Часть 2. Системный анализ - 1

28. Определите понятие «система» с позиций теории множеств. Покажите как проявляется иерархичность этого определения.

Ответ: Система S – некоторый класс множеств.

S ={M_s, L_s, K_s}, где M_s – подкласс множества элементов (подсистемы) системы S.

L_s – Подкласс множеств, образующихся в результате деления элементов подсистем S на подэлементы.

K_s– Подкласс таких множеств, в которые рассматривается S сама входит в качестве

29. Какая система называется "метасистемой ", "подсистемой", "элементом системы"?

Ответ: метасистема – система, в которую как подсистема входит исследуемая система. Подсистема – система, входящая в состав исследуемой системы. Элемент системы – единичный объект системы, рассматриваемый как не делимая система.

30. Определите понятие "система" с позиций системного подхода через понятия элемент, окружающая среда, целевая функция.

Ответ: система S – множество элементов P_i, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой для выполнения заданных целевых функций. Элементы системы P_i – некоторая часть системы (подсистемы) полученная при ее разделении (членении) в соответствии с заранее выбранным принципом и имеющая самостоятельное значение по отношению к целевым функциям системы.

Целевая функция: Внешняя по отношению к системе ситуация, к осуществлению которой она стремится. V_S={V_i}, где V_i – одна из целей (назначений), которую может выполнять (или выполняет) данная система.

Окружение S – окружающая среда: Окружающая среда включает все, что не входит в S. Реальное окружение состоит из систем, включающих хотя бы один элемент, выход которого в тоже время является входом некоторого элемента S₁ либо элемент, вход которого является одновременно выходом некоторого элемента S.

31. Дайте определение основных понятий, входящих в определение понятие «система», определенного с позиций системного анализа.

Ответ: Система S – объект, отличающийся составом элементов, структурой их связей, параметрами, имеющей хотя бы один вход и один выход, который обеспечивает связь с ОС, характеризуется законами поведения и изменяющий поведение при поступлении управляющих воздействий.

32. Дайте определение понятия "система" с позиций теории управления через понятия вход, выход, связь, отношение. Определите понятия обобщенных "вход" и "выход".

Ответ: Система S – это совокупность, образующаяся из множества элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и с ОС и образующие некоторое целостное единство. Отношение – характеризует взаимозависимость двух или более объектов либо явлений абстрактного или конкретного типов. Связь – некоторое отношение, зависимость обусловленности, общности между элементами, обеспечивающие, выполнение определенных целевых функций. Вход – внешнее отношение «окружающая среда – система». Выход – внешнее отношение «система – окружающая среда». Совокупность всех входов (выходов) – обобщенный вход (выход).

33. Что такое "целевая функция"? Как определяется система целевых функций? Что такое "частные целевые функции".

Ответ: Целевая функция: Внешняя по отношению к системе ситуация, к осуществлению которой она стремится. V_S={V_i}, где V_i – одна из целей (назначений), которую может выполнять (или выполняет) данная система.

34. Что включается в понятие "окружающая среда"? Назовите составляющие, которые включаются в "окружение" системы. Из каких составляющих строятся "экосистемы"?

Ответ: Окружение S – окружающая среда: окружающая среда включает все, что не входит в S. Реальное окружение состоит из систем, включающих хотя бы один элемент, выход которого в тоже время является входом некоторого элемента S₁ либо элемент, вход которого является одновременно выходом некоторого элемента S.

Экосистемы строятся из гео-, био-, и атмосферы.

35. В чем разница между системами - объектами и системами - процессами? Привести примеры.

Ответ: Системы-объекты – элементами являются предметы, другие объекты. Системы-процессы – элементами являются операции над объектами.

Примеры: плавление, фильтрация, химические реакции.

36. Поясните понятие «черного ящика» и процесс его «просветления».

Ответ: понятие «Черный ящик» объясняется тем, что из-за сложности изучаемого объекта и невозможности понять его внутреннее строение исследователь ограничивается наблюдением его поведения на основе измерения только входных воздействий и выходных результатов, т.е. закономерностей изменения «выходов» в зависимости от изменения «входов». При этом не ставилась задача изучения состава и структуры устройства и объекта, обеспечивающего эти закономерности.

37. Определите естественные и искусственные системы-объекты и системы-процессы. Какие процессы определены как "преобразования"? Приведите примеры.

Ответ: Естественные системы-объекты – S созданные природой, элементами которых являются предметы, другие объекты. Искусственные системы-объекты – S созданные человеком с целью осуществления необходимых или желательных для него изменений, элементами которых являются предметы, другие объекты. Естественные системы-процессы – S созданные природой, элементами которых являются процессы. Искусственный системы-процессы – S созданные человеком с целью осуществления необходимых или желательных для него изменений, элементами которых являются процессы. Преобразования – искусственный процессы, в которых те или иные свойства объекта претерпевают изменения при участии людей и технических средств вследствие чего достигается желаемые состояния объекта.

38. Как можно отобразить устройство системы?

Ответ: структурной схемой, блок-схемой и графом.

39. В чем разница между функциональной, структурной схемами и графом системы?

Ответ: При отображении структуры системы в виде блок-схемы ее элементы отображаются в виде прямоугольников, внутри которых записываются идентификаторы элементов. Прямоугольники соединяются стрелками, указывающими направление передачи воздействий и сигналов между элементами. Каждый элемент может иметь в общем случае связь с любым другим элементов этой системы. Некоторые из элементов могут иметь входы или выходы для связи с внешней Средой. Отображение структуры в виде графа использует другие обозначения: точкой (кружком) отображаются элементы системы, а стрелками - связи между ними. В ряде задач подобное отображение структуры более удобно для аналитических и графических методов исследования характеристик систем.

40. Как представить обобщенную структуру системы? Что такое «системообразующий фактор».

Ответ: ЦФ – целевые функции, СОФ – системообразующий фактор (конечный положительный эффект).

41. Дайте классификацию систем по различным критериям. Как выбрать критерий классификации?

Ответ: Естественные и искусственные; Динамические и статические; Системы-объекты и системы-процессы; Открытые и замкнутые; Информационно-проницаемые и информационно-непроницаемые; Целенаправленные и целеустремленные; Самоорганизующиеся. По сложности (количеству элементов и связей): Простые, состоящие из небольшого количества элементов и характеризующиеся простым динамическим поведением; Сложные, структура которых отличается разветвленностью и разнообразием связей, но поддается точному описанию; описание их поведения представляет достаточно сложную задачу; Очень сложные, точно и подробно характеризовать можно, только применяя для описания их структуры и поведения вероятностные законы; Сверхсложные, полное описание которых невозможно, поэтому их изучение ограничивается созданием моделей, которые характеризуют те или иные свойства. По уровню организации: Хорошо организованные системы – это такие S, для которых удается связать взаимодействие элементов между собой (характер поведения) в виде детерминированных (аналитически и графически) зависимостей; Плохо организованные или диффузные S – не ставится задача учета всех компонентов и связей; Самоорганизующиеся S содержат активные элементы, обладают свойствами, полезными для ее существования, для приспособления к изменяющейся ОС, но в то же время вызывающее неопределенность, затруднение управления S. По типу обмена: Вещественные, энергетические и информационные

42. Как определяется состояние системы? Какие из них являются статическими, а какие – динамическими? Приведите примеры.

Ответ: Состояние S определяется значениями ее характеризующих параметров, параметров составляющих ее элементов, положением S в пространстве, а также значениями их производных. Эти значения могут изменятся во времени и в пространстве, что означает переход S из одного состояния в другое. Если в системе могут происходить какие-либо изме­нения такие системы являются динамическими в отличии от статических, в которых не изменяются элементный состав и структура и не реализуются никакие функции.

43. Какие явления определяются как «преобразования» приведите примеры преобразований системы и в системе.

Ответ: Преобразования – искусственные процессы, в которых те или иные свойства объекта претерпевают изменения при участии людей и технических средств, вследствие чего достигается желаемое состояние объекта.

44. Какие системы определяется как простые и как сложные? Какие еще градации в классификации систем Вам известны?

Ответ: Простые - состоящие из небольшого количества элементов и характеризующиеся просты м динамическим поведением; Сложные - структура которых отличается разветвленностью и разнообразием связей, но поддается точному описанию; описание их поведения представляет достаточно сложную задачу; Очень сложные - точно и подробно характеризовать можно, только применяя для описания их структуры и поведения вероятностные законы; Сверхсложные - полное описание которых невозможно, поэтому их изучение ограничивается созданием моделей, которые характеризуют те или иные свойства.

45. Какие системы известны Вам как организованные системы? Приведите примеры. Что такое «самоорганизующиеся системы»?

Ответ: Хорошо организованные системы – это такие S, для которых удается связать взаимодействие элементов между собой (характер поведения) в виде детерминированных (аналитически и графически) зависимостей; Плохо организованные или диффузные S – не ставится задача учета всех компонентов и связей; Самоорганизующиеся S содержат активные элементы, обладают свойствами, полезными для ее существования, для приспособления к изменяющейся ОС, но в то же время вызывающее неопределенность, затруднение управления S.

46. Как определяется понятие «канал взаимодействия»? Какие каналы взаимодействия Вам известны?

Ответ: Канал взаимодействия – связь, по которой осуществляется одностороннее или двустороннее «общение» элементов, в той либо иной форме.

47. Что включает функциональное описание системы? Отобразите структуру функционального описания системы.

Ответ: Назначение системы; Отношение системы к другим системам; Контакты системы с внешней средой; Направления изменений функций; Связь воздействий на систему с ее реакцией ответом, наведением, с воздействием на элементы систему.

48. В чем состоит иерархичность функционального описания? Приведите примеры функций системы.

Ответ: В наличии подчиненности и единственного пути к каждому элементу.

49. Определите, что такое " эффективность системы ". Как оно связано с критериями качества работы ее подсистем?

Ответ: Эффективность – некоторый интегральный показатель качества реагирования, связывающий качество поведения с затратами внутренних ресурсов системы, которыми она обладает.

Под ресурсами понимаются запасы энергии (и веществ), которые система может тратить на осуществление поведенческих актов без ущерба для своего существования, чем меньше затраты в ответ на воздействия, тем выше эффективность S.

50. В чем заключается принцип Ле-Шателье в оценке ресурсов системы?

Ответ: Если на любую систему находящуюся в стационарном режиме (состояния B1 и B2) подействует внешнее возмущение P1 то в ней произойдут изменения (∆R1 и ∆R2), которые уменьшат результат его действия. Любое воздействие → уменьшает системный ресурс.

51. Проиллюстрируйте изменения эффективности системы при оказании на нее внешнего воздействия.

Ответ:

52. Запишите оператор функционального описания системы. Дайте определение входящих в него параметров.

Ответ: Gф = {T, X, x, Y, y, Q, q, φ},

где: X – вектор воздействия; x – конкретное воздействие; T – совокупность моментов времени; Y – вектор реакции; y – конкретная реакция; Q – вектор состояния объекта; q – определенное состояние объекта; φ – переходная функция.

53. В каких формах может представляться оператор функционального описания системы?

Ответ: Функциональное описание может задаваться некоторым оператором Gф:

Gф ={T,X,x,Y,y,Q,q, φ } ,

где Т - множество моментов времени, в которые получены данные для построения функционального описания; Х - множество значений допустимых входных воздействий; х - конкретные значения воздействий из Х; Y - множество значений ответных реакций системы; y - конкретные реакции из Y; Q - множество возможных состояний; q - одно из состояний, характерное для заданного момента времени; φ - переходная функция состояния. Оператор Gф может быть представлен в алгебраической, логической, дифференциальной, интегрально-дифференциальной форме, входящим в скалярное, векторное или матричное уравнение.

54. Как различаются законы внешнего и внутреннего функционирования?

Ответ: Законы внешнего функционирования выполняются, если все ее элементы – подсистемы также выполняют свои функции. Поэтому для системы следует различать законы внутреннего функционирования, характеризующие поведение отдельных элементов-подсистем, из которых состоит система. Каждая подсистема сама содержит набор элементов, выполняющих свои частные функции, поэтому законы внутреннего функционирования системы одновременно являются законами внешнего функционирования для любой подсистемы этой системы - законы внешнего функционирования первого нижнего уровня. Законы внутреннего функционирования зависят от функций подсистем первого уровня, процессов, протекающих внутри системы и параметров подсистем.