Классификации элементов

Если условно считать, что элементы обладают однонаправленным действием, то, взяв за основу предложения В.А. Карта можно рассматривать следующую классификацию элементов по реакции на возмущение (табл. 4.1).

Имеются и другие классификации элементов, например предложенная Ю.П.. Сурминым

Классификация элементов по реакции на возмущение

Название	Характеристика	Изображение
Упругий	Однозначно передает входное воздействие на выход (является повторителем)
Рефлексивный	Осуществляет внутреннее преобразование входа в выход по какому-либо преобразованию
Потребитель	Воспринимает входное воздействие без образования входного («черная дыра»)
Отторгатель	Не воспринимает входное воздействие (отклоняет его)
Источник	Генерирует входное воздействие в отсутствии входного («фантом»)
Полирецепторный	Рефлексавный элемент с несколькими входами и одним выходам
Поли эффекторный	Рефлексивный элемент с одним входом и несколькими выходами
Полиэлемент	Рефлексивный элемент с несколькими входами и несколькими выходами
Полипотребитель	Потребитель, воспринимающий воздействие по нескольким входам
Полиисточник	Источник, генерирующий несколько выходных воздействий

Связи

Понятие «связь» входит в любое определение системы, потому что связь обеспечивает возникновение и сохранение целостности ее свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (ститикутику), и функционирование (динамику) системы.

Однако дать определение этому почти очевидному понятию довольно трудно - существуют десятки определений. В одних связь - это «процесс ...», В других - «подсистема (элемент)…». Можно говорить, что «связь» - это отдельный элемент, и в этом есть некоторый смысл, поскольку иногда канал связи имеет материальное воплощение со своими статическими и динамическими свойствами

Самые простые определения звучат так:

Связи - это то, что объединяет элементы в целое.

Связи - это компоненты системы, осуществляющие взаимодействие между ее элементами, а также между системой в целом и средой.

При содержательном подходе связи подразделяются на

• материально-вещественные - процессы передачи вещества между элементами системы;

• энергетические - процессы передачи энергии между элементами системы;

• информационные - представляют собой информационные потоки.

Связями первого порядка называются связи, функционально необходимые - реализующие основные функции системы. Дополнительные связи называются связями второго порядка. Если они отсутствуют, то в значительной степени улучшают действие системы (проявление эффекта синергии), но не являются функционально необходимыми. Излишние или противоречивые связи называются связями третьего порядка.

Иногда связь определяют как ограничение свободы элементов. Действительно, элементы, вступая в связь друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.

Существует несколько классификаций связей. Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или видом) По первому признаку связи делятся на направленные и ненаправленные. По второму – на сильные и слабые. По характеру (виду) различают связи подчинения, связи порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), связи управления.

С формальной точки зрения можно рассматривать классификацию связей, представленную в табл. 4.3

Таблица 4.3 Классификация связей в системах (формальный подход)

Вид связи	Изображение
Ненаправленная непрерывная
Направленная непрерывная
Прерывистая, дискретная
Двухсторонняя
Равноправные
Неравноправные

Если рассматривать вариант системы, состоящей из n элементов, в которой между двумя элементами допустима только одна связь, то максимальное количество связей в системе Nc определяется числом возможных сочетаний связей между элементами и может быть найдено по формуле

Nc = n(n - 1).

Для кибернетических моделей систем, для которых связи условно считаются однонаправленными, более адекватным является такое определение:

Связь - это способ взаимодействия входов и выходов элементов системы между собой и с окружающей средой.

В свете такого определения связи делятся на прямые и обратные (рис. 4.4).

а) б) в)

Рис. 4.4. Прямая (а) и обратная (6 и в) связь между элементами

Прямая связь - это непосредственное воздействие одного элемента на другой.

Обратная связь - это воздействие результатов функционирования элемента на характер этого функционирования между выходом и входом одного и того элемента

4.5. Структура

4.5.1. Понятие структуры

Структура (от латинского «structure», означающего строение, расположение, порядок) отражает определенные взаимосвязи элементов системы, ее строение. При описании сложных объектов структура системы включает не все элементы и связи между ними, а лишь наиболее существенные, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают ее существование и основные свойства.

Структура системы - это устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей между ними. Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и при переходе от одной системы к другой могут переносить закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них, на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу.

Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания. По мере развития исследований или в ходе проектирования структура системы может изменяться.

Именно структура делает систему некоторым качественно определенным целым, так как структура предполагает взаимодействие элементов друг с другом по-разному, выдвигая на первый план те или иные стороны, свойства элементов. Структура является важнейшей характеристикой системы, так как при одном и том же составе элементов, но при различном взаимодействии между ними меняется и назначение системы, и ее возможности.

Кроме того, следует различать два определяющих структуры: материальная структура и формальная структура:

Под формальной структурой понимается совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой поставленных целей Таким образом, формальная структура описывает нечто общее, присущее системам одного типа

Материальная структура ,является носителем конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей

4.5.2. Типы структур

линейная (последовательная) структура (рис. 4.6,а) характеризуется тем, что каждый элемент связан с двумя соседними. При выходе из строя хотя бы одного элемента (связи) структура разрушается. Примером такой структуры является конвейер.

Кольцевая структура (рис. 4.6,б) отличается замкнутостью, любые два элемента обладают двумя направлениями связи. Это повышает скорость обмена информацией, делает структуру более живучей.

Сотовая структура (рис. 4.6,в) характеризуется наличием резервных связей, что повышает надежность (живучесть) функционирования структуры, но приводит к повышению ее стоимости.

а)

б) в)

г) д)

е)

.6. Структуры: а - линейная; б - кольцевая; в - сотовая; г - многосвязная; д - звездная; е - графовая

Многосвязная структура (рис. 4.6,г) имеет структуру графа. За счет наличия кратчайших путей надежность ее функционирования максимальная, эффективность функционирования высокая, однако стоимость тоже максимальная.

Звездная структура (рис. 4.6,д) имеет центральный узел, который выполняет роль центра, все остальные элементы системы являются подчиненными.

Графовая структура (рис. 4.6,е) используется обычно при описании производственно-технологических систем.

Сетевая структура или сеть (разновидность графовой структуры) представляет собой декомпозицию системы во времени

Иерархическая структура получила наиболее широкое распространение при проектировании систем управления. Все элементы кроме верхнего и нижнего уровней, обладают как команднными так и подчиненными функциями управления.

Рис. 4.7. Иерархическая структура

4.5.3. Оценка эффективности структур

При выборе того или иного варианта структур целесообразно использовать некоторые показатели эффективности, например оперативность, централизация, периферийность, живучесть, объем

Оперативность оценивается временем реакции системы на воздействие внешней среды либо скоростью ее изменения и зависит в основном от общей схемы соединения элементов и их расположения.

Централизация определяет возможность выполнения одним из элементов системы руководящих функций. Численно централизация определяется средним числом связей центрального (руководящего) элемента со всеми остальными.

Периферийность характеризует пространственные свойства структур. Численно периферийность характеризуется показателем «центра тяжести структуры», при этом в качестве единичной оценки меры связности выступает «относительный вес» элемента структуры

Живучесть системы определяется способностью системы сохранять основные свойства при повреждении ее части. Этот показатель может характеризоваться относительным числом элементов (или связей), при повреждении (уничтожении) которых показатели системы не выходят за допустимые пределы.

Объем является количественной характеристикой структуры и определяется обычно общим количеством элементов или связей либо тем и другим