Файл: И системного анализа.pdf

Основы теории систем и системного анализа 21 системой приводит к двум аспектам изучения систем: на макро- и микроуров- нях.
Рисунок 2.4- Ранжированное упорядочение взаимодействия системы с другими системами
При изучении на макроуровне основное внимание уделяется взаимодей- ствию системы с внешней средой. Причём системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель), условия её функциони- рования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.
На микроуровне основными становятся внутренние характеристики сис- темы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования. Для изучения системы сочетаются оба компонента.
Функционирование системы может описываться числовым функциона- лом, зависящим от функций, которые описывают внутренние процессы систе- мы, либо качественным функционалом (упорядочение в терминах «лучше»,
«хуже», «больше», «меньше» и т.д.)
Функционал количественно или качественно описывающий деятельность системы называют функционалом эффективности.
Функциональная организация может быть описана способами, показан- ными на рисунке 2.5.2.
преобразование
других систем
5) Поглощение
других систем
4) Противостояние
другим системам
(выживание)
3) Обслуживание систем более высокого порядка
2) Материал для других систем
1Пассивное существование
22 Основы теории систем и системного анализа
Рисунок 2.5 – Способы описания функциональной организации системы
Описание системы определенного класса должно соответствовать кон- цепции развития и удовлетворять некоторым

Основы теории систем и системного анализа 23 ставлены на рисунке 2.5. Открытие принципа обратной связи явилось выдаю- щимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последст- вия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.
Функционирование любой произвольно выбранной системы состоит в переработке входных (известных) параметров и известных параметров воздей- ствия окружающей среды в значения выходных (неизвестных) параметров с учетом факторов обратной связи, проиллюстрировано на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 — Пример обратной связи
Управление системой связано с понятиями прямой и обратной связи, ог- раничениями.
Обратная связь предназначена для выполнения следующих операций:

сравнение данных на входе с результатами на выходе с выявлением их
качественно-количественного различия;

оценка содержания и смысла различия;

выработка решения, вытекающего из различия;

воздействие на ввод.
Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию наме- чающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованно- му прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эф- фективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.
Особенностью социально-экономических систем является то обстоятель- ство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые, как пра- вило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются чет- кому определению, и трудно установить множество ограничений, накладывае- мых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действи- тельные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.
Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определя- ет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов.
Управление управляющие воздействия
Объект управления
Выход
Обратная связь
Входные параметры
24 Основы теории систем и системного анализа
Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависи- мость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математиче- ский аппарат для исследования этих связей, называемый «корреляционными зависимостями».
Критерии — признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных огра- ничениях.
Эффективность системы — соотношение между заданным (целевым) показателем результата функционирования системы и фактически реализован- ным.
Ограничение — обеспечивает соответствие между выходом системы и требованием к нему, как к входу в последующую систему — потребитель. Если заданное требование не выполняется, ограничение не пропускает его через се- бя. Ограничение, таким образом, играет роль согласования функционирования данной системы с целями (потребностями) потребителя.
Определение функционирования системы связано с понятием «проблем-
ной ситуации», которая возникает, если имеется различие между необходи-
мым (желаемым) выходом и существующим (реальным) входом.
Проблема — это разница между существующей и желаемой системами.
Если этой разницы нет, то нет и проблемы.
Решить проблему — значит скорректировать старую систему или сконст- руировать новую, желаемую.
Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.
На практике для реализации системного подхода необходимо предусмот- реть выполнение следующей последовательности действий:

формулирование задачи исследования;

выделение объекта исследования как системы из окружающей
среды;

установление внутренней структуры системы и выявление внеш-
них и внутренних связей;

определение (или постановка) целей перед элементами исходя из
проявляющегося (или ожидаемого) результата и всей системы в целом;

разработка модели системы и проведение на ней исследований.
В настоящее время много работ посвящено системным исследованиям.
Все они рассматривают решение системных задач, в которых объект исследо- ваний представляется в виде системы.

Основы теории систем и системного анализа 25
Контрольные вопросы
1. Объясните, что такое системность. Как Вы понимаете тезис: «систем- ность – всеобщее свойство материи»?
2. Что такое системный подход, системные исследования и системный анализ?
3. Состав задач системного анализа.
4. Назовите принципы системного анализа.
5. Когда применяются методы системного анализа?
6. Состав общей теории систем.
7. Дайте определение понятия «система».
8. Что такое элемент, подсистема и структура системы?
9. Определите понятие «связь». Что такое обратная связь?
10.Понятие состояния и поведения системы.
11.Дайте определение внешней среды.
12.Что такое модель? Модель черного ящика, модель состав системы и модель структуры системы.
13.Приведите классификацию систем по признакам.
26 Основы теории систем и системного анализа
3. СИСТЕМНЫЕ СВОЙСТВА. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
Состояние системы характеризуется совокупностью наиболее существен- ных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени:
Под свойством понимают сторону объекта, отражающую его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющуюся при взаимодействии с другими объектами.
Главным свойством системы является целостность, единство, дости- гаемое посредством определенных взаимосвязей и взаимодействий элементов системы.
Целостность системы означает, что каждый элемент системы вносит вклад в реализацию целевой функции системы.
Эмерджентность — степень несводимости свойств системы к свойст- вам элементов, из которых она состоит.
Эмерджентность — свойство систем, обусловливающее появление но- вых свойств и качеств, не присущих элементам, входящих в состав системы.
Целостность и эмерджентность — интегративные свойства системы.
Наличие интегративных свойств является одной из важнейших черт сис- темы. Целостность проявляется в том, что система обладает собственной зако- номерностью функциональности, собственной целью.
Организованность — сложное свойство систем, заключающиеся в нали- чие структуры и функционирования (поведения). Непременной принадлежно- стью систем является их компоненты, именно те структурные образования, из которых состоит целое и без чего оно не возможно.
Функциональность — это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же определяется цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.

Основы теории систем и системного анализа 27
Структурность — это упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структу- рой системы существует взаимосвязь, как между философскими категориями содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой из- менение формы (структуры), но и наоборот.
Важным свойством системы является наличие поведения — действия, изменений, функционирования и т.д.
Считается, что это поведение системы связано со средой (окружающей), т.е. с другими системами с которыми она входит в контакт или вступает в оп- ределенные взаимоотношения.
Процесс целенаправленного изменения во времени состояния системы называется поведением. В отличие от управления, когда изменение состояния системы достигается за счет внешних воздействий, поведение реализуется ис- ключительно самой системой, исходя из собственных целей.
Поведение каждой системы объясняется структурой систем низшего по- рядка, из которых состоит данная система, и наличием признаков равновесия
(гомеостаза). В соответствии с признаком равновесия система имеет опреде- ленное состояние (состояния), которое являются для нее предпочтительным.
Поэтому поведение систем описывается в терминах восстановления этих со- стояний, когда они нарушаются в результате изменения окружающей среды.
Еще одним свойством является свойство развития. Развитие можно рас- сматривать как составляющую часть поведения (важнейшую).
Одним из первичных, а, следовательно, основополагающих атрибутов системного подхода является недопустимость рассмотрения объекта вне его развития, под которым понимается необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания. В результате возникает новое качество или со- стояние объекта. Отождествление (может быть и не совсем строгое) терминов
«развитие» и «движение» позволяет выразиться в таком смысле, что вне разви- тия немыслимо существование материи, в данном случае — системы.
Кто не знает, в какую гавань он плывет, для того нет попутного ветра.
(Сенека).
Поведение системы определяется характером реакции на внешние воз- действия.
Фундаментальным свойством систем является устойчивость, т.е. спо-
собность системы противостоять внешним возмущающим воздействиям. От нее зависит продолжительность жизни системы.
Простые системы имеют пассивные формы устойчивости: прочность,
сбалансированность, регулируемость, гомеостаз.
Для сложных систем характерны активные формы: надежность, живу-
честь и адаптируемость.
Надежность — свойство сохранения структуры систем, несмотря на ги- бель отдельных ее элементов с помощью их замены или дублирования, а живу- честь — как активное подавление вредных качеств. Таким образом, надежность является более пассивной формой, чем живучесть.
28 Основы теории систем и системного анализа
Адаптируемость — свойство изменять поведение или структуру с це- лью сохранения, улучшения или приобретение новых качеств в условиях изме- нения внешней среды. Обязательным условием возможности адаптации являет- ся наличие обратных связей.
Всякая реальная система существует в среде. Связь между ними бывает настолько тесной, что определять границу между ними становится сложно. По- этому выделение системы из среды связано с той или иной степенью идеализа- ции.
Можно выделить два аспекта взаимодействия:

характер обмена между системой и средой (веществом, энергией, ин-
формацией);

среда обычно является источником неопределенности для систем.
Воздействие среды может быть пассивным либо активным (антогонисти- ческим, целенаправленно противодействующее системе).
Поэтому в общем случае среду следует рассматривать не только безраз- личную, но и антагонистическую по отношению к исследуемой системе.
3.1. Классификация систем
Классификация систем представляет процесс разбиения на классы по наиболее существенным признакам, продемонстрирована на рисунке 3.1. Под классом понимается совокупность объектов, обладающих некоторыми общими признаками. Признак (или совокупность признаков) является основанием (кри- терием) классификации
Рисунок 3.1 — Диаграмма классификации систем
Система может быть охарактеризована одним или несколькими призна- ками и соответственно ей может быть найдено место в различных классифика- циях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии иссле- дования.

Основы теории систем и системного анализа 29
Цель классификации ограничить выбор подходов к отображению
систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего
класса.
По содержанию различают реальные (материальные), объективно суще- ствующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся продук- том мышления.
Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и ис- кусственные (антропогенные).
Естественные системы: системы неживой (физические, химические) и живой (биологические) природы.
Искусственные системы: создаются человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий.
Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и соци-
альные (общественные).
Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в опреде- ленных целях.
К социальным системам относятся различные системы человеческого общества.
Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать свое состоя- ние. Эти системы выступают как части более крупных, включающие людей — организационно-технических систем.
Организационная система, для эффективного функционирование которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой.
Примеры человеко-машинных систем: автомобиль — водитель; самолет — летчик; ЭВМ — пользователь и т.д.
Таким образом, под техническими системами понимают единую конст- руктивную совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, предназначенная для целенаправленных действий с задачей достижения целей в процессе функционирования заданного результата.
Отличительными признаками технических систем по сравнению с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными эле- ментами является конструктивность (практическая осуществляемость отно- шений между элементами), ориентированность и взаимосвязанность со-
ставных элементов и целенаправленность.
Для того чтобы система была устойчивой к воздействию внешних влия- ний, она должна иметь устойчивую структуру. Выбор структуры практически определяет технический облик как всей системы, так ее подсистем, и элемен- тов. Вопрос о целесообразности применения той или иной структуры должен решаться исходя из конкретного назначения системы. От структуры зависит также способность системы к перераспределению функций в случае полного или частичного отхода отдельных элементов, а, следовательно, надежность и живучесть системы при заданных характеристиках ее элементов.
30 Основы теории систем и системного анализа
Абстрактные системы являются результатом отражения действительно- сти (реальных систем) в мозге человека.
Абстрактные (идеальные) системы объективны по источнику происхож- дения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.
Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного ото-
бражения (отражающие определенные аспекты реальных систем) и системы
генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся матема- тические и эвристические модели, а ко вторым — концептуальные системы
(теории методологического построения) и языки.
3.2. Классификация систем по взаимодействию с внешней средой
На основе понятия внешней среды системы разделяются на: открытые,
закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные (рис.3.2). Деление систем на открытые и закрытые связано с их характерными признаками: воз- можность сохранения свойств при наличии внешних воздействий.
Если система нечувствительна к внешним воздействиям, ее принято счи- тать закрытой. В противном случае — открытой.
Рисунок 3.2 - Классификация систем по воздействию с внешней средой
Открытой называется система, которая взаимодействует с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. Открытая система являет- ся частью более общей системы или нескольких систем. Если вычленить из этого образования собственно рассматриваемую систему, то оставшаяся часть
— ее среда.
Комбинированные системы содержат открытые и закрытые подсистемы.
Наличие комбинированных систем свидетельствует о сложной комбинации от- крытой и закрытой подсистем.
По взаимодейст‐
вию с внешней средой
Открытые
Закрытые
Комбинированные