности, коэффициента использования элемен­тов в целом с точки зрения определенной цели.

Страницы: 1, 2, 3