Общая теория систем

 

 

12

Свойства систем

Связанные с ресурсами и особенностями взаимодействия со средой:

• Коммуникативность — существование сложной системы коммуникаций со средой в виде иерархии.
• Взаимодействие и взаимозависимость системы и внешней среды.
• Адаптивность — стремление к состоянию устойчивого равновесия, которое предполагает адаптацию параметров системы к изменяющимся параметрам внешней среды (однако «неустойчивость» не во всех случаях является дисфункциональной для системы, она может выступать и в качестве условия динамического развития).
• Надёжность — функционирование системы при выходе из строя одной из её компонент, сохраняемость проектных значений параметров системы в течение запланированного периода.
• Интерактивность - (от англ. interaction — «взаимодействие») — понятие, которое раскрывает характер и степень взаимодействия между объектами.

 

 

13

Для выделения систем в окружающем мире можно использовать следующие принципы системности:

1. Принцип внешней целостности - ограниченность системы от окружающей среды. Система взаимодействует с окружающей средой как единое целое, ее поведение определяется состоянием среды и состоянием всей системы, а не какой-то отдельной ее частью.

Под окружающей (внешней) средой здесь понимается множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием в условиях рассматриваемой задачи.

Обособление системы в окружающей среде имеет свою цель, т.е. система характеризуется назначением. Другими характеристиками системы в окружающем мире являются ее вход, выход и внутреннее состояние.

 Входом абстрактной системы, например, некоторой математической теории, является постановка задачи; выходом - результат решения этой задачи, а назначением будет класс задач, решаемых в рамках данной теории (см. следующий слайд)

 

 

14

15

 

Входы (U)

 

Внутренние 

cостояния (X)

 

Назначение системы

 

Выходы (Y)

 

Обобщенное представление системы

Примечание:

Общее описание системы содержит:

• U входных переменных,
• X переменных состояний,
• Y выходных переменных.

Тогда пространство  R ^u+x+y+1, координаты которого соответствуют переменным системы и времени, называется фазовым пространством данной системы.

Множество точек фазового пространства, соответствующее состояниям системы  в каждый момент времени, называется фазовой траекторией системы.

 

 

 

16

2.  Принцип внутренней целостности - устойчивость связей между частями системы.

Состояние самой системы зависит не только от состояния ее частей - элементов, но и от состояния связей между ними. Именно поэтому свойства системы не сводятся к простой сумме свойств ее элементов, в системе появляются те свойства, которые отсутствуют у элементов в отдельности.

Наличие устойчивых связей между элементами системы определяет ее функциональные возможности. Нарушение этих связей может привести к тому, что система не сможет выполнять назначенные ей функции.

Рассмотрим для примера  систему «оператор-компьютер»:

Пусть выделим наличие необходимых элементов:  оператор, монитор, блок центрального процессора, устройства ввода информации, принтер и т.п. и связи между ними, что позволяет этой системе решать задачи, связанные с набором и выводом на печать текстовых документов. Нарушение или неправильность этих связей, например, подключение клавиатуры к входном разъему звуковой платы (хотя, практически это сделать весьма непросто), приведет к тому, что при всем таланте оператора набрать и распечатать выданный  ему текст он не сможет.

 

 

 

17

Состоя́ние — абстрактный термин, обозначающий множество стабильных значений переменных параметров объекта (системы).

Состояние характеризуется тем, что описывает переменные свойства объекта. Состояние стабильно до тех пор, пока над объектом не будет произведено действие; если над объектом будет произведено некоторое действие, его состояние может измениться.

Последовательная смена состояний объекта называется процессом.

Примеры состояний

• положения тела человека: лежит, сидит, стоит, ходьба, бег;
• агрегатное состояние физического вещества: твёрдое тело (кристаллическое, стеклообразное, жёсткое, гибкое), жидкость (вязкая, жидкая), газ;
• в цифровой электронике: двоичный триггер имеет два устойчивых состояния, троичный триггер имеет три устойчивых состояния и т. д.

Формальное описание состояний

• в теории автоматов понятие «состояние автомата» используют для того, чтобы установить функциональную зависимость генерируемых автоматом символов от символов входного языка при реализации автоматом заданного алгоритма.
• в программировании — набор атрибутов, определяющих поведение объекта.

 

 

 

 

 

18

3.  Принцип иерархичности - в системе можно выделить подсистемы, определяя для каждой из них свой вход, выход, назначение. В свою очередь, сама система может рассматриваться как часть более крупной системы.

Дальнейшее разбиение подсистем на части приведет к тому уровню, на котором эти подсистемы называются элементами исходной системы. Теоретически систему можно разбивать на мелкие части, по-видимому, бесконечно. Однако, практически это приведет к тому, что появятся элементы, связь которых с исходной системой, с ее функциями будет трудно уловима. Поэтому элементом системы считают такие ее более мелкие части, которые обладают некоторыми, присущими самой системе свойствами.

Далее под элементом системы будем понимать такую ее подсистему, которая в данном исследовании (при принятой точке зрения) на части не разбивается.

Рассмотрим примеры:

 

 

 

19

СИСТЕМА

 

ПОДСИСТЕМА

 

ЭЛЕМЕНТЫ

 

Система

телевидения «ОРБИТА»

 

Подсистема передачи

 

Центральная телестудия 

Антенно-передающий центр

 

Канал связи

 

Среда распространения радиоволн  Спутник - ретранслятор

 

Приемная подсистема

 

Местные телецентры 

Телевизоры потребителей

 

Отопительная система жилого  дома

 

Источники тепла

 

Котельная или отвод от центральной  теплотрассы

 

Подсистема распределения и

доставки тепла

 

Трубы

Калориферы      

Вентили

 

Подсистемы эксплуатации

 

Службы эксплуатации и ремонта  Персонал                                               

 

20

Примеры прикладных системы:

 

 

 

 

21

 

Система спутниковой навигации GPS

 

Система Компьютерного Видеонаблюдения

 

Солнечная система - планетная система

 

Система «умный дом»

 

Система 

часы

 

Пищеварительная  система

 

Иммунная система курильщика

Примеры прикладных системы:

 

 

 

 

22

Примеры прикладных системы:

 

 

 

 

23

 

2. Гравитационная или принудительная система распределения горячего воздуха

3. Система отвода продуктов сгорания из камина

 

Примеры прикладных системы:

 

 

 

 

24

Уточним понятие «элемент системы»

  Элемент —  простейшая неделимая часть системы, т.е. это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.

Подсистема — подмножество элементов, реализующих цели, согласованные с целями системы (например, подсистема может осуществлять часть целей системы).

Важным при исследовании, проектировании и разработке систем является понятие ее структуры. Структура системы — это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Входы — элементы системы, к которым приложены входные воздействия или на которые поступают входные сигналы.

Входные показатели — это показатели системы, которые изменяются в результате входного воздействия или сигнала.

 

25

Введем понятие - Системный анализ

Системный анализ — научный метод познания, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или элементами исследуемой системы. Опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических, математических методов.

Цель - установление структуры системы

Для формального (детального) описания структуры системы используется метод структурного анализа системы. Метод структурного системного анализа является подмножеством методов системного анализа вообще, и применяется, в частности, в инженерии программирования, при разработке и внедрении сложных информационных систем. Основной идеей структурного системного анализа является поэтапная детализация исследуемой (моделируемой) системы или процесса, которая начинается с общего обзора объекта исследования, а затем предполагает его последовательное уточнение.

 

 

26

Стpyктypный aнaлиз пpoвoдитcя c цeлью иccлeдoвaния cтaтичecкиx xapaктepиcтик cиcтeмы пyтeм выдeлeния в нeй пoдcиcтeм и элeмeнтoв paзличнoгo ypoвня и oпpeдeлeния oтнoшeний и cвязeй мeждy ними. Объeктaми иccлeдoвaния cтpyктypнoгo aнaлизa являютcя paзличныe вapиaнты фopмиpyeмыx в пpoцecce дeкoмпoзиции cиcтeмы cтpyктyp, пoзвoляющиe вcecтopoннe oцeнить cвoйcтвa cиcтeмы.

К ocнoвным пoкaзaтeлям иccлeдyeмыx cтpyктyp oтнocятcя:

• мнoжecтвo выдeлeнныx элeмeнтoв, oтнoшeний и cвязeй;
• xapaктepиcтики элeмeнтoв и cвязeй;
• oбoбщeнныe пoкaзaтeли cтpyктyp, xapaктepизyющиe иx влияниe нa эффeктивнocть cиcтeмы yпpaвлeния (чиcлo ypoвнeй yпpaвлeния, cтpyктypнaя ycтoйчивocть, экoнoмичecкиe зaтpaты нa пoддepжaниe тpeбyeмыx cтpyктypныx xapaктepиcтик и дp.).

 

 

27

Общaя пpoцeдypa cтpyктypнoгo aнaлизa включaeт cлeдyющиe ocнoвныe этaпы:

• Дeкoмпoзиция cиcтeмы нa интepecyющиe иccлeдoвaтeля пoдcиcтeмы и элeмeнты, фopмиpoвaниe cтpyктyp и иx oпиcaниe.
• Oпpeдeлeниe кaчecтвeнныx и кoличecтвeнныx xapaктepиcтик (пoкaзaтeлeй) выдeлeнныx cтpyктyp (oцeнивaниe cтpyктyp).
• Фopмиpoвaниe кpитepиeв и oцeнкa эффeктивнocти выдeлeнныx cтpyктyp.
• Пpинятиe peшeния o нeoбxoдимocти coвepшeнcтвoвaния cтpyктypныx xapaктepиcтик cиcтeмы.

Стpyктypный aнaлиз cиcтeм yпpaвлeния имeeт cвoи ocoбeннocти и включaeт peшeниe cлeдyющиx зaдaч:

• oпpeдeлeниe видa opгaнизaциoннoй cтpyктypы;
• oцeнкa и oпpeдeлeниe paциoнaльнoгo чиcлa ypoвнeй yпpaвлeния;
• oпpeдeлeниe пpeдeльнoгo чиcлa иcпoлнитeлeй, пoдчинeнныx opгaнaм yпpaвлeния и oтдeльным pyкoвoдитeлям;
• ycтaнoвлeниe paциoнaльнoй чиcлeннocти вceгo yпpaвлeнчecкoгo пepcoнaлa cиcтeмы пpи зaдaннoм кoличecтвe нeпocpeдcтвeнныx иcпoлнитeлeй;
• oцeнкa и oпpeдeлeниe мecт paзмeщeния opгaнoв yпpaвлeния для oбecпeчeния тpeбyeмoй ycтoйчивocти и oпepaтивнocти yпpaвлeния.