Лекція 3. Властивості складних систем. Система та модель.

Вступ

Складні системи мають ряд унікальних властивостей, як синергізм та емерджентність. Значення складних систем зростає, сучасні кіберкорпорації, що використовують комп'ютерні інформаційні технології, всі без винятків є склад­ними системами. Питання оптимальності рішень, що приймаються в складній системі, є системним і погляд з точки зору класичної теорії інформації дозво­ляє зробити висновок про системний характер поняття «найкращого» рішення.

Моделювання як метод наукового пізнання виникло в зв'язку з необхідністю розв'язування завдань, які з тих чи інших причин не можуть бути розв'язані безпосередньо. При моделюванні між суб'єктом—дослідником та об'єктом піз­нання знаходиться проміжна ланка — модель. Моделювання — це метод опосе­редкованого пізнання за допомогою штучних або природних систем, які зберіга­ють деякі особливості об'єкта дослідження і таким чином заміщають його, що дає можливість отримати нове знання про об'єкт-оригінал. Подібність моделі до оригіналу завжди неповна, тобто модель лише приблизно відображає деякі властивості оригіналу. Внаслідок цього реальна система може мати різнома­нітні гомоморфні моделі, які не будуть між собою ізоморфними. Основна функ­ція моделі — це засіб пізнання. У системному аналізі моделі є дуже важливим компонентом дослідження та проектування нової системи, і зазвичай викорис­товується множина моделей для забезпечення якісного дослідження системи.

План лекції:

3.1. Способи керування системами та реалізація ними своїх функцій 1

3.2. Властивості та характерні особливості складних систем 3

3.3. Наукове пізнання та моделювання. Модель. 5

3.4. Зв’язок між системою та моделлю. Ізо- та гомоморфізм 7

3.5 Функції моделей системи 9

4.4. Класифікація моделей систем 10

Висновки 12

Питання для самоперевірки: 13

3.1. Способи керування системами та реалізація ними своїх функцій

Цілеспрямоване втручання в перебіг процесів у системі називати­мемо керуванням. Керування є одним з найважливіших понять для цілеспрямованих систем, що природнім чином пов'язане з постанов­кою цілей: власне можливість втручання, вибору, наявність альтерна­тивних варіантів забезпечує варіативний характер процесу керування, тобто можливість обрання варіанту дій, що провадить до мети.

Керування забезпечує необхідний рівень стійкості системи у процесах взаємодії її з зовнішнім середовищем та взаємодій всередині самої системи.

Керування є універсальним терміном у сенсі багатозначності йо­го конкретних реалізацій:

- в математичних моделях ми можемо обирати числа функції, алго­ритми, графові структури;

- в технічних системах — сили, геометричні розміри, різноманітні си­гнали, команди комп'ютера, фізичні величини — температура, жорсткість матеріалу, концентрація та переміщення речовин; - в економіці — розміри фінансування, матеріальні ресурси та стро­ки їх постачання, розташування кадрів;

- в соціальній галузі — накази, поради, дії, вплив на суспільну думку, організація нових колективів.

Науковий підхід до керування потребує чіткого визначення: - того, що є в нашому розпорядженні; - які межі нашого вибору; - який вплив те чи інше керування виявлятиме на керований процес.

На практиці в багатьох випадках ці вимоги оцінюються досить не­чітко, особливо в організаційних системах, внаслідок чого обране ке­рування не завжди скеровуватиме до досягнення поставленої мети. Ця ж ситуація можлива і у випадку формального трактування керу­вання у випадку, коли описання процесу в системі відсутнє. У цьому випадку ми просто набираємо досвіду роботи з «чорною скринею».

Окрім того, іноді виникають ситуації, в яких не існує управлін­ня, що забезпечує досягнення поставленої мети. У цих випадках мо­жливе розширення меж, в яких обирається керування, введення но­вих керуючих дій, а якщо й це не допомагає — кардинально зміни­ти структуру системи. У цій ситуації мета не знаходиться в області досяжності, яка забезпечується наявними керуваннями, і потрібно або розширити цю область, або ж перемістити мету в її напрямку.

За способом керування системи поділяються на керовані ззовні, самокеровані, та з комбінованим керуванням:

Класифікація систем за способом керування
Керовані ззовні				Самокеровані				З комбінованим керуванням
Без оберненого зв'язку	регулювання	управління за параметрами	управління за структурою	програмне управління	автоматичне регулювання	параметрична адаптація	самоорганізація (структурна адаптація)	автоматичні	напівавтоматичні	автоматизовані	організаційні

У систем керованих ззовні управляючий блок є зовнішнім віднос­но неї, в системі з комбінованим керуванням — управління здійс­нюється частково ззовні, а частково зсередини. Незалежно від того, де знаходиться управляючий блок, розрізняють чотири основних ти­пи керування.

Найпростіший випадок виникає тоді, коли потрібна траєкторія руху відома, і, відповідно, відоме й правильне керування. У цьому випадку все відбувається згідно до наміченої програми. Однак в більшості випадків під впливом зовнішніх та внутрішніх чинників можливе порушення руху за визначеною траєкторією. Якщо в цьо­му випадку існує можливість спостереження біжучої траєкторії, ви­значення відмінності її від запланованої та випрацювання додатко­вого до програмного керування, яке в найближчому майбутньому прагне повернути систему на планову траєкторію, то такий спосіб керування буде регулюванням.

Якщо ж планову траєкторію на весь період часу визначити немо­жливо, або ж можливі великі відхилення від планової траєкторії, ви­никає завдання прогнозу майбутньої траєкторії, а керування посягатиме в підлаштуванні значень параметрів системи до того часу, поки не буде забезпечене досягнення мети. У цьому випадку відбу­вається процес параметричної адаптації системи.

Якщо ж шляхом керування значеннями змінних та зміни значень параметрів не забезпечується досягнення мети, це означає, що для існуючої системи мета не досягається. Однак, можливо, вона дося­гається іншою системою, яку отримаємо, змінюючи структуру існу­ючої. Отже, здійснюється процес структурної адаптації. Процеси самоорганізації та організаційного керування змінюють не лише структуру системи, але й можуть змінювати оточення системи. За ступенем свободи при здійсненні системами своїх функцій вони є:

• зі скінченою множиною функціональних перетворень та жорстко визначеним способом реалізації функцій (механічні та робототехнічні системи — розробник програмує функціональні перетворення в системі, призначенням функцій є утримання системи в стійкому робочому стані);

• з визначеною множиною функціональних перетворень, які можуть модифікуватися змінами оточуючого середовища (біологічна система не може самостійно визначити своє призначення або ціль, але зміни в оточуючому середовищі можуть їх модифікувати — якщо антитіла, що виділяються організмом людини, для боротьби з вірусом неефективні, організм може модифікувати антитіла і надалі закріпити це генетично);

• з можливістю реалізувати одну й ту ж функцію різними способами, число яких обмежене тими цілями, яким служать ці функції (людина як цілеспрямована система в більшості випадків має вибір між: декількома стратегічними та тактичними функціями.