Файл: воронежский государственный университет инженерных технологий.pdf

12
Во-вторых, в определении системы косвенно говорится о том, что, хотя
«ящик» и обособлен, выделен из среды, но не является полностью от нее изолиро- ванным.
В-третьих, в определении имеется указание на то, что система является сред- ством, поэтому должны существовать и возможности ее использования, воздействия на нее. Это связи другого типа, их можно изобразить в виде стрелок, направленных от среды в систему. Они называются входамисистемы.
В результате мы построили модель системы, которая получила название чер-
ногоящика(рис. 1).
Рис. 1. Модель «черного ящика»
Название «черный ящик» образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании системы. В этой модели задаются только входные и выход- ные связи системы со средой. Простота данной модели – перечисление лишь входов и выходов системы обманчива.
Модель состава системы. Очевидно, что вопросы, касающиеся внутреннего устройства системы, невозможно решить только с помощью модели «черного ящи- ка». Для этого необходимы более развитые, более детальные модели.
При рассмотрении любой системы, прежде всего, обнаруживается то, что ее целостность и обособленность, отображенные в модели «черного ящика», выступа- ют как внешние свойства. Внутренность же «ящика» оказывается неоднородной, что позволяет различать составные части самой системы. При более детальном рассмот- рении некоторые части системы могут быть в свою очередь разбиты на составные части и т.д., те части системы, которые рассматриваются как неделимые, будут называться элементами. Части системы, состоящие более чем из одного элемента, называются подсистемами. В результате получается модель состава системы, опи- сывающая, из каких подсистем и элементов она состоит (рис. 2).

13
Рис. 2. Модель состава системы
Рассмотрим упрощенные примеры моделей состава подсистем для некоторых систем (табл. 2).
Таблица 2

14
Модель структуры системы. Для достижения многих практических целей до- статочно модели «черного ящика» или модели состава. Однако, есть вопросы, ре- шить которые с помощью этих моделей нельзя. Например, чтобы получить охран- ный комплекс, недостаточно иметь «ящик». Необходимо еще правильно соединить все детали между собой, то есть установить между элементами определенные связи
– отношения. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели от- ношений между элементами называется структурой системы.
Пример. Рассмотрим систему «охранная сигнализация». Считаем, что в состав такой системы входят три элемента: датчик, индикатор и эталон статического состо- яния. Структура охранной сигнализации определяется следующими отношениями между парами элементов (табл. 3):
Таблица 3
Структура системы охранной сигнализации
Пара элементов
Связь между ними
Датчик и индикатор
Однозначное соответствие
Эталон и датчик
Приблизительное соответствие
Индикатор и эталон
Периодическое сравнение и устранение расхожде- ния
Второе определение системы. Объединяя все изложенное выше, можно сформулировать второе определение системы: система есть совокупность взаимо-
связанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как це-
лое.
Очевидно, что это определение охватывает модели «черного ящика», состава и структуры. Все вместе они образуют еще одну модель, которую называют струк-
турной схемой системы. В структурной схеме системы указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных эле- ментов с окружающей средой.
Пример. Структурная схема системы «охранная сигнализация» приведена на рисунке 3. Элементы системы изображены в виде прямоугольников; связи 1−3меж- ду элементами описаны в примере; вход 4изображает поступление сигнала извне; вход 5соответствует регулировке индикатора; выход 6– реакция датчика.

15
Рис. 3. Структурная схема системы «охранная сигнализация»
Все структурные схемы имеют нечто общее. Если абстрагироваться от содер- жательной стороны структурных схем, оставив в рассматриваемой модели только общее для каждой схемы, то в результате получим схему, в которой обозначается только наличие элементов и связей между ними.
Такая схема называется графом. Граф состоит из обозначений элементов про- извольной природы, называемых вершинами, и обозначений связей между ними, называемых ребрамиили дугами. Если направления связей не обозначаются, то граф называется неориентированным, при наличии стрелок – ориентированным. Данная пара вершин может быть соединена любым количеством ребер; вершина может быть соединена сама с собой (тогда ребро называется петлей). Если в графе требу- ется отразить другие различия между элементами или связями, то либо приписыва- ют разным ребрам различные веса (взвешенныеграфы), либо раскрашивают верши- ны или ребра (раскрашенныеграфы).
Графы могут изображать любые структуры, если не накладывать ограничений на пересекаемость ребер. Некоторые типы структур имеют особенности, важные для практики, они выделены из других и получили специальные названия. Так, в орга- низационных системах часто встречаются линейные, древовидные (иерархические) и
матричные структуры; в технических системах чаще встречаются сетевые струк-
туры; особое место в теории систем занимают структуры с обратными связями
(рис. 4).

16
Рис. 4. Графы, соответствующие различным структурам: а) линейная; б) древовидная; в) матричная; г) сетевая
Динамические модели систем. Выше были построены модели, которые явля- ются как бы «фотографиями» системы, отображают ее в некоторый момент време- ни. В этом смысле их можно назвать статическими моделями.
Системы, в которых происходят какие бы то ни было изменения, называют
динамическими, а модели, отображающие эти изменения, − динамическими моделя-
мисистем.
Различают два типа динамики системы: ее функционирование и развитие. Под
функционированиемподразумевают процессы, которые происходят в системе, ста- бильно реализующей фиксированную цель. Развитиемназывают то, что происходит с системой при изменении ее целей.
В таблице 4 приведены описания динамических моделей.
Таблица 4
Типы основных моделей для динамического варианта
Модель «черного ящика»
Модель состава
Модель структуры
Вход: начальное состояние
Выход: конечное (желае- мое состояние)
Перечень действий, необхо- димых для перевода началь- ного состояния в конечное
Последовательность дей- ствий и продолжитель- ность каждого действия
Структурная схема системы
Сетевой график всего процесса
2. Рассмотрим ниже понятия, с помощью которых уточняют представление о системе и ее характеристиках.
Элемент. Под элементом понимают простейшую неделимую часть системы.
Ответ на вопрос, что является такой частью, зависит от цели рассмотрения объекта как системы.
Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последо- вательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в тоже время более детальные, чем система в целом.
Названием подсистемаподчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы. Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель (для такой группы используется название компоненты).
Структура. Если для решения задачи оказывается достаточным определить элементы и связи, которых относительно немного, то других понятий, характеризу- ющих строение и функционирование систем, не требуется. В этом случае вводится понятие структуры отражает наиболее существенные взаимоотношения между эле-

17
ментами и их группами, которые мало меняются при изменениях в системе и обес- печивают существование системы и ее основных свойств.
Структура может быть представлена:
 в виде графического отображения;
 в виде теоретико-множественных описаний;
 в виде матриц;
 в виде графов;
 с помощью языков моделирования структур.
Структуру часто стремятся представить в виде иерархии. Термин иерархия определяет упорядоченность компонентов по степени важности. Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчине- ния компонентов (узлов) нижестоящего уровня одному из компонентов вышестоя- щего уровня. Такие иерархии называют сильнымиили иерархиями типа «дерева».
Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным средством представления си- стем управления. Однако между уровнями иерархической структуры не обязательно должны существовать взаимоотношения строгого древовидного порядка. Такие структуры называют иерархическими структурами со слабымисвязями.
Связь. Понятие связьвходит в любое определение системы наряду с понятием
элементи обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы.
Связь можно охарактеризовать направлением, силой, характером(видом). По первым двум признакам связи делятся на направленные и ненаправленные, слабые и сильные, а по характеру – на связи подчинения, связи порождения, равноправные, связи управления, связи развития, связи функционирования. Связи можно разделить также по месту приложения (внешние и внутренние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные) и по некото- рым более частным признакам.
Состояние. Понятие состояниехарактеризует мгновенную фотографию,
«срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воз- действия и выходные сигналы (результаты), либо макропараметры, макросвойства системы.
Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое
(например, s
1
→ s
2
→ s
3
), то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением, и выясняют его закономерности. Поведение можно представить как функцию
(1)

18
где y, x – соответственно управляющие и возмущающие (неконтролируемые) входы системы.
Равновесие. Понятие равновесияопределяют как способность системы в от- сутствие внешних возмущающих воздействий сохранить свое состояние сколь угод- но долго.
Устойчивость – способность системы возвращаться в состояние равновесия по- сле того как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущаю- щих воздействий.
Развитие. Исследование процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучение механизмов, лежащих в их основе, помогает объяснить сложные процессы в природе и обществе.
Цель. Применение понятия цельи связанных с ним понятий целенаправленно- сти, целеустремленности, целесообразности сдерживается трудностью их однознач- ного толкования в конкретных условиях. Это связано с тем, что процесс целеобразо- вания и соответствующий ему процесс обоснования целей в организационных си- стемах весьма сложен.
3. Классификацией называется распределение некоторой совокупности объ- ектов на классы по наиболее существенным признакам. Требования к построению классификации следующие:
 в одной и той же классификации необходимо применять одно и то же ос- нование;
 объем элементов классифицируемой совокупности должен равняться объ- ему элементов всех образованных классов;
 члены классификации должны взаимно исключать друг друга, то есть должны быть непересекающимися;
 подразделение на классы должно быть непрерывным, то есть при перехо- дах с одного уровня иерархии на другой необходимо следующим классом для ис- следования брать ближайший по иерархической структуре системы.
В соответствии с этими требованиями классификация систем предусматривает деление их на два вида – абстрактные и материальные (рис. 5).

19
Рис. 5. Классификация систем
Материальные системыявляются объектами реального времени. Среди всего многообразия материальных систем существуют естественные и искусственные си- стемы.
Естественные системыпредставляют собой совокупность объектов природы, а искусственные системы– совокупность социально-экономических или техниче- ских объектов.
Естественные системы, в свою очередь, подразделяются на астрокосмические и планетарные, физические и химические.
Искусственные системы могут быть классифицированы по нескольким при- знакам, главным из которых является роль человека в системе. По этому признаку можно выделить два класса систем: технические и организационно-экономические системы.
В основе функционирования технических системлежат процессы, совершае- мые машинами, а в основе функционирования организационно-экономических си-
стем– процессы, совершаемые человеко-машинными комплексами.
Абстрактные системы– это умозрительное представление образов или мо- делей материальных систем, которые подразделяются на (логические) и символиче- ские (математические).
Логические системы есть результат дедуктивного или индуктивного пред- ставления материальных систем. Их можно рассматривать как системы понятий и определений о структуре, об основных закономерностях состояний и о динамике материальных систем.
Символические системыпредставляют собой формализацию логических си- стем, они подразделяются на три класса: