Лекция 3. new

3.1. Основные понятия теории систем
3.2. Свойства систем
Основные понятия теории систем. Свойства систем.
3

Основные понятия теории систем
Состояние системы – зафиксированная совокупность доступных системе ресурсов (материальных, энергетических, информационных, пространственных, временных, людских, организационных), определяющих ее отношение к ожидаемому результату или его образу.
Цель - образ несуществующего, но желаемого, с точки зрения задачи или рассматриваемой проблемы, состояния среды, т.е. такого состояния, которое позволяет решать проблему при данных ресурсах.
Задача - некоторое множество исходных посылок (входных данных к задаче ), описание цели, определенной над множеством этих данных, и, может быть, описание возможных стратегий достижения этой цели или возможных промежуточных состояний исследуемого объекта
Описание системы - это идентификация ее определяющих элементов и подсистем, их взаимосвязей, целей, функций и ресурсов, т.е. описание допустимых состояний системы.
Структура - все то, что вносит порядок во множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимых для достижения цели.

Подсистема -- часть системы с некоторыми связями и отношениями.
Элемент - некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), который обладает рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение (содержание) которого безотносительно к цели рассмотрения.
Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы.
Таким образом, элемент - это предел деления системы с точек 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.
Основные понятия теории систем

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы.
Это компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом.
Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы.
Подсистемы: щелочные металлы, галогены, газы, кремниевая группа и т.д.
Подсистема

Названием «подсистема» подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности).
Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности.
Для такой группы используется название «компоненты».
Например, подсистемы АСУ, подсистемы пассажирского транспорта крупного города (автобусы,, трамваи,, троллейбусы,, такси).
Компоненты

Важна для целей рассмотрения обмен между элементами, веществом, энергией, информацией.
Понятие «связь» входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы.
Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.
Связь характеризуется
направлением силой характером (или видом).
направленные
и ненаправленные сильные и слабые связи подчинения
генетические
равноправные
Связи можно разделить также по месту приложения: (внутренние и внешние,
по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные).
Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.
Важную роль в системах играет понятие «обратной связи». Исследованию этого понятия большое внимание уделяется в кибернетике, в которой изучается возможность перенесения механизмов обратной связи, характерных для объектов одной физической природы, на объекты другой природы. Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.
Связь

Связи в системе

Характеристики типов связи в системе

3.2. Свойства систем

Статические свойства систем
1. Целостность
2. Различимость частей
3. Связность
Обособленность системы от остального мира, ее внутреннее единство
Система состоит из частей
ЧАСТИ: Подсистема, Элемент, …
окружающая
с р е д а
СИСТЕМА
Части системы взаимосвязаны
окружающая
с р е д а
«целое больше суммы частей»
системе присущи свойства, не наблюдающиеся у её элементов Модель «черного ящика»
Можно представить моделью состава
Можно представить моделью структуры
Возможна декомпозиция системы на компоненты

системы, состоящие из одних и тех же элементов, но отличающихся связями, обладают разными свойствами
часы исправные vs часы неисправные
сетевая карта vs видеокарта
Windows vs Linux
целенаправленное взаимодействие элементов системы определяется конкретной структурой связей между элементами системы
Статические свойства систем
причины целостности системы (т. е. свойств системы, не присущих её элементам) кроются в связях между элементами
между всеми элементами системы существуют связи
связи со средой сравнительно редки
- ограничены множеством входных переменных
3. Связность/структура

Свойства систем
4. Сложность
Сложная система состоит из элементов разных типов и обладает разнородными связями между ними.
Пусть система содержит всего n элементов, принимающих одно из двух состояний – 0 и 1; тогда число её возможных состояний составит 2n.
Пусть, далее, эти элементы попарно связаны и связям тоже приписывается значение 0 и 1.
Число возможных состояний достигнет 2(n 2-n)+2n.
/14
5. Целенаправленность — наличие у системы цели (целей) и приоритет целей системы перед целями её элементов.
6. Открытость
Обмен ресурсами (связи)
с окружающей средой
РЕСУРСЫ:
Материя
Энергия
Информация

Свойства систем
7. Организованность
Организованность можно представить как сложность, упорядоченную структурой.
Благодаря структуре элементам системы, как правило, может быть поставлена в соответствие целесообразная функция
Диод: в радиоприёмнике vs в выпрямителе электротока
Работник предприятия: доярка vs агроном
Двигатель комбайна vs двигатель передвижного компрессора
8. Разнообразие
Свойство разнообразия подобно сложности, но учитывает существование закономерных связей между элементами системы, ограничивающих число возможных состояний при заданных условиях среды
Тем не менее, это число, как правило, весьма велико
Следствие разнообразия – неопределённость состояния системы (энтропия)
Неопределённость является предпосылкой процессов управления.

СИСТЕМА
Модель «черного ящика»
это перечень входов и выходов системы
Трудности построения модели «черного ящика» 1. Число связей бесконечно
Перечень входов и выходов конечен
Включать «существенные» связи!
4. Возможны ошибки
ПЕРВОГО РОДА:
включение несущественной связи (затраты на исследование)
ВТОРОГО РОДА:
невключение существенной связи
(неверный результат исследований)
2. Не всегда очевидно, к чему отнести связь: ко входам или к выходам
3. Возможно наличие существенных связей, о существовании которых не известно
Назад

Модель состава
это иерархический список подсистем и элементов системы
Трудности построения модели состава
Целое можно делить на части по-разному(в зависимости от цели)
Прекращать деление можно на разных уровнях
Внешнюю границу подсистемы
можно определить по-разному
Назад

Модель структуры
- это совокупность связей между частями системы с указанием их особенностей (параметров Z(t))
Y(t) = S(X(t), Z(t), t)
Трудности построения модели состава
1.Каждый элемент - «черный ящик»
(список входов и выходов) *все сложности построения модели
«черного ящика»
2. Разные модели состава -разные модели структуры
*все сложности построения модели состава
3. Разные модели состава - разные модели структуры
*все сложности построения модели состава
4. Для одной модели состава можно
строить разные модели структуры
Назад

Динамические свойства систем
Функциональность
Стимулируемость
Изменчивость
со временем
Существование в изменяющейся среде
Функционирование системы – это целенаправленное изменение свойств, характеристик и качеств системы в пространстве и времени в процессе выполнения ГПФ (главной полезной функции) системы
Пример 1. Функция стиральной машины: Фсм = удалять грязь из белья.
Пример 2. Функция магазина: Фм = обменивать товар на деньги.
- свойство систем изменять свое поведение под воздействием стимулов
В любой системе происходят изменения, которые надо учитывать: предусматривать и закладывать в проект будущей системы; способствовать или противодействовать им, ускоряя или замедляя их при работе с существующей системой. Изменяться в системе может что угодно
Если что-то вокруг системы меняется, то это имеет очень важное значение для самой системы внутри нее. Нужно определить, что является существенным для достижения нашей цели.
ВпередСинтетические свойства систем

Функциональность
выходы
(функции)
Y(t)
Y(t) = S(X(t), Z(t), t)
Функции системы - это:
ее поведение во внешней среде
изменения, производимые системой
в окружающей среде
свойство систем изменять свое поведение под воздействием стимулов
Пример. Изменение загрязненности белья, воды в стиральной машине, количества товара в магазине, денег на счету в банке и т.д.
Назад

Стимулируемость
Входы системы превращаются в выходы
Стимул - воздействие на систему
входы
(стимулы)
X(t)
Y(t) = S(X(t), Z(t), t)

Стимулируемость
ВХОДЫ:
Управляемые U(t)
Неуправляемые V(t)
Наблюдаемые
Ненаблюдаемые
Неизвестные
Несущественные
Y(t) = S(U(t), V(t), Z(t), t)
V(t)
Назад

Изменчивость со временем
ИЗМЕНЯЮТСЯ:
Параметры
Состав
Структура
Y(t) = S(X(t), Z(t), t)
Признаки классификации:
Скорость изменений
(быстро, медленно, ...)
Тенденции перемен
(развитие, рост, функционирование, …)
Этапы жизненного цикла
(возникновение, … , исчезновение)
Предсказуемость
(детерминированные, случайные, …)
Тип зависимости от времени
(монотонные, периодические, …)
Монотонные изменения
Функционирование
Система стабильно реализует свои цели
Изменения не затрагивают структуру
Рост (спад)
Количественное увеличение состава
системы без изменения ее существенных свойств
Развитие (деградация)
Позитивное изменение свойств системы
за счет изменения ее структуры
РАЗВИТИЕ - увеличение желания и способности системы удовлетворять
свои и чужие нужды и оправданные желания
Назад

Существование в изменяющейся среде
Типы реакций
Стабилизация
Сохранение состояния, сопротивление
Адаптация
Приспособление
Опережение
Упреждающие изменения, подготовка
Назад

Синтетические свойства систем
Эмерджентность
Неразделимость
на части
Ингерентность
Целесообразность
Качества, присущие только самой системе, но не присущие ни одной из ее частей, называются ЭМЕРДЖЕНТНЫМИ СВОЙСТВАМИ
Всегда существуют
Определяются структурой
Являются причиной целостности
Представляют переход количества в качество
При изъятии части меняются свойства
и СИСТЕМЫ(состав - структура - свойства)
и ЧАСТИ (среда - стимулы - функции)
Различать -не значит разделять!
Способность системы выполнять заданную функцию в определенной окружающей среде
Степень ингерентности; Изменение со временем;
По отношению к заданной функции
Подчиненность устройства и работы системы некоторой цели

Целесообразность
Цель - будущее состояние системы
Состояние
Время
1
2
Y0
Y *
T0
T *
Цель
Для искусственных систем:
Цель - образ желаемого будущего состояния системы СУБЪЕКТИВНАЯ ЦЕЛЬ
Для естественных систем:
Цель - реальное, но будущее состояние системы ОБЪЕКТИВНАЯ ЦЕЛЬ

Анализ и синтез
в познании систем
Функции системы:
Почему? Как?

Аналитический метод
Расчленить сложные части на более мелкие и более простые (элементы)
Объяснить полученные элементы
Объединить объяснение частей в объяснение целого
?
?
Наша система
Декомпозиция и Агрегирование
Опасность разорвать связи
Могут остаться необъясненные элементы
Отвечает на вопрос «КАК?», но не «ЗАЧЕМ?»
Не для всех функций систем
Результат - модели состава и структуры
Особенности анализа

Синтетический метод
Выделить состав метасистемы, в которую входит наша система
Рассмотреть структуру метасистемы
Объяснить роль, которую играет наша система в метасистеме
?
Наша система
Направлен на изучение функций и стимулов
Невозможен без анализа
метасистемы
Отвечает на вопрос «ЗАЧЕМ?», но не «КАК?»
Результат - модель черного ящика
Особенности синтеза

Системное видение мира
Теория систем является лишь шаблоном, отвечает на вопрос, какого рода закономерности следует искать в системах.
Закономерности индивидуальны для каждой системы.
Думай глобально, действуй локально!
Предлагаю подвести итог и повторить пройденное