Лекция 2. Системные представления

 

1. Кунву Ли. Основы САПР. – СПб.: Питер, 2004.

2. Б. Хокс. Автоматизированное проектирование и производство. - М.: Мир, 1991.

3. «Компьютер Пресс», NN «1–12,1997 – ISSN 0868–6157.

4. В. Клишин, В. Климов, М. Пирогова. Интегрированные технологии Computervision. Открытые системы, # 2, 1997. с. 37–42.

Размещено на Allbest.ru

Лекция 2. Системные представления

1. Формирование системных представлений.
2. Понятия, характеризующие строение систем.
3. Классификация систем.
4. Свойства системы.

 

 

1. Формирование системных представлений

Понятия «система» и «системность» играют важную роль в современной науке и практике. Начиная с середины XX в. ведутся интенсивные разработки в области системного подхода к исследованиям и теории систем. В то же время само понятие системы имеет длительную историю. Первоначально системные представления сформировались в рамках философии: еще в античном мире был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей. Древние философы (Платон, Аристотель и др.) толковали систему как мировой порядок, утверждая, что системность — свойство природы.

Принципы системности активно исследовались в философии (например, И. Кант стремился обосновать системность самого процесса познания) и в естественных науках. Наш соотечественник Е. Федоров в конце XIX в. пришел к выводу о системности природы в процессе создания кристаллографии.

Принцип системности в экономике формулировал и А. Смит, сделавший вывод, что эффект действия людей, организованных в группу, больше, чем сумма одиночных результатов.

Различные направления исследования системности позволили сделать вывод о том, что это свойство природы и свойство деятельности человека (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1. Системность как всеобщее свойство материи

 

 

Теория систем служит методологической базой теории управления. Это относительно молодая наука, организационное становление которой произошло во второй половине XX в. Родоначальником теории систем считается австрийский ученый Л. фон Берталанфи. Первый международный симпозиум по системам состоялся в Лондоне в 1961г. Первый доклад на нем сделал выдающийся английский кибернетик С. Вир, что можно считать свидетельством гносеологической близости кибернетики и теории систем.

Центральное понятие теории систем — система (от греческого systema — «целое, составленное из частей»). Система — объект произвольной природы, обладающий выраженным системным свойством, которым не обладает ни одна из частей системы при любом способе ее членения, свойством, не выводимом из свойств частей.

Приведенное определение системы нельзя считать исчерпывающим — оно отражает лишь некий общий подход к изучению объектов. В литературе по системному анализу можно найти множество определений системы.(См.: например, Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. – М.,1978. См. также Приложение 5)

В настоящем пособии мы будем использовать следующее рабочее определение системы: «Система — это целостная совокупность взаимосвязанных элементов, имеющая определенную структуру и взаимодействующая с окружающей средой в интересах достижения цели». Анализируя это определение, мы можем выявить несколько базисных понятий: целостность, совокупность, структурированность, взаимодействие со внешней средой, наличие цели и др. Они представляют собой систему понятий, т. е. внутреннюю организацию некоторого устойчивого объекта, целостность которого и есть система. Сама возможность выделить в поле исследования устойчивые объекты определяется свойством целостности системы, целями наблюдателя и возможностями его воспринимать действительность.

Рассмотрим некоторые основные термины и понятия, широко используемые в системных исследованиях.

· Состояние системы — упорядоченное множество существенных свойств, которыми она обладает в определенный момент времени.

· Свойства системы — совокупность параметров, определяющих поведение системы.

· Поведение системы — реальное или потенциальное действие системы.

· Действие — происходящее с системой событие, вызванное другим событием.

· Событие - изменение по крайней мере одного свойства системы.

 

1. Понятия, характеризующие строение систем

Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Представление о неделимости связано с целью рассмотрения объекта как системы. Таким образом, элемент — предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи.

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, более крупные, чем элементы, но более мелкие, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупности элементов, способных выполнять относительно независимые функции, направленные на достижение общей цели системы. Для подсистемы должна быть сформулирована подцель, являющаяся ее системообразующим фактором.

Если стоит задача не только выделить систему из окружающей среды и исследовать ее поведение, но и понять ее внутреннее строение, нужно изучать структуру системы. Термин «структура» происходит от латинского structura — «строение», «расположение», «порядок». Структура системы включает в себя ее элементы, связи между ними и атрибуты этих связей. В большинстве случаев понятие «структура» принято связывать с графическим отображением, однако это необязательно. Структура может быть представлена в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графиков и т. п.

Связь — понятие, выражающее необходимые и достаточные отно­шения между элементами. Атрибутами связи являются:

· направленность;

· сила;

· характер.

По направленности связи разделяются на направленные и ненаправленные. Направленные связи, в свою очередь, делятся на прямые и обратные.

По силе проявления связи делятся на слабые и сильные.

По характеру связи разделяются на связи подчинения и связи порождения. Первые можно разделить на линейные и функциональные; вторые характеризуют причинно-следственные отношения.

Связи между элементами характеризуются определенным поряд­ком, внутренними свойствами, направленностью на функционирова­ние системы. Такие особенности системы называются ее организацией.

Структурные связи относительно независимы от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой. Это означает, что закономерности, выявленные при изучении систем, ото­бражающих объекты одной природы, могут использоваться при иссле­довании систем другой природы. Связь также может быть представле­на и рассмотрена как система, имеющая свои элементы и связи.

Понятие «структура» в узком смысле слова может отождествляться с понятием «системообразующие отношения», т.е. структура может рассматриваться как системообразующий фактор,

В широком смысле слова под структурой понимают всю совокупность отношений между элементами, а не только системообразующие отношения.

Методика вычленения системообразующих отношений из окружающей среды зависит от того, идет ли речь о проектировании еще не существующей системы или об анализе системного представления известного объекта, материального или идеального. Существуют различные виды структур. Наиболее известные из них представлены на рис. 2.2.

 

Рис. 2.2. Виды структур

 

1. Классификация систем

 

Рассмотрим сначала некоторые разновидности систем. Абстрактные системы — это системы, все элементы которых являются понятиями

Конкретные системы — это системы, элементы которых являются физическими объектами. Они разделяются на естественные (возникающие и существующие без участия человека) и искусственные (созданные человеком).

Открытые системы — обменивающиеся с внешней средой веществом, энергией и информацией.

Закрытые системы — это системы, у которых нет обмена с внешней средой.

В чистом виде открытых и закрытых систем не существует.

Динамические системы занимают одно из центральных мест в общей теории систем. Такая система представляет собой структурированный объект, имеющий входы и выходы, объект, в который в определенные моменты можно вводить и из которого можно выводить вещество, энергию, информацию. Динамические системы представляются как системы, в которых процессы протекают во времени непрерывно, и как системы, в которых все процессы совершаются только в дискретные моменты времени. Такие системы называют дискретными динамическими системами. При этом в обоих случаях предполагается, что поведение системы можно анализировать в некотором промежутке времени, что непосредственно и определяется термином «динамическая».

Адаптивные системы — системы, функционирующие в условиях начальной неопределенности и изменяющихся внешних условиях. Понятие адаптации сформировалось в физиологии, где оно определяется как совокупность реакций, обеспечивающих приспособление организма к изменению внутренних и внешних условий. В теории управления адаптацией называют процесс накопления и использования информации в системе, направленной на достижение оптимального состояния при начальной непосредственности и изменяющихся внешних условиях.

Иерархические системы — системы, элементы которых сгруппированы по уровням, вертикально соотнесенным один с другим; при этом элементы уровней имеют разветвляющиеся выходы. Хотя понятие «иерархия» постоянно присутствовало в научном и повседневном обиходе, обстоятельное теоретическое изучение иерархических систем началось недавно. Рассматривая иерархические системы, обратимся к принципу противопоставления. Объектом противопоставления будут системы с линейной структурой (радиальные, централизованные). Для систем с централизованным управлением характерна однозначность управляющих воздействий. В отличие от них существуют иерархические системы, системы произвольной природы (технические, экономические, биологические, социальные и другие), имеющие многоуровневую и разветвленную структуру в функциональном, организационном или ином плане. Иерархические системы составляют предмет особого внимания в теории и практике менеджмента благодаря своему универсальному характеру и ряду преимуществ по сравнению например, с линейными структурами. Среди таких преимуществ: свобода локальных воздействий, отсутствие необходимости пропускать очень большие потоки информации через один пункт управления, повышенная надежность. Кроме того, при выходе из строя одного элемента централизованной системы из строя выйдет и вся система; при выходе же из строя одного элемента иерархической системы вероятность выхода из строя всей системы незначительна. Всем иерархическим системам свойствен ряд характеристик:

· последовательное вертикальное расположение уровней, составляющих систему (подсистему);

· приоритет действий подсистем верхнего уровня (право вмешательства);

· зависимость действий подсистемы верхнего уровня от фактического исполнения нижними уровнями своих функций;

· относительная самостоятельность подсистем, что обеспечивает возможность сочетания централизованного и децентрализованного управления сложной системой.

Учитывая условность всякой классификации, следует отметить, что попытки классификации должны сами по себе обладать свойствами системности, поэтому классификацию можно считать разновидностью моделирования.

Рассмотрим некоторые виды классификации систем по различным признакам.

· Классификация систем по происхождению (рис. 2.3).

· Классификация систем по описанию переменных (рис. 2.4).

· Классификация систем по способу управления (рис. 2.5).

· Классификация систем по типу их операторов (рис. 2.6).

Существует множество других способов классификации, например по степени ресурсной обеспеченности управления, включая энергетические, материальные, информационные ресурсы.

Кроме рассмотренных классификаций систем, их можно делить на простые и сложные, детерминированные и вероятностные, линейные и нелинейные и т.д.