2. Структура системы. Виды структур. Содержание и строение системы. Форма системы. Компоненты и элементы системы.

Система – это совокупность элементов и (или) отношений, закономерно связанных в единое целое, которое обладает свойствами, отсутствующими у элементов и отношений его образующих.

Система – это совокупность структурных элементов, выделенных из внешней среды и взаимодействующих между собой в направлении строго определенной цели.

Система - комплекс взаимодействующих элементов или совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой.

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы, выполняющую определённую функцию. Ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом, элемент — это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели.

Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом.

Структура системы (строение системы) — это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Под "содержанием" понимается все, что содержится в системе. Сюда входят не только элементы, но и отношения, связи, процессы, тенденции развития, все части системы. Для выражения фрагмента содержания системы используется слово "компонент" системы (а не "элемент", "часть").

Понятие формы многозначно. Часто под формой понимается способ внешнего выражения содержания. Под формой понимается также внутренняя организация, способ связи элементов внутри системы (в данном случае понятие формы совпадает с понятием структуры). Таким образом, форма есть внутренняя и внешняя организация системы.

Понятия содержания и формы неразрывны. Оптимальное развитие системы происходит при соответствии формы содержанию, содержания — форме.

Вернёмся к понятию структуры системы.

Система может быть представлена простым перечислением элементов, или «чёрным ящиком» (моделью «вход – выход»). Однако чаще всего при исследовании объекта такое представление недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект. В этих случаях систему отображают путём расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят понятие структуры.

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

Структурные представления систем могут являться средством их исследования. В связи с этим полезно выделить и исследовать определённые виды (классы) структур. Рассмотрим ряд типовых структур систем.

Виды 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. 4.6,6) 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.

Многосвязная структура (рис. 4.6,г) имеет структуру полного графа. За счет наличия кратчайших путей надёжность её 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 (рис. 1, а). Например, сетевая структура может отображать порядок действия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т. п.), этапы деятельности человека.

Иерархическая структура получила наиболее широкое распространение при проектировании систем управления. Иерархические структуры представляют собой декомпозицию системы в пространстве (рис. 1, б – д). Все вершины (узлы) и связи (дуги, ребра) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени).

Иерархические структуры, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами (структурами типа «дерева»; структурами на которых выполняются отношения древесного порядка; иерархическими структурами с сильными связями) (рис. 4.7,а).

Структуры, в которой элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего уровня называют иерархическими структурами со слабыми связями (рис. 4.7,6).

В виде иерархических структур представляются конструкции сложных технических изделий и комплексов, структуры классификаторов и словарей, структуры целей и функций, производственные структуры, организационные структуры предприятий.

Матричные структуры. Иерархическим структурам, приведённым на рис. 1, б, в, соответствуют матричные структуры рис. 1, е, ж. Отношения, имеющие вид «слабых» связей между двумя уровнями на рис. 1, в, подобны отношениям в матрице, образованной из составляющих этих двух уровней на рис. 1, ж.

Многоуровневые иерархические структуры. В теории систем М. Месаровича предложены особые классы иерархических структур, отличающиеся различными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и различным правом вмешательства вышестоящего уровня в организацию взаимоотношений между элементами нижележащего, для названия которых он предложил следующие термины: «страты», «слои», «эшелоны» (рис. 1, д).

Смешанные иерархические структуры бывают с вертикальными и горизонтальными связями (рис. 1, г).

Структуры с произвольными связями могут иметь любую форму, объединять принципы разных видов структур и нарушать их.