Системы и их классификация

Система – это совокупность материальных объектов (элементов), находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Элемент – это такая часть системы, которая после своего раздробления на части уже не обладает характеристиками системы (элемент – это наименьшая часть системы).

Объекты – есть параметры системы;

Параметрами являются: вход, процесс, выход, управление с помощью обратной связи и ограничений.

Свойства – есть качества параметров объектов.

Качества – это внешние проявления того способа (т.е. процесса), с помощью которого получается знание об объекте.

Связи есть то, что объединяет объекты и свойства в системном процессе.

Нет систем без процесса в них.

Связь компонентов системы называется структурой. Элементы в системе соединены таким образом, что система с данной структурой обладает новыми свойствами, которые не присущи отдельным элементам в их разобщенности.

Способ организации из элементов целого называется формой.

Функция – это способ поведения объекта или системы объектов, направленный на сохранение его самого или той системы, в которую он входит.

Проблематика части и целого, элемента и системы показывает, что многие фрагменты мира связаны между собой: та или иная часть целого свидетельствует о других частях целого.

Идеальную конструкцию вещи как идейную, образную или идейно-образную структуру определяет символ (разновидность знака). Русский символист Андрей Белый понимал символ как результат синтеза, для постижения богатства которого требуется не только знание и наука, но еще и богатство культуры. Американский философ Чарльз Пирс считает, что «человек – это мысль, и в качестве мысли он есть разновидность символа». Символичность мира является результатом взаимовлияния частей и целого, элементов и частей системы (всеобщий закон взаимовлияния).

В широком плане под системой (от греч. systema — целое, составленное из частей) обычно понимают какую-либо совокупность взаимосвязанных, расположенных в определенном порядке частей какого-либо единого целостного образования или совокупность принципов какой-либо теории.

Кибернетика – наука об общих принципах управления и связи в биологических и технических системах. На рис. 6 приведена обобщенная структурная схема кибернетических систем.

Рис.6. Обобщенная структурная схема кибернетических систем

 

Регулирующий – это элемент системы, который управляет регулируемым органом.

Регулируемый – это элемент системы, которым управляют.

Входной сигнал (Х) запускает всю систему в работу по программе. Управление регулируемым органом осуществляется импульсами тока (напряжения), поступающими по каналу прямой связи (1) от регулирующего блока. Импульсы передают информацию регулируемому блоку (например, по перемещению в пространстве) и таким образом на выходе (Y), отрабатывается программа, заложенная в регулирующем устройстве. Обратная связь (ОС) служит для контроля правильности отработки программы выходным устройством. При отклонении работы системы от заданной программы, на регулирующее устройство поступает информация в виде импульсов по каналу обратной связи (2). Таким образом, осуществляется автоматическое управление работой системы.

Так как в кибернетических системах основным параметром является информация, то в современном понимании, кибернетика - это наука об управлении, связи и переработки информации.

Кибернетическая система – упорядоченная совокупность объектов (элементов системы) взаимодействующих и взаимосвязанных между собой, которые способны воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией.

Системность - это общий системный подход.

Например, внешней средой вещественной Вселенной, скорее всего, выступает физический вакуум. Любая подсистема Вселенной, например, галактика, Солнечная система, планета, биосфера, человек и т.д., предстает как цельное естественное тело, обладающее определенной автономией и собственным путем развития, но остающееся неотъемлемой составной частью целого.

Виды систем: материальные, абстрактные.

Среди материальных систем выделяют системы неорганической и органической природы.

Материальные системы неорганической природы – это физические, геологические, химические и т.п.

Пример схемы материальной системы неорганической природы приведен на рис. 7, где отражена система термостата.

 

Рис.7. Схема материальной системы неорганической природы

 

УУ – управляющее устройство, УО – объект управления,

ОС – источник сигналов обратной связи

 

Материальные системы органической природы – это биологические (живые) системы. К таким системам относятся простейшие, биологические, организмы, популяции, виды, экосистемы.

В современном понимании биология – совокупность наук о живой природе, об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

На рис. 8 представлена обобщенная биологическая система органа зрения.

 

Рис.7. Биологические системы

 

ЦНС – центральная нервная система, ИО – исполнительный орган,

ОС – обратные связи в системе.

 

Особый класс материальных биологических систем представляют социальные системы (от простейших социальных объединений до социально-экономической структуры общества).

Биологические системы представляют собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, которые обладают свойствами целостности, относительной устойчивости, а также способностью к адаптации (приспособление к внешней среде), развитию, самовоспроизведению и эволюции.

Классификация современной биологии (рис.8а) может быть представлена в виде «здания», где по оси ординат (Y) классифицируются уровни организации (сложности) материи в пределах биосферы, по оси абсцисс (X) – методологические аспекты, а по оси Z дается классификация по биологическим функциям.

 

 

Рис.20. Классификация современной биологии

 

1-й этаж – самый верхний уровень – биосфера

2-й этаж – экология (изучает сообщества различных видов живых существ, из взаимосвязь между собой и окружающей средой.

3-й этаж – биологические виды – биология видов (животных, растений и бактерий и их систематику в целом: зоология, ботаника, микробиология и вирусология)

4-й этаж – анатомия и физиология (науки изучают структуру и жизнедеятельность индивидуального организма и его органов)

5-й этаж – клеточная биология (цитология)

6-й этаж субклеточная биология (исследование внутриклеточных органелл и их фрагменты, гомогенатов, «теней» клеток и других бесклеточных надмолекулярных систем.

7-й этаж – молекулярная биология (изучает функционирование макромолекул и их комплексов) – это последний уровень, где еще не утрачена биологическая функция.

8-й уровень – биоорганическая химия (здесь изучаются структуры и физико-химические характеристики веществ, составляющих живой организм здесь объектом исследования служит органические соединения (наука биоорганическая химия).

Обменные энергетические процессы, происходящие в живых системах, изучаются термодинамикой (наукой о законах превращения энергии из одного вида в другой).

Происходящие в системах процессы различных энергетических преобразований изучаются наукой – термодинамикой. Отсюда иногда такие системы называют термодинамическими.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой термодинамические системы делят на три типа.

1) изолированная – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией, ни информацией

2) замкнутая – это система, которая обменивается с окружающей средой веществом, и энергией.

3) о ткрытая – это система, которая обменивается с окружающей средой и веществом, и энергией, и информацией

Живыми системами являются клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции организмов, экологические системы, биосфера в целом.

Живые системы характеризуются рядом особенностей, которые отличают их от неживых систем. Важнейшая особенность живых систем заключается в том, что их жизнь невозможна без притока в них энергии, обмена веществ и обмена информацией. Можно сказать, что они взаимодействуют со средой и по этой причине являются открытыми системами. Далее для живых систем характерна способность к самовоспроизводству, саморегуляции и самовосстановлению, в основе которого лежит способность к восстановлению повреждений собственного генетического материала. Наконец, всем живым системам присуща строгая пространственно-временная и основанная на единстве структурно-функциональных связей между их частями.

В класс биологических систем относят экологические системы. Обобщенно-структурная схема такой системы представлена на рисунке 9, которая выполнена на основных экологических законах.