Структура системы

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, открытые равновесные и открытые

диссипативные.

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 энергией и веществом.  

Изменение энтропии открытой системы 

ds определяется  алгебраической суммой энтропии, производимой внутри системы dрs, и энтропии, поступающей извне или уходящей во внешнюю среду dcs, т.е.

ds = dp s + dc s.

В состоянии  прочного равновесия – стационарном состоянии, ds = 0.

Открытые  системы в значительной мере характеризуются  скоростью производства энтропии в единице объёма – функцией диссипации (рассеяния), которая по определению

d ps / dt = ∫sdV ,

где s –  функция диссипации; t – время  „; V – объём.

К открытым равновесным относятся также  системы, которые при отклонении от стационарного состояния возвращаются в него экспоненциально, без осцилляции. По теории И. Пригожина, для открытых равновесных систем в стационарных состояниях функция диссипации имеет минимум, т.е. соблюдается принцип экономии энтропии.

Открытые диссипативные  системы возникают в результате кооперативных процессов. Их поведение не линейно. Механизм образования диссипативной структуры: подсистемы флуктуируют, иногда достигая точки бифуркации, после которой может наступить порядок более высокого уровня. Переходы в состояния динамической упорядоченности, когерентности, автоколебаний и автокаталитических реакций и в результате роста флуктуации являются своего рода фазовыми переходами.

Изолированных и закрытых систем фактически в природе  не существует. Можно проанализировать пример любой из таких систем и убедиться, что нет экранов сразу от всех форм материи или энергии, что любая система быстрее – медленнее развивается или стареет. В вечности понятия «быстро» и «медленно» смысла не имеют, поэтому, строго говоря, существуют только открытые диссипативные системы, близкие к равновесию, условно названные открытыми равновесными системами.

Изолированные и закрытые системы – заведомо упрощенные схемы открытых систем, полезные при приближённом решении частных задач.

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 технические, человеко-машинные, организационные. Как правило, когда речь идёт о различных видах систем управления, подразумевается именно это их деление.

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. 

Закономерности  возникновения и  формирования систем 

Обобщение результатов исследований процессов  целеобразования, проводимых философами, психологами, кибернетиками, и наблюдение процессов обоснования и структуризации целей в конкретных условиях позволили сформулировать некоторые общие принципы, закономерности, которые полезно использовать на практике.

Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта (процесса) и от времени. Анализn определений понятия «цель» позволяет сделать вывод о том, что, формулируя цель, нужно стремиться отразить в формулировке или в способе представления цели основное противоречие: её активную роль в познании, в управлении, и в то же время необходимость сделать её реалистичной, направить с её помощью деятельность на получение определённого полезного результата. При этом формулировка цели и представление о цели зависит от стадии познания объекта, и по мере развития

представления о нём цель может переформулироваться.

Зависимость цели от внешних и внутренних факторов. При анализе причин возникновения  и формулирования целей нужно учитывать, что на цель влияют как внешние по отношению к системе факторы (внешние требования, потребности, мотивы, программы), так и внутренние факторы (потребности, мотивы, программы самой системы и её элементов, исполнителей цели); при этом последние являются такими же объективно влияющими на процесс целеобразования факторами, как и внешние (особенно при использовании в системах управления понятия цели как средства побуждения к действию).

Цели  могут возникать на основе взаимодействия противоречий, коалиций) как между внешними и внутренними факторами, так и между внутренними факторами, существующими ранее и вновь возникающими в находящейся в постоянном самодвижении целостности.

Возможность (и необходимость) сведения задачи формулирования обобщающей (общей, глобальной) цели к  задаче её структуризации. Анализ процессов формулирования обобщённой (глобальной) цели в сложных системах показывает, что эта цель первоначально возникает в сознании руководителя или иного лица, принимающего решение, не как единичное понятие,

а как  некоторая, достаточно «размытая» область.

Исследования  психологов показывают, что цель на любом уровне управления вначале  возникает в виде некоторого

«образа»  или «области» цели. В наибольшей степени это проявляется на уровне глобальной цели. При этом достичь одинакового понимания этой области цели всеми ЛПР, по-видимому, принципиально невозможно без её детализации в виде неупорядоченного или упорядоченного (в структуре) набора одновременно возникающих взаимосвязанных подцелей, которые делают её более конкретной и понятной для всех участников процесса целеобразования.

Сказанное позволяет сделать вывод о  том, что задача формулирования обобщающей цели в сложных системах не только может, но и должна сводиться к задаче структуризации или декомпозиции цели. Структура цели, коллективно формируемая, помогает достичь одинакового понимания общей цели всеми ЛПР и исполнителями. 

Закономерности формирования структур систем 

Следующие три закономерности развивают рассмотренные  выше закономерности применительно  к структурам систем.

Зависимость способа представления целей  от стадии познания объекта. Цели могут  представляться в форме различных структур, т.е. с помощью:

а) сетевых  графиков (декомпозиция во времени);

б) в  виде иерархий различного вида (декомпозиция в пространстве) – древовидных

в форме  «страт» и «эшелонов»

в) в  матричной (табличной) форме, при этом матричные представления  соответствуют иерархическим структурам. На начальных этапах моделирования системы, как правило, удобнее применять декомпозицию в пространстве, и пред-

почтительнее  – древовидные иерархические  структуры. Возникновение «слабых» иерархий можно объяснить тем, что  цели вышестоящих уровней иерархии сформулированы слишком «близко» к идеальным устремлениям в будущее, а представление исполнителей о целях-задачах и подцелях-функциях не может обеспечить эти устремления.

Представление развёрнутой последовательности подцелей (функций) в виде сетевой модели требует хорошего знания

объекта, знания законов его функционирования, технологии производства и т.п. Иногда сетевая структура может быть сформирована не сразу, а последующие подцели могут выдвигаться по мере достижения предыдущих, т.е. пространство между обобщающей целью и исходным первоначальным пониманием первой подцели будет заполняться как бы постепенно.