Тезаурус.

В общем смысле тезаурус - это полный систематизированный набор данных о какой-либо области знания, позволяющий человеку или вычислительной машине в ней ориентироваться. В более узком смысле тезаурус - это словарь, предназначенный для поиска слова какого-либо языка, но по смыслу. Если в более узком смысле, до­словном переводе с греческого thёsauros- запас. В системном пред­ставлении тезаурус определяет степень организованности вещества и энергии, стабильность и способность реагировать на внешние воздей­ствия. Он представляет собой информационный ресурс системы и имеет информационную меру. Иногда тезаурус определяют как полезную внут­реннюю информацию системы о себе и среде, дозволяющую системе распознать ситуацию и управлять собой.

Классификация систем

Любая классификация создает наглядность, обозримость и пер­спективу, выражая при этом высокий уровень знания. Задачей клас­сификации является выявление групп сходных (несходных) систем с целью разработки единых методов исследования.

Можно принять за основу при классификации две категории:

сложность и тезаурус. Рассмотрим ряд реализованных или реализуемых систем, используя предложенный подход.

I. физические системы.Как правило, физические системы не имеют стабильной организации и явно выраженной целевой функции. Функции таких систем формируются человеком, т.е. человек приписы­вает им определенную функцию. Существование физической системы мо­жет противоречить человеческой потребности, мешать его деятель­ности, разрушать системы, создаваемые человеком. Примером послужат повреждения, получаемые самолетом в процессе болтанки при полете в турбулентной атмосфере.

В физических системах непрерывно увеличивается энтропия. Ско­рость увеличения энтропии определяется внешними условиями и свой­ствами системы. Морфологическое описание таких систем весьма мно­гообразно. В физических системах возникают процессы, развитие ко­торых определяется прямыми, обратными и нейтральными связями.

В классе физических систем можно выделить два подкласса: рав­новесные (обратимые) и неравновесные (необратимые). К первому под­классу можно отнести кругооборот веществ в природе, а ко второму - тепловые явления.

К числу основных характеристик физических систем можно от­нести:

1. Эффективность. Под эффективностью следует понимать полез­ность физической системы для человека. Приращение эффективности (скорость изменения) в физических системах всегда меньше нуля

dЭ/dt<0.

2. Скорость изменения энтропии

dH/dt>0

3. Неустойчивая морфология, слабо выраженная композиция.

4. Отсутствие тезауруса.

П. Технические системы.Технические системы обычно имеют ста­бильную организацию и четко выраженную целевую функцию. Техничес­кие системы целенаправленны и способны функционировать при опреде­ленных изменениях внешних условий. На основе изучения функциональ­ных особенностей можно выделить простые и сложные технические сис­темы. В простых технических системах поддержание эффективности

осуществляется за счет изменения характера процесса, а в сложных - за счет регулировки параметров процесса. Технические системы спо­собны ограничивать рост энтропии. Например, за счет уменьшения из­носа элементов, коррозии элементов.

Технические системы могут иметь иерархическую, неиерархическую, смешанную структуру, гетерогенный (смешанный) состав элементов, прямые и обратные связи, управля­ющие и информационные подсистемы.

Основные характеристики технических систем.

1. Эффективность сохраняется выше некоторого заданного значе­ния Эж: для

2. Скорость изменения энтропии ограничена

0<dH/dT<a;

3. В течение срока службы морфология системы, ее композиция стабильны.

4. Отсутствие тезауруса.

Приведем некоторые примеры технических систем:

Измерительно-информационная система- это совокупность функ­ционального объединения измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях представления (в том числе ввода в АСУ) в требуемом виде либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентифи­кации. ИИС, как правило, применяются в тех случаях, когда целесо­образно автоматическое получение массовой количественной информа­ции о состоянии объектов исследования или когда измерения осущест­вляются в форме недоступной локальным измерительным приборам.

В качестве примеров можно указать, что в области эксперимен­тальной аэродинамики с помощью ИИС производятся измерения аэроди­намических сил, распределения давлений, температур, расхода газа и ряда других величин. При исследовании прочностных характеристик конструкций самолетов измеряются внешние нагрузки, прикладываемые к конструкции планера, и реакции на их действия испытываемой кон­струкции. Сюда относятся массовая тензометрия, термометрия, дина­мометрия, широко используемые при экспериментальных исследованиях. Рассмотрим обобщенную структурную схему измерительно-информа­ционной системы прочностного эксперимента (рис. 7.7).

10

рис. 7.7

На структурной схеме показан объект исследования: 1 - фюзеляж самолета; 2 - множество датчиков, размещенных в определенных точ­ках фюзеляжа и в окружающей среде; 3 - множество аналоговых, 4 - цифроаналоговых преобразователей; 5,6 - множество преобразова­телей информации; 7 - множество цифроаналоговых преобразователей;8 - устройства управления; 9 - исполнительные устройства; 10 - со­единительные шины.

Принцип действия такой системы может быть представлен следую­щим образом: множество датчиков воспринимают информацию о внешних нагрузках, напряженно-деформированном состоянии, температурах и т.д. и передают ее по электрическим каналам связи множеству анало­говых преобразователей, например, усилителей, преобразователей формы сигнала. Затем сигнал поступает в аналого-цифровые преобра­зователи, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровой эквива­лент, поступающий на вход преобразователя информации. В качестве преобразователя информации чаще всего используются процессоры ЭВМ. После преобразования информация поступает на вход устройств пред­ставления информации, на вход цифроаналоговых преобразователей для организации обратной связи, на вход устройств для передачи испол­нительным органам, непосредственно воздействующим на конструкцию.

Как видно из структурной схемы, понятие ИИС удовлетворяет со­держание более общего понятия системы. Такое утверждение основано на определении системы как множества взаимосвязанных элементов, представляющих целостное образование.

Диагностические системы.Техническая диагностика как научная дисциплина изучает формы и закономерности проявления неисправ­ностей и ошибок, методы и средства их обнаружения и локализации в объектах диагностики. Объекты технической диагностики характери­зуются величинами, имеющими непрерывный или дискретный характер изменения во времени. В непрерывных объектах диагностики могут изучаться температурные поля (например, в местах сопряжения эле­ментов конструкции), шумы эмиссии волн напряжений (акустической эмиссии).

При создании систем технической диагностики можно выделить следующие этапы:

1) изучение объекта диагностики, связанное с выделением эле­ментов, контролируемых величин, сбором статистических данных, оценкой затрат труда на проверку;

2) построение математической модели объекта и ее исследова­ние, связанное с разработкой алгоритмов и программ диагностики;

3) построение диагностической системы.

Следует отметить, что эффективность диагностических систем целиком определяется проектированием объектов диагностики с учетом возможности его последующего диагностирования.

Системы, автоматического контроля.Под контролем обычно пони­мается процесс установления соответствия между состоянием объекта контроля и заданными нормами. При этом исключается необходимость определения действительных значений контролируемых величин. В тех­нических системах в процессе контроля описания норм заданы в виде аналоговых или цифровых уставок, а результатом контроля является количественно определенное суждение о состоянии объекта контроля. Кроме такого вида контроля можно выделить контроль окружающей сре­ды, физиологического состояния человека, метрологических характеристик средств измерения, работоспособности эксплуатируемых техни­ческих средств и т.д.

Операции контроля могут выполняться как при участии человека, так и без него - автоматически. Автоматический контроль выполняет­ся с помощью контрольно-измерительных приборов и систем автомати­ческого контроля. Чтобы получить в результате контроля информацию о состоянии объекта контроля, система автоматического контроля вы­полняет следующие операции: восприятие входных величин, преобразо­вание их в удобную форму, например, цифровую, формирование норм, сравнение входной информации и норм, формирование количественного суждения и выдача этого суждения о состоянии объекта контроля.

Следует отметить родство процессов контроля, измерения и диа­гностики, поскольку они имеют общую методологическую основу: в каждом из них производятся сравнения величин, характеризующих ис­следуемые объекты с образцовыми величинами и анализ результатов сравнений.

Кибернетические системы.Кибернетические системы обладают большой сложностью и организованностью, кроме того, они имеют теза­урус, отображающий систему и среду на функциональном уровне. Такие системы способны к самообучению и саморазвитию. Тезаурус киберне­тических систем формируется постепенно, либо создается системой более высокого порядка. Кибернетические системы имеют адаптивную организацию, изменяющуюся с изменением целей системы. Морфологиче­ский состав систем, как правило, сохраняется стабильным за счет самовосстановления или из ресурсов среды, или из внутренних ресур­сов. Следует различать программные, адаптивные и активные киберне­тические системы.

Программныекибернетические системы не могут самосовершен­ствоваться, хотя способны к обучению. Типичным примером такой сис­темы является гибкое автоматизированное производство, которое включает обрабатывающие центры, роботы, транспортные подсистемы. Такая система способна обучаться и самосовершенствоваться, однако для обучения ей нужен учитель.

Адаптивныекибернетические системы (АКС) обладают свойством самообучения и самоприспособления к внешней среде. Их энтропия уменьшается при обучении и остается практически постоянной на про­тяжении жизненного цикла. Морфология АКС включает в себя неста­бильные многосвязные структуры гомогенного или смешанного состава.

Обязательным свойством адаптивной системы является гомеостаз, - закрепление случайных позитивных обратных связей и разрушение не­эффективных связей.

Активныекибернетические системы выполняют свои функции, воз­действуя на среду. Энтропия активных систем может уменьшаться за счет использования внешних материальных и энергетических ресурсов для самовосстановления и развития. Главное отличие активных систем заключается в существовании большого числа информативных связей.

Для кибернетических систем характерно наличие многоуровневой системы обработки данных об окружающей среде и самой себе и много­уровневой управляющей системы.

Биологические системы.Биологические системы имеют тезаурус, отображающий среду и систему как на функциональном (оперативном), так и на морфологическом (долговременном) уровнях. Эти системы об­ладают преобразуемой организацией и способны к размножению путем саморепродукции. Морфология биосистем построена на молекулярном уровне, проникнуть в который можно на современном этапе только косвенным путем. Системам свойственно уменьшение энтропии.

Общественные и интеллектуальные системы. Под общественными системами, как правило, понимается человек – индивидуум, сообщество моделей и связей между ними. Они способны уменьшать как энтропию собственной системы, так и энтропию окружающей среды. Основной особенностью общественных систем является способность экстраполировать собственное поведение и поведение других систем.

Интеллектуальные системы представляют собой информационные модели систем и подсистем любого уровня.

Эффективность системы

Очевидно, что каждой из рассмотренных систем можно приписать некоторую целевую функцию. Эта функция выражает или интересы системы или интересы другой подсистемы, которая вложила данную целевую функцию при создании системы. В общем случае можно записать, что целевая функция

Аргументом этой функции является набор параметров Х1, Х2, … Хn, характеризующий состояние системы. Можно предположить, что система обладает свободой выбора параметров, если существует область Х, такая, что любое значениеможет быть реализовано системой. Таким образом, можно принять, что целевая функция может быть представлена числовой функцией, каждое конечное значение которой есть число, характеризующее степень выполнения целевой функции.

Можно принять, что существует идеальная целевая функция y0 и реальная целевая функция у, тогда коэффициент эффективности любой системы можно определить, используя соотношение

В случае равенства идеальной и реальной целевых функций коэффициент эффективности системы стремится к бесконечности. Во всех остальных случаях он изменяется от 0 до некоторого конечного значения. Эффективность систем равна нулю, если идеальная целевая функция стремится к бесконечности.

Целевая функция системы выражает степень соответствия системы некоторым наперед заданным условиям. Точка, в которой достигается максимальное значение функции, называется оптимальной точкой для данной системы.

Различают точки локального и глобального максимумов. Точка Хi называется точкой локального максимума у, если для всех точек х, лежащих в достаточно малой окрестности точки Хi

выполняется неравенство

Здесь - расстояние между точками, заданное каким-либо способом.

Необходимым условием наличия локального максимума является ра­венство нулю полного дифференциала этой функции в точке х

Если все параметры Хнезависимы, то их приращения произвольны и, приравнивая нулю все частные производные отf, получим систему изnуравнений сnнеизвестными

решение, которой дает все локально экстремальные точки. К экстре­мальным точкам в данном случае относятся точки максимума, миниму­ма, точки перегиба, седловые точки.

Среди отобранных таким образом точек локального максимума це­левой функции существует хотя бы одна точка x*, которая дает наи­большее значение целевой функцииУmax. Эта точка называется точкой глобального максимума. Очевидно, что точка глобального мак­симума целевой функции системы соответствует и максимальной эффек­тивности любого вида технических, кибернетических и других систем.