5. Существование в постоянно изменяющейся среде.

Изменяется не только система, но и окружающая среда, что имеет последствия, начиная с необходимости её приспосабливаемости к переменам, до различных других реакций. Скорости изменения самой системы могут не совпадать со скоростью изменения внешнего окружения: быть медленнее, совпадать или идти быстрее. В управлении выполнение функций возможно только, если изменения в системе опережают изменения в среде.

Эти процессы называются процессами адаптации. Они должны происходить синхронно. Прогнозирование и обучение – важные средства, но более эффективным считается выработка иммунитета к неподконтроьлным с нашей стороны изменениям и усиление контроля над остальными.

III. Синтетические свойства систем.

Этот термин обозначает обобщающие, собирательные, интегральные свойства с упором на взаимодействие системы со средой, на целостность в общем понимании.

5. Эмерджентность.

EMERGENCE – внезапное появление.

Объединение частей в систему порождает у системы качественно новые свойства частей, не сводящиеся к свойствам частей, не выводящиеся из свойств частей, присущие только самой системе и существующие только пока система составляет одно целое. Качества, присущие только ей, называются эмерджентными.

Системы могут отличаться только структурой, которая и определяет их эмерджентные свойства.

Эмерджентность – ещё одна грань целостности: система – единое целое, так как носитель эмерджентного свойства.

Эмерджентные свойства появляются за счет определения и фиксации структуры системы.

Эмерджентность – более развитая форма закона диалектики: количество переходит в качество. Не обязательно накопление количества, чтобы появилось новое качество, достаточно объединить в целое хотя бы два элемента.

Динамический аспект эмерджентности – синергетичность.

Важным случаем является фрактальное построение системы, когда принципы структурирования частей те же, что и у системы в целом.

Эмерджентность – это исключительно информативное свойство.

Система выглядит как целое, т. к. является носителем эмерджентных свойств. Если ее разобрать на части, она перестанет обладать этими свойствами. Отсюда следует 10-е свойство.

5. Неразделимость на части.

Систему нельзя делить на части, иначе мы получим совсем другую систему с другой структурой и свойствами. Существенно или нет скажется изъятие части из системы – вопрос оценки последствий. Второе следствие изъятия в том, что часть в системе и вне её – не одно и то же. Требуется специальная забота о сохранении связей рассматриваемой части с остальными частями системы.

Система является единым целым. Изъятие любой части меняет систему. Но нельзя абсолютизировать неделимость систем.

5. Ингерентность – это степень согласованности системы с окружающей средой, а также степень эффективности выполнения функций системой в данной окружающей среде. Степень ингерентности бывает разной и может изменяться.

От этого свойства зависят степень и качество осуществления системой избранной функции. В ряде случаев ингерентность обеспечивается с помощью промежуточных, посреднических систем.

inherent – то, что является родным элементом для данной окружающей среды.

Если система несовместима с данной окружающей средой, то она не сможет в ней функционировать.

Это важно для проектирования системы.

Например, это свойство является очень важным при пересадке органов, в разведке при внедрении шпиона и т. п. Обучение – это повышение ингерентности по отношению к той среде, в которой мы будем работать.

Ингерентность – не абсолютное свойство, а привязано к некоторой конкретной функции.

12. Целесообразность.

В создаваемых человеком системах подчинённость всего должна быть признана фундаментальным свойством – целесообразностью. Цель, ради которой создаётся система, определяет, какое эмерджентное свойство будет обеспечивать реализацию цели, диктует выбор состава и структуры. Следует одно из определений системы как средства достижения цели. Важно, чтобы реализовалась нужная функция.

Y(t) – выход из системы

Y₀(t) – то, что есть и меня не устраивает, т. е. проблемная ситуация.

Y^* - то, чего нет, но что я хочу, чтобы было. Но для цели этого еще мало. Я хочу, чтобы это было в будущем. Это невозможно сделать мгновенно. Когда? Надо определить реальные сроки осуществления этого желания. Пусть это станет возможно в момент T^*. Значит, моя цель – выйти на уровень Y^* в момент T^*. Но мало туда дойти. Можно туда дойти разными путями, которые надо сравнить и выбрать оптимальный путь.

Цель – это дойти в Y^* в момент T^* наилучшим образом, чтобы реализовалась вся траектория.

1 – цель – состояние Y*.

2 – цель – желательное будущее состояние.

3 – цель – желательное будущее состояние через время T*.

4 – цель – все желаемые будущие состояния системы Y*(t).

Цель как образ желаемого будущего – субъективна, как реальное будущее состояние – объективна. Искусственные системы создаются для достижения субъективных целей. Во-вторых, это объясняет, почему не всякая субъективная цель достижима («Если человек и может достичь любых целей, но не любым образом» С. Лем). Объективные цели – результат проявления законов природы.

Существуют понятия effective & efficient. Effective – достигнуть цели любым способом, а efficient – наилучшим образом.

Субъективные цели не всегда может совпадать с объективными целями, поэтому не все цели достижимы. (Если совпадают, то такие цели достижимы). Цели, которые заведомо недостижимы, называют идеалом.

У любой системы кроме 12-ти общих свойств, присущих всем системам, могут быть индивидуальные свойства, присущие только данной системе, которые отличают данную систему от всех других. Их нужно изучать и использовать. Поэтому принцип системного анализа – “ДУМАЙ ГЛОБАЛЬНО, ДЕЙСТВУЙ ЛОКАЛЬНО”.

Понятие большой системы.

Чтобы эффективно управлять системой, необходимо не просто вычислить и применить эффективное воздействие, но это нужно сделать своевременно. Если мы успеваем выработать решение, то мы имеем дело с малой системой.

Если не хватает ресурсов для моделирования системы и поиска управляющего воздействия, то мы оказываемся в качественно другом положении. Такую систему называют большой.

Например, наша экономика – это большая и сложная система. Пока ей не создали эффективной, адекватной модели, ей трудно управлять.

Понятие сложной системы.

На модели при применении управляющего воздействия мы получаем цель, но при применении его на системе, она ведет себя по-другому, чем модель, и мы не достигаем цели. Такие системы называют сложными, а модели, которые не позволяют добиться цели – неадекватными. Это означает, что в модели недостаточно информации о системе. Бороться со сложностью можно путем увеличения количества знаний, добывания информации о системе. Системный анализ – это технология разрешения сложности, он превращает сложные системы в простые.

2. Понятие управления. 5 компонентов управления.

Управление – это целенаправленное воздействие на систему (преобразовательная деятельность, когда субъект старается изменить реальность, приблизить её к состоянию желаемому)

Компоненты управления:

1. Объект управления S, управляемая система

Объект управления имеет 2 типа входов:

1. управляемые мной входы - U

2. неуправляемые, но наблюдаемые мной входы - V

u*(t) – такое воздействие, чтобы на выходе получить Y*(t) – цель управления.

Чтобы управлять целенаправленно, нужно найти, что подать на вход, чтобы добиться цели. В реальности выход системы зависит не только от входов в данный момент времени, но и от их предыстории.

2. Цель управления. Учитывая всё сказанное о цели, вопрос о фактической достижимости поставленной цели с помощью S остаётся открытым до самого процесса управления.

3. Управляющее воздействие U (t). Входы и выходя связаны между собой как Y(t) = S (V(t), U(t)). Значит, существует такое U*(t), при котором на входе реализуется цель: Y*(t) = S (V(t), U*(t)). Чтобы узнать, существует ли оно, нужно решить уравнение относительно U*(t), в котором известны Y*(t) – задано, и V(t) – наблюдаемо, но оператор S обычно неизвестен, что делает задачу неразрешимой и приводи к двум типам управления.

1. пробовать искать управляющее воздействие на самой системе, т.е. методом тыка. Во многих случаях число разных вариантов входа в систему бесконечно. Глупо надеяться попасть среди этих бесконечных вариантов на нужный. К тому же, мы можем понести большой урон из-за того, что на выходе мы получили цель управления. Например, система – школа, управляющее воздействие – методы обучения. Если они неверны, то на выходе – выпускники, которых не переделаешь.

2. Разумное, рациональное управление. Следует искать управляющее воздействие (УВ) не на системе, а на ее модели.

4. Модель системы. Вместо решения уравнения (выше), теперь нужно решить уравнение относительно управляющего воздействия U_m*(t). Y*(t) = S_m (V(t), U_m*(t)). Хотя поиск управления на модели тоже требует потерь.

5. Все действия, необходимые для управления, должны быть выполнены. Данная функция возлагается обычно на специально создаваемую для этого систему, называемую блоком управления или системой (подсистемой) управления, управляющим устройством.

Теперь УВ можно искать любым способом. Когда в результате поиска получаем цель, запускаем это управляющее воздействие в настоящую систему.

Установлено 2 обязательных этапа управления:

1. поиск нужного управляющего воздействия на модели;

2. исполнение найденного воздействия на системе.

Наилучшее управляющее воздействие – то, которое максимально приблизит к Y*(t) Ym(t).

7 ТИПОВ УПРАВЛЕНИЯ

Различные типы управления порождают различные исходы, требующие различных действий по управлению.

1. Программное управление или управление простой системой. Подача воздействия на модели и на системе приводит к желаемому результату.

Его особенности: система ведет себя предсказуемым образом, и мы добиваемся цели. Эта модель адекватна, с помощью нее мы добиваемся цели. Система S называется простой. Управляющее воздействие – программой.

На модели мы находим управление, применили его на системе и достигли цели.

Программное управление сводится к тому, чтобы спроектировать программу, запустить ее и достигнуть цели.

В практике достаточно много подобных систем и примеров программного управления. Например, телефонный номер – это комбинация цифр, программа.

2. Управление сложной системой

На модели при применении управляющего воздействия мы получаем цель, но при применении его на системе, она ведет себя по-другому, чем модель, и мы не достигаем цели. Такие системы называют сложными, а модели, которые не позволяют добиться цели – неадекватными. Это означает, что в модели недостаточно информации о системе. Бороться со сложностью можно путем увеличения количества знаний, добывания информации о системе, т.е. совершенствованием модели и повышением её адекватности. Системный анализ – это технология разрешения сложности, он превращает сложные системы в простые.

Необходимо улучшать модель, приближать ее к оригиналу, повышать ее адекватность. Информацию нужно брать все равно, откуда, но информация нужна ВСЯ. Если мы собрали всю возможную информацию, а система все равно остается сложной, то необходимо добывать еще информацию. Где? – В самой системе, с помощью экспериментов. Каждое неудавшееся управление дает нам новую информацию и системе, которую необходимо включить в модель. Модель нужно изменять до тех пор, пока на выходе при применении управляющего воздействия не появится цель управления. Это означает, что модель мы исправили, она стала адекватной, более приближенной к системе.

Последовательность действий при управлении методом проб и ошибок:

Шаг 1. Нахождение управляющего воздействия u*, которое обеспечивает получение целевой функции на выходе модели.

Шаг 2. Подача u* на систему.

Шаг 3. Регистрация выхода системы.

Шаг 4. Сравнение выхода с Y*(t). При расхождении – коррекция модели за счёт варьируемых параметров. Если разница не равна 0, то система сложная.

Шаг 5. Изменение модели до тех пор, пока модель не даст на выходе то же, что и система при применении u*, т. е. пока модель не станет вести себя так же, как и система. Возврат к пункту 1 (i->i+1)

После 5-го шага мы имеем исправленную с учетом полученной информации модель. Затем начинается новый цикл управления (с первого шага).

Коррекция модели может производиться изменением её параметров (коэффициенты в уравнении). Есть системы, сложность которых человечеству не удаётся исчерпать: их изучение бесконечно – очень сложные системы.

Особенности метода:

1. цикличность;

2. в каждом таком цикле объединены 2 функции: управление системой и ее изучение;

3. циклы организованы разумно: на каждом круге мы получаем новую информацию.

Этот метод называется так потому, что:

Воздействие на систему называется пробными действиями.

Разница между Y*(t) и Y(t) называется ошибкой, а каждое очередное управляющее воздействие – пробой.

Метод назван методом проб и ошибок, однако он сильно отличается от метода тыка. МПО – это умный метод, т. к. модель совершенствуется. Кардинальное отличие: нужное воздействие ищется не на системе, а на модели системы.

3 . Регулирование или управление по параметрам.

Модель сошла с траектории, хотя поначалу шла по желаемой. Не всегда внесение изменений в модель целесообразно (например, если изменение не повторится). Можно заставить систему идти по целевой траектории, изменив что-то в самой системе. Что можно изменить? Есть 2 возможности:

1. не меняя структуру состав, изменить только параметры – внутренние переменные величины;

2. изменить состав и структуру системы.

Например, если машина съехала с дороги на обочину, нужно подкрутить руль и выровнять машину, а не переделывать ее (изменять состав и структуру не нужно, нужно управлять параметрами так, чтобы вернуться на целевую траекторию).

Суть этого управления: удержать систему на целевой траектории за счет изменения ее параметров.

Функции:

1. держать в памяти опорную траекторию;

2. следить за реальной траекторией;

3. обнаруживать расхождение между целью и результатом (Y*(t) и Y(t));

4. выработать поправку, изменение параметров, которые побудили бы систему вернуться на целевую траекторию;

5. исполнять это воздействие на системе, возвращая её на опорную траекторию.

Этот тип управления также цикличен.

В схеме компонентов управления такого элемента у нас не было. Он получил название регулятор и помещается в позицию, которая позволяет отнести к управляемой или неуправляемой системе либо считать самостоятельной системой.

Регулирование имеет свои пределы – до тех пор, пока есть возможность вернуть систему на целевую траекторию, т. е. пока отклонения малы. Однако, на практике отклонения могут быть очень большие. В таком случае, нужно признать, что для данной системы поставленная цель недостижима. Но она может быть достижима для другой системы, отсюда – следующий тип управления: