4.5. Модель структурной схемы

Если систему представить тремя указанными выше моделями, то мы будем иметь пред- ставление о том:

• что поступает в систему из внешней среды и что система передает во внешнюю среду;

• из каких частей и элементов состоит система;

• как части системы между собой связаны.

Существует и четвертая модель, которая объединяет три рассмотренные модели, носит название «структурная схема» и изображена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Модель структурной схемы

Подобную модель еще называют «белым, или прозрачным, ящиком» как противопо- ложность модели «черного ящика», которая не дает информации о содержании системы и ее внутренних связях.

Таким образом, можно сформулировать второе определение системы. Система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как нечто целое.

Анализ моделей структурной схемы различных систем привел математиков к выводу о том, что общим для всех структурных схем является наличие элементов и связей между ними. В результате получилась схема, в которой обозначается только наличие элементов и связей между ними, а также разница между элементами и связями. Такая схема называется графом.

В теории систем управления используются графы, имеющие линейную (а), древовид- ную (б), матричную (в) и сетевую (г) структуру (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Графы, соответствующие различным структурам

В линейной структуре между элементами системы устанавливается линейная (после- довательная) связь.

В иерархической (древовидной) структуре, напоминающей дерево, перевернутое кор- нем вверх, отражаются связи, определяющие соподчиненность элементов, их иерархию. В теории организации иерархия определяет принципы эффективного функционирования раз- личных видов систем. Иерархические структуры являются декомпозицией системы в про- странстве. В теории иерархических структур выделяют особые классы многоуровневых

иерархий. Они называются стратами, слоями или эшелонами. Такие иерархии обладают раз- личными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и приоритетом вме- шательства высшего во взаимоотношения элементов нижележащего уровня.

Матричная структура не имеет иерархической направленности, а представляет собой в общем виде связи между элементами в виде сочетания строк и столбцов.

Сетевая структура есть представление (декомпозиция) сложной структуры во времени. Она включает вершины, пути и ребра. Сетевые элементы могут располагаться параллельно и последовательно. Они чаще всего бывают однонаправленными.

4.6. Классификация систем

В основе классификаций систем лежат определения наиболее существенных призна- ков или их сочетания, которые описывают некоторую общность свойств систем (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Классификация систем по сложности и детерминированности

К искусственным системам относятся системы, созданные человеком, а естественные

– созданы самой природой.

Различают и такие системы, как детерминированные и вероятностные (стохастиче- ские), динамические и статические, с централизованным управлением и самоорганизующи- еся.

К детерминированным относятся системы, действие которых однозначно определя- ется приложенным к ним воздействием (предсказуемо). В противоположность указанным системам в аналогичных условиях действие вероятностных систем случайно.

Различают также открытые и закрытые системы. Закрытые имеют фиксированные границы и относительно независимы от внешней среды (например, часы). Открытые вза- имодействуют с внешней средой и приспосабливаются к ее изменениям, обмениваясь с ней ресурсами (например, живой организм).

Закрытая система характеризуется тем, что она не только игнорирует внешнее воздей- ствие (не принимает энергию из внешней среды), но и сама не передает энергию во внеш- нюю среду.

Открытые системы нацелены на активное взаимодействие с внешней средой. Взаимо- действие системы с внешней средой проявляется через обратную связь. Обмен ресурсами поддерживает равновесное положение системы во внешней среде.

Динамические – это системы развивающиеся, изменяющиеся во времени. Статиче- ские же системы представляют собой неподвижную модель реальной действительности, отражающие моментальное состояние какого-либо объекта.

Системы, в которых некоторый элемент (центральная подсистема) играет главную роль в ее функционировании, называются централизованными. В таких системах незначи-

тельные изменения центральной подсистемы приводят к значительным изменениям всей системы. В децентрализованных системах центральной подсистемы нет; подсистемы имеют примерно равную ценность для системы.

Табличное представление классификации систем приведено в табл. 4.2.

Классификации систем [2, 5]

Таблица 4.2

Чаще всего в процессе исследования систем используются три основных класса: абстрактные, естественные и искусственные. Первые – являются основой для эволюции научных теорий познания, в то время как вторые – для выявления закономерностей и фор- мулирования законов природы всех явлений, третьи – применяются для развития отрасле- вых научных знаний.

Абстрактные – это системы теоретико-методологического характера, позволяющие описывать общие и специфические свойства организационной структуры элементов, связей и отношений в целостном образовании для познания, изучения и проектирования состояния, поведения и развития исследуемого сложного объекта в качестве системы.

К естественным принято относить те системы, которые имеют естественно-природ- ное происхождение, а к искусственным – все остальные, которые были созданы человеком.

В зависимости от выбора критерия, по которому ведется оценка систем, может быть создано бесконечное множество классов систем. Например, если в основу классификации положить происхождение естественно существующих объектов и объектов, созданных чело- веком, то можно составить три класса систем: естественные, искусственные и смешанные.

Естественные системы в свою очередь могут включать подсистемы:

• живые (например, любое животное);

• неживые (например, земная кора);

• экологические (например, любой водоем);

• социальные (например, семья) и другие подсистемы.

К искусственным системам обычно относят орудия труда, машины и механизмы, авто- маты и роботов.

Смешанные системы объединяют искусственные и естественные системы:

• эргономические (например, токарный станок и токарь);

• биотехнологические (например, микроорганизмы и технологическое оборудование);

• организационные (например, коллектив работников предприятия и средства произ- водства);

• автоматизированные (например, автомат, приводимый в действие оператором). Конечно же, каждая из перечисленных подсистем может быть представлена более дета-

лизированными подсистемами. Графическая модель приведенной классификации показана на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Классификация систем