1.5. Основные определения, характеризующие функционирование и структуру систем

К основным понятиям, характеризующим структуру системы, относят­ся: элемент, компоненты и подсистемы, связь, цель и внешняя среда.

Под элементом обычно понимают простейшую неделимую часть сис­темы. По своей сути, это предел членения системы с точки зрения дости­жения целей функционирования этой системы.

Подсистема - это часть системы, обладающая свойствами системы. Компонентом является группа элементов, не имеющих цели и не обла­дающих свойством целостности.

15

Связь - это ограничение степени свободы элементов, т.е. совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов сис­темы. Они могут быть односторонними, взаимосвязями или отношениями любого порядка. Связь — это то, что объединяет организацию в единое це­лое; управление - то, что регулирует её поведение. Связи существуют ме­жду всеми системными элементами, между системами и подсистемами и между самими подсистемами. Функционально необходимые друг другу связи называются связями первого порядка (растения и паразит). Связи второго порядка - это дополнительные связи, которые не являются функ­ционально необходимыми. Синергетические связи — это связи второго по­рядка, которые обеспечивают увеличение общего эффекта до величины, большей, чем сумма эффектов этих же независимо действующих элемен­тов. Излишние или противоречивые связи - это связи третьего порядка. 1.5.1. Классификация связей

1. Связи взаимодействия (координации). К ним относятся связи свойства, связи объектов, связи между отдельными людьми и связи между команда­ ми специалистов (кооперативные, конфликтные).

2. Связи порождения (генетические). В этих связях один объект вызывает к жизни другой (А отец В).

3. Связи преобразования. Эти связи осуществляют переход объекта из од­ ного состояния в другое состояние.

4. Связи строения или структурные.

5. Связи функционирования. Для этих связей характерно, что объекты осуществляют совместно заданную функцию. Связи функционирования делятся на связи состояния (когда следующее по времени состояние явля­ ется функцией от предыдущего) и энергетические связи, трофические и нейронные (когда объекты связаны единством реализуемой функции).

6. Связи развития — это модификация функциональных связей. Развитие — это такая смена состояний, в основе которой лежит невозможность сохра­нения существующих форм функционирования. Объект как бы оказывает­ся вынужденным выйти на иной уровень функционирования, прежде не­доступный и невозможный для него, и условием такого выхода является изменение организации объекта. В точках перехода от одного состояния к

_I

16

7

другому развивающийся объект выбирает из некоторого количества воз­можностей конкретную форму его организации.

7. Связи управления - это либо частный случай функциональных связей, либо связей развития. Особо выделяются рекурсивные и синергетические связи. При рекурсивной связи определяется причина и следствие (напри­мер, связь между затратами и результатами).

Связи характеризуются направлением (направленные и ненаправлен­ные, прямые и обратные), силой (слабые и сильные), характером (связи подчинения, порождения, равноправия и управления). Прямые связи пред­назначены для заданной функциональной передачи ресурсов. Обратные связи предполагают преобразование компоненты, поступающей по прямой связи, и передачу результата преобразования обратно. Если результат пер­воначального воздействия усиливается, то связь называется положитель­ной, если ослабляется — отрицательной. Положительные обратные связи выводят систему из состояния устойчивости, отрицательные — способст­вуют его сохранению.

Детерминированная (жёсткая) связь, как правило, однозначно опреде­ляет причину и следствие, даёт чётко обусловленную формулу взаимодей­ствия элементов. Стохастическая связь определяет неявную зависимость между элементами системы.

Система может иметь внутренние и внешние связи. Внутренние связи противостоят возмущающим воздействиям внешней среды и являются бо­лее сильными, чем связи отдельных элементов со средой.

Принуждающие связи являются ограничениями, налагаемыми на её функционирование и развитие.

Цель - это мысленное предвосхищение результата деятельности. Внешняя среда - всё то, что не входит в саму систему.

Структура системы — это совокупность элементов системы и множест­ва связей между ними.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие систем, — это состояние, поведение, ситуация, развитие, движение.

Состояние системы - совокупность состояний её элементов и связей между ними. Для реальных систем из множества состояний, для учёта ог-

17

раничений на систему выделяется множество допустимых состояний. Ог­раничения системы складываются из целей и принуждающих связей, т. е. определяют условия функционирования системы.

Ситуация — это совокупность состояний системы и среды в один и тот же момент времени.

Движение системы (функционирование) - процесс последовательного изменения состояния системы.

Закон функционирования — это зависимость, которая описывает про­цесс функционирования элемента системы во времени:

y(t)=F(x, n, и, t).

Алгоритм функционирования — это метод получения выходных харак­теристик у (t) с учетом х (t), n (t), и (t). Для данного закона функциониро­вания может быть множество алгоритмов. Уравнение состояния системы:

z (t) =f(z (t), х (t), n (t), и (t), h (t), t) ,

где h (t) - внутренние параметры системы в момент времени t. Уравнение наблюдения системы:

у (t) = g (z (t), t).

Состояние системы можно представить и как функцию переходов, т.к. в любой момент времени текущее состояние зависит от предшествую­щих состояний этой системы. Особое внимание при этом уделяется на­чальному состоянию системы.

Переходный процесс системы — это множество преобразований на­чального состояния и входных воздействий в выходные величины, кото­рые изменяются с течением времени. Описывает переходный процесс пе­реходная функция состояния, удовлетворяющая определённым требовани­ям. Процесс обратной связи является основой развития систем и приспо­собления их к меняющимся внешним и внутренним условиям, поэтому ос­новное назначение обратной связи - изменение идущего процесса. 1.6. Методы и модели теории систем

Моделирование - процесс, включающий построение модели реальной системы, изучение свойств модели и перенос полученных сведений на ре-

18

ал&иую сиотвму. Модель - это объект, замещающий исследуемый объект и Отражающий только существенные для исследования свойства прототипа. Основные цели моделирования:

• поиск оптимальных или близких к ним решений;

• оценка эффективности решений;

• определение свойств системы;

• установление зависимостей между характеристиками системы;

• прогнозирование.

С точки зрения системного подхода создаваемая модель является сис­темой, как и моделируемая система. Поскольку сложные системы характе­ризуются структурой, поведением и выполняемыми функциями, то и мо­дели могут быть функциональными, информационными и поведенческими (событийными).

В основе моделирования лежит теория подобия, которая позволяет классифицировать модели на полные, неполные и приближенные, в зави­симости от степени полноты подобия. На рисунке 1 приведена классифи­кация видов моделирования. В характеристики моделей систем входят: цель функционирования, сложность, целостность, неопределённость, по­веденческая страта, адаптивность, организационная структура, управляе­мость и возможность развития модели

Адаптация - это способность изменения целей и параметров функцио­нирования при изменении условий функционирования.

Живучесть системы - это способность изменять цели и параметры функционирования при отказе и (или) повреждении элементов системы. Вместе адаптивность и живучесть определяют гибкость системы.

Надёжность системы — это свойство системы реализовывать заданные функции в течение определённого периода времени с заданными парамет­рами качества.

Стойкость — это свойство системы выполнять свои функции при выхо­де параметров внешних условий системы за определённые ограничения.

Уязвимость - это способность системы получать повреждения при воз­действии внешних и (или) внутренних поражающих факторов.

19

Устойчивость - способность возвращаться в исходное состояние после возмущающих воздействий.

Управляемость - возможность рассматривать протекание процесса в различных условиях, имитирующих реальные условия. Управляемость по­зволяет проводить эксперименты, она тесно связана со степенью автомати­зации моделирования.

Развитие модели предполагает расширение спектра изучаемых функ­ций или подсистем с применением современных м

етодов и средств

20

Контрольные вопросы и задания

1. Каковы основные задачи теории систем?

2. Что значит мыслить системно?

3. Чем отличается теоретико-множественное определение «системы» от определения, предложенного Ю. А. Урманцевым?

4. Дайте семантическое определение понятию «система».

5. Приведите примеры систем.

6. По каким основаниям классифицируют системы?

7. В чём отличие технических и организационных систем?

8. Какая система называется кибернетической?

9. Какие функции выполняет система управления?

10. Чем отличаются компоненты и подсистемы данной системы?

11. Какие связи называются синергетическими?

12. Чем связи отличаются от отношений?

13. Приведите классификацию связей.

14. Основные назначения прямой и обратной связи.

15. Каковы основные цели моделирования?

16. Является ли модель системой?

17.Чем детерминированные модели отличаются от стохастических?

18. Может ли динамическая модель быть дискретной и мысленной?

19. Какие типы математического моделирования Вы знаете?

20. Что входит в характеристики моделей систем?

21. Что понимается под адаптацией модели?

22. В чем проявляется управляемость модели?

23. Каковы причины использования имитационного моделирования?

24. Какие требования к процессу разработки модели обеспечивают ее аде­ кватность и эффективность?