3. Структура системы.

Под структурой, системы понимается устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей между ними, определяющая функциональ­ную компоновку системы и ее взаимодействие с внешней средой.

Пример. Примерами структур могут быть структура извилин мозга, структура студентов на курсе, структура государственного устройства, структура кристаллической решетки вещества, структура микросхемы и др. Кристаллическая решетка алмаза - структура неживой природы; пчелиные соты, полосы зебры - структуры живой природы; озеро - структура экологической природы; партия (общественная, политическая) - структура социальной природы; Вселенная - структура как живой и неживой природы.

4. Понятие метасистемы.

Более мелкая или вложенная система – подсистема, а более крупная – метасистема.

С уществует два способа интегрирования систем: создание структурированной системы или метасистемы. В первом случае система разбивается на подсистемы, которые в свою очередь дробятся на подсистемы второго уровня, третьего уровня и так далее. Во втором случае система формируется на основании правила замены, когда из некоторого набора систем в каждый момент выбирается одна или некоторая группа функционирующих систем. Структурированную систему характеризуют следующие признаки:

- между элементами существует сильная и стабильная взаимосвязь;

- в данный момент времени функционируют все элементы системы.

- число элементов системы определяется по принципам полноты и достаточности;

Отличия структурированной системы от метасистемы иллюстрируются рисунком 2.1.

Метасистемный подход характеризуется тремя существенными особенностями, коррелирующими с указанными выше признаками и отличающимиего от традиционного системного.

Во-первых, элементы метасистемы в большой степени самодостаточны и независимы друг от друга.

Во-вторых, в метасистеме в любой момент времени функционируют не все элементы, а лишь один, либо некоторая группа, выбранных.Наконец, в метасистеме количество элементов удовлетворяет совсем другим критериям и должно быть оптимальным в соответствии с ними.Поэтому, чтобы в практической задаче доказать правомерность метасистемного подхода необходимо в первую очередь отыскать данные отличительные признаки. Примером метасистем может служить набор нескольких технологий изготовления продукции, обучения, лечения. Метасистемный подход позволяет расширить круг объектов управления в сторону возрастания сложности за счет включения в состав метасистемы управления даже разнородных регуляторов и адекватного применения процедур их замены. При

этом в зависимости от природы явления, могут всякий раз выбираться либо одна технология, либо некоторая группа параллельно функционирующих. В зависимости от этого рассматриваются два класса метасистем: последовательного и параллельного действия.

Каждый уровень изучения систем имеет свой, характерный именно для него набор задач.

Исходные системы требуют определиться со свойствами, принимаемыми к рассмотрению, процедурами их измерения, а также с базами, на которых рассматриваются изменения этих свойств.

Поскольку исходные системы являются всего лишь схемой, в случае систем данных возникают задачи сопоставления реальных данных переменным и параметрам, также степени уверенности в их значениях в случае нечетких каналов измерения, а также задачи осмысления и получения этих данных, определения их полноты.

Большим разнообразием отличается множество задач уровня порождающих систем, которые по сути моделируют процесс порождения данных. Здесь и задачи выбора масок, их упрощения и задачи оценки поведения систем и поиска систем с подходящим поведением, то есть задачи исследования

и проектирования систем. Структурированные системы требуют решения задач проектирования

систем, их идентификации и реконструкции. При проведении всех этих процедур требуется решать задачу упрощения.

При метасистемном подходе необходимо решить следующие типовые

задачи :

- выявление диапазонов эффективного функционирования систем;

- оценка и повышение необходимого уровня готовности систем к использованию

-выявление и обеспечение сочетаемости, согласованного взаимодействия систем;

- разработка стратегии переключения отдельных или групп одновременно функционирующих систем;

- оптимальное перераспределение ограниченных общесистемных ресурсов;

- оптимальный синтез метасистемы.

Метасистемный анализ удобнее всего начинать с выявления диапазонов оптимального функционирования систем, поскольку на их основе в дальнейшем удобно разрабатывать стратегию выбора.

При решении этой задачи важно помнить, что метасистема возникает там и тогда, где и когда диапазон решаемой задачи настолько велик, что он не перекрывается использованием одной системы, либо эта система функционирует неэффективно в некоторых частях общего диапазона. Поэтому и возникает задача выявления границ, разделяющих поддиапазоны эффектив-

ного функционирования систем.

Метасистема должна выбирать функционирующие системы на основе некоторой модели. Существующая модель, при которой оценивается внешний процесс и на основе этой оценки принимается решение о выборе, не учитывает внутренние процессы, проходящие в самой метасистеме. Из-за этого и возникают основные проблемы неточности срабатывания метасистемы. Рассмотрим этот аспект подробнее.

Метасистема, как известно, включает несколько систем. В ней и в каждой из входящих в нее систем протекают процессы управления. Они являются ведомыми. Кроме того, всегда имеется другой процесс (протекающий вовнешней среде или в объекте управления), который является ведущим для

метасистемы. Для большей общности разрабатываемых методов необходимо рассматривать данные процессы как стохастические.

Главная задача метасистемы, таким образом, заключается в согласовании двух процессов (то есть она является следящей системой управления). С одной стороны, она может выбирать (включать) одну из систем, максимизирующую некоторый критерий качества. С другой, пользуясь другим критерием, - перераспределять общесистемные ресурсы управления между функционирующими параллельно системами.

Данный подход является концептуальным, поскольку, он используется и для классификации метасистем и для оптимизации набора, входящих в метасистему систем и для оптимального

управления ими при функционировании

5. Взаимосвязь системы с окружающей средой.

6. Адаптивность систем. Гомеостаз.

Адаптивная система (самоприспосабливающаяся система) — система, автоматически изменяющая алгоритмы своего функционирования и (иногда) свою структуру с целью сохранения или достижения оптимального состояния при изменении внешних условий.

Гомеостаз — способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.

7. Иерархические системы.

Иерархической называется структура, удовлетворяющая следующим условиям: 1.каждая подсистема является либо управляющей или подчиненной, либо управляющей и подчиненной одновременно; 2.существует, по крайней мере, одна только подчиненная подсистема; 3.существует только одна управляющая подсистема; 4.любая подчиненная подсистема непосредственно взаимодействует только с одной управляющей.

8. Надежность и устойчивость систем.

Надёжность – способность выполнять свою функцию в течение длительного времени. Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Устойчивость – способность системы сохранять текущее состояние (выполнять свои функции) при наличии внешних воздействий.

9. Основные принципы описания систем.

По содержанию и назначению все принципы системного подхода могут быть разделены на:

·      общесистемные принципы;

·      принципы проектирования систем;

·      принципы управления;

·      принципы моделирования;

·      принципы описания конкретной предметной области.

I. Общесистемные принципы. Устанавливают особенности и направления практической реализации системного подхода как научного метода диалектико-материалистической методологии, имеющего, в силу высокой общности, общенаучное значение. Пренебрежение или неверное трактование общесистемных принципов может привести не только к неэффективному функционированию проектируемой системы и ограничению ее возможностей, но и к преждевременному разрушению и даже гибели системы.

Среди общесистемных принципов принцип системности является основным, поскольку он определяет сущность системного подхода к исследованию и проектированию систем любой природы.

Согласно этому принципу любая сложная динамическая система, с одной стороны, является системой среди себе подобных, а с другой стороны, может быть подсистемой некоторой более сложной системы. Этот принцип указывает, что при проектировании и исследовании сложных систем должны учитываться не только взаимосвязи между элементами внутри системы, но и связи с другими системами, образующими внешнюю среду. Система и внешняя среда должны рассматриваться при анализе ситуаций, порождаемых изменением либо текущего состояния системы, либо состояния внешней среды, как единое целое.

Системные принципы отражают те закономерности, которые присущи всем этапам существования системы. Поэтому использование системных принципов целесообразно при решении проблем, связанных с разработкой концепций и методологий, с проектированием (синтезом) и исследованием (анализом), с моделированием, диагностикой и прогнозированием, планированием и управлением, адаптацией и самоорганизацией и т.д.

Принцип декомпозиции заключается в возможности расчленения по тому или иному признаку исходной системы как по горизонтали, так и по вертикали на множество элементов (подсистем) и связей между ними и в формировании для них собственных (индивидуальных) функций и целей управления из условия обеспечения исходных общесистемных функций и целей управления. Отметим, что процедура выделения элементного состава системы, ее системных свойств и признаков определяется особенностями ее организации, задачами и целями исследования и не всегда является очевидной и легко разрешимой процедурой.

В результате декомпозиции по горизонтали образуется многосвязная система с той или иной плоской структурой, состоящей из нескольких взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем, имеющих свои функции и цели. В результате декомпозиции по вертикали подсистемы также имеют свои собственные цели и функции, выполнение которых направлено на достижение глобальной цели ПРС.

Принцип интеграции (композиции) заключается в возможности объединения по определенным правилам и различными способами множества исходных элементов (подсистем) с помощью множества связей в единую систему и в выявлении общесистемных свойств и функций вновь образованной системы. Отметим, что данный принцип распространяется не только на способы формирования структуры сложной системы, но и на способы формирования характеристик системы из характеристик подсистем.

Использование принципа интеграции при разработке ПРС позволяет сформировать и решить ряд проблем, связанных с разработкой функциональных и структурных схем описания объекта и системы управления.

II. Принципы проектирования систем. Определяют основные требования к составу, структуре, функционированию и физической реализации системы. Большинство принципов носит общесистемный характер, поэтому при проектировании ПЭС уточняются содержание основных элементов системы и особенности функционирования системы.

Принцип адекватности (соответствия) определяет, что две подсистемы, предназначенные для достижения одной общей цели, должны быть адекватны (соответствовать друг другу) по свойствам, характеристикам, функциям, структуре, степени сложности и т.д.

Принцип согласованности заключается при проектировании в том, что все элементы (подсистемы) сложной системы, как по горизонтали, так и по вертикали, должны быть согласованы между собой по всем показателям с целью достижения заданной эффективности системы.

Частными случаями принципа согласованности являются:

а) принцип оптимальности, заключающийся в таком согласовании, например, режимов функционирования элементов (подсистем) сложной системы по расходу ресурсов, при котором обеспечивается максимальная эффективность системы, характеризуемая, как правило, векторным показателем оптимизации;

б) принцип координации (синхронизации), заключающийся в согласовании движений всех элементов системы во времени и по форме. Реализация этого принципа обеспечивает максимальные темпы группового движения, в частности, изготовления изделий из нескольких комплектующих элементов;

в) принцип сбалансированности заключается в согласовании целей и функций всех уровней по вертикали с учетом характера связей между ними и выделенного количества ресурсов для достижения этих целей или реализацию намеченных планов и программ. По этому принципу выделяют финансовые и материальные ресурсы, укомплектовывают штаты, выделяют транспортные средства между регионами, предприятиями, цехами для решения поставленных задач.

Принцип типизации и стандартизации состоит в том, что в проектируемой организационной системе должны максимально использоваться стандартные или типовые элементы и принимаемые решения. Применение этого принципа при проектировании сложных систем способствует снижению стоимости проекта системы и создает объективные предпосылки для автоматизации процессов выбора структуры системы, принятия решения в типовых ситуациях, декомпозиции сложных функций системы и т.п.

Принцип реализуемости (осуществимости) состоит в том, что проектируемая сложная система в своей структуре не должна содержать ни одного элемента, который нельзя было бы реализовать располагаемыми средствами техники и технологии.