«Раздел системный анализ».
1. Категориальные понятия системного подхода: система, подсистема, элемент, свойства, связь, состояние, структура,
целостность, цель, окружающая среда
Категории, которые дают понимание системы:
Система — совокупность элементов, находящихся во взаимных отношениях и связях со средой, образующих определенную целостность, единство;
Подсистема — элемент системы, который при подробном рассмотрении оказывается системой. Любая система состоит из нескольких уровней — подсистем;
Надсистема — более общая система, которая включает в себя подсистемы;
Вспомогательные категории системного подхода: элемент, свойство, связь, структура, гомеостаз, функция, функционирование, интеграция, интегральный эффект, адаптивность и др.
Наиболее важные категории, определяющие строение системы:
Элемент — под элементом подразумевается любое техническое устройство, выполняющее назначенную функцию.
Связь — взаимное ограничение на поведение объектов, создающее ограничение на поведение объектов и зависимость между ними; Прямая связь — непосредственное воздействие объектов одного на другой;
Обратная связь — воздействие результатов функционирования системы на характер этого функционирования; Структура — упорядоченность отношений, связывающих элементы системы и обеспечивающих
ее равновесие, способ организации системы, тип связей;
Категории, характеризующие свойства системы:
Свойство — вхождение вещи, элемента в некоторый класс вещей, когда не образуется новый предмет. Так, быть красным означает входить в класс красных вещей, вхождение при этом не образует предмета; Цель системы — предпочтительное для нее состояние; обычно выражают в виде целевой
функции. Система использует, как правило, несколько целей, образующих иерархию; простота — свойство множества, которое выступает в другом множестве как элемент; сложность — свойство элемента, который предстает в другом множестве как множество;
закрытость — полная изолированность системы от окружающей среды и жесткая детерминированность поведения элементов; открытость — отсутствие полной изолированности от окружающей среды и наличие степеней свободы в поведении элементов;
Категории, характеризующие состояние системы:
Состояние системы — множество одновременно существующих свойств объекта или системы; Процесс — изменение состояния; Организация — упорядоченность системы в соответствии с системообразующим фактором;
Хаос — состояние неупорядоченности, определяющее не только разрушение, но рождение систем;
Переходное состояние — состояние системы, находящейся в процессе, на интервале между двумя состояниями; Стабильное состояние — сохранение системой своих характеристик;
Кризисное состояние — состояние, в котором система перестает соответствовать своему назначению.
Категории окружения системы:
Среда — представляет собой то, что ограничено от системы, не принадлежит ей, это совокупность объектов, изменение которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы; Окружающая среда — внешняя среда системы, или совокупность объектов, которые
располагаются за границами системы, воздействуют на нее, но не принадлежат ей; Внутренняя среда — совокупность объектов, которые находятся в границах системы, влияют на ее поведение, но не принадлежат ей.
Главные категории процессов:
функция — предназначение выполнять какие-то преобразования, для выполнения которых система и ее элементы приходят в движение, это взаимодействие системы с окружающей ее средой в процессе достижения целей или сохранения равновесия; функционирование — действие системы во времени; управление — приведение системы в состояние равновесия или достижения цели;
интеграция — процесс и механизм объединения и связности элементов; характеризуется интегративностью, системообразующими переменными, факторами, связями и т.д.; адаптация — приспособление системы к окружающей среде без потери своей идентичности; деградация — ухудшение характеристик системы;
эффект целостности — способность системы сохранять себя при воздействии различных факторов;
2.Классификация систем
1.Классификация по происхождению.
Взависимости от происхождения системы делятся на естественные и искусственные
(создаваемые, антропогенные).
Естественные системы — это системы, объективно существующие в действительности в живой и неживой природе и обществе.
Эти системы возникли в природе без участия человека. Примеры: атом, молекула, клетка, организм, популяция, общество, вселенная и т.п.
Искусственные системы — это системы, созданные человеком. Примеры: холодильник, самолет, предприятие, фирма, город, государство, партия, общественная организация и т. п.
2. Классификация по объективности существования.
Все системы можно разбить на две большие группы: реальные (материальные или физические) и абстрактные (символические) системы.
Реальные системы состоят из изделий, оборудования, машин и вообще из естественных и искусственных объектов.
Абстрактные системы, по сути, являются моделями реальных объектов — это языки, системы счисления, идеи, планы, гипотезы и понятия, алгоритмы и компьютерные программы, математические модели, системы наук.
3. Действующие системы.
Выделим из всего многообразия создаваемых систем действующие системы. Такие системы способны совершать операции, работы, процедуры, обеспечивать заданное течение технологических процессов, действуя по программам, задаваемым человеком.
В действующих системах можно выделить следующие системы:
1)технические (представляют собой материальные системы, которые решают задачи по программам, составленным человеком; сам человек при этом не является элементом таких систем. Примеры: автомобиль, холодильник, компьютер),
2)эргатические (система, составным элементом которой является человек-оператор. Рабочий, вытачивающий деталь на токарном станке),
3)технологические (совокупность операций (процессов) в достижении некоторых целей),
4)экономические (система отношений (процессов), складывающихся в экономике),
5)организационная система (овокупность элементов, обеспечивающих координацию действий, нормальное функционирование и развитие основных функциональных элементов объекта),
6)система управления (система, в которой реализуется функция управления, называют системой управления).
4.Централизованные и децентрализованные системы.
Централизованной системой называется система, в которой некоторый элемент играет главную, доминирующую роль в функционировании системы. Такой главный элемент называется ведущей частью системы или ее центром.
Децентрализованная система — это система, в которой нет главного элемента. Важнейшие подсистемы в такой системе имеют приблизительно одинаковую ценность и
построены не вокруг центральной подсистемы, а соединены между собой последовательно или параллельно.
5. Классификация по размерности.
Системы подразделяются на одномерные и многомерные.
Система, имеющая один вход и один выход, называется одномерной. Если входов или выходов больше одного — многомерной.
6. Классификация систем по однородности и разнообразию структурных элементов.
Системы бывают гомогенные, или однородные, и гетерогенные, или разнородные, а также смешанного типа.
В гомогенных системах структурные элементы системы однородны, т. е. обладают одинаковыми свойствами. В связи с этим в гомогенных системах элементы взаимозаменяемы.
Пример. Гомогенная компьютерная система в организации состоит из однотипных компьютеров с установленными на них одинаковыми операционными системами и прикладными программами. Это позволяет заменить вышедший из строя компьютер любым другим без дополнительной настройки и переучивания конечного пользователя.
7. Линейные и нелинейные системы.
Система называется линейной, если она описывается линейными уравнениями (алгебраическими, дифференциальными, интегральными и т. п.), в противном случае — нелинейной.
8. Дискретные системы.
Среди нелинейных систем выделяют класс дискретных систем.
Дискретная система — это система, содержащая хотя бы один элемент дискретного действия. Дискретный элемент — это элемент, выходная величина которого изменяется дискретно, т. е. скачками, даже при плавном изменении входных величин.
9. Каузальные и целенаправленные системы.
Взависимости от способности системы ставить себе цель различают каузальные и целенаправленные (целеустремленные, активные) системы.
К каузальным системам относится широкий класс неживых систем: Каузальные системы — это системы, которым цель внутренне не присуща.
Если такая система и имеет целевую функцию (например, автопилот), то эта функция задана извне пользователем.
Целенаправленные системы — это системы, способные к выбору своего поведения в зависимости от внутренне присущей цели.
Вцеленаправленных системах цель формируется внутри системы.
10. Большие и сложные системы.
«Большие системы» с большим кол\ом элементов (часто однородных).
«Сложные системы» — со сложностью отношений, алгоритмов или сложностью поведения.
11. Детерминированность.
Математически детерминированность можно описать как строгую функциональную связь Y = F(X), а стохастичность возникает в результате добавления случайной величины ε: Y = F(X) + ε Детерминированность характерна для менее сложных систем; стохастические системы сложнее детерминированных, поскольку их более сложно описывать и исследовать.
3. Закономерности систем. Системный подход и системный анализ.
Закономерности:
1. Закономерности взаимодействия части и целого
Целостность. Целостность системы означает с одной стороны, что все подсистемы и элементы, входящие в систему, связаны между собой различными видами связей и функционируют согласованно для достижения поставленных перед системой целей. С другой стороны, что поставленные перед системой цели могут быть достигнуты только при совместном функционировании всех элементов, входящих в систему. Только совместная согласованная работа всех элементов даёт, так называемый, системный эффект.
Изоморфизм и изофункционализм. системы, находящиеся между собой в состоянии изоморфизма и изофункционализма, имеют сходные системные свойства.
2. Закономерности иерархической упорядоченности систем
Коммуникативность
Любая система не изолирована от других систем, но связана множеством коммуникаций с окружающей средой, которая представляет собой сложное и неоднородное образование, содержащее:
надсистему (систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения рассматриваемой системе);
элементы или подсистемы (нижележащие, подведомственные системы);
системы одного уровня с рассматриваемой.
Иерархичность
Закономерность иерархичности заключается в том, что любую систему можно представить в виде иерархического образования.
3. Энтропийные закономерности
Важную роль в системном анализе играет понятие энтропии, тесно связанное с информацией. В системном анализе энтропия Э служит количественной мерой беспорядка (свободы, разнообразия) в системе и определяется числом допустимых состояний системы Ns:
Так как логарифм является безразмерной величиной, то и энтропия также безразмерная величина. С другой стороны, энтропия, как и информация, может измеряться в битах, если в формулах вместо натурального использовать двоичный логарифм.
Открытые и закрытые системы.
Как говорилось ранее, между системой и окружающей средой происходит обмен веществом, энергией и информацией. Причиной обмена является неравновесное состояние системы по отношению к окружающей среде — разность их свойств.
4. Закономерности развития
Закономерность развития во времени — историчность
Из диалектики известно, что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает — любая система имеет свой жизненный цикл.
Жизненный цикл — это период времени от возникновения потребности в системе и ее становления до снижения эффективности функционирования и «смерти» или ликвидации системы.
В последнее время понятие жизненного цикла стали связывать с закономерностью историчности
— время является непременной характеристикой системы, поэтому каждая система исторична. (Руководители организаций с огорчением узнают, что информационная система, в которую вложено столько средств, морально и физически стареет и требуется ее замена. Поэтому при внедрении информационной системы следует примерно в середине ее «жизненного цикла» начинать концептуальное — проектирование и формирование технического задания на проектирование последующей очереди информационной системы.)
Рост и развитие
Любая система со временем претерпевает количественные и качественные изменения. Для этих изменений вводятся понятия «рост» и «развитие». Важно различать эти понятия, поскольку рост и развитие далеко не одно и то же, и далее не обязательно одно связано с другим .
Рост — это увеличение в числе и размерах.
Развитие — это изменения процессов в системе во времени, выраженные в количественных, качественных и структурных преобразованиях от низшего (простого) к высшему (сложному). (Пример. Груда мусора может расти без развития. Человек развивается еще долго после того, как прекращается его рост.)
Закономерность неравномерного развития и рассогласования темпов выполнения функ-ций элементами системы
Чем сложнее система, том более неравномерно развиваются ее составные части. При этом в процессе функционирования или развития системы ее элементы выполняют свои локальные функции в соответствии со своим темпом. Это закономерно приводит к рассогласованию темпов выполнения функций элементами, что создает угрозу целостности системы и ее способности