![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основные свойства и структура системы
Лекция 2
1. Характеристика основных свойств системы. Понятие сложной системы.
2. Структура системы. Структуризация (декомпозиция) системы.
1. Помимо рассмотренных ранее видов классификации систем существует классификация систем по степени организации: - хорошо организованные системы; - плохо организованные или диффузные системы; - самоорганизующиеся системы. При этом классы практически следует рассматривать как подходы к отображению объекта или решаемой задачи, которые могут выбираться в зависимости от стадии познания объекта и возможности получения информации о нем. Выбор классификационного признака и вида системы во многом зависит от цели решаемой задачи. В таблице слайдов 2-4 представлена характеристика основных свойств системы. Каждая из систем обладает определенными свойствами. Все свойства могут быть подразделены на ряд подгрупп: - свойства сущности и структуры; - методологические свойства; - свойства функционирования и развития. Характеристика основных свойств системы
Сложная система. Термины «большая система» и «сложная система» «большая техническая система» часто используются как синонимы. Некоторые исследователи связывали и связывают сложность с числом элементов. В зависимости от числа элементов, входящих в систему, некоторые авторы выделяют четыре класса систем (слайд 5): - малые системы (10 - 103 элементов); - сложные (104 - 106 элементов); - ультрасложные (107 - 1030 элементов); - суперсистемы (1030 - 10200 элементов). В то же время существует точка зрения, что большие и сложные системы - это разные классы систем. При этом некоторые авторы связывают понятие большая с величиной системы, количеством элементов (часто относительно однородных), а понятие сложная - со сложностью отношений, алгоритмов, или сложностью поведения. Например, система, состоящая из Существуют и более убедительные обоснования различия понятий «большая система» и «сложная система». В частности, большой системой называют «такую, которую невозможно исследовать иначе, как по подсистемам», а сложной - «такую систему, которая строится для решения многоцелевой, многоаспектной задачи». При этом, для большой системы объект может быть описан как бы на одном языке, т.е. с помощью единого метода моделирования, хотя и по частям, подсистемам. А сложная система отражает объект «с разных сторон в нескольких моделях, каждая из которых имеет свой язык». Для согласования этих моделей нужен особый метаязык. При этом подчеркивается наличие у сложной системы «сложной, составной цели» или даже «разных целей» и «одновременно многих структур у одной системы (например, технологической, административной, коммуникационной, функциональной и т.д.)». При определении большой системы вводится понятие «априорно выделенных подсистем», а сложной - понятие «несравнимые аспекты характеристики объекта», и включается в определение необходимость использования нескольких «языков» и разных моделей. Здесь же в явном виде связываются эти понятия с понятием наблюдателя: для изучения большой системы достаточно одного наблюдателя (имеется в виду не число людей, принимающих участие в исследовании или проектировании системы, а относительную однородность их квалификации; например - инженер). Для сложной системы необходимо несколько наблюдателей, принципиально разной квалификации (например, инженер-машиностроитель, инженер-автоматчик, инженер-вычислитель, экономист, а возможно, и юрист, психолог и т.п.). Некоторые авторы за основу классификации принимают сложность поведения системы (Б.С. Флейшман). В последующем сложность системы стали связывать со сложностью связей, сложностью их организованности. К сложным системам относятся диффузные системы, самоорганизующиеся системы. Существует понятие «слои» (уровни сложности) - вид многоуровневой структуры, предложенный для организации процессов принятия решений (М. Месарович). Слои или уровни сложности принимаемого решения выделяются для уменьшения неопределенности ситуации. Иными словами, определяется совокупность последовательно решаемых проблем. При этом выделение проблем осуществляется таким образом, чтобы решение вышележащей проблемы определяло бы ограничения (допустимую степень упрощения) при моделировании на нижележащем уровне, т.е. снижало неопределенность нижележащей проблемы, но без утраты замысла решения общей проблемы. Многослойную иерархию принятия решения можно проиллюстрировать рисунком слайда 6. Каждый слой представляет собой блок D1, принимающий решения и вырабатывающий ограничения X1 для нижележащего (i -1) -го блока. В качестве примера рассмотрим многослойную иерархию принятия решения по управлению каким-либо процессом. В ней можно выделить три основных аспекта проблемы принятия решения в условиях неопределенности. Нижний слой, самый «близкий» к управляемому процессу, - слой выбора. Задача этого слоя - выбор способа действий m. Принимающий решения элемент (блок) получает данные (информацию) об управляемом процессе и, применяя алгоритм, полученный на верхних слоях, находит нужный способ действия, т.е. последовательность управляющих воздействий на управляемый процесс. Алгоритм может быть определен непосредственно как функциональное отображение D, дающее решение для любого набора начальных данных. Многослойные системы принятия решений полезно формировать для решения задач планирования и управления промышленными предприятиями, отраслями, народным хозяйством в целом. При постановке и решении таких проблем нельзя раз и навсегда определить цели, выбрать конкретные действия: экономические и технологические условия производства непрерывно изменяются. Все это можно отразить в многослойной модели принятия решений. Примером приложения идеи выделения слоев могут служить многоуровневые экономико-математические модели планирования и управления отраслями, народным хозяйством, разрабатываемые в нашей стране в 70-80-х гг. XX века, а позднее - и промышленными предприятиями.
2. Структура системы. Структуризация (декомпозиция) системы.
Структура - (от латинского structure, означающего строение, расположение, порядок) отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение). Система может быть представлена простым перечислением элементов или «черным ящиком» (моделью «вход - выход»). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят понятие структуры. В сложных системах структура включает не все элементы и связи, между ними (в предельном случае, когда пытаются применить понятие структуры к простым, полностью детерминированным объектам, понятия структуры и системы совпадают), а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Иными словами, структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей. Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них, на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу. Иными словами, понятие структура - это система без качественного наполнения. Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания. При этом по мере развития исследований или в ходе проектирования структура системы может изменяться. Структуры могут быть представлены в матричной форме, в форме теоретико-множественных описаний, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем. Структуры, особенно иерархические, могут помочь в раскрытии неопределенности сложных систем. Иными словами, структурные представления систем могут являться средством их исследования. В связи с этим полезно выделить и исследовать определенные виды (классы) структур. Виды структур. Сетевая структура или сеть, представляет собой декомпозицию системы во времени, как показано на рисунке а) слайда 7. Такие структуры могут отображать порядок действия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т. п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции - сетевой график, при проектировании - сетевая модель, при планировании - сетевой план и т. д.). В виде сетевых моделей будут представляться методики системного анализа. Иерархические структуры представляют собой декомпозицию системы в пространстве, рисунок б) – д). Все компоненты (вершины, узлы) и связи (дуги, соединения узлов) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Такие структуры могут иметь большое число уровней декомпозиции (структуризации). Структуры типа б), в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами, структурами типа «дерева», структурами, на которых выполняется отношение древесного порядка, иерархическими структурами с «сильными» связями. Структуры типа в), в которой элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего, называют иерархическими структурами со «слабыми» связями. Матричные структуры. Иерархическим структурам, приведенным на рисунках б) и в), соответствуют матричные структуры е) и ж). Отношения, имеющие вид «слабых» связей между двумя уровнями в), подобны отношениям в матрице, образованной из составляющих этих двух уровней ж). Многоуровневые иерархические структуры. В одной из теорий систем предложены особые классы иерархических структур, отличающиеся различными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и различным правом вмешательства вышестоящего уровня в организацию взаимоотношений между элементами нижележащего, для названия которых он предложил следующие термины: «страты», «слои», «эшелоны», рисунок д) (М. Месарович). Смешанные иерархические структуры с вертикальными и горизонтальными связями, рисунок г). Структуры с произвольными связями могут иметь любую форму, объединять принципы разных видов структур и нарушать их. Сравнительный анализ структур. При выборе структуры для представления конкретной системы следует учитывать их особенности и возможности. Сетевые структуры используются в тех случаях, когда систему удается отобразить через описание материальных и информационных процессов, происходящих в ней, т.е. представить последовательности изготовления изделий, прохождения документов и т.д. Предпочтительно представление во времени и процессов проектирования новых систем. Однако такое представление практически невозможно для сложных технических комплексов и, особенно при проектировании организационных систем управления. В этих случаях вначале используют расчленение системы в пространстве, т.е. представление ее различными видами иерархических структур. Наиболее предпочтительно получение древовидной структуры, которая более четко представляет взаимоотношения между компонентами системы. Такое представление предпочтительно при организации производства сложных технических комплексов: древовидное расчленение изделия позволяет определить основные структурные единицы (цехи, участки и т. п.) производственной структуры, уточнение взаимодействия между которыми затем определяется с помощью сетевых структур. В организационных системах взаимоотношения между структурными единицами организационной структуры гораздо более сложны. Их не всегда удается сразу отобразить с помощью древовидной структуры. Используются иерархии со «слабыми» связями, матричные структуры, а для сложных корпораций - многоуровневые структуры типа страт, эшелонов, смешанные структуры с вертикальными и горизонтальными связями. От вида структур зависит важная характеристика любой системы - степень ее целостности, устойчивости. В случае же сложных систем с неопределенностью, когда мы выделяем части системы и формируем структуры в процессе исследования, анализ части и целого с использованием информационного подхода приобретает особо важное значение, помогает понять, что, расчленяя систему по-разному, мы фактически получаем качественно различные варианты представления целостности. Это и объясняет возможность использования структурных представлений как средства исследования сложных систем с начальной неопределенностью. С учетом этого иерархические представления систем могут быть не только древовидными, интерес представляет анализ структур иных видов. В случае иерархических структур со «слабыми» связями элементы, подчиняющиеся двум или более узлам вышележащего уровня, можно как бы «расщепить», подчинив их части разным вышележащим узлам. Тогда можно проводить расчеты аналогично рассмотренным. При этом целесообразно относительно оценить «расщепляемые» составляющие, что в случае оценки, например, организационных структур линейно-функционального типа можно охарактеризовать, например, численностью управленческого персонала, занимающегося выполнением частей «расщепленной» функции. Структуризация (декомпозиция) - расчленение системы на части при ее исследовании или проектировании. Первоначально был более широко распространен термин декомпозиция. Однако в 70-е гг. XX века было предложено различать эти понятия: термин декомпозиция - применять для расчленения технических объектов, для которых известна причина возникновения целостности (новых свойств у целого, собранного изделия) и выполняется закономерность аддитивности (суммативности). Термин структуризация - применять, когда неизвестны причины возникновения целостности, т.е. на каждом уровне иерархии свойства целого не равны сумме свойств элементов и наблюдается неопределенность. Неопределенность частично раскрывается расчленением, но не объясняется полностью, как это имеет место при декомпозиции технических объектов, информация о которых отражена в соответствующих нормативно-технических документах. Во многих работах по системному анализу между терминами структуризация и декомпозиция различий не делается. В то же время для названия методик расчленения систем или их целей на части, как правило, используется термин структуризация. Многоуровневые иерархические структуры. В теории систем существует описание многоуровневых иерархических структур. Имеются особые классы иерархических структур типа страт, слоев, эшелонов, отличающиеся различными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и различным правом вмешательства вышестоящего уровня в организацию взаимоотношений между элементами нижележащего (М. Месарович). Страты. При отображении сложных систем основная проблема состоит в том, чтобы найти компромисс между простотой описания, позволяющей составить и сохранять целостное представление об исследуемом или проектируемом объекте, и детализацией описания, позволяющей отразить многочисленные особенности конкретного объекта. Один из путей решения этой проблемы - задание системы семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения соответствующего уровня абстрагирования. Дня каждого уровня существуют характерные особенности, законы и принципы, с помощью которых описывается поведение системы на этом уровне. Такое представление названо стратифицированным, а уровни абстрагирования - стратами. В качестве простейшего примера стратифицированного описания в приводится отображение ЭВМ в виде двух страт, как показано на рисунке слайда 8. На нижнем уровне - физические операции (система описывается на языке физических законов, управляющих работой и взаимодействием ее механических и электронных элементов). На верхнем - математические и логические операции (программирование и реализация программ, осуществляемые с помощью абстрактных, нефизических понятий, информационные потоки, команды языков программирования и др.). Может представлять интерес описание системы (ЭВМ) и на других уровнях абстрагирования, помимо названных двух основных. При конструировании электронных компонентов может представить интерес страта атомной физики, а при разработке сложного программного обеспечения - системная страта. Страты могут выделяться по разным принципам, по уровням управления сложным объектом (производственная, организационная и т.п.), по принципу последовательного углубления представления о системе, ее детализации. Примером стратифицированного описания может также служить выделение уровней абстрагирования системы от философского или теоретико-познавательного описания ее замысла до материального воплощения, рисунок слайда 8. Одну и ту же систему на разных стадиях познания и проектирования можно (и нужно) описывать различными выразительными средствами (Ю.И. Черняк). То есть описание осуществляется на разных «языках»: - философском или теоретико-познавательном - словесное описание замысла, концепции; - представление системы на языке научно-исследовательском - в форме моделей разного рода, помогающих глубже понять и раскрыть замысел системы; - проектном - техническое задание и технический проект, для разработки и представления которого могут понадобиться математические расчеты, принципиальные схемы; - конструкторском - конструкторские чертежи, сопровождающая их документация; - технологическом - технологические карты, стандарты и т.п., технологическая документация; - материальное воплощение, реализация системы - детали, блоки, собранное изделие или созданная система, принципы функционирования которой отражены в соответствующей документации (инструкциях, положениях и т.п.).
Идея многоуровневой системы, детализируемой на каждом последующем уровне, была предложена в 70-е гг. XX века (Ф.Е. Темников). Идея детализации показана на рисунке слайда 9. Суть ее – начинать изучение системы можно с любой страты (в том числе, с находящейся в середине стратифицированного представления). В процессе исследования могут добавляться новые страты, изменяться подход к выделению страт. На каждой страте может использоваться свое описание, своя модель, но система сохраняется до тех пор, пока не изменяется представление на верхней страте - ее концепция, замысел, который нужно стремиться не исказить при раскрытии на каждой последующей страте. Многослойные системы принятия решений полезно формировать для решения задач планирования и управления промышленными предприятиями, отраслями, народным хозяйством в целом. При постановке и решении таких проблем нельзя раз и навсегда определить цели, выбрать конкретные действия: экономические и технологические условия производства непрерывно изменяются. Все это можно отразить в многослойной модели принятия решений. Эшелоны. Понятие многоэшелонной иерархической структуры: система представляется в виде относительно независимых, взаимодействующих между собой подсистем: при этом некоторые (или все) подсистемы имеют права принятия решений, а иерархическое расположение подсистем (многоэшелонная структура) определяется тем, что некоторые из них находятся под влиянием или управляются вышестоящими. Уровень такой иерархии называют эшелоном. Основной отличительной особенностью многоэшелонной структуры является предоставление подсистемам всех уровней определенной свободы в выборе их собственных решений; причем эти решения могут быть (но не обязательно) не теми решениями, которые бы выбрал вышестоящий уровень. Предоставление свободы действий в принятии решений компонентам всех эшелонов иерархической структуры повышает эффективность ее функционирования. Отношения, подобные принятым в эшелонированных структурах, реализуются в практике управления в форме так называемых холдинговых структур или холдингов. Правила взаимоотношений между фирмами, банками, торговыми домами и другими организациями, входящими в холдинг, оговариваются в соответствующих договорах и других нормативно-правовых и нормативно-технических документах.
|