Часть 2. Системный анализ - 1

22. О

    Метасистема (MS)

    пределите понятие «система» с позиций теории множеств.

Покажите как проявляется иерархичность этого определения

Система S представляется как некоторый класс множеств:

S={М_S, L_S, K_S},

г де М_S – подкласс множеств элементов (подсистем) системы S;

L

Система S

_S – подкласс множеств, образующихся в результате

деления элементов-подсистем системы S на подэлементы;

K_S – подкласс таких множеств, в которые рассматриваемая

с истема S сама входит в качестве элемента.

Э

Подсистема РS

то определение фиксирует некоторое множество элементов

М_S и их взаимоотношения, подчеркивая, что любая система

состоит из набора таких взаимосвязанных элементов (т. е.

п одсистем, в глубь которых анализ не распространяется), каждый

и

Элементы подсистем PPS

з которых может быть представлен в виде взаимосвязанной

совокупности элементов более низкого уровня (подэлементов) L_S.

В то же время исходная система S сама является элементом

с истем более высокого порядка (метасистем) K_S.

23. Какая система называется "метасистемой ", "подсистемой", "элементом системы"?

Метасистема - элемент более высокого порядка, в который система входит , как часть

Подсистема – это система, образуемая делением рассматриваемой системы на подэлементы.

Элемент - подсистема, в глубь которой анализ не распространяется

24. Определите понятие "система" с позиций системного подхода через понятия элемент, окружающая среда, целевая функция.

. Система S – множество элементов P_i, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой для выполнения заданных целевых функций.

В этом определении указывается на наличие "связи" и "взаимодействия" между элементами как необходимого условия, чтобы, с одной стороны, объект можно назвать системой, а с другой – можно было бы выделить элементы, которые принадлежат именно этой системе. При этом под "элементом" P_i понимается некоторая часть системы (подсистемы), полученная при ее разделении (членении) в соответствии с заранее выбранным принципом и имеющая самостоятельное значение по отношению к целевым функциям системы.

25. Дайте определение основных понятий, входящих в определение понятие «система», определенного с позиций системного анализа.

Элемент - часть системы (подсистемы), полученная при ее разделении (членении) в соответствии с заранее выбранным принципом и имеющая самостоятельное значение по отношению к целевым функциям системы

Целевая функция - внешняя по отношению к системе ситуация, к осуществлению которой она стремится.

Окр среда – всё, что не входит в рассматриваемую систему

26. Дайте определение понятия "система" с позиций теории управления через понятия вход, выход, связь, отношение. Определите понятия обобщенных "вход" и "выход".

Система S – объект, отличающийся составом элементов, структурой их связей, параметрами, имеющий хотя бы один вход и один выход, которые обеспечивают связь с ОС, характеризующийся законами поведения и изменяющий поведение при поступлении управляющих воздействий.

27. Что такое "целевая функция"? Как определяется система целевых функций? Что такое "частные целевые функции"

“целевая функция”, которая понимается как некоторая (возможно и воображаемая) внешняя по отношению к системе ситуация, к осуществлению которой она стремится.

В общем случае для сложной системы характерна даже своеобразная система целей VS={Vi}, где Vi – одна из целей (назначений), которую может выполнять (или выполняет) данная система. Система целей может быть определена через некоторое множество целей (как элементов, входящих в систему V_S) и связей между ними.

Следует иметь в виду, что реализация каждой из целей системы S возможна, если составляющие систему элементы (подсистемы) выполняют свои функции – подцели, частные цели, которые формируют свое множество взаимосвязанных элементов - свою систему подцелей.

28. Что включается в понятие "окружающая среда"? Назовите составляющие, которые включаются в "окружение" системы. Из каких составляющих строятся "экосистемы"?

В понятие “Окружающая Среда” теоретически включают все, что не входит в рассматриваемую систему. Реальная ОС как метасистема (надсистема) состоит из систем, включающих хотя бы один элемент, выход которого реализует внешнее отношение “S  ОС”, либо элемент, вход которого реализует внешнее отношение “ОС  S”. В общем случае в ОС могут присутствовать так называемые замкнутые (обособленные) подсистемы элементов, т.е. такие, которые не имеют ни входов, ни выходов для контактов с другими системами-элементами ОС. Оценить их присутствие можно только по косвенным проявлениям их существования.

В реальной ОС целесообразно выделить несколько составляющих так называемых “сфер”: геосфера, атмосфера, биосфера, техносфера, и астросфера. Из гео-, био- и атмосфер складываются экосистемы; астросфера связана с системой ближнего космоса, нашей планетарной системой, техносфера является продуктом деятельности человечества, она прочно входит и оказывает все большее влияние на все сферы реальной Окружающей Среды

29. В чем разница между системами - объектами и системами - процессами? Привести примеры.

С системами-предметами, элементами которых являются блоки, устройства и узлы, человек встречается постоянно. Нас окружает мир предметов разного назначения и устройства. Многие предметы созданы человечеством для удовлетворения своих потребностей. Менее понятны, но также широко представлены в мире, системы-про­цессы, элементы которых составляют операции над объектами-предметами. В качестве операций, например, могут быть очистка, плавление, химические трансформации, фильтрация, и многие другие действия над системами-предметами, в результате применения которых они претерпевают определенные изменения.

Последовательность операций складывается в некоторый “технологический процесс”, который и является системой-процессом. Системой-процессом можно назвать, все известные последовательности операций, приводящие к изменению свойств, параметров, характеристик каких-либо систем-предметов.

30. Поясните понятие «черного ящика» и процесс его «просветления».

В общем случае, когда структура системы не известна, ее можно изобразить в виде “черного” ящика (рис. 2.1), имеющего входы для управляющих воздействий x_n, (обобщенный вход X) и выходы для проявления реакции системы y_m, , причем в общем случае NM, (обобщенный выход Y). Для описания поведения системы достаточно найти М уравнений, связывающих входные воздействия x_n с реакциями на ее выходах y_m,:

, (2.1.)

где F – некоторый функционал, так как его аргументы x_n=f(t) сами являются функциями от времени; {u_r}, - параметры, описывающие систему, T_i –фиксированный момент времени (мгновенная рабочая ситуация), для которого установлены эти аналитические связи.

К роме управляющих входов, на систему могут поступать воздействия из Окружающей Среды (ОС, на рис. 2.1), которые изменяют параметры системы {u}_1R и могут искажать законы ее поведения. Воздействующие факторы со стороны ОС могут со временем изменяться, что в свою очередь может повлечь изменения в поведении системы. Поэтому в уравнениях (2.1) должны учитываться свойства системы в виде множества ее параметров {U}_C.

Изучить систему – значит отобразить ее структуру, дать характеристику элементного состава и установить законы функционирования. О законах функционирования можно судить по уравнениям (2.1), и, сопоставляя их с возможными вариантами структур и наборами элементов, можно найти варианты структур, которые будут вести себя также как изучаемая система. Однако найденная таким способом структура может не совпадать с реальной, поэтому она будет являться только функциональной моделью системы. Если же в процессе изучения систему удается разобрать и точно установить набор элементов и их связей, то в этом случае можно построить структурную модель системы и попытаться получить точные аналитические выражения для описания ее функционирования. Процесс поиска структурной модели системы часто характеризуется как “обеление” черного ящика, для систем с полностью известной структурой используется термин “белый ящик”.

31. Определите естественные и искусственные системы-объекты и системы-процессы. Какие процессы определены как "преобразования"? Приведите примеры.

И системы-предметы, и системы-процессы могут быть как естественного происхождения, т.е. созданные природой, так и искусственные, т.е. созданные человеком с целью осуществления необходимых или желательных для него изменений ОС.

К естественным системам, например, относятся:

– системы-предметы: растения, представители животного мира и т.п.;

– системы-процессы: атмосферные явления, процессы жизнедеятельности организмов, процессы взаимодействия видов животного мира и др.

К искусственным системам следует отнести:

– системы-предметы: транспортные средства, станки и механизмы, приборы и измерительные комплексы и т.п.;

– системы-процессы: информационные процессы, технологии производства, экономические процессы и др.

Преобразования – искусственный процесс , в котором те или иные св-ва объекта претерпевают изменения при участии людей и технич средств в следствии чего достигается желаемое состояние объекта.

Пример – любое тех средство. 1.Замена детали. 2.Семечко-растение .

32. Как можно отобразить устройство системы?

Граф, таблицы, схемы. Специальные символы, объединяющие идентификаторы системы и операции над ними.

33. В чем разница между функциональной, структурной схемами и графом системы?

Ф ункциональная и структурная схемы чаще всего изображаются в виде блок-схем. Граф использует иные обозначения: точкой отображается элемент, а стрелками связи между ними. В структурной схеме в прямоугольниках записывается идентификатор отдельного узла или подсистемы, и она отражает их взаимозависимости при выполнении назначения системы. В функциональной схеме используются идентификаторы отдельных функций, и схема отражает связь частных функций между собой, последовательность их выполнения при выполнении назначения системы.

34. Как представить обобщенную структуру системы? Что такое «системообразующий фактор».

Эффекторные подсистемы

СОФ

с реда

Рефлексивная подсистема

Рецепторные подсистемы

эффер. связи

Афер. связи

СОФ – проявления системы во внешней среде.

35. Дайте классификацию систем по различным критериям. Как выбрать критерий классификации?

По происхождению

По степени подвижности

По сложности

И т.д.

36. Как определяется состояние системы? Какие из них являются статическими, а какие – динамическими? Приведите примеры.

состояние (а, следовательно, и законы функционирования системы, подсистемы, элементов подсистем и т.п.) определяется значениями характеристических параметров, параметров составляющих ее элементов, положением в пространстве, а также значениями их производных. Значения параметров и их производных могут изменяться во времени и в пространстве, что говорит о возможности перехода системы из одного состояния в другое. Системы, способные изменять состояние под влиянием управляющих воздействий, становятся динамическими, т.е. способными к движению (в широком смысле), изменениям вообще, всяким взаимодействиям с другими объектами.

37. Какие явления определяются как «преобразования» приведите примеры преобразований системы и в системе.

Преобразования – искусственный процесс , в котором те или иные св-ва объекта претерпевают изменения при участии людей и технич средств в следствии чего достигается желаемое состояние объекта.

Пример – любое тех средство. 1.Замена детали. 2.Семечко-растение .

38. Какие системы определяется как простые и как сложные? Какие еще градации в классификации систем Вам известны?

– простые, состоящие из небольшого количества элементов и характеризующиеся простым динамическим поведением;

– сложные, структура которых отличается разветвленностью и разнообразием связей, но поддается точному описанию; описание их поведения представляет достаточно сложную задачу;

– очень сложные, точно и подробно характеризовать которые можно только, применяя для описания их структуры и поведения вероятностные законы;

– сверхсложные, полное описание которых невозможно, поэтому их изучение ограничивается созданием моделей, которые характеризуют те или иные свойства.

39. Какие системы известны Вам как организованные системы? Приведите примеры. Что такое «самоорганизующиеся системы»?

По характеру поведения и степени организованности различают несколько классов систем. Хорошо организованные системы – это такие, для которых удается связать взаимодействие элементов между собой (характер поведения) в виде детерминированных (аналитических или графических) зависимостей. При представлении объекта в виде плохо организованной или диффузной системы не ставится задача учета всех компонентов и связей, что часто и не возможно.

самоорганизующиеся или развивающиеся системы, которые отличаются большой неопределенностью на начальном этапе исследования. Эти системы содержат активные элементы, обладают свойствами, полезными для ее существования, для приспосабливания к изменяющимся условиям ОС, но в то же время вызывающими неопределенность, затрудняющими управление системой.

40. Как определяется понятие «канал взаимодействия»? Какие каналы взаимодействия Вам известны?

Для систем-предметов, содержащих различные по природе элементы (например, кроме технических, они содержат и биологические элементы), входы и выходы совместно с техническими средствами, необходимыми для подключения этих элементов, образуют специфические каналы взаимодействия, позволяющие согласовать различия в свойствах этих объектов с техническими элементами за счет изменения вида носителя информации.

41. Что включает функциональное описание системы? Отобразите структуру функционального описания системы.

К ак уже было отмечено, функциональное описание должно содержать данные о назначение системы, ее отношение к другим системам, ее контакты с окружающим миром, направления возможных изменений функции. Оно отражает связь внешних воздействий на системы с ее реакцией, ответом, поведением, воздействием на элементы системы. В общем случае возможно несколько одновременных воздействий, а общая реакция системы может быть выражена в совокупности поведенческих актов. Поэтому эта связь выражается системой уравнений вида (2.1). И все эти достаточно разнородные сведения должны быть сведены в одно функциональное описание. Исходным для построения функционального описания является представление о законах внешнего и внутреннего функционирования.

Функциональное описание всей системы (рис. 3.4) вбирает в себя описание всех внешних функций, процессов и характеристических параметров, которые определяют законы внешнего функционирования, отражающие поведение системы в Окружающей Среде, и эффективность выполнения этих функций. Эти законы раскрывают характер взаимодействия системы с ОС: тип обмена энергией, веществом и информацией, избирательность восприятия и объем переработки воздействий ОС, степень активности при воздействии на ОС со стороны объекта, наличие адаптивных свойств и способности к самоорганизации и т. д.

42. В чем состоит иерархичность функционального описания? Приведите примеры функций системы.

полное функциональное описание системы можно представить как структуру вложенных друг в друга и иерархически построенных описаний разных уровней ее рассмотрения.

43. Определите, что такое " эффективность системы ". Как оно связано с критериями качества работы ее подсистем?

Проявления системы в ОС характеризуются эффективностью - некоторым интегральным показателем качества реагирования, связывающим качество поведения с затратами внутренних ресурсов системы, которыми она обладает

Законы внутреннего функционирования зависят от функций подсистем первого уровня, процессов, протекающих внутри системы и параметров подсистем. Показатели качества выполнения функций первого уровня оказывают влияние на эффективность всей системы. Поведение элементов подсистем будет уже описываться законами внутреннего функционирования первого нижнего уровня, которые в свою очередь являются законами внешнего функционирования второго нижнего уровня и т.д.

44. В чем заключается принцип Ле-Шателье в оценке ресурсов системы?

принципе Ле-Шателье, утверждающим, что, “если на любую систему, находящуюся в стационарном режиме, подействует внешнее возмущение, то в ней произойдут изменения, которые уменьшат результат его действия” [11], [12]. Разумеется, что это уменьшение произойдет за счет использования внутреннего ресурса системы (для каждой системы он индивидуален), который также уменьшится. Если принять во внимание, что каждая система имеет ограниченный ресурс, то можно сделать вывод о том, что любое воздействие, уменьшая ресурс, уменьшает возможности системы “сопротивляться” другим воздействиям. А значительные воздействия (или одновременное воздействие многих факторов) могут привести к исчерпанию ресурса и к гибели системы.

45. Проиллюстрируйте изменения эффективности системы приоказании на нее внешнего воздействия.

46. Запишите оператор функционального описания системы. Дайте определение входящих в него параметров.

Функциональное описание может быть задано некоторым оператором G_ф:

G_ф ={T, X, x, Y, y, Q , q, }, (3.1)

где Т – множество моментов времени, в которые получены данные для построения функционального описания; Х – множество значений допустимых входных воздействий; х – конкретные значения воздействий из Х; Y – множество значений ответных реакций системы; y – конкретные реакции из Y; Q – множество возможных состояний; q – одно из состояний, характерное для заданного момента времени;  – переходная функция состояния.

47. В каких формах может представляться оператор функционального описания системы?

Оператор G_ф может быть представлен в алгебраической, логической, дифференциальной, интегрально-дифференциальной форме, входящим в скалярное, векторное или матричное уравнение. Он составляется на основании измерения внешних характеристик по принципу “черного ящика”, т.е. основанного на изучении связи “воздействие – реакция”, или на основании знания строения системы

48. Как различаются законы внешнего и внутреннего функционирования?

Законы внутреннего функционирования характеризуют поведение отдельных элементов-подсистем, из которых состоит система, и отражают последовательность действий при выполнении системой некоторой функции. Они зависят как от процессов, протекающих внутри системы (т. е. от законов внутреннего функционирования), так и от процессов, в которые вовлечена вся система в рамках метасистемы. Эти законы как раз и отражают связь реакции (ответа, действия) системы с воздействием (стимулом, раздражением).

законы внешнего функционирования, отражающие поведение системы в Окружающей Среде, и эффективность выполнения этих функций. Эти законы раскрывают характер взаимодействия системы с ОС: тип обмена энергией, веществом и информацией, избирательность восприятия и объем переработки воздействий ОС, степень активности при воздействии на ОС со стороны объекта, наличие адаптивных свойств и способности к самоорганизации и т. д.