Системные свойства. Классификация систем

Й семестр

Основные понятия и определения теории систем

Существует много определений системы.

1. Система есть комплекс элементов, находящийся во взаимодействии.

2. Система – это множество объектов вместе с отношениями этих объектов.

3. Система – множество элементов, находящихся в отношениях или связях друг с другом, которое образуюет целостность или органическое единство.

Термины «отношение» и «взаимодействие» используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий таких как ограничение, структура, организационная связь, соединение, зависимость и т. д.

Таким образом, система – это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Исследование объекта как системы предполагает использование ряда систем представлений (категорий), среди которых основными являются:

1. Структурное представление – связано с выделением элементов системы и связей между ними.

2. Функциональное представление систем, то есть выделение совокупности функций (целенаправленных действий) системы и её компонентов, направленное на достижение определённой цели.

3. Макроскопическое представление – понимание системы как нерасчленимого целого, взаимодействующего с внешней средой.

4. Микроскопическое представление – основано на рассмотрении системы как совокупности взаимосвязанных элементов – предполагает раскрытие структуры системы.

5. Иерархическое представление – основано на понятии подсистемы, получаемом при разложении (декомпозиции) системы, обладающей системными свойствами, которые следует отличать от её элемента – неделимого на более мелкие части (с точки зрения решаемой задачи). Система может быть представлена в виде совокупностей подсистем различных уровней, составляющих системную иерархию, которая замыкается снизу только элементами.

6. Процессуальное представление – предполагает понимание системного объекта как динамического, характеризующегося последовательностью его состояний во времени.

С системой и ее характеристиками тесно связаны также следующие понятия:

1. Объект. Объектом познания является часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени. Объект может быть материальным и абстрактным, естественным и искусственным. Реально объект обладает бесконечным набором свойств различной природы. Практически в процессе познания взаимодействие осуществляется с ограниченным множеством свойств, лежащих в пределах возможности их восприятия и необходимости для цели познания. Поэтому система как образ объекта задаётся на конечном множестве отобранных для наблюдения свойств.

Внешняя среда.

Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, – образуют систему. Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой». Из этого следует, что рассматривать систему без ее внешней среды не имеет смысла. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

В зависимости от воздействия на окружение и характер взаимодействия с другими системами функции систем можно расположить по возрастающему рангу следующим образом:

– пассивное существование;

– материал для других систем;

– обслуживание систем более высокого порядка;

– противостояние другим системам (выживание);

– поглощение других систем (экспансия);

– преобразование других систем и сред (активная роль).

Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистемы), а с другой, как надсистема системы более низкого порядка (подсистема). Например, система «производственный цех» входит как подсистема в систему более высокого ранга – «фирма». В свою очередь, надсистема «фирма» может являться подсистемой «корпорации».

Обычно в качестве подсистем фигурируют более или менее самостоятельные части систем, выделяемые по определённым признакам, обладающие относительной самостоятельностью и определённой степенью свободы.

Компонент – любая часть системы, вступающая в определённые отношения с другими частями (подсистемами, элементами).

Элементом системы является часть системы с однозначно определёнными свойствами, выполняющие определённые функции и не подлежащие дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя).

Понятия элемент, подсистема, система взаимопреобразуемы. Помимо этого система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка (метасистема), а элемент, при углубленном анализе, – как система. То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой приводит к 2 аспектам изучения систем: на макро- и микроуровнях.

При изучение на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой. Причём системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель) и условия её функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.

На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.

Для изучения системы сочетаются оба компонента.

Структура системы.

Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы опережает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.

Связь – одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, то есть, иными словами, связи выражают законы функционирования системы.

Связи – это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Различают связи по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.

Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций – от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.

 

Рис. 1. Пример обратной связи

 

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

При этом выделяют следующие основные функции обратной связи:

– противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);

– компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

– синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, а также сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

– выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняет конечные результаты их функционирования, требует внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависимость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математический аппарат для исследования этих связей, называемый «корреляционными зависимостями».

Критерии – признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных ограничениях.

Эффективность системы – соотношение между заданным (целевым) показателем результата функционирования системы и фактически реализованным.

Функционирование любой произвольно выбранной системы состоит в переработке входных (известных) параметров и известных параметров воздействия окружающей среды в значения выходных (неизвестных) параметров с учетом факторов обратной связи.

Рис. 2. Функционирование системы

 

Вход – все, что изменяется при протекании процесса (функционирования) системы.

Выход – результат конечного состояния процесса.

Процессор – перевод входа в выход.

Система осуществляет свою связь со средой следующим образом: вход данной системы является в то же время выходом предшествующей, а выход данной системы — входом последующей. Таким образом, вход и выход располагаются на границе системы и выполняют одновременно функции входа и выхода предшествующих и последующих систем.

Управление системой связано с понятиями прямой и обратной связи, ограничениями.

Обратная связь предназначена для выполнения следующих операций:

– сравнение данных на входе с результатами на выходе с выявлением их качественно-количественного различия;

– оценка содержания и смысла различия;

– выработка решения, вытекающего из различия;

– воздействие на ввод.

Ограничение обеспечивает соответствие между выходом системы и требованием к нему, как к входу в последующую систему – к потребителю. Если заданное требование не выполняется, ограничение не пропускает его через себя. Таким образом, ограничение играет роль согласования функционирования данной системы с целями (потребностями) потребителя.

Определение функционирования системы связано с понятием «проблемной ситуации», которая возникает, если имеется различие между необходимым (желаемым) выходом и существующим (реальным) входом.

Проблема – это разница между существующей и желаемой системами. Если этой разницы нет, то нет и проблемы.

Решить проблему – значит скорректировать старую систему или сконструировать новую, желаемую.

Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.

 

Принцип физичности.

Гласит, что всякой системе (не зависимо от ее природы) присуще физические законы, определяющие внутренние причинно-следственные связи, существование и функционирование системы.

Включает:

- Постулат целостности – система, как единое целое, обладает особым системным свойством, которого нет у подсистем.

- Постулат декомпозиции – анализ и синтез сложной системы осуществляется путем деления ее на подсистемы (и элементы).

- Постулат автономности – сложная система и каждый ее элемент стремится к определенному автономному функциональному пространству.

- Постулат действий - для изменения поведения системы требуются внутренние и внешние воздействия или какое-либо из них.

- Постулат неопределенности – существует область неопределенности, в пределах которой свойства сложной системы могут быть описаны только вероятностными характеристиками.

Принцип моделируемости.

Сложная система представляется конечным множеством моделей, каждая из которых отражает определенную грань сущности.

Включает:

- Постулат многообразия моделей – выбор моделей зависит от цели, анализа и синтеза, а также особенностей исследуемой системы.

- Постулат дополнительности – сложная система во взаимодействии с внешней средой может проявлять различные свойства в различных ситуациях.

- Постулат согласованности уровней – требования к системе, формулируемые на любом уровне, выступают как условия или ограничения на выбор частных моделей.

- Постулат внешнего дополнения – проверка истинности результатов, получаемых на каждом уровне, производится с использованием исходных данных, а также моделей и методов выше лежащих уровней.

- Постулат методического обеспечения – включает необходимость использования хорошо отработанных экспериментально проверенных моделей и методов, обеспечивающих отдельные характеристики в заданные сроки и с требуемой точностью.

Принцип целенаправленности.

Предполагает, что сложной системе присуща функциональная тенденция, направленная на достижение системой некоторого состояния либо на усиление или сохранение некоторого процесса.

Включает:

- Постулат выбора – состоит в том, что сложные системы обладают способностью выбора поведения, то есть могут реагировать на внешние воздействия в зависимости от внутренних критериев.

Таким образом принципы полно отражают методологию системного подхода, например, принцип физичности предписывает причинно-следственные связи объекта любой природы к системам, построенным из этих объектов; принцип моделируемости обеспечивает возможность использования в системном подходе упрощенных моделей, отражающих те грани, которые интересуют исследователя; принцип целенаправленности распространяется на системы любой сложности.

Виды анализа и синтеза:

- структурный анализ и синтез;

- функциональный анализ и синтез;

- информационный анализ и синтез;

- параметрический анализ и синтез.

Сущность структурного анализа – определение статических характеристик системы по известной структуре. Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения подсистем и элементов.

Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур систем.

Сущность структурного синтеза – разработка (создание, проектирование, совершенствование, организация) системы, которая должна обладать желательными свойствами.

Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия заданным требованиям.

Объектами исследования являются различные варианты разрабатываемых структур.

Сущность функционального анализа – определение динамических характеристик систем на основании принятых алгоритмов ее функционирования.

Функциональный анализ проводится с целью определения динамических характеристик системы путем исследования процессов изменения ее состояния с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов).

Объектами исследования функционального анализ являются реализуемые системой методы и алгоритмы, включая общий алгоритм функционирования, содержащий основные этапы, фазы и функции, и частные методы и алгоритмы, направленные на выполнение отдельных этапов.

Сущность функционального синтеза – обоснование динамических характеристик систем, которые должны обладать желательными свойствами.

Целью функционального синтеза является обоснование динамических характеристик систем, то есть процессов изменения состояния системы с течением времени в соответствии с поставленной целью.

Сущностью информационного анализа является определение объекта и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для известной структуры и алгоритма функционирования систем.

Информационный анализ выполняется с целью исследования количественных и качественных характеристик информации, используемой в системе.

Объектами исследования являются следующие информационные процессы, протекающие в системе:

- сбор, прием и восприятие информации;

- передача информации между отдельными подсистемами;

- переработка, анализ, отбор информации;

- использование информации;

- передача информации во внешнюю среду.

Сущностью информационного синтеза является обоснование необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для разрабатываемой структуры и алгоритма функционирования систем.

Информационный синтез дополняет задачи функционального синтеза.

Сущность параметрического анализа – определение необходимой и достаточной совокупности показателей, характеризующих все исследуемые свойства системы, а также формирование зависимостей, характеризующих суммарный эффект от применения системы или ее элементов.

Цель параметрического анализа – оценка эффективности систем на основе определения количественных и качественных значений ее показателей.

Объект исследования параметрического анализа – частные и обобщенные показатели системы, образующие иерархическую структуру.

Сущность параметрического синтеза – обоснование необходимой и достаточной совокупности показателей, позволяющих оценивать желаемые свойства разрабатываемой системы и ее суммарный эффект.

Цель параметрического синтеза – комплексное определение согласованных и сбалансированных по уровням исследования системы требуемых значений ее показателей, включая общие показатели эффективности, а так же частные показатели структуры.

Системный подход требует многоуровневого изучения систем управления.

Выделяют следующие уровни системного подхода:

1) Внешний – анализируется сверхсистема, в состав которой входит исследуемая система. Задачами исследования сверхсистемы являются:

- определение цели и задачи сверхсистемы;

- выделение подсистем, в интересах которых применяются исследуемые системы;

- уточнение показателей и критериев данных подсистем;

- определение внешних свойств и соответствующих показателей систем.

2) Исходный – исследуемая система выделяется как отдельный целенаправленный элемент сверхсистемы. Основные задачи исследования на исходном уровне:

- выделение исследуемой системы в виде отдельного целенаправленного элемента;

- выявление входных целе-задающих воздействий;

- установление показателей и критериев эффективности целенаправленного элемента.

3) Общесистемный – проводится детализация целенаправленного элемента на основную систему и ее объекты. Основные задачи исследования на общесистемном уровне:

- выделение управляющего и управляемого элементов исследуемой системы;

- формирование управляющих воздействий;

- определение маршрутов движения к цели;

- определение показателей, раскрывающих структуру исследуемой системы.

4) Системный – осуществляется выделение отдельных элементов в управляющем и управляемом элементах исследуемой системы и связи между ними.

Рассмотренные уровни имеют иерархическую структуру и включают в себя:

- показатели внешнего уровня – показатели отдельных подсистем сверхсистемы, которые взаимодействуют с исследуемой системой;

- показатели исходного уровня – характеризуют внешние свойства исследуемой системы и ее влияние на сверхсистему;

- показатели общесистемного уровня – определяют структуру исследуемой системы на уровне управляющего элемента, а так же процессы функционирования соответствующих элементов при выработке управляющих воздействий и реакций;

- показатели системного уровня – включают различные структурные, функциональные и информационные характеристики исследуемой системы до принятой степени детализации.

Й семестр

Пример структурного анализа электроэнергетической системы

Предварительный анализ. В качестве иллюстрации подхода, изложенного ранее, приведем некоторые результаты структурного анализа сложной ЭЭС для проектной схемы, с целью определения расчетных показателей.

На основе экспертного анализа информации о схеме ЭЭС, ее режимах и возмущениях, а также опыта исследований, был выявлен перечень слабых с точки зрения устойчивости сечений схемы. Предварительный состав исследуемых условий дан в табл. ниже. Семь контролируемых сечений А, К, L, В, С, Е, F определены по результатам исследований на этапе формирования основной сети ЭЭС, предшествующем анализу устойчивости. Три утяжеленных режима, характеризующихся большой загрузкой отдельных сечений, выявлены путем анализа перетоков по сечениям для различных зон графиков нагрузки ЭЭС, а также наиболее тяжелых послеаварийных режимов, Опасными по устойчивости ЭЭС предполагаются отключения линий 500 кВ и разрывы головных участков кольцевых сетей 220 кВ, что дает N=12 послеаварийных схем при рассмотрении нормального режима. Кроме того, отобраны восемь послеаварийных схем в утяжеленных режимах. Число совпадений аварий с ремонтами линии составляет 132 ситуации.

Количество повреждений, которые необходимо рассмотреть при анализе устойчивость ЭЭС, определяется как Ns = Nk1k2, где k1 = 2 - число мест повреждений на каждой линии (по концам линий), k2 = 10 - число типов расчетных повреждений, т.е. NS =240. В это число не входят расчеты для выбора управляющих воздействий, обеспечивающих устойчивость ЭЭС при опасных повреждениях. По опыту для определения одного управляющего воздействия необходимо выполнить в среднем четыре расчета. Предполагая на основе предшествующих исследований, что устойчивость ЭЭС может нарушаться при наиболее тяжелых возмущениях у шин высокого напряжения шести электростанций, которые подробно учтены в схеме замещения, получаем еще 24 расчета, т.е. всего 264 расчета устойчивости при возмущениях.

В целом количество ситуаций, требующих рассмотрения с использованием детальных расчетов устойчивости, как видно из таблицы, чрезвычайно велико.

 

Характеристики структурной модели. Анализ связности генераторов в схеме ЭЭС, а также определение опасных элементов дают структурную модель ЭЭС. Связи между подсистемами не являются слабыми, однако большинство из них работают в режимах, близких к предельным по устойчивости. Узлы 3, 5, 17 малозначимы, узлы 2, 4, 12, 13 - системные, узел 1 - уместный.

Анализ взаимозависимости предельных режимов по контролируемым сечениям показывает, что она существует для сечений (А,В), (В,С,Е), (B,C,D,E), (F,H).

Опасными аварийными возмущениями по условиям устойчивости послеаварийных режимов являются отключения любой линии 500 кВ и выше. Некоторых участков линий 220 кВ (всего 10 случаев в нормальной схеме и около 40 случаев в ремонтных схемах). По условиям динамической устойчивости опасны короткие замыкания вблизи крупных генераторов 1,2,12,13.

Оценка количественных характеристик структурной модели показывает, что при анализе устойчивости по отношению к возмущениям вблизи генераторов 12, 13 группы подсистем I-IV и VI, VII можно представлять соответствующими эквивалентами. При определении предельных перетоков по сечениям А, В, а также при возмущениях вблизи генераторов подсистем I-IV группу подсистем VI, VII допустимо представлять эквивалентом. Аналогично при анализе предельных перетоков по сечениям F, G, Н или при возмущениях вблизи генераторов 14, 15, 16, 17 эквивалентом может быть учтена группа подсистем I, И, Ш, IV.

Живучесть систем

Простой пример динамической системы. Вернемся к анализу поведения сложныхсистем при изменениях их параметров, но с несколько иных, по сравнению с п.3.3-3.5, позиций, а именно - с точки зрения анализа механизмов распространения возмущений. Дляэтой цели рассмотрим сначала простой пример динамической системы.

Сложные системы. В структурно сложной многомерной системе возмущения начальных условий и параметров системы происходят в некотором смысле локально, некотораячасть координат системы вблизи места возмущения получает более сильный "толчок" посравнению с удаленными координатами. Происходящее нарушение устойчивости системы втаком случае выражается в том, что эта группа "возмущенных" координат системы, условно говоря, попадает область притяжения устойчивого положения равновесия, но остальные координаты продолжают оставаться в этой области и топология многомерной потенциальной функции для остающихся координат практически не меняется.

Следует отметить, что подобные ситуации распространения возмущений, каскадногоразвития аварий и связанного с ними понятия живучести характерны не только для ЭЭС, но и для других сложных систем различной природы. При этом трактовка свойства живучестипримерно соответствует приведенной выше для ЭЭС, отличаясь в некоторых деталях. Подчеркнем, что только для сложных систем имеет смысл говорить о свойстве живучести, дляпростых систем такие явления и процессы не характерны.

Й семестр

Основные понятия и определения теории систем

Существует много определений системы.

1. Система есть комплекс элементов, находящийся во взаимодействии.

2. Система – это множество объектов вместе с отношениями этих объектов.

3. Система – множество элементов, находящихся в отношениях или связях друг с другом, которое образуюет целостность или органическое единство.

Термины «отношение» и «взаимодействие» используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий таких как ограничение, структура, организационная связь, соединение, зависимость и т. д.

Таким образом, система – это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Исследование объекта как системы предполагает использование ряда систем представлений (категорий), среди которых основными являются:

1. Структурное представление – связано с выделением элементов системы и связей между ними.

2. Функциональное представление систем, то есть выделение совокупности функций (целенаправленных действий) системы и её компонентов, направленное на достижение определённой цели.

3. Макроскопическое представление – понимание системы как нерасчленимого целого, взаимодействующего с внешней средой.

4. Микроскопическое представление – основано на рассмотрении системы как совокупности взаимосвязанных элементов – предполагает раскрытие структуры системы.

5. Иерархическое представление – основано на понятии подсистемы, получаемом при разложении (декомпозиции) системы, обладающей системными свойствами, которые следует отличать от её элемента – неделимого на более мелкие части (с точки зрения решаемой задачи). Система может быть представлена в виде совокупностей подсистем различных уровней, составляющих системную иерархию, которая замыкается снизу только элементами.

6. Процессуальное представление – предполагает понимание системного объекта как динамического, характеризующегося последовательностью его состояний во времени.

С системой и ее характеристиками тесно связаны также следующие понятия:

1. Объект. Объектом познания является часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени. Объект может быть материальным и абстрактным, естественным и искусственным. Реально объект обладает бесконечным набором свойств различной природы. Практически в процессе познания взаимодействие осуществляется с ограниченным множеством свойств, лежащих в пределах возможности их восприятия и необходимости для цели познания. Поэтому система как образ объекта задаётся на конечном множестве отобранных для наблюдения свойств.

Внешняя среда.

Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, – образуют систему. Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой». Из этого следует, что рассматривать систему без ее внешней среды не имеет смысла. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

В зависимости от воздействия на окружение и характер взаимодействия с другими системами функции систем можно расположить по возрастающему рангу следующим образом:

– пассивное существование;

– материал для других систем;

– обслуживание систем более высокого порядка;

– противостояние другим системам (выживание);

– поглощение других систем (экспансия);

– преобразование других систем и сред (активная роль).

Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистемы), а с другой, как надсистема системы более низкого порядка (подсистема). Например, система «производственный цех» входит как подсистема в систему более высокого ранга – «фирма». В свою очередь, надсистема «фирма» может являться подсистемой «корпорации».

Обычно в качестве подсистем фигурируют более или менее самостоятельные части систем, выделяемые по определённым признакам, обладающие относительной самостоятельностью и определённой степенью свободы.

Компонент – любая часть системы, вступающая в определённые отношения с другими частями (подсистемами, элементами).

Элементом системы является часть системы с однозначно определёнными свойствами, выполняющие определённые функции и не подлежащие дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя).

Понятия элемент, подсистема, система взаимопреобразуемы. Помимо этого система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка (метасистема), а элемент, при углубленном анализе, – как система. То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой приводит к 2 аспектам изучения систем: на макро- и микроуровнях.

При изучение на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой. Причём системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель) и условия её функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.

На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.

Для изучения системы сочетаются оба компонента.

Структура системы.

Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы опережает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.

Связь – одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, то есть, иными словами, связи выражают законы функционирования системы.

Связи – это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Различают связи по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.

Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций – от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.

 

Рис. 1. Пример обратной связи

 

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

При этом выделяют следующие основные функции обратной связи:

– противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);

– компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

– синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, а также сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

– выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняет конечные результаты их