Лекции у Макаровой и Хасановой+вопросы к экзамену / Л5_сист.законы

ЛЕКЦИЯ 5

Системные законы и принципы

Этапы развития

Каждая система претерпевает ряд жизненных этапов, образующих ее жизненный цикл. К важнейшим жизненным этапам относятся этапы, связанные с процессами зарождения, функционирования, развития и перерождения (гибели) системы. Протекание этих процессов подчинено определенным системным законам и принципам, которые являются лишь выражением общих законов диалектики. Знание системных законов и принципов важно как при проектировании искусственных систем. Отсутствие этих знаний или пренебрежение системными законами и принципами могут привести к печальным результатам. Например, при проектировании технических систем и комплексов это может в лучшем случае привести к резкому ограничению функциональных возможностей системы, в худшем случае – к преждевременному разрушению и гибели системы (пример, ТУ-144). Например, незнание и не учет экономических законов функционирования той или иной экономической системы приводит к ее полному краху. Здесь экономические законы выступают как конкретная форма реализации в экономике общесистемных принципов и законов.

Рассмотрим вышеуказанные этапы существования систем с точки зрения их строения (структуры).

Этап зарождения системы связан с процессом создания систем и включает в себя процессы исследования (аналитическими методами или методами моделирования), проектирования, конструирования, организации, производства и испытания систем. Примеры, ЛА, ракетный комплекс, корабль, предприятие, автономный робот.

Этап функционирования систем связан с планированием действий (движений) системы, управлением контролем, диагностикой, поддержкой (стабилизацией) текущего состояния, обеспечением безопасности, возможностью функционирования в критических ситуациях, необходимостью решения задач адаптации, обучения, эффективного функционирования и т.д.

Этап развития систем связан с процессами прогнозирования, эволюции, самоорганизации, реконструкции, технологического и технического перевооружения и т.д. Примеры: Предприятие, регион, государство.

Этап перерождения (гибели, смерти) систем связан с переходом в иные формы существования, сильно отличающие от первоначальной формы способами энергетического, метаболитического и информационного обмена с окружающей средой, а также функционального назначения. Пример, процесс конверсии оборонных предприятий.

Вывод. Каждый элемент любого этапа существования системы. Поэтому кроме общесистемных принципов существуют частные системные принципы моделирования, планирования, синтеза, анализа, управления, развития и т.д.

4.2. Общесистемные законы

Закон системности (см. выше): любая система, с одной стороны, может быть системой среди себе подобных, т.е. состоять из множества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (агрегатов, модулей, комплексов, подсистем), с другой стороны, может быть подсистемой некоторой более сложной системы.

Этот закон, в частности, нацеливает проектировщика на то, чтобы при проектировании сложных систем (например, авиадвигатель) были учтены не только взаимосвязи между элементами внутри системы (ВЗ, компрессор, КС, турбины, ФК, РС), но и системами, относящимися к окружающей среде (например, планер). Другим примером, может служить предприятие (например, химпром).

Частным случаем проявления закона системности является принцип комплексности (комплексный подход), который состоит в рассмотрении конкретной проблемы, программы, плана, процесса, системы и т.д. в комплексе с другими проблемами, программами, планами, процессами, системами и т.д. Например, при проектировании ИСУ ГАП согласно этим принципам следует рассматривать научно-исследовательские, конструкторско-технологические, организационные, информационно-управленческие, финансово-экономические, социально-психологические и экологические проблемы в комплексе друг с другом, т.е. как единую систему проблем.

2. Первый закон преобразования композиции систем

В природе существует только семь способов образования новых композиций систем, построенных из элементов множеств Ф и Н. Эти способы основаны на изменении:

1. только количества (числа) элементов,

2. только элементов связи (отношений) множества Н,

3. только элементов (первичных подсистем) множества Ф,

4. количества и элементов связи,

5. количества и первичных элементов подсистем,

6. элементов связи и первичных подсистем,

7. количества, элементов связи и первичных подсистем.

Примечание.

а) Когда идет речь о замене элементов связи и первичных элементов, то имеется ввиду замена их подобными же элементами, но с другими характеристиками, свойствами и т.д. Например, в оргсистемах смена кадров. Таким образом, при данной замене структура не меняется.

б) Данный закон справедлив, если не различать порядок комбинаций. Если же его различать, то получится 15 способов.

в) Три первых способа являются основными, а остальные – производственными.

3. Второй закон преобразования композиции систем

При преобразовании композиций изменение числа (количества) первичных элементов множеств Ф и Н возможно только тремя способами:

1. прибавлением (+, присоединением) подмножества ∆S1(Ф,Н,Z);

2. вычитанием (-, удалением) подмножества ∆S2(Ф,Н,Z);

3. одновременным присоединением ∆S1(Ф,Н,Z) и удалением ∆S2(Ф,Н,Z), где ∆S1,∆S21, ∆S2<>∆S2.

При этом различают следующие формы:

А. Прибавления (присоединения, наращивания):

1. внешняя – элементы вносятся в систему из вне,

2. внутренняя – наращивание (новообразование) элементов происходит за счет а) деления или расклада имеющихся в системе элементов, б) синтеза новых элементов внутри системы, в) деления и синтеза одновременно,

3. действия внешней и внутренней форм прибавления одновременно.

Б. Вычитания (удаления):

1. внешняя – элементы удаляются из системы во вне; в том числе путем их разрушения,

2. внутренняя – сокращение числа элементов происходит за счет слияния двух или нескольких элементов в один,

3. одновременное действие внешней и внутренней форм вычитания.

В. Прибавления и вычитания девятью способами, в том числе способ обмена элементами между подмножествами ∆S1, и ∆S2 при третьем способе преобразования композиций системы, т.е. при внешних вычитаниях и прибавлениях этих подмножеств.

Этот закон имеет важное значение при разработке правил преобразования и изменения структур сложных систем. Из этого закона вытекает следующие следствие.

Следствие. С точки зрения “входа” и ”выхода” возможны системы лиш следующих четырех видов: 1) без входа и выхода, 2) со входом и выходом, 3) со входом, но без выхода, 4) с выходом, но без входа.

Эти композиции образуют 1) закрытые (изолированные, автономные) системы, 3) и 4) полузакрытые, односторонне-открытые системы, 2) двусторонне открытые системы.

Примеры. Замкнутые множества, технические системы, натуральное хозяйство, экологические системы, источники энергии и т.д.

4. Закон полиморфизации.

Любая система (объект) принадлежит к нескольким множествам полиморфических модификаций.

Термин …морфизм (гр. morphe – форма) – составная часть сложных слов, связанных по значению со словами “форма”,”вид”.

Полиморфизм – (многообразие форм) – множество систем, различающихся либо по составу элементов, либо по отношению (связям) между ними.

Следствия.

1. В любой системе имеет место полиморфизм, который возникает как множество модификаций (композиций) из первоначальных элементов, отличающихся только числом, видом и отношениями между первичными элементами.

2. Полиморфизм может возникнуть всеми семью способами преобразований и композиций.

3. Закон полиморфизации указывает на объективную возможность преобразования структуры и форм системы. Таким образом, полиморфизм определяет существующее многообразие систем различной физической природы. Требованиями законов системности и полиморфизации отвечают все формы движения и все формы существования материи. В последнем случае это приводит к возможности существования 64 фундаментальных систем (полиморфизмов), связанных с пространством, временем, движением (динамикой) и субстанцией (содержанием (физическим, химическим, биологическим и т.д.), сущностью вещей и явлений, формой движения, существования и т.д.). Только 15 из них связаны с пространством, временем и движением.

Достаточно общее и дифференцированное учение о полиморфизме является составной частью ОТС. В его рамках обосновываются и находят себе место все полиморфизмы - физические, химические, геологические, астрономические, биологические, социальные, экономические, организационные и т.д. Это учение рекомендует и позволяет изучать любой полиморфизм (физический и т.д.) не изолированно и не просто во всеобщей связи и взаимообусловленности, а в системе полиморфизмов, изучаемых другими науками. Благодаря системной интерпретации полиморфизма ОТС приводит к новым обобщениям и позволяет существенно пополнить представления о многообразии (полиморфизме) форм систем (объектов) любой физической природы (живой, неживой, обществе).

Две системы являются изолированными, если существует взаимоднозначное соответствие между их структурами, свойствами, формами движения, существования и т.д.

Какова взаимосвязь между полиморфизмами и изоморфизмами?

Полиморфизм изоморфичен, (многообразия схожи, едины), что проявляется в повторении от системы к системе (от композиции к композиции, от полиморфизма к полиморфизму) стандартного (повторяющегося) строя и параметров.

Изоморфизм полиморфичен (сходство имеет многообразие форм), что проявляется в многообразии форм изоморфизма: изоморфизм по элементарному составу, по отношениям, по характеристикам, по форме движения, существования и т.д.

Эта взаимосвязь является проявлением закона диалектики: закона единства многообразия единого в материальном мире.

Примечание. Учение о полиморфизме смотри более подробно в работах профессора Ю.А.Урманцева.

Согласно закону полиморфизации при проектировании сложных систем необходимо выявить все многообразие вариантов, которое возникает при анализе и синтезе структур и свойств организационных систем, целей организаций, принимаемых управленческих решений, возможных ситуаций и т.д. Следовательно, при проектировании нельзя ограничиваться рассмотрением малого количества вариантов структур системы. Закон полиморфизации проявляется и в том, что одним и тем же свойством может обладать множество систем (структур), или одна и та же цель может быть достигнута различными системами (НИР, ЛА, ракета). В то же время одна и та же система (структура) может обладать множеством свойств (устойчивости, адаптацией и т.д.), быть многофункциональной (выполнять множество функций) и предназначенной для достижения нескольких целей (многоцелевой). Поэтому можно говорить о сходстве (морфизме) систем по отношению к какому-либо свойству, функции, цели или, наоборот, множества свойств, функций по отношению к какой-либо системе.

Одним из следствий закона полиморфизации является следующие утверждение.

Следствие. Любая система по своей природе является гетерогенной, т.е. разнородной по составу своих первоначальных элементов (подсистем).

Например, вода, пар, производственная система, система управления, ГТД.

Гомогенные системы – однородные по составу, являются большей частью некоторой идеализацией гетерогенных систем. Например, класс однотипных САУ многомоторным самолетом, энергетическими установками (Но при тщательном сравнении даже близнецы отличаются друг от друга).

Понятие гетерогенности и гомогенности может быть распространено не только на элементарный состав, но и на свойства, характеристики, выполняемые функции, структуры и т.д. Например, многосвязная динамическая система может состоять из нескольких подсистем с одинаковыми динамическими характеристиками. Бригада рабочих может состоять из людей одинаковой квалификации, работающих с одинаковой производительностью. Армия может состоять из дивизий с одинаковой мощью вооружения.