4.1.2. Відкриті та закриті системи; класифікація за призначенням, походженням, видом елементів, способом організації

Відкрита система (англ. Open system) — це система, яка перебуває в стані постійної взаємодії (обміну) зі своїм навколишнім середовищем.

Взаємодія може набувати форми обміну інформацією, енергією або матеріального трансферу в або з меж системи, залежно від дисципліни, яка розглядає ВС. Відкрита система — протилежність закритої (ізольованої), яка не обмінюється енергією, матерією чи інформацією зі своїм оточуючим середовищем.

Концепція «відкритих систем» була оформлена в рамках поєднання взаємодії теорії організмів, термодинаміки і теорії еволюції [1]. Ця концепція була розширена з появою теорії інформації, а потім теорії систем. Сьогодні ця концепція знайшла своє застосування в природничих та соціальних науках. У відкритих екосистемах речовина по колу не обертається. Наприклад, в екосистемі окремого дерева гусінь з'їдає листя продуцента; саму ж гусінь ловлять птахи й відносять у свої гнізда на інші дерева. Отже, речовина з даної екосистеми вилучається й переноситься в іншу.

Розрізняють також екосистеми, здатні або не здатні до саморегуляції. Механізм саморегуляції в екосистемах першого типу здійснюється за принципом негативного зворотного зв'язку. Цей принцип у спрощеному варіанті можна уявити собі у вигляді ланцюга, кожна ланка якого виступає щодо двох сусідніх або хижаком, або жертвою. Якщо з якихось причин зменшується чисельність жертви, то через нестачу їжі з часом зменшується й чисельність хижака. Зниження чисельності хижака відповідно приводить до зменшення тиску на жертву, чисельність якої збільшується. Це знову створює умови для збільшення чисельності хижака. Отже, система «хижак—жертва» саморегулюється, тобто утримується в рівноважному стані. При цьому чисельність жертви й хижака постійно коливається навколо якогось середнього значення. Ці коливання дістали назву «хвиль життя».

В галузі природничих наук, відкриті системи розглядаються як такі, чиї межі проникні для енергії та маси [2]. У фізиці закрита система, навпаки, є проникною для енергії, але не для матерії.

Відкриті системи мають ряд наслідків. Замкнута система містить обмежений енергії. Визначення відкритої системи припускає, що Є запаси енергії, які не можуть бути вичерпані; на практиці, ця енергія надходить з певного джерела в оточенні, яке можна розглядати як нескінченне для цілей навчання. Одним з типів відкритих систем є так звана система променистої енергії (англ. radiant energy system), яка отримує енергію від сонячної радіації — джерела енергії, який можна розглядати як невичерпне для всіх практичних цілей.

Закрита система (closed system) - система, ізольована від зовнішнього середовища, елементи якої взаємодіють тільки один з одним, не маючи контактів із зовнішнім середовищем.

Системи можна класифікувати за призначенням. Серед технічних і організаційних систем виділяють: виробляють, керуючі, які обслуговують.

В виробляють системах реалізуються процеси отримання деяких продуктів або послуг. Вони в свою чергу діляться на вещественноенергетіческіе, в яких здійснюється перетворення природного середовища або сировини в кінцевий продукт, і на інформаційні, в яких здійснюються збір, передача і перетворення інформації.

Керуюча система - це сукупність органів управління і керуючих працівників з певними масштабами своєї діяльності, компетенцією і специфікою виконуваних функцій. Призначення керуючих систем - організація і управління матеріально-енергетичними та інформаційними процесами. Для здійснення функцій управління керуюча система повинна мати у своєму розпорядженні необхідними ресурсами (матеріальними, фінансовими, трудовими і т.д.), що забезпечують реалізацію управлінських впливів. У керуючих системах зазвичай виділяють наступні елементи: планує (визначає перспективу розвитку і майбутній стан систем), який регулює (спрямований на підтримку і вдосконалення встановленого режиму роботи системи), обліковий і контрольний (отримання інформації про стан керованої і керуючої підсистем). Керуюча підсистема безперервно посилає в керовану підсистему інформацію у вигляді управлінських рішень. Основою для вироблення управлінських рішень є інформація керованої підсистеми і інформація, яка надходить із зовнішнього середовища. Під впливом рішень здійснюється взаємодія між елементами.

Обслуговуючі системи займаються підтримкою заданих меж працездатності виробляють і керуючих систем.

За походженням системи поділяються на природні, штучні та змішані.

Природні системи – це багатокомпонентні об`єкти, які мають властивості систем і виникають внаслідок природних процесів (атом, молекула, організм, популяція, суспільство).

Штучна система – це система, яка створена людиною як засіб для досягнення певної мети. Вони включають як різноманітні технічні системи (від простих механізмів до найскладніших виробничих комплексів та інформаційних систем), так і організаційні системи, що складаються з груп людей, діяльність яких свідомо координується для досягнення певної мети або виконання деяких функцій (наприклад, система управління підприємством, система державного управління).

Змішані системи – це системи природного походження, які перетворені людиною для задоволення певних потреб, або системи, створені людиною, у яких природна частина відіграє більш важливу роль, ніж штучна. Наприклад, заповідник, лісове господарство, канал, парк культури, штучний супутник Землі.

Елемент системи — це технічний об'єкт, що входить до складу системи або підсистеми, і який при вирішенні конкретної сукупності задач недоцільно далі розбивати на частини. Наприклад, в складі підсистем приводу виконавчих органів в багатьох випадках доцільно виділити такі основні елементи: електродвигуни, зубчаті колеса, вали, осі, підшипники, виконавчий орган.

Під зовнішнім середовищем розуміють сукупність об'єктів технічного або природного характеру, що не входять до складу системи і володіють певними властивостями і параметрами, взаємодія з якими повинна враховуватися при вирішенні поставлених задач. Наприклад, для очисного вузькозахопного комбайна як зовнішнє середовище виступає людина-оператор, що безпосередньо керує вийманням вугільного пласта, шар по-роди, який вміщає вугільний пласт, вибійний конвеєр і мережа електропостачання.

При зміні масштабу задач, що ставляться, система, що вивчається може розглядатися як підсистема або елемент більш складної системи, а підсистема або навіть елемент — як система. Відповідно змінюється і сукупність об'єктів зовнішнього середовища.

класифікація за видом елементів???

Класифікація систем за рівнем організованості. Поділ систем за рівнем організованості запропоновано в продовження ідеї про їх поділі на добре організовані і погано організовані, або дифузні. До цих двох класів був доданий ще клас розвиваються, або самоорганізованих систем.

До добре організованих систем відносять ті системи, поведінка яких жорстко детермінована, у системі встановлені чіткі взаємозв'язки між складовими частинами, що забезпечують дію системи в цілому. Наприклад, більшість моделей фізики й технічніх наук (тролейбус, телевізор, холодильник, пральна машина тощо). У них взаємозв'язки окремих підсистем чітко організовані і система діє тільки таким чином, як це дозволяє внутрішня організація.

Поняття добре організованої системи використовують також для відображення ступеня наших знань про систему. Ті системи, про внутрішню будову яких знають досить добре, відносять до добре організованих. Так, для конструктора автомобіль є добре організованою системою, оскільки він досконально знає усі механізми і взаємозв'язок між ними, а для того, хто тільки починає вивчати автомобіль, не знає його складових частин і взаємодії між ними, автомобіль є дифузною, погано організованою системою.

Під погано організованими (дифузними) системами розуміють системи, в яких взаємодія частин не визначена однозначно, має випадковий характер. Типовим прикладом такої системи є газ, що знаходиться у певному об'ємі. Ознаки дифузної мають і організаційні системи, наприклад, поведінка людини не завжди однозначна, не завжди однозначна дія великого трудового колективу та ін.

Об'єкт або процес, що досліджується, уявляється у вигляді певного набору складових. Досліджуючи їх, одержують характеристики або закономірності (у випадку оргсистем - статистичні, економічні), і поширюють ці закономірності на всю систему в цілому. При цьому робляться відповідні застереження. Наприклад, при одержанні статистичних закономірностей їх поширюють на поведінку всієї системи з якоюсь імовірністю, котра оцінюється за допомогою спеціальних прийомів, які досліджуються математичною статистикою.

До самоорганізуючих систем відносяться системи, що мають механізми регулювання. Найбільш простими з них є механічні системи зі зворотним зв'язком. Вони складаються з двох частин: частини, яка підлягає управлінню, та керуючого пристрою (регулятора).

Працює така система наступним чином. Вихідна величина системи, чи інформація про її стан подається на регулятор. Регулятор залежно від вимог, які стоять перед системою, та від інформації, яка надійшла через зворотний зв'язок, регулює її роботу.

Для відображення об'єктів та процесів з великим ступенем невизначеності на початковому етапі постановки завдання у вигляді самоорганізуючих систем необхідно побудувати модель, яка б дозволяла відображати їхні властивості. Для цього накопичують інформацію про об'єкт, фіксуючи при цьому всі нові складові та зв'язки і застосовуючи їх (за допомогою знакової системи та правил), одержують відображення послідовних станів системи, що розвивається. Таким чином поступово створюється усе більш адекватна модель реального об'єкта, який досліджується, або об'єкта, який створюється.

Адекватність моделі оцінюється правильним відображенням у знаковій моделі елементів та зв'язків, необхідних для досягнення поставленої цілі дослідження або створення об'єкта.

Іншими словами, модель стає ніби своєрідним «механізмом» розвитку системи. Практична реалізація такого «механізму» в управлінні - розробка мови моделювання прийняття рішення. В основу такої мови (знакової системи) може бути покладений один із методів моделювання систем, які ми будемо вивчати в наступних темах. При моделюванні більш складних процесів «механізм» розвитку реалізується у формі методики системного аналізу.

До різновидів самоорганізуючих систем відносять:

- самонавчаючі системи - це системи, що мають здатність засвоювати й запам'ятовувати минулий досвід і змінювати свою поведінку відповідно до набутих знань;

- самовідновлювальні системи - це системи здатні відновлюватись повністю або частково. Живі організми та штучні системи, які відновлюються, здатні регенерувати певні органи, свої частини;

- самовідтворюючі - це системи, які можуть відтворювати подібні до себе системи, породжувати нові системи аналогічні собі. Це всі живі організми, які можуть мати потомство. Деякі штучні системи можуть створювати системи такі ж, як вони самі, наприклад роботи.