1.2. Система и ее среда

Главная особенность современной технической деятельности - подход к объектам исследования и проектирования как к системам, В термин "система" вкладываются различные понятия, но во всех случаях система есть подмножество взаимосвязанных элементов, выделенное из множества элементов любой природы в соответствии с требованиями решаемой задачи.

Субъективное содержание понятия системы состоит в том, что ис­следователь, приступая к изучению определенного объекта либо группы объектов, выделяет для рассмотрения те элементы или явления, которые, с одной стороны, отвечают цели исследования, а с другой - легче и естественней поддаются анализу или синтезу (проектированию). Объективное содержание понятия системы связано с тем, что систему, как правило, выделяют по пространственному или функциональному признаку.

Таким образом, при определении некоторого объекта как системы предполагается наличие

объекта (системы), состоящего из множества элементов и их свойств, которые могут рассматриваться как единое целое благодаря связям между ними и их свойствами;

исследователя, выполняющего целенаправленную деятельность;

задачи, о точки зрения решения которой некоторый объект выделя­ется исследователем как система;

языка, на котором исследователь может описать объект, свойства его элементов и связи.

Приведем несколько примеров систем [2]: I) солнечная система; 2) живой организм; 3) вычислительные центр; 4) промышленное предприя­тие; 5) электрическая схема; 6) уголовный кодекс данной страны, 7) система линейных уравнений; 8) отрасль промышленности; 9) система социального обеспечения; 10) операционная система ЭВМ; 11) автомати­зированная система управления технологическим процессом (АСУТП; 12) система планирования народного хозяйства; 13) сердечно-сосудистая система.

Системы 1-7, состоящие из материальных или абстрактных объектов, сформированы по пространственному признаку, а системы 8-13 - по функ­циональному назначению. Некоторые из перечисленных систем допускают двоякое описание. Так, операционная система ЭВМ может задаваться как своими функциями, так и набором программ, реализующих эти функции.

Когда система задается по пространственным признакам, в большин­стве случаев одновременно производят структуризацию системы. Под структуризацией понимают [2] выделение в системе двух типов объектов - множества элементов и множества связей – и установление соотношений этих множеств друг с другом. Так, в промышленном предприятии элементами могут быть отдельные цехи, а связями - материальные и информационные потоки между ними. В системе линейных уравнений элементы - отдельные уравнения, а связи - участие одних и тех же переменных в различных уравнениях. Структурной единицей (элементом) предприятия может быть как цех, так и участок или рабочее место; соответственно меняются и виды связей. Кроме того, то, что в одном случае выступает как вид связи, в другом может считаться видом элемента. Расчленение системы на элементы - один из первых шагов при построении ее формального опи­сания, т.е. математической модели.

Элементы - это части или компоненты системы, условно принятые неделимыми.

Свойства - качества, позволяющие описывать систему и выделять ее среди других систем. Свойства могут иметь количественную меру или выражаться лишь качественно.

Связи - это то, что соединяет элементы и их свойства. Предпола­гается, что каждый из элементов системы соединен связями прямо или косвенно с любым другим элементом.

Состояние системы в данный момент характеризуется значениями существенных с точки зрения решаемой задачи параметров системы.

Структура системы - понятие, характеризующее способ организации элементов в систему с определенными свойствами установлением между ними взаимосвязей.

Структура и свойства элементов определяют индивидуальные характе­ристики системы и позволяют рассматривать ее как целостное образование.

Элемент принадлежит системе, потому что он связен с другими ее элементами, объединенными в систему (в одно целое) для достижения опре­деленной цели. Удаление из системы элемента или совокупности элемен­тов непременно изменяет ее свойства в направлении, отличном от цели. Целостность системы проявляется в том, что ее свойства могут качест­венно отличаться от свойств составляющих элементов. Например, металло­режущий станок можно представить как систему, элементам которой явля­ются сборочные единицы, связанные между собой определенным образом. Каждую сборочную единицу станка можно описать некоторыми свойствами, однако ни одна из них не обладает свойством станка - обрабатывать детали изделий путем снятия стружки. Таким образом, система - это не сумма составляющих ее частей, а целостное образование с новыми свойст­вами, которыми не обладают ее элементы.

Система считается простой, если состоит из малого количества элементов или ее модель можно отнести к разряду простых.

Сложная система представляет собой множество взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов и подсистем различной физи­ческой природы, составляющих нераздельное целое, обеспечивающих выпол­нение системой некоторой сложной функции и описываемых достаточно сложной математической моделью.

Система, согласно определению, ограничивает некоторое множество элементов. При этом предполагается, что может существовать множество элементов за пределами системы, с которыми она взаимодействует. Это множество принято называть внешней средой. Элементы, не взаимосвязан­ные с системой, не являются частями ее среды.

Система, не имеющая внешней среды, называется изолированной. В реальном мире изолированных систем не существует.

Систему, у которой есть внешняя среда, называют открытой. Если элементы изобразить кружочками (вершинами), а связи между ними - стрелками (дугами), то структуру системы и связи ее с внешней средой можно изобразить схемой, показанной на рис. 1.2,

Универсальных правил для решения вопроса, какие элементы включить в открытую систему, а какие отнести к внешней среде, нет. Хотя конкрет­ные системы по своему характеру объективны, структура и количество эле­ментов системы обусловлены требованиями поставленной задачи, формули­ровку и решение которой осуществляет исследователь, накладывая субъек­тивный отпечаток.

Система Среда

Рис. 1.2. Изображение системы и ее среды

Действительно, один и тот же объект, например производственный цех, различными исследователями может быть представлен в виде различных систем. Для технолога систему "цех" составляют такие элементы, как об­рабатываемые детали, оборудование, оснастка, связанные между собой ма­териальными и информационными потоками. Элементы внешней среды - смеж­ные и вспомогательные цехи, склады, администрация и другие объекты, которые существенно влияют на технологию производства. При этом техно­лог не учитывает огромное количество связей другого типа, слабо влияю­щих на организационно-технические показатели цеха. Социолог же "цех" представляет себе как совершенно другую систему - элементами ее явля­ются отдельные люди и их коллективы, объединенные связями социально-психологического типа. Его интересует влияние на изучаемый им коллек­тив других цеховых коллективов, которые образуют внешнюю среду системы.

Следовательно, определяя объект как систему, исследователь в за­висимости от решаемой проблемы выделяет систему из внешней среды очер­чивая границы системы, указывает входные и выходные связи, устанавли­вает факторы, которыми должны описываться состояния системы.

Относительность систем проявляется также в том, что одну и ту же совокупность элементов можно рассматривать либо как систему, либо как часть некоторой более крупной системы, множество элементов кото­рой можно разделить на ряд подмножеств.

Часть системы, образованную из элементов подмножества, называют подсистемой.

Пусть система (рис. 1.3) образована из элементов 1-12 , связанных между собой некоторым образом. Система может быть разбита на три подсистемы, например . Подмножество элементов , образующих подсистему можно рассматривать как сис­тему, тогда и будут элементами внешней среды. Если нас не интересуют свой­ства элементов и структура подсистем , то сис­тему можно упростить и рас­сматривать эти подсистемы как элементы системы .

Рис. 1.3. Разделение системы на подсистемы

Таким образом, каждая система может рассматриваться либо как подсистема или как элемент некоторой, более крупной системы, либо как совокупность элементов, каж­дый из которых допустимо определить как систему.

Отсюда вытекает иерархия систем, в которой элементами системы i-го уровня являются системы -го уровня. Например, предприя­тие можно представить как систему, элементами которой являются цехи; цех может быть представлен совокупностью производственных участков, участок - как система станков и т.д. Выбрав в качестве исходного уровня рассмотрения предприятие, можно расширять представление о системе на только "вниз", но и "вверх", предопределяя выделенную систему (пред­приятие) как подсистему или элемент более крупной системы (объединения или отрасли промышленности).