Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория технических систем и методы инженерного творчества в решении задач автоматизации технологических процессов. Учебное пособие
.pdf
случае говорят о слоях. Уровни-слои не обязательно свойственны реальным объек-
там, они скорее отражают отношение исследователя к данному объекту, фиксируя
способы познания его характеристик, глубину проникновения в сущность изучаемого
объекта. В качества типового примера можно назвать детерминистический и вероят-
ностный слои представления одного и того же явления.
Зачастую слоями называют структурные компоненты системы, выделенные по
временному признаку или по типу решаемых задач. Такими слоями могут быть: про-
гнозирование, текущее планирование, оперативное управление и регулирование. В
частном случае эшелоны, страты и слои могут совпадать.
Кроме того, понятием уровня часто выражается оценочная характеристика ана-
лизируемого объекта или явления. Например, «уровень образования», «уровень ду-
ховного развития», «жизненный уровень». Такого рода уровни принято называть
уровнями-оценками.
Связь. Понятие связь входит в любое определение системы и обеспечивает воз-
никновение и сохранение её целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.
Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действи-
тельно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть
своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.
В определениях системы термины связь и отношение обычно используются как
синонимы. Однако существуют разные точки зрения: одни исследователи считают
связь частным случаем отношения; другие – напротив, отношение рассматривают
как частный случай связи; третьи – предлагают понятие связь применять для описания статики системы, её структуры, а понятием отношение - характеризовать некоторые действия в процессе функционирования (динамики) системы.
Не решен (и, видимо, вряд ли может быть решен в общем виде) вопрос о доста-
точности и полноте сети связей для того, чтобы систему можно было считать систе-
мой. Один из подходов к решению этой проблемы предлагается, например, В.И. Николаевым и В.М. Бруком, которые считают, что для того, чтобы система не распалась
на части, необходимо обеспечить превышение суммарной силы (мощности) связей
21
между элементами системы, то есть внутренних связей над суммарной мощностью
связей между элементами системы и элементами среды, то есть внешних связей.
Отношения и связи представляют собой различаемые по формальному при-
знаку, но взаимообразующие и взаимообусловливающие понятия, общей базой кото-
рых выступают взаимодействия. С одной стороны, отношения инициируют образова-
ние связей и взаимодействий, а с другой – сами являются результатом возникновения
(разрушения) связей в процессе развития взаимодействий. Поэтому говорят, что от-
ношения и связи – это ненасыщенные физическим содержанием взаимодействия.
Указанные понятия образуют базис системных исследований.
В теории технических систем не ставится и не решается задача описания (мо-
делирования) изучаемых явлений и процессов с точностью до видов взаимодействий,
но агрегированное понимание физической сущности анализируемых связей и отно-
шений необходимо. Иначе теряется содержательный аспект исследований. Модель
явления становится либо абстрактной (как в фундаментальной математике), либо
приобретает черты неопределенности и неоднозначности, как это имеет место в гу-
манитарных науках, которые называются неточными не потому, что в них нет мате-
матики, а потому, что в них отсутствует понимание физической сущности взаимодей-
ствий в изучаемых объектах и явлениях.
Не всякое действие может быть воздействием. Действие – это процесс перемещения вещества, энергии, информации. Для того чтобы действие стало воздействием,
необходимо выполнение как минимум двух условий: наличия объекта приложения и
результативности, то есть ситуации, когда эффект данного действия превосходит не-
кий порог. Воздействие – это действие, имеющее результат.
При анализе систем, помимо внутренней связанности, выделяют внешнюю свя-
занность, то есть отношения, связи и взаимодействия изучаемой системы с окружаю-
щей ее средой. Среда в свою очередь рассматривается как система высшего эшелона,
то есть в качестве надсистемы по отношению к данной системе. В такой трактовке
среды– надсистемы важно учитывать, что она представляет собой некоторое множество систем, каждая из которых по-своему взаимодействует с системой – объектом
22
анализа. Выделяют четыре ситуативных класса такого взаимодействия: содействую-
щее, нейтральное, противодействующее и смешанное. Содействующей выступает
среда, которая оказывает положительное влияние на функционирование и развитие
системы, способствуя достижению её целей и повышению эффективности. Противо-
действующая среда, наоборот, подавляет функционирование и снижает эффектив-
ность системы, препятствуя достижению целей. В случае нейтральности среда не ока-
зывает непосредственного воздействия на систему, но и тогда необходимо учитывать
ее присутствие, так как нейтральность есть неустойчивое состояние, в котором фор-
мируются условия, обусловливающие переходы к содействию или противодействию.
Для смешанной среды характерны все перечисленные выше варианты ее влияния на
систему.
Учет влияния среды на функционирование изучаемой системы является необ-
ходимым компонентом любого системного исследования. В теории системного ана-
лиза эта проблема считается не формализуемой в том смысле, что не существует уни-
версальных методов учета факторов влияния среды применительно к любой системе.
По большей части здесь приходится опираться на искусство, опыт и научную интуи-
цию исследователя. Вместе с тем, практикой выработаны следующие полезные пра-
вила, следование которым позволяет если не избавиться от ошибок, то, по крайней
мере, сократить их количество:
1) При анализе данной системы в качестве объекта изучения должна рассмат-
риваться не только она сама, но и ее окружение (среда). При этом распределение уси-
лий, оцениваемое, например, по времени, затрачиваемому на изучение названных
объектов или выделяемым финансовым средствам, должно соотноситься как один к
одному. Это значит, что не самое худшее решение системной проблемы может быть
достигнуто только при равнопрочном анализе как ее внутреннего содержания, так и
сопутствующих обстоятельств.
2) Слишком большое количество отношений, связей и взаимодействий между
системой и средой свидетельствует о том, что на самом деле исследуется не система,
а нечто другое, например, какой-либо ее компонент или несколько тесно связанных
23
систем. Такое положение сигнализирует о неверной постановке данного научного ис-
следования и о необходимости уточнения исходной постановки задачи. Иначе говоря,
требуется дополнительная структуризация проблемы, переопределение системы и
проведение повторных исследований.
3) Все возможные воздействия среды на изучаемую систему должны быть ти-
пизированы, сведены в некоторые группы по признаку общности ожидаемого эф-
фекта влияния на систему. Для этого весьма полезно использовать принцип, предло-
женный А. Д. Армандом, суть которого заключается в разделении всех воздействий
среды на три класса: константы, существенные и шумы.
Теперь рассмотрим подробнее понятие отношение. Отношением (R) - называ-
ется взаимозависимость или взаимодействие двух и более объектов либо явлений аб-
страктного или конкретного типа. При конструировании существенны объективные,
определенные отношения, которые поддаются описанию в соответствии с физиче-
скими или логическими законами. Отношения связывают отдельные элементы в раз-
личные системы. Выражение «объект X находится в отношении R к объекту Y» символически обозначается R(X, Y).Отношение может быть рефлексивным, симметричным или транзитивным. Эти типы отношений можно охарактеризовать следующим
образом:
а) рефлексивность – каждый объект эквивалентен самому себе;
б) симметричность – если один объект эквивалентен второму, то второй объект
эквивалентен первому;
в) транзитивность – два объекта эквивалентны между собой, если они по от-
дельности эквивалентны третьему.
Если выполняются все три условия, то отношение называется отношением эк-
вивалентности. Отношение между двумя объектами будет также называться корреляцией. Корреляция – это математическая модель отношения в обобщенной форме.
Выделяют следующие виды отношений:
1) Подобие – это отношение сходства между двумя или более системами (объ-
ектами, процессами, высказываниями), определяемое некоторыми общими свой-
ствами. Вообще говоря, возможен диапазон степеней подобия от полного равенства
24
(идентичности) до частного сходства. Можно говорить о функциональном, струк-
турном и других видах подобия. Обычно подобие объектов понимается как одинако-
вость формы (но, как правило, не равенство по величине). Отношение подобия имеет
большое значение при математическом и физическом моделировании. Законы подо-
бия позволяют определить условия, при выполнении которых результаты модельных
экспериментов справедливы для реальных условий. Например, течения газа или жид-
кости подобны при равных числах Рейнольдса. Область подобия может быть опреде-
лена как пересечение множеств свойств, участвующих в данном отношении.
2) Аналогия. Соответствие существенных признаков, свойств, структур или
функций объектов или явлений будем называть аналогией. Этот термин часто употребляется в том же смысле, что и подобие.
3) Гомоморфизм. Отношение между двумя системами, когда каждую состав-
ную часть и каждое отношение одной системы можно отобразить на некоторую со-
ставную часть и некоторое отношение второй системы (но не обратно), называется
гомоморфизмом. В этом случае выполнение соответствующих условий подобия поз-
воляет перенести результаты модельных экспериментов на натуру. Область подобия
может быть определена как пересечение множеств свойств.
4) Изоморфизм. Изоморфизмом называется отношение между двумя систе-
мами, когда каждой составной части одной системы может быть поставлена в соот-
ветствие определенная составная часть другой системы и наоборот (симметрич-
ность), а также, когда для каждого отношения между двумя соответствующими составными частями имеется такое же отношение в другой системе и наоборот.
5) Идентичность. Это отношение между объектами или процессами, характе-
ризующимися одинаковыми свойствами (признаками). При абсолютной идентично-
сти должны быть одинаковыми все свойства, при относительной – только некоторые
(в этом случае имеет место подобие).
6) Эквивалентность. Объекты или процессы называются эквивалентными, если
между ними имеется отношение эквивалентности, то есть равноценности. Эквива-
25
лентность полнее идентичности, так как для последней характерна только рефлексив-
ность. Применительно к технике оба понятия будут использоваться как синонимы, то
есть под эквивалентностью будет подразумеваться абсолютная идентичность.
7) Математические функции. Важный класс отношений выражают математи-
ческие функции как закономерные зависимости от переменной: у = f(x).Такого рода
математические функции выражают точно установленное отношение между х и у, то
есть детерминированную связь.
8) Причинность. Между причиной и вызванным ею действием существует
асимметричное отношение. Причина вызывает действие. Существует строгая (детер-
минированная типа «если..., то») или ослабленная форма причинного отношения.
Причинная цепь имеет место, если действие выступает в качестве причины дальней-
ших действий.
9) Пространственное отношение. Отношение такого рода характеризует вза-
имное положение элементов отношения в пространстве. Пространственные отноше-
ния изучаются в топологии.
10) Логическое отношение. Логическим отношением (в логике – двух- или мно-
гоместным предикатом) называется отношение между объектами типа «a
чем a2», или «a3 находится около a
». Известными константами (функторами) явля-
4
меньше,
1
ются: И; ИЛИ; И- ИЛИ; HE-ИЛИ; ТАК, ЧТО; ИЛИ-ИЛИ; ЕСЛИ-TO; ТОЛЬКО ЕСЛИ-
TO; ТОЛЬКО ТОГДА-КОГДА; РАВНО. Из этого перечисления ясно, что многие опи-
санные выше отношения являются также логическими отношениями. В электронновычислительной машине реализация отношений такого рода осуществляется логическими элементами.
11) Временное отношение. Отношение такого рода описывает упорядочение
процессов и событий во времени.
Таким образом, функционирование системы задается ее структурой; относи-
тельно замкнутая система с заданной структурой функционирует однозначно, функ-
ционирование полностью определяется структурой; функционирование не опреде-
ляет структуру однозначно, то есть одна и та же функция может быть реализована
различными структурами.
26
Цель. Понятие цель и связанные с ним понятия целесообразности, целенаправ-
ленности лежат в основе развития системы.
Изучению этих понятий большое внимание уделяется в философии, психоло-
гии, кибернетике.
Процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей
в организационных системах весьма сложен. На протяжении всего периода развития
философии и теории познания происходило развитие представлений о цели.
Анализ определений цели и связанных с ней понятий показывает, что в зависи-
мости от стадии познания объекта, этапа системного анализа, в понятие «цель» вкла-
дывают различные оттенки – от идеальных устремлений (цель – «выражение актив-
ности сознания»: «человек и социальные системы вправе формулировать цели, до-
стижение которых, как им заведомо известно, невозможно, но к которым можно
непрерывно приближаться») до конкретных целей – конечных результатов, дости-
жимых в пределах некоторого интервала времени, формулируемых иногда даже в
терминах конечного продукта деятельности.
В некоторых определениях цель как бы трансформируется, принимая различ-
ные оттенки в пределах условной «шкалы» – от идеальных устремлений к матери-
альному воплощению, конечному результату деятельности.
В русском языке вообще не было термина «цель». Этот термин заимствован из
немецкого и имеет значение, близкое к понятию «мишень», «финиш», «точка попа-
дания». В английском языке есть несколько терминов, отражающих различные от-
тенки понятия цели, в пределах рассматриваемой «шкалы».
Глубинно-диалектико-материалистическая трактовка понятия цели раскрывается в теории познания, в которой показывается взаимосвязь понятий цели, оценки,
средства, целостности (и её «самодвижения»). Изучение взаимосвязи этих понятий
показывает, что в принципе поведение одной и той же системы может быть описано
и в терминах цели или целевых функционалов, связывающих цели со средствами их
достижения (такое представление называют аксиологическим), и без упоминания по-
нятия цели, в терминах непосредственного влияния одних элементов или описываю-
щих их параметров на другие, в терминах «пространства состояний» (или казуально).
27
Поэтому одна и та же ситуация в зависимости от склонности и предшествующего
опыта исследователя может быть представлена тем или иным способом. В большин-
стве практических ситуаций лучше понять и описать состояние системы и ее будущее
позволяет сочетание этих представлений.
Для того чтобы отразить диалектическое противоречие, заключенное в понятии
«цель», в Большой советской энциклопедии дается следующее определение: цель –
«заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека, группы людей».
«Заранее мыслимый», но все же «результат», воплощение замысла; подчерки-
вается также, что понятие цели связано с человеком, его «сознательной деятельно-
стью», то есть с наличием сознания, а для характеристики целеустремленных, негэн-
тропийных тенденций на более низких ступенях развития материи принято использо-
вать другие термины.
Диалектико-материалистическое понимание цели очень важно при организации процессов коллективного принятия решений в системах управления.
В реальных ситуациях необходимо оговаривать, в каком смысле на данном
этапе рассмотрения системы используется понятие «цель», что в большей степени
должно быть отражено в ее формулировке – идеальные устремления, которые помо-
гут коллективу лиц, принимающих решение, увидеть перспективы, или реальные воз-
можности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути
к желаемому будущему.
Проведенный анализ определений понятия «цель» и графическая интерпрета-
ция «размытости» философских трактовок цели явились важным шагом на пути к
практической реализации процессов целеполагания.
В дальнейшем в работах В.А. Чабровского, Г.М. Вапнэ, А.М. Гендина было вы-
работано весьма полезное для практического применения представление о двух раз-
личных понятиях цели: «цель деятельности» (актуальная, конкретная цель) и беско-
нечная по содержанию «цель-стремление» (цель-идеал, потенциальная цель); пред-
28
ложена концепция анализа процесса формулирования и структуризации целей с по-
зиций диалектической логики и высказана идея о единстве цели, средства (варианта)
её достижения и критерия оценки.
Структура. Система может быть представлена простым перечислением эле-
ментов или черным ящиком (моделью «вход-выход»). Однако чаще всего при иссле-
довании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что
собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели,
получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем рас-
членения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут но-
сить различный характер, и вводят понятие структуры.
Структура (от латинского structure, означающего строение, расположение, по-
рядок) отражает «определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных ча-
стей системы, ее устройство, строение».
При этом в сложных системах структура включает не все элементы и связи
между ними (в предельном случае, когда пытаются применить понятие структуры к
простым, полностью детерминированным объектам, понятия структуры и системы
совпадают), а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меня-
ются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование си-
стемы и ее основных свойств. Иными словами, структура характеризует организован-
ность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей.
Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и
могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося
закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них на другие. При
этом системы могут иметь различную физическую природу.
Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависи-
мости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели
создания. При этом по мере развития исследований или в ходе проектирования струк-
тура системы может изменяться.
29
1.4 Понятия, характеризующие функционирование и развитие системы
Процессы, происходящие в сложных системах, как правило, сразу не удается
представить в виде математических соотношений или хотя бы алгоритмов. Поэтому
для того, чтобы хоть как-то охарактеризовать стабильную ситуацию или её измене-
ния, используют специальные термины, заимствованные теорией систем из теории
автоматического регулирования, биологии, философии.
Рассмотрим основные из этих терминов.
Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную фото-
графию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через вход-
ные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, мак-
росвойства системы (давление, скорость, ускорение). Так, говорят о состоянии покоя
(стабильные входные воздействия и выходные сигналы), равномерного прямолиней-
ного движения (стабильная скорость) и так далее.
Поведение. Если система способна переходить из одного состояния и другое
(например, s1 —>s2 —>s3 —>...), то говорят, что она обладает поведением. Этим по-
нятием пользуются, когда неизвестны закономерности (правила) перехода из одного
состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением, и выясняют его характер, алгоритм.
Равновесие. Понятие равновесие определяют как способность системы в отсут-
ствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) со-
хранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием рав-
новесия.
Поясняют это понятие обычно на примерах. Простейший пример – равновесие
шарика на плоскости. Для экономических, организационных систем это понятие применимо достаточно условно.
Устойчивость. Под устойчивостью понимают способность системы возвра-
щаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]