1.2 Понятия, характеризующие строение и функционирование

систем

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую

часть системы, хотя это понятие и является неоднозначным. Поэтому примем

следующее определение: элемент – это предел членения системы с точки

зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной

цели.

Систему можно расчленять на элементы различными способами в за-

висимости от формулировки задачи, цели ее уточнения в процессе проведе-

10

ния системного исследования. При необходимости можно изменять принцип

расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового рас-

членения более адекватное представление об анализируемом объекте или

проблемной ситуации.

Компоненты и подсистемы. При многоуровневом расчленении сис-

темы лучше использовать термины подсистемы или компоненты.

Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно не-

зависимая часть системы, обладающая свойствами системы и, в частности,

имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а так-

же другие свойства – свойство целостности, коммуникативности т.д.

Если же части системы не обладают такими свойствами, а представ-

ляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части при-

нято называть компонентами.

Выделение подсистем зависит от цели и может меняться по мере ее

уточнения и развития представлений исследователя об объекте.

Связь. Понятие связь входит в любое определение системы и обеспе-

чивает возникновение и сохранение ее целостных свойств. Это понятие одно-

временно характеризует и строение (статику), и функционирование (динами-

ку) системы.

Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Дей-

ствительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утра-

чивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свобод-

ном состоянии. В определениях системы термины связь и отношение обычно

используются как синонимы, хотя у некоторых исследователей другая точка

зрения.

Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или

видом). По первому признаку связи делятся на направленные и ненаправлен-

ные. По второму – на сильные и слабые. По характеру (виду) различают связи

подчинения, связи порождения (или генетические), равноправные (или безраз-

личные), связи управления.

Важную роль в моделировании систем играет понятие обратной связи

(рис. 1.2.).

х

а

Рис. 1.2

11

Обратная связь может быть положительной, сохраняющей тенденции

происходящих в системе изменений того или иного выходного параметра, и

отрицательной – противодействующей тенденциям изменения выходного

параметра, т.е. направленной на сохранение, стабилизацию требуемого зна-

чения параметра (например, стабилизацию выходного напряжения или, в сис-

темах организационного управления, количества выпускаемой продукции, ее

себестоимости и т.д.). Обратная связь является основой саморегулирования,

развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существова-

ния.

Цель. Понятие цель и связанные с ним понятия целенаправленности,

целесообразности лежат в основе развития системы.

Анализ определений цели и связанных с ней понятий показывает, что в

зависимости от стадии познания объекта, этапа системного анализа, в понятие

«цель» вкладывают различные оттенки – от идеальных устремлений (цель –

« выражение активности сознания»: «человек и социальные системы вправе

формулировать цели, достижения которых, как им заведомо известно, не-

возможно, но к которым можно непрерывно приближаться»), до конкрет-

ных результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени,

формируемых иногда даже в терминах конечного продукта деятельности.

В некоторых определениях цель как бы трансформируется, принимая

различные оттенки в пределах условной «шкалы» - от идеальных устремле-

ний к материальному воплощению, конечному результату деятельности

(рис. 1.3).

Рис. 1.3

Например, наряду с приведенным выше определением, целью называ-

ется «то, к чему стремится, чему поклоняется и за что борется человек», и

даже «мечта – это цель, не обеспеченная средствами ее достижения».

Итак, в принципе, поведение одной и той же системы может быть опи-

сано и в терминах цели или целевых функционалов, связывающих цели со

средствами их достижения (такое представление называется аксиологиче-

ским), и без упоминания понятия цели в терминах непосредственного влия-

ния одних элементов или описывающих их параметров на другие в терминах

«пространства состояний» (или каузально). Поэтому одна и же ситуация мо-

12

жет быть представлена тем или иным способом в зависимости от исследова-

теля.

Для того чтобы отразить диалектическое противоречие, заключенное в

понятие «цель», в большой советской энциклопедии дается следующее опре-

деление цели: « заранее мыслимый результат сознательной деятельности

человека, группы людей» (« заранее мыслимый», но все же « результат», во-

площение замысла; подчеркивается также, что понятие цели связано с чело-

веком, его « сознательной деятельностью»).

Структура. Система может быть представлена простым перечислением

элементов или «черным ящиком» (моделью «вход – выход»). Однако чаще все-

го при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как тре-

буется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает вы-

полнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случа-

ях систему отражают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элемен-

ты с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят поня-

тие структуры.

Структура (строение, расположение) отражает определенные взаи-

мосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство

(строение).

Обычно в структуру включают не все элементы и связи, а лишь наибо-

лее существенные, которые обеспечивают существование системы и ее ос-

новных свойств. Иными словами, структура характеризует организованность

системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей.

Структурные связи обладают относительной независимостью от эле-

ментов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к

другой. При этом системы могут иметь различную физическую природу.

Одна и та же система может быть представлена разными структурами

в зависимости от стадии познания объекта, от цели создания. Структура в хо-

де проектирования по мере развития исследований может изменяться.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие систе-

мы. Рассмотрим основные термины процессов происходящих в сложных сис-

темах.

Состояние. Понятием состояние обычно характеризуют мгновенную

фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо

через входные воздействия и выходные сигналы, либо через макропараметры,

макросвойства системы (давление, скорость, температура).

Если рассматривать элементы a (компоненты, функциональные бло-

ки), учесть, что «входы» можно разделить на управляющие y и возмущаю-

щие x (неконтролируемые) и что «выходы» (выходные результаты) зависят

от a, y и x, т.е. g=ƒ(a,y,x), то в зависимости от задачи состояние может быть

определено как {а, у}, {а, у,g} или {a,y,x,g}.

Поведение. Если система способна переходить из одного состояния s в

другое, то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются,

13

когда неизвестны закономерности (правила) перехода системы из одного со-

стояния в другое.

С учетом введенных обозначений поведение можно представить как

функцию

s(t)=[s(t-1), y(t), x(t)].

Равновесие. Понятие равновесия определяют как способность системы

в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или постоянных воздейст-

виях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называют

состоянием равновесия.

Устойчивость. Под устойчивостью понимают способность системы

возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого со-

стояния выведена под влиянием внешних (или в системах с активными эле-

ментами – внутренних) возмущающих воздействий. Эта способность обычно

присуща системам при постоянном y тогда, когда отклонения не превышают

некоторого предела.

Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, на-

зывают устойчивым состоянием равновесия. Возврат в это состояние может

сопровождаться колебательным процессом.

Развитие. Развитие системы есть изменение ее качества на выходе, т.е.

смена цели и типа ее функционирования, обеспечивающего достижение цели.

Поскольку в процессе развития происходит изменение качества поведения

системы, то и отношения не могут оставаться устойчивыми. Следовательно, и

основой развития являются противоречивые (не равновесные) отношения, ко-

торые объединяют элементы, одновременно являющиеся частями системы и

обладающие взаимоисключающими тенденциями развития.