Классификация систем

ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Раздел 1. Основы теории систем

Цели и задачи изучения раздела

Целью изучения данного раздела является ознакомление с основами теории систем, представляющей собой научно-методологическую концепцию системных исследований.

При этом ставятся следующие задачи:

- ознакомление с понятийным аппаратом теории систем;

- изучение классификации и основных закономерностей систем;

- определение места теории систем и системного анализа в общей структуре научных исследований.

Основные понятия теории систем.

Теория систем - междисциплинарная область науки, изучающая поведение и взаимодействие различных систем в природе, обществе и науке. Основной целью теории является обнаружение основных принципов функционирования систем, необходимых для описания любой группы взаимодействующих объектов, во всех областях исследований.

В настоящее время существует достаточно большое количество различных определений основных понятий и терминов теории систем. Это определяется двумя основными причинами:

1. Широкое развитие теории систем и системного анализа приводит к развитию его терминологии.

2. Методология системного анализа находит все большее применение в различных науках и сферах практической деятельности, что находит свое отражение в терминалогии, связанное с выделением в общих понятиях теории систем отдельных сторон, характерных для этих областей примения.

Поскольку в рамках настоящего курса не ставится цель всестороннего научно-исторического анализа эволюции понятий теории систем, ограничимся определениями достаточными для рассматриваемой предметной области.

Системой называется рассматриваемая как единое целое совокупность элементов, связей между элементами и взаимодействий с внешней средой, направленная на достижение некоторых целей.

Системе присущи:

- целостность,

- качественную определенность,

- целеполагание.

Под целью понимается модель желаемого результата функционирования системы. Системой можно назвать только такое множество избирательно вовлеченных элементов, у которых отношения приобретают характер взаимного влияния элементов, направленного на получение конкретного результата. В систему входят только те элементы и только в таких взаимоотношениях, которые имеют значение в получении требуемого результата. Таким образом, именно цель функционирования системы является основополагающим фактором при формировании системы. Системы, имеющие одинаковый элементный состав, будут разными, если они имеют различные цели (например, студенческая группа и спортивная команда). Один и тот же объект может рассматриваться в виде различных систем, если по-разному сформулированы цели его функционирования. Например, промышленное предприятие можно рассматривать в качестве производственной, экологической, социальной или экономической системы, если его основные цели носят сооветствующий характер. При сочетании нескольких разнотипных целей (что является характерным для сложных систем) рассматриваются комбинированные (например, социально-экономические) системы.

Элементом системы называется неделимая часть системы, однозначно определяемая своими свойствами. Набор значений свойств элемента определяет состояние элемента, а совокупность состояний всех элементов системы составляет состояние системы. Влияние элементов друг на друга описывается понятием связьмежду элементами, определяемым как функциональная зависимость свойств одного элемента от свойств другого элемента системы. Свойство неделимости отличает элемент от других компонентов системы, в частности, от подсистемы, являющейся частью системы, которую можно рассматривать в качестве самостоятельной системы. Понятие надсистемы (системы, включающей рассматриваемую систему в качестве подсистемы) позволяет строить иерархию вложенных систем. Примером такой иерархии является совокупность вложенных систем: производственное объединение – отдельные промышленные предприятия – цеха – производственные участки и т.д.

Внешняя среда (все, что не входит в систему), в рамках системного подхода также рассматривается в качестве системы, имеющей иерархическую структуру. Таким образом, в рамках общей теории систем мир представляется в виде совокупности систем, взаимодействующих между собой.

Приведенные определения, характеризуют базовые понятия теории систем. При более детальном рассмотрении систем возникает необходимость определения дополнительных понятий и терминов, что и будет сделано в последующих разделах курса.

Классификация систем.

Классификация представляет собой разбиение множества объектов на подмножества (классы), так чтобы в один и тот же класс попадали объекты с одинаковыми значениями классифицирующих свойств. При наличии классификации исследование свойств объекта сводится к решению задачи распознавагтя образов (отнесению объекта к тому или иному классу). Для выделения классов систем могут использоваться различные классификационные признаки. Основными из них считаются: природа элементов, происхождение, длительность существования, изменчивость свойств, степень сложности, отношение к среде, реакция на возмущающие воздействия, характер поведения и степень участия людей в реализации управляющих воздействий. Классификация систем представлена в табл. 1.1.

Выделяют два вида классификации:

- строгая классификация, когда производится разбиение классифицируемого множества на непересекающиеся подмножества (один элемент не может принадлежать сразу двум классам);

- нестрогая классификация, когда классифицирующее свойство носит нечеткий характер и один элемент может в той или иной степени соответствовать нескольким классам.

Таблица 1.1. – Классификация систем.

Рассматриваемая классификация систем является нестрогой. Например, в детерминированной системе можно найти элементы стохастичности, и, напротив, детерминированную систему можно считать частным случаем стохастической (при вероятности равной единице). Аналогично, если принять во внимание диалектику субъективного и объективного в системе, то станет понятной относительность разделения системы на абстрактные и объективно существующие: это могут быть стадии развития одной и той же системы.

Однако нестрогость классификаций не является ее недостатком, а объективно отражает сложность классифицируемых объектов. Цель любой классификации – ограничить выбор подходов к отображению системы, сопоставить выделенным классам приёмы и методы системного анализа и дать рекомендации по выбору методов для соответствующего класса систем.

Система может быть одновременно охарактеризована несколькими признаками, т.е. ей может быть найдено место одновременно в разных классификациях, каждая из которых может оказаться полезной при выборе методов моделирования.

По природе элементов системы делятся на реальные и абстрактные.

Реальными (физическими) системами являются объекты, состоящие из материальных элементов.Среди них обычно выделяют механические, электрические (электронные), биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации.Абстрактные системы составляют элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире. Они создаются путём мысленного отвлечения от тех или иных сторон, свойств и (или) связей предметов и образуются в результате творческой деятельности человека. Иными словами, это продукт его мышления. Примером абстрактных систем являются системы уравнений, идеи, планы, гипотезы, теории и т.п.

В зависимости от происхождения выделяют естественные и искусственные системы.

Естественные системы, будучи продуктом развития природы, возникли без вмешательства человека. К ним можно отнести, например, климат, почву, живые организмы, солнечную систему и др. Появление новой естественной системы – большая редкость. Искусственные системы – это результат созидательной деятельности человека, со временем их количество увеличивается.

По длительности существования системы подразделяются на постоянные и временные. К постоянным обычно относятся естественные системы, хотя с точки зрения диалектики все существующие системы – временные.

К постоянным относятся искусственные системы, которые в процессе заданного времени функционирования сохраняют существенные свойства, определяемые предназначением этих систем.

В зависимости от степени изменчивости свойств системы делятся на статические и динамические.

К статическим относятся системы, при исследовании которых можно пренебречь изменениями во времени характеристик их существенных свойств. Статическая система – это система с одним состоянием. В отличие от статических, динамические системы имеют множество возможных состояний, которые могут меняться как непрерывно, так и дискретно.

В зависимости от степени сложности системы делятся на простые, сложные и большие.

Простые системы с достаточной степенью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями. Особенность простых систем – в практически взаимной независимости от свойств, которая позволяет исследовать каждое свойство в отдельности в условиях классического лабораторного эксперимента и описать методами традиционных технических дисциплин (электротехника, радиотехника, прикладная механика и др.). Примерами простых систем могут служить отдельные детали, элементы электронных схем и т.п.

Сложные системы состоят из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, каждый из которых может быть представлен в виде системы (подсистемы). Сложные системы характеризуются многомерностью (большим числом составленных элементов), многообразием природы элементов, связей, разнородностью структуры.

К сложной можно отнести систему, обладающую по крайней мере одним из ниже перечисленных признаков:

– систему можно разбить на подсистемы и изучать каждую из них отдельно;

– система функционирует в условиях существенной неопределённости и воздействия среды на неё, обусловливает

случайный характер изменения её показателей;

– система осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.

Сложные системы обладают свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих элементов. Сложными системами являются живые организмы, в частности человек, ЭВМ и т.д. Особенность сложных систем заключается в существенной взаимосвязи их свойств.

Большие системы – это сложные пространственно-распределённые системы, в которых подсистемы (их составные части) относятся к категориям сложных. Дополнительными особенностями, характеризующими большую систему, являются:

– большие размеры;

– сложная иерархическая структура;

– циркуляция в системе больших информационных, энергетических и материальных потоков;

– высокий уровень неопределённости в описании системы.

Автоматизированные системы управления, воинские части, системы связи, промышленные предприятия, отрасли промышленности и т.п. могут служить примерами больших систем.

По степени связи с внешней средой системы делятся на изолированные, закрытые и открытые системы.

Изолированные системы не обмениваются со средой энергией и веществом. Процессы самоорганизации в них невозможны. Энтропия изолированной системы стремится к своему максимуму. Закрытые системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обмениваются энергией. Они способны к фазовым переходам в равновесное упорядоченное состояние. При достаточно низкой температуре в закрытой системе возникает кристаллический порядок.Открытые системы обмениваются с окружающей средой и энергией и веществом.

В зависимости от реакции на возмущающие воздействия выделяют активные и пассивные системы.

Активные системы способны противостоять воздействиям среди (противника, конкурента и т.д.) и сами могут воздействовать на неё. У пассивных систем это свойство отсутствует.

По характеру поведения все системы подразделяются на системы с управлением и без управления.

Класс систем с управлением образуют системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления. Примером систем без управления может служить Солнечная система, в которой траектории движения планет определяются законами механики.

В зависимости от степени участия человека в реализации управляющих воздействий системы подразделяются на автоматические (технические), автоматизированные (человеко-машинные) и организационные. К техническим относятся системы, которые функционируют без участия человека. Как правило, это системы автоматического управления (регулирования), представляющие собой комплексы устройств для автоматического изменения, например, координат объекта управления, с целью поддержания желаемого режима его работы. Такие системы реализуют процесс технологического управления. Они могут быть как адаптивными, т.е. приспосабливающимися к изменению внешних и внутренних условий в процессе работы путём изменения своих параметров или структуры для достижения требуемого качества функционирования, так и неадаптивными. Примерами человеко-машинных (эргатических) систем могут служить автоматизированные системы управления различного назначения. Их характерной особенностью является то, что человек сопряжён с техническими устройствами, причём окончательное решение принимает человек, а средства автоматизации лишь помогают ему в обосновании правильности этого решения. К организационным системам относятся социальные системы – группы, коллективы людей, общество в целом.

Поиск по сайту: