4.5. Модель структурної схеми

Якщо систему представити трьома зазначеними вище моделями, то ми будемо мати подання про тім:

• що надходить у систему із зовнішнього середовища й що система передає в зовнішнє середовище;

• з яких частин і елементів складається система;

• як частини системи між собою зв'язані.

Існує й четверта модель, що поєднує три розглянуті моделі, зветься «структурна схема» і зображена на мал. 4.4.

Рис. 4.4. Модель структурної схеми

Подібну модель ще називають «білим, або прозорим, ящиком» як протилежність моделі «чорного ящика», що не дає інформації про втримування системи і її внутрішніх зв'язків.

Таким чином, можна сформулювати друге визначення системи. Система є сукупність взаємозалежних елементів, відособлена від середовища й взаємодіюча з нею як щось ціле.

Аналіз моделей структурної схеми різних систем привів математиків до висновку про те, що загальним для всіх структурних схем є наявність елементів і зв'язків між ними. У результаті вийшла схема, у якій позначається тільки наявність елементів і зв'язків між ними, а також різниця між елементами й зв'язками. Така схема називається графом.

У теорії систем керування використовуються графи, що мають лінійну (а), деревоподібну (б), матричну (в) і мережну (г) структуру (мал. 4.5).

Рис. 4.5. Графи, що відповідають різним структурам

У лінійній структурі між елементами системи встановлюється лінійна (послідовна) зв'язок.

В ієрархічній (деревоподібної) структурі, що нагадує дерево, перевернене коренем нагору, відображаються зв'язки, що визначають співпідпорядкованість елементів, їхню ієрархію. У теорії організації ієрархія визначає принципи ефективного функціонування різних видів систем. Ієрархічні структури є декомпозицією системи в просторі. У теорії ієрархічних структур виділяють особливі класи багаторівневих ієрархій. Вони називаються стратами, верствами або ешелонами. Такі ієрархії мають різні принципи взаємин елементів у межах рівня й пріоритетом втручання вищого у взаємини елементів нижележащего рівня.

Матрична структура не має ієрархічної спрямованості, а являє собою в загальному виді зв'язку між елементами у вигляді сполучення рядків і стовпців.

Мережна структура є подання (декомпозиція) складної структури в часі. Вона включає вершини, шляхи й ребра. Мережні елементи можуть розташовуватися паралельно й послідовно. Вони найчастіше бувають односпрямованими.

4.6. Класифікація систем

В основі класифікацій систем лежать визначення найбільш істотних ознак або їхнього сполучення, які описують деяку спільність властивостей систем (мал. 4.6).

Рис. 4.6. Класифікація систем по складності й детермінованості

До штучних систем ставляться системи, створені людиною, а природні - створені самою природою.

Розрізняють і такі системи, як детерміновані й імовірнісні (стохастические), динамічні й статичні, із централізованим керуванням і що самоорганізуються.

До детермінованого ставляться системи, дія яких однозначно визначається прикладеним до них впливом (передбачуване). На противагу зазначеним системам в аналогічних умовах дія імовірнісних систем випадково.

Розрізняють також відкриті й закриті системи. Закриті мають фіксовані границі й відносно незалежні від зовнішнього середовища (наприклад, годинники). Відкриті взаємодіють із зовнішнім середовищем і пристосовуються до її змін, обмінюючись із нею ресурсами (наприклад, живий організм).

Закрита система характеризується тим, що вона не тільки ігнорує зовнішній вплив (не приймає енергію із зовнішнього середовища), але й сама не передає енергію в зовнішнє середовище.

Відкриті системи націлені на активну взаємодію із зовнішнім середовищем. Взаємодія системи із зовнішнім середовищем проявляється через зворотний зв'язок. Обмін ресурсами підтримує рівноважне положення системи в зовнішнім середовищі.

Динамічні - це системи що розвиваються, що змінюються в часі. Статичні ж системи являють собою нерухливу модель реальної дійсності, що відображають моментальний стан якого-небудь об'єкта.

Системи, у яких деякий елемент (центральна підсистема) відіграє головну роль у її функціонуванні, називаються централізованими. У таких системах незначні зміни центральної підсистеми приводять до значних змін всієї системи. У децентралізованих системах центральної підсистеми немає; підсистеми мають приблизно рівну цінність для системи.

Табличне подання класифікації систем наведене в табл. 4.2.

Таблиця 4.2

Класифікації систем [2, 5]

Найчастіше в процесі дослідження систем використовуються три основних класи: абстрактні, природні й штучні. Перші - є основою для еволюції наукових теорій пізнання, у той час як другі - для виявлення закономірностей і формулювання законів природи всіх явищ, треті - застосовуються для розвитку галузевих наукових знань.

Абстрактні - це системи теоретико-методологічного характеру, що дозволяють описувати загальні й специфічні властивості організаційної структури елементів, зв'язків і відносин у цілісному утворенні для пізнання, вивчення й проектування стану, поводження й розвитку досліджуваного складного об'єкта як система.

До природного прийнято відносити ті системи, які мають природно-природне походження, а до штучних - всі інші, які минулому створені людиною.

Залежно від вибору критерію, по якому ведеться оцінка систем, може бути створена нескінченна безліч класів систем. Наприклад, якщо в основу класифікації покласти походження природно існуючих об'єктів і об'єктів, створених людиною, то можна скласти три класи систем: природні, штучні й змішані.

Природні системи у свою чергу можуть включати підсистеми:

живі (наприклад, будь-яка тварина);

неживі (наприклад, земна кора);

екологічні (наприклад, будь-яка водойма);

соціальні (наприклад, родина) і інші підсистеми.

До штучних систем звичайно відносять знаряддя праці, машини й механізми, автомати й роботів.

Змішані системи поєднують штучні й природні системи:

ергономічні (наприклад, токарський верстат і токар);

біотехнологічні (наприклад, мікроорганізми й технологічне встаткування);

організаційні (наприклад, колектив працівників підприємства й засоби виробництва);

автоматизовані (наприклад, автомат, що приводиться в дію оператором).

Звичайно ж, кожна з перерахованих підсистем може бути представлена більше деталізованими підсистемами. Графічна модель наведеної класифікації показана на мал. 4.7.

Рис. 4.7. Класифікація систем