Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Системный анализ в вопросах и ответах. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 113 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Вопрос 3.6. В чем отличие модели структуры системы от модели «черного ящика» и модели состава?

Ответ. Для достижения ряда практических целей недостаточно модели «черного ящика» или модели состава (набора деталей-элементов), необходимо еще правильно соединить все детали между собой или установить между элементами определенные связи-отношения.

Структурой системы называется совокупность необходимых и достаточных для достижения целей отношений между элементами.

Структура системы является отвлеченной, абстрактной моделью: установлены только отношения между элементами, но не рассмот-

рены сами элементы.

Между реальными объектами, вовлеченными в систему, имеется бесчисленное количество отношений. В модель структуры включают только конечное число связей, которые, по нашему мнению, существенны по отношению к рассматриваемой цели.

Вопрос 3.7. Как связаны понятия «свойство» и «отношение»?

Ответ. В отношении участвует не менее двух объектов, а свой-

ством мы называем некий атрибут одного объекта.

Приведем доказательства того, что свойство есть частный слу-

чай отношения.

Во-первых, любое свойство выявляется в процессе взаимодействия

объекта (носителя свойства) с другими объектами, т. е. в результате установления некоторого отношения. Чтобы убедиться в том, что мяч красный, мало иметь мяч, нужен еще источник белого света и анализатор света, отраженного от мяча (еще и не всякий анализатор пригоден; например, глаз дальтоника не может установить цвет мяча). Даже свойства элементарных частиц определяются через их взаимодействия.

Во-вторых, свойство – это не атрибут объекта, а лишь определенная абстракция отношения, экономящая мышление. Мы говорим, что стекло прозрачно, вместо того чтобы каждый раз говорить об отношении между лучом света, падающим на поверхность стекла, самим листом стекла и приемником света, находящимся по другую сторону этого стекла.

Вопрос 3.8. Какова связь между вторым определением системы и ее структурной схемой?

Ответ. Второе определение системы: система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое.

Это определение охватывает модели «черного ящика», состава и структуры. Все они образуют еще одну модель – структурную схему си-

стемы («белый ящик», «прозрачный ящик», «конструкцию системы»).

В структурной схеме указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей средой (входы и выходы системы).

На рис. 3.3 приведена структурная схема часов.

ЭТАЛОН

ВРЕМЕНИ

ДАТЧИК

ВРЕМЕНИ

ИНДИКАТОР

Рис. 3.3. Структурная схема часов

Элементы системы изображены в виде прямоугольников. Стрелками обозначены связи: 1 – вход, соответствует регулировке индикатора; 2 – вход, изображает поступление энергии извне; 3, 4, 5 – связи между элементами; 6 – выход, соответствует показанию часов.

Вопрос 3.9. Какие особенности системы отражены в ее графе, и ка- кие свойства системы не отображаются этой моделью?

Ответ. Граф – это схема, в которой обозначается только наличие элементов и связей между ними, а также (в случае необходимости) разница между элементами и между связями (см. рис. 3.4).

Граф состоит из вершин (элементов) и ребер (связей между элементами). Если известно направление связей, то ребра снабжают стрелками.

При наличии стрелок граф называется ориентированным, а если направления связей не обозначаются, то – неориентированным. Данная пара вершин может быть соединена любым количеством ребер. Вершина может быть соединена сама с собой, тогда ребро называется петлей.

Вершина

Изолированная вершина

Рис. 3.4. Пример графа

Графы могут изображать любые структуры и являются структурной моделью системы (рис. 3.5).

б в г

Рис. 3.5. Графы, соответствующие различным структурам:

а – линейная структура; б – древовидная структура;

в – матричная структура; г – сетевая структура

Множества вершин и ребер формально можно поменять местами, получается два разных представления системы в виде вершинного или реберного графа.

Однако одной структурной информации, которая содержится в графах, для ряда исследований, в том числе и для построения модели, бывает недостаточно. В таких случаях методы теории графов становятся вспомогательными, а главным является рассмотрение конкретных функциональных связей между входными, внутренними и выходными переменными системы.

Вопрос 3.10. Какие модели называют динамическими? В чем различие между функционированием и развитием?

Ответ. Динамическими моделями систем называют модели, которые отображают любые происходящие во времени изменения в системах.

Статические модели отображают систему в некоторый момент времени, имеют неподвижный, как бы застывший характер.

Динамическими и статическими моделями могут быть модель «черного ящика», модель состава, модель структуры и структурная схема системы.

Различают два типа динамики системы: функционирование и развитие.

Под функционированием подразумевают процессы, которые проис- ходят в системе (и окружающей ее среде), стабильно реализующей фиксированную цель (функционируют часы, транспорт, станок, школа и т. д.).

Развитием называют то, что происходит с системой при изменении ее целей.

Характерной чертой развития является тот факт, что существую- щая структура перестает соответствовать новой цели, и для обеспечения новой функции приходится изменять структуру, а иногда и состав си- стемы, перестраивать всю систему.

Система может находиться одновременно в фазе развития и в фазе функционирования. При реконструкции одного цеха остальные функционируют, и завод в целом развивается.

Возможны и такие системы, для функционирования которых какието подсистемы должны быть постоянно в развитии.

Вопрос 3.11. Каким способом удается компактно описать связь между входом и выходом системы, если значение выхода в данный момент зависит от всей предыстории входа?

Ответ. Если в системе выход определяется значениями, которые были на входе в предыдущие моменты, то в модель вводится понятие состояния системы как некоторой (внутренней) характеристики системы, значение которой в настоящий момент времени определяет текущее значение выходной величины.

Состояние можно рассматривать как своего рода хранилище информации, которая необходима для предсказания влияния настоящего на будущее.

Вопрос 3.12. В чем состоит условие физической реализуемости динамической модели?

Ответ. Напомним, что динамические модели – это модели, которые отображают изменения, происходящие в системах со временем.

Для разных объектов и систем разработано большое количество динамических моделей, описывающих процессы с различной степенью детальности: от самого общего понятия динамики (движения вообще) до формальных математических моделей конкретных процессов типа уравнения движения в механике или волновых уравнений в теории поля. В табл. 3.3 представлен динамический вариант моделей «черного ящика», состава и структуры.

Таблица 3.3

Типы моделей (динамический вариант)

«Черный ящик»

Состав

Структура

Вход: начальное состояние. Выход: конечное (желаемое) состояние

Перечень действий, необходимых для перевода начального состояния в конечное

Последовательность действий и продолжительность каждого действия

Сетевой график всего процесса

Структурная схема

Условие физической реализуемости теоретических динамических моделей – это конкретные ограничения, которые приходится накладывать на модель при соблюдении принципа причинности.

Принцип причинности: отклик системы на некоторое воздействие не может начаться раньше самого воздействия.

Вопрос 3.13. Какие приемы могут помочь повысить степень полноты содержательных моделей систем?

Ответ. Все рассмотренные выше типы моделей (модель «черного ящика», модель состава, модель структуры системы, структурная схема или «белый ящик») являются формальными, относящимися к любым системам и, следовательно, не относящимися ни к одной конкретной системе.

Чтобы получить содержательную модель заданной системы, нужно придать формальной модели конкретное содержание.

Общие рекомендации по достижению полноты содержания моделей системы:

1) учесть все существенные факторы, влияющие на рассматриваемое явление; поскольку такая существенность не всегда очевидна, лучше включить в модель несущественный элемент, чем не включить существенный;

2) включать в модель противоречивые элементы: желательные целевые выходы (связи, продукцию и т. п.) и нежелательные (отходы, брак и т. п.);

3) включать в модель неявные «запасные» элементы (неизвестные факторы), чтобы на различных стадиях системного анализа обращаться к этим элементам; возможно, какие-то из них могут стать явными.

Глава 4

ИСКУССТВЕННЫЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Основные понятия: искусственные системы, естественные

системы, объекты, классификации систем.

Вопрос 4.1. Почему целевой характер искусственных систем не

позволяет без оговорок перенести понятие системы на естественные объекты?

Ответ. Искусственные системы созданы человеком, а естествен-

ные системы возникли в природе без участия человека.

Окружающий мир состоит из структурированных объектов, имею-

щих связанные между собой части, но отсутствуют (или неизвестны)

цели возникновения и развития реальных объектов.

Всякая система есть объект, но не всякий объект есть система.

Например, лес – это объект, но лишь до тех пор, пока его свойства не используются человеком для конкретных целей. Если при постройке нового города на лесистой территории часть леса в черте города сохранена в целях, поставленных проектировщиками, то эта часть леса теперь входит в систему «город».

Попытка сохранить термин «система» только для искусственных

систем приводит к трудностям:

 на каком-то уровне разделения системы ее часть оказывается уже

не искусственной системой, а естественным объектом;

 системой или объектом мы считаем самих себя.

Эти трудности исчезают, если расширить понятие цели. Вопрос 4.2. Как обобщить понятие цели, чтобы в него входило не

только понятие субъективной цели, но и объективная тенденция процессов, происходящих с любым естественным объектом?

Ответ. Идеальный образ будущего состояния системы и окружа-

ющей ее среды называется субъективной целью.

Если через некоторое время, отведенное для реализации субъективной цели, система и окружающая ее среда оказались в некотором реализовавшемся состоянии, то можно считать, что система перешла в конечное состояние объективно, в результате реализации объективных закономерностей. Это состояние можно назвать объективной целью си- стемы. Другими словами, будущее реальное состояние системы мы представляем себе как ее объективную цель.

В этом и состоит обобщение: мы можем рассматривать субъективные и объективные цели системы, т. е. такие, которые ставит человек, и

такие, которые реализует природа.

Наличие субъективных и объективных целей можно рассматривать как одно из проявлений общности и различия между системностью мышления и системностью природы.

Любой объект можно рассматривать как систему, но это означает, что этот объект рассматривается под определенным углом зрения, т. е. только в определенном отношении, а именно в отношении к цели.

Вопрос 4.3. На основе каких признаков осуществляют классификацию систем?

Ответ. Классификации систем вводятся и осуществляются в результате сравнения систем, считая одни из них одинаковыми, другие – различными.

Классификация – это только модель реальности. Поэтому классификацию не следует абсолютизировать: реальность всегда сложнее любой модели.

Выделим основные классификации систем:

 классификация систем по их происхождению;

 классификация систем по описанию переменных;

 классификация систем по типу их операторов;

 классификация систем по способу управления;

 классификация систем по степени ресурсной обеспеченности

управления.

Рассмотрим классификацию систем по их происхождению. Данная классификация (рис. 4.1) является двухуровневой.

Если полнота классификации первого уровня логически ясна (искусственные, смешанные, естественные), то второй уровень классификации на полноту не претендует. Это связано, например, с еще незавершенным развитием систем искусственного интеллекта.

К смешанным системам относятся эргономические системы (комплексы «машина – человек-оператор»), биотехнические (системы, в которые входят живые организмы и технические устройства) и организационные системы (состоящие из коллективов людей, которые оснащены необходимыми средствами).

Классификация естественных систем ясна, однако ее неполнота очевидна. Например, не решен окончательно вопрос о том, куда следует отнести вирусы: к живым или неживым системам.

С И С Т Е М Ы

ИСКУССТВЕННЫЕ

СМЕШАННЫЕ

ЕСТЕСТВЕННЫЕ

Орудия

Механизмы

Машины

Автоматы

Роботы

  

Эргономические

Биотехнические

Организационные

Автоматизированные

  

Живые

Неживые

Экологические

Социальные

  

Рис. 4.1. Классификация систем по их происхождению

Вопрос 4.4. Каким образом функционирует управляемая система?

Ответ. Рассмотрим общую схему функционирования системы.

Выделим в схеме отдельно управляемую систему S, управляющую систему W, которая вырабатывает управление U. Кроме того, в схеме обозначены X – входные переменные (V – неуправляемые параметры, U – управляемые параметры), Y – выходные переменные, V1 – неуправ- ляемые переменные на входе управляющего блока.

Для выработки управления U требуется предсказание его последствий, т. е. нужна модель всей ситуации. С помощью этой модели управляющая система W и определяет, какое управление подать на управляемый вход системы. Это иллюстрирует рис. 4.2, где схема управления изображена еще раз внутри управляющего блока.

Результат управления в немалой степени определяется тем, что известно о системе и что учитывается при выработке управления, т. е. тем, какова модель управляемой системы, и тем, в какой степени эта модель соответствует реальной системе. Входные и выходные переменные могут быть различных типов, и оператор, устанавливающий связи между ними, может также существенно изменяться. Поэтому были введены две классификации: классификация систем по типу переменных и класси-

фикация систем по типу связей.

S S X V U Y V1

Рис. 4.2. Схема функционирования управляемой системы

Классификация систем по типу переменных (рис. 4.3) является

трехуровневой. Переменные, описываемые качественно и количественно, требуют принципиально разных подходов, что и дает основание для первого уровня классификации. Для полноты введен третий класс, к нему отнесены системы, у которых часть переменных носит качественный характер, а остальные являются количественными.

С И С Т Е М Ы

С КОЛИЧЕСТВЕННЫМИ

ПЕРЕМЕННЫМИ

С КАЧЕСТВЕННЫМИ

ПЕРЕМЕННЫМИ

СО СМЕШАННЫМ

ОПИСАНИЕМ ПЕРЕМЕННЫХ

Содержательное описание

Формализованное описание

Смешанное описание

Дискретные

Непрерывные

Смешанные

Детерминированные

Стохастические

Размытые

Смешанные

Рис. 4.3. Фрагмент классификации систем по описанию переменных

На втором уровне классификации систем с качественными переменными различаются случаи, когда описание ведется средствами естественного языка (содержательное описание), и случаи, допускающие более глубокую формализацию.

Второй уровень классификации систем с количественными переменными вызван различиями в методах дискретной и непрерывной математики, что и отражено в названиях вводимых классов. Возможен случай, когда система может иметь как непрерывные, так и дискретные переменные.

Для систем со смешанным количественно-качественным описанием переменных второй уровень является объединением классов первых двух ветвей и на рисунке не приводится.

Третий уровень классификации одинаков для всех классов второго уровня и изображен только для одного из них.

Классификация по типу связей между входными и выходными переменными имеет еще одно название: классификация систем по типу их операторов. На первом уровне этой классификации (рис. 4.4) расположены классы систем, отличающиеся степенью известности оператора S. Чем больше сведений об S мы имеем, тем больше различий можно рассмотреть и тем более развитой окажется классификация.

Рис. 4.4. Фрагмент классификации систем по типу их операторов

<<< < Предыдущая 1 23 / 113 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]