4. Путь создания системы

Всякая система создается для разрешения возникшей проблемной ситуации. Следовательно: «Без проблемы нет системы». Поэтому, прежде всего необходимо четко сформулировать проблему. Четко сформулировать проблему – значит наполовину решить ее. При формулировании (или постановке) проблемы специалист по анализу систем должен выполнить следующие работы: во-первых, описать, каким образом проблема была обнаружена; во-вторых, установить почему она рассматривается как проблема; в-третьих, отличить ее от «симптома» некоторых смежных проблем; в-четвертых, дать операционные определения нежелательных последствий проблемы [5]. Анализ проблемной ситуации заключается прежде всего в ясной постановке цели (целей) системы, т.е. формулируется цель, которая разрешала бы данную проблему. Это не простая задача и требуется достаточно много усилий для ее решения [2]. Формулировка цели системы не должна совпадать с функцией системы, которая формулируется на следующем этапе. И, наконец (поскольку функция реализуется лишь в структуре), на последнем этапе создается структура, которая выполняет заданную функцию.

Таким образом, путь создания системы может быть представлен в виде следующих этапов:

Синтез

Анализ

Рисунок 1.3.

Два последних этапа имеют прямую и обратную связи. Прямая связь означает решение задачи синтеза: создание структуры по заданной функции. Обратная связь означает решение задачи анализа: определение функции по созданной структуре.

5. Классификация систем и их признаки

Все системы подразделяются на простые, сложные и очень сложные (большие).

Кроме того, различают системы детерминированные, поведение которых точно предсказывается, и вероятностные, для которых нельзя дать точного детального предсказания.

В численном выражении классификация систем следующая:

Простая система – система, содержащая от 10 до 10³ элементов, у которой отсутствуют иерархические уровни.

Сложная система – система, содержащая от 10³ до 10⁷ элементов и имеющая развитую иерархическую структуру.

Большая система – система, которая содержит более 10⁷ элементов и имеет развитую иерархическую структуру. Большие системы состоят из сложных систем.

В дополнение к этой приближенной классификации были сформулированы отличительные признаки сложных систем:

1. Наличие большого количества взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов (объектов);

2. Иерархичность структуры, т.е. определенная соподчиненность составных частей системы;

3. Целенаправленность функционирования, т.е. наличие у всей системы общей цели;

4. Наличие централизованного управления элементами;

5. Наличие взаимодействия с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов;

6. Наличие элементов самоорганизации (присущие более высоким уровням иерархии), определяющих поведение системы в зависимости от изменяющихся условий.

6. Связь между системой и средой

Как правило, сложные системы функционируют в окружении внешней среды и взаимодействуют с ней. Поэтому всегда важно определить степень такого взаимодействия и учесть его с тем, чтобы обеспечить эффективность системы.

Внешняя среда – это все то, что находится вне системы и либо оказывает влияние на функционирование системы, либо само находится под воздействием системы [6].

Таким образом, к внешней среде относится не только окружающая естественная среда, но и другие системы и человек.

Для характеристики взаимодействия системы и среды рассматривают внешние связи системы, которые бывают входные и выходные (входы и выходы). И те и другие связи (входы и выходы) могут быть информационными (целевыми) и ресурсными (вещество, энергия). Некоторые выходы системы могут быть замкнуты на входы, т.е. в системе могут быть обратные связи.

При рассмотрении взаимодействия системы с внешней средой во многих случаях достаточно представление системы в виде кибернетической модели – «черного ящика» (рис. 1.4).

Цель Информация

(информация) о результате

Ресурсы Результат

(ресурсы)

Обратная связь

Рисунок 1.4.

Информационный вход – это информационная цель. Ресурсный вход – это материалы и энергия, необходимые для реализации цели. Ресурсный выход системы – это результат ее деятельности в той или иной степени соответствующий информационной цели. Информационный выход – это информация о степени этого соответствия (например, стоимость, надежность, точность прибора и т.п.). Любой объект для разных систем может выступать как информация и как ресурс [3]. Например, ЭВМ – это ресурс производства и информация об уровне его развития.

Входы системы могут быть желательными и нежелательными. Нежелательные входы – это энергия (тепло, свет, помехи, вибрации и т.п.) и объекты (бракованные изделия среди годных и т.п.).

Выходы системы также могут быть желательными и нежелательными. Нежелательные выходы – это энергия (тепло, помехи, акустические шумы и т.п.) и объекты (отходы производства, бракованные изделия и т.п.) (рис.1.5) [7].

Входы и выходы могут иметь разную значимость: существенные, несущественные (малосущественные), не заслуживающие внимания.

Желательные входы: Желательные выходы:

энергия, объекты, энергия, объекты,

информация информация

Нежелательные входы: Нежелательные выходы:

энергия, объекты, энергия, объекты,

информация информация

Рисунок 1.5.

Каноническая модель сложной системы с входами и выходами приведена в [6].

Безэнтропийные Безэнтропийные

входные потоки выходные потоки

энергии энергии

Входные потоки Выходные потоки

энергии, несущие энергии, несущие

информацию информацию

Входные Выходные

объекты объекты

Рисунок 1.6.

На основе канонической модели системы могут быть построены конкретные модели различных систем: передачи информации, обработки информации на ЦВМ, производственной и т.п. [6].

Пример связей для производственной системы приведен на рис. 1.7.

Информационные Информационные

входы (чертежи, выходы (производственные

спецификация) данные)

Безэнтропийные Безэнтропийные

входы (ток выходы

частотой 50 Гц) (тепло, шум)

Желательные выходные

объекты (законченные

Входные изделия)

объекты (сырье

и подсистемы) Нежелательные выходные

объекты

(брак, отходы, лом)

Рисунок 1.7.