ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 144
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Основы теории систем и системного анализа 39
Контрольные вопросы
1.Приведите классификацию систем по признакам.
2. В чем заключается смысл тезиса: «системность – всеобщее свойство материи»?
3. Как реализуется структурное представление системы?
4. Как осуществляется классификация системы по взаимодействию с внешней средой?
5. В чем заключается классификация системы по степени участия в реа- лизации управляющих воздействий людей?
6. Как осуществляется коррекция систем по структуре управления?
7. Сформулировать критерий, определяющий сложность поведения сис- тем.
8. Приведите основную схему классификации систем по характеру связей между элементами системы.
9. Какие требования предъявляются к степени организованности систем?
10. Какие требования предъявляются к весовым коэффициентам, посту- пающим в память нейрона?
11. Что представляет классификация систем по природе элементов?
12. В чем заключается назначение классификация систем по происхожде- нию?
13. Перечислите основные виды реакции систем на возмущающие воз- действия?
14. Какие требования предъявляются к классификации систем по степени участия в реализации управляющих воздействий людей?
15. В чем заключается особенности взаимодействия системы с внешней средой?
16. Какие требования предъявляются к обратным связям системы?
17. В чем заключается классификация системы по естественному разде- лению?
40 Основы теории систем и системного анализа
4. МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ
Современные технические и технологические объекты и их системы управления характеризуются большим числом элементов, множеством связей, значительным объемом перерабатываемой информации. Такие системы приня- то называть сложными, большими или системами со сложной структурой.
Структурный подход для проектирования системы предполагает прове- дение двух этапов, которые представлены на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Два этапа структурного подхода описания системы
Целями структурного анализа систем являются:
разработка правил символического отображения систем;
оценка качества структуры системы;
изучение структурных свойств системы в целом и ее подсистем;
выработка заключения об оптимальности структуры системы и
рекомендаций по дальнейшему ее совершенствованию.
Характерной особенностью начального этапа проектирования является ограниченность информации о свойствах будущей системы, что заставляет в первую очередь обращаться к структуре системы и содержащейся в ней инфор- мации. Изучение особенностей этой информации и является предметом морфо- логического (структурного) анализа систем.
Морфологическое описание системы представляется в виде иерархии
(морфология — наука о форме, строении). В этом случае задается глубина опи- сания системы, уровень детализации, (т.е. определяются какие компоненты системы будут рассматриваться).
Изучение морфологии системы начинается с установления элементного состава. Возможный состав системы представлен на рисунке 4.2.
I этап
II этап
определяется состав системы
(
)
определяется состав системы
(
)
устанавливаются связи между
элементами системы
II этап
определяется состав системы
(
)
Основы теории систем и системного анализа 41
Рисунок 4.2 – Состав системы по видам входящих элементов
Однотипность не означает полной идентичности и определяет только близость основных свойств.
Гомогенности, как правило, сопутствует избыточность и наличие скры- тых (потенциальных) возможностей, дополнительных резервов.
Гетерогенные элементы специализированы, они экономичны и могут быть эффективными в узком диапазоне внешних условий, но быстро теряют эффективность вне этого диапазона.
Иногда элементный состав определить не удается — неопределенный.
Важным признаком морфологии является назначение (свойства) элемен- тов.
Различают элементы системы:
информационные;
энергетические;
вещественные.
Следует отметить, что такое деление условно и отражает лишь преобла- дающие свойства элемента.
В общем случае, передача информации не возможна без энергии, пере-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
нос энергии не возможен без информации.
Информационные элементы предназначены для приема, запоминания
(хранения), преобразования и передачи информации. Преобразование может состоять в изменении вида энергии, которая несет информацию, в изменении способа кодирования (представления в некоторой знаковой форме) информа- ции, в сжатии информации путем сокращения избыточности, принятия реше- ний и т.д.
Различают обратимые и необратимые преобразования информации.
Обратимые не связаны с потерей информации (либо созданием новой).
Накопление (запоминание) является обратимым в том случае, если не происхо- дит потерь информации в течение времени хранения.
Преобразование энергии состоит в изменении параметров энергетическо- го потока. Поток входной энергии может поступать извне, либо от других эле- ментов системы. Выходной энергетический поток направлен в другие системы,
42 Основы теории систем и системного анализа либо в среду. Процесс преобразования энергии, естественным образом, нужда- ется в информации.
Процесс преобразования вещества может быть механическим (например, штамповка), химическим, физическим (например, резка), биологическим. В сложных системах преобразование вещества носит смешанный характер.
В общем случае, следует иметь в виду, что любые процессы, так или ина- че, приводят к преобразованию вещества, энергии и информации.
Морфологические свойства системы существенно зависят от характера связей между элементами. Понятие связи входит в любое определение системы.
Оно одновременно характеризует и строение (статику) и функционирование
(динамику) системы. Связи обеспечивают возникновение и сохранение струк- туры и свойств системы. Выделяют информационные, вещественные и энерге- тические связи, определяя их в том же смысле, в каком были определены эле- менты.
Характер связи определяется удельным весом соответствующего компо- нента (или целевой функцией).
Связь характеризуется: направлением, силой, видом.
По первым двум признакам связи делят на направленные и ненаправлен-
ные, сильные и слабые, а по характеру — подчинения, порождения (генетиче-
ские), равноправные и связи управления.
Некоторые из этих связей можно раздробить еще более детально. Напри- мер, связи подчинения на связи «род-вид», «часть-целое»; связи порождения —
«причина-следствие».
Их можно разделить также по месту приложения (внутренние — внеш- ние), по направленности процессов (прямые, обратные, нейтральные).
Прямые связи предназначены для передачи вещества, энергии, информа- ции или их комбинаций от одного элемента другому в соответствии с последо- вательностью выполняемых функций.
Качество связи определяется ее пропускной способностью и надежно- стью.
Очень важную роль, как мы уже знаем, играют обратные связи — они яв- ляются основной саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования. Они в основном служат для управле- ния процессами и наиболее распространены информационные обратные связи.
Нейтральные связи не относятся к функциональной деятельности систе- мы, непредсказуемы и случайны. Однако нейтральные связи могут сыграть оп- ределенную роль при адаптации системы, служить исходным ресурсом для формирования прямых и обратных связей, являться резервом.
Морфологическое описание может включать указания на наличие и вид связи, содержать общую характеристику связи либо их качественные и количе- ственные оценки.
Структурные свойства систем определяются характером и устойчивостью отношений между элементами.
Основы теории систем и системного анализа 43
Структуры систем делятся по характеру отношений между элементами в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3 – Характер отношений между элементами для различных структур систем
Наиболее устойчивы детерминированные структуры, в которых отноше- ния либо постоянны, либо изменяются во времени по детерминированным за- конам.
Вероятностные структуры изменяются во времени по вероятностным за- конам.
Хаотические структуры характерны отсутствием ограничений, элементы в них вступают в связь в соответствии с индивидуальными свойствами. Клас- сификация производится по доминирующему признаку.
Структура играет основную роль в формировании новых свойств
системы, отличных от свойств ее компонентов, в поддержании целостно-
сти и устойчивости ее свойств по отношению к изменению элементов
системы в некоторых пределах.
Важными структурными компонентами являются отношения координа- ции и субординации.
Координация выражает упорядоченность элементов системы «по-
горизонтали». Здесь идет речь о взаимодействии компонент одного уровня ор- ганизации.
Субординация — «вертикальная» упорядоченность подчинения и субпод- чинения компонент. Здесь речь идет о взаимодействии компонент различных уровней иерархии.
Иерархия (hiezosazche — священная власть, греч.) — это расположение
частей целого в порядке от высшего к низшему. Термин «иерархия» (много- ступенчатость) определяет упорядоченность компонентов системы по степени важности. Между уровнями иерархии структуры могут существовать взаимо- отношения строгого подчинения компонент нижележащего уровня одному из компонент вышележащего уровня, т.е. отношения древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархии типа ориентированное дерево, представлены на рисунке 4.4.
По характеру отношений
многосвязные
иерархические
смешанные
44 Основы теории систем и системного анализа
Рисунок 4.4 — Граф строгой иерархической структуры
Однако между уровнями иерархической структуры необязательно долж- ны существовать отношения древовидного характера. Могут иметь место связи и в пределах одного уровня иерархии. Нижележащий компонент может подчи- няться нескольким компонентами вышележащего уровня — это иерархические структуры со слабыми связями.
Для иерархических структур характерно наличие управляющих и испол- нительных компонент. Могут существовать компоненты, являющиеся одно- временно и управляющими, и исполнительными.
Как правило, наличие иерархии является признаком высокого уровня
организации структуры.
В функциональном отношении иерархические структуры более эконо- мичны.
Различают строго и нестрого иерархические структуры.
Система строгой иерархической структуры имеют следующие при- знаки:
в системе имеется один главный управляющий компонент, кото-
рый имеет не менее двух связей;
имеются исполнительные компоненты, каждый из которых имеет
только одну связь с компонентом вышележащего уровня;
связь существует только между компонентами, принадлежащим
двум соседним уровням.
При этом компоненты низшего уровня связаны только с одним компо- нентом высшего уровня, а каждый компонент высшего уровня не менее, чем с двумя компонентами низшего.
На рисунке 5 представлен граф нестрогой иерархической структуры.
Основы теории систем и системного анализа 45
Рисунок 4.5 — Граф нестрогой иерархической структуры
Однако могут существовать и неиерархические высокоорганизованные системы. Для неиерархических структур не существует компонент, которые яв- ляются только управляющими или только исполнительными. Любой компонент взаимодействует более чем с одним компонентом. На рисунке 4.6 приведены схемы неиерархических систем. а) б)
Рисунок 4.6 – Схемы неиерархических систем: а) полносвязная структура системы; б) сотовая структура системы
Смешанные структуры представляют собой различные комбинации ие- рархических и неиерархических структур.
Введем понятие лидерства подсистемы. Лидирующей называется подсис- тема, удовлетворяющая следующим требованиям, представленным на рисунке
4.7.
46 Основы теории систем и системного анализа
Рисунок 4.7 – Требования, предъявляемые к лидирующим подсистемам
Лидирующих подсистем может быть больше одной, при нескольких ли- дирующих подсистемах возможна главная лидирующая подсистема. Подсисте- ма высшего уровня иерархической структуры одновременно должна быть глав- ной лидирующей, если же этого нет, то предполагаемая иерархическая струк- тура либо неустойчива, либо не соответствует истинной структуре системы.
Смешанные структуры представляют собой различные комбинации ие- рархических и неиерархических структур. Стабильность структуры характери- зуется временем ее изменения. Структура может изменяться без преобразова- ния класса или преобразованием одного класса в другой. В частности, возник- новение лидера в неиерархической структуре может привести к преобразова- нию ее в иерархическую, а возникновение лидера в иерархической структуре — к установлению ограничивающей, а затем детерминированной связи между ли- дирующей подсистемой и подсистемой высшего уровня. В результате этого подсистема высшего уровня заменяется лидирующей подсистемой, либо объе- диняется с ней, или иерархическая структура преобразуется в неиерархическую
(смешанную).
Равновесными называются неиерархические структуры без лидеров.
Чаще всего равновесными бывают многосвязные структуры. Равновесность не означает покомпонентной идентичности метаболизма, речь идет только о сте- пени влияния на принятие решений.
Особенностью иерархических структур является отсутствие горизонталь- ных связей между элементами. В этом смысле данные структуры являются аб- страктными построениями, поскольку в реальной действительности трудно подсистема не имеет детерминированно- го взаимодействия ни с одной другой подсистемой подсистема является управляющей по отношению к наибольшему числу под- систем подсистема либо не является управляе- мой (подчиненной), либо управляется наименьшим числом подсистем
Тр
еб
о
ва
н
ия
к
л
и
д
ир
ую
ще
й
подсис
теме