49281 (Типы и закономерности систем), страница 2

Понятие структуры происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок, а наиболее точное определение структуры выглядит следующим образом: "Под структурой понимается совокупность элементов системы и взаимосвязей между ними". При этом понятие "связи" может характеризовать одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Кроме того, при проведении анализа используются два определяющих понятия структуры: материальная структура и формальная структура.

В общем случае под формальной структурой понимается совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой поставленных целей. Из определения следует, что формальная структура описывает нечто общее, присущее системам одного типа.

В свою очередь материальная структура является носителем конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей.

Приведенные рассуждения позволяют сделать два вывода относительно сущности формальных структур: фиксированной цели соответствует как правило одна и только одна формальная структура; одной формальной структуре может соответствовать множество материальных структур.

При проведении системного анализа на этапе изучения формальных и материальных структур системы аналитики решают обычно следующие задачи:

соответствует ли существующая структура новым целям и функциям системы;

требуется ли реорганизация существующей структуры либо необходимо спроектировать принципиально новую структуру;

каким образом распределить (перераспределить) новые и старые функции системы по элементам структуры.

Все эти задачи во многом зависят от типов используемых в системе структур. В этой связи кратко рассмотрим ряд типовых структур систем, использующихся при описании организационно-экономических, производственных и технических объектов (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Типы (виды) структур

Линейная структура (рис.2.1, а) характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними. При выходе из строя хотя бы одного элемента (связи) структура разрушается.

Кольцевая структура (рис.2.1, б) отличается замкнутостью, любые два элемента обладают двумя направлениями связи. Это повышает скорость общения, делает структуру более живучей.

Сотовая структура (рис.2.1, в) характеризуется наличием резервных связей, что повышает надежность (живучесть) функционирования структуры, но приводит к повышению ее стоимости.

Многосвязная структура (рис.2.1,г) имеет структуру полного графа. Надежность функционирования максимальная, эффективность функционирования высокая, за счет наличия кратчайших путей, стоимость - максимальная. Частным случаем многосвязной структуры является "колесо" - (рис.2.1,д).

Иерархическая структура (рис.2.1,е) получила наиболее широкое распространение при проектировании систем управления, чем выше уровень иерархии тем меньшим числом связей обладают его элементы. Все элементы кроме верхнего и нижнего уровней обладают как командными, так и подчиненными функциями управления. Каждый уровень такой системы характеризуется уровнем иерархии, который определяется как отношение числа исходящих связей к числу входящих.

Звездная структура (рис.2.1,ж) имеет центральный узел, который исполняет роль центра, все остальные элементы системы являются подчиненными.

Графовая структура (рис.2.1,з) является инвариантной по отношению к иерархической и используется обычно при описании производственно-технологических систем.

В целом структура является материальным носителем целевой деятельности по ликвидации проблемной ситуации и от ее эффективности во многом зависит конечный результат этой деятельности. В этом случае при выборе того либо иного варианта структур, целесообразно использовать некоторые показатели эффективности, например: оперативность, централизация, периферийность, живучесть, объем.

Оперативность оценивается временем реакции системы на воздействие внешней среды либо скоростью ее изменения и зависит в основном от общей схемы соединения элементов и их расположения.

Централизация определяет возможности выполнения одного из элементов системы руководящих функций. Численно централизация определяется средним числом связей центрального (руководящего) элемента со всеми остальными.

Периферийность характеризует пространственные свойства структур. Численно периферийность характеризуется показателем центра тяжести структуры, при этом в качестве единичной оценки меры связности выступает "относительный вес" элемента структуры.

Живучесть системы определяет способность сохранять значения показателей при повреждении части системы. Этот показатель может характеризоваться относительным числом элементов (или связей), при уничтожении которых остальные показатели не выходят за допустимые пределы.

Объем является количественной характеристикой структуры и определяется обычно общим количеством элементов либо средней плотностью.

Задача оптимизации структуры с целью получения наибольшей эффективности системы является актуальной и требует определенного математического аппарата для своего решения. В качестве такого аппарата обычно используется теория графов и целочисленное программирование.

3. Области существования и свойства систем

Свойства систем различаются в зависимости от области существования этих систем. Области существования можно классифицировать, исходя из следующих возможных условий: являются системы живыми или неживыми, абстрактными или конкретными, открытыми или замкнутыми; обладают высокой или низкой степенью энтропии, или неопределенности; являются системы простыми организованными, сложными неорганизованными или сложными организованными; являются ли они целенаправленными; существует ли в них обратная связь; иерархически упорядочены системы или нет; являются ли они организациями.

Свойства области существования системы и накладываемые на неё ограничения определяют научный подход и методологию, которые должен быть использованы при изучении системы.

Понятие “ система” обладает двумя противоположными свойствами: ограниченностью и целостностью. Первое — это внешнее свойство системы, а второе — внутреннее, приобретаемое в процессе развития. Система может быть отграниченной, но не целостной (например, недостроенный дом), но чем более система выделена, отграничена от среды, тем более она внутренне целостна, индивидуальна, оригинальна. Согласно вышесказанному можно дать определение системы как отграниченного, взаимно связанного множества, отражающего объективное существование конкретных отдельных взаимосвязанных совокупностей тел и не содержащего специфических ограничений, присущих частным системам. Данное определение характеризует систему самодвижущейся совокупностью, взаимосвязью, взаимодействием. Важнейшие свойства системы: структурность, взаимозависимость со средой, иерархичность, множественность описаний. Ограниченность системы представляет собой первое и изначальное ее свойство. Это необходимое, но не достаточное свойство. Если совокупность объектов ограничена от внешнего мира, то она может быть системной, а может и не быть ею. Совокупность становится системой только тогда, когда она обретает целостность, т.е. приобретает структурность, иерархичность, взаимосвязь со средой. Ее свойство целого принципиально не сводится к сумме свойств составляющих элементов Структурность Поведение системы обусловлено не только особенностями отдельных элементов, сколько свойствами ее структуры Взаимозависимость со средой Система формирует и проявляет свойства в процессе взаимодействия со средой Иерархичность Соподчиненность элементов в системе Множественность описаний. По причине сложности познание системы требует, множественности ее описаний как целостность характеризуется системным способом бытия, которое включает ее внутреннее бытие, связанное со структурной организацией, и внешнее бытие — функционирование. Целостность, как известно, не сводима к своим составным частям. Здесь всегда наблюдается потеря качества. Поскольку научное описание объекта предполагает процедуры мысленного расчленения целостности, то целостность представляет собой некоторое множество описаний. Отсюда многообразие определений системы: структурированное множество; множество, взаимодействующее с окружением; упорядоченная целостность и т.д.

4. Системная совместимость и системный подход

К числу важнейших закономерностей систем относится их совместимость. Под совместимостью понимается взаимосвязанность элементов и подсистем одной системы с элементами и подсистемами других систем. Помимо этого система должна быть совместима с системами более высокого порядка через имеющиеся у нее входы и выходы.

Совместимость - возможность взаимодействовать с другими комплексами на основе развитых интерфейсов для обмена данными с прикладными задачами в других системах.

Термином «системный подход» принято называть особый способ исследования явлений и их взаимосвязь с другими явлениями. Инструментом системного подхода является системный анализ, который базируется на теории систем.

Системный подход – это принцип исследования, при котором рассматривается система в целом, а не её отдельные подсистемы. Его задачей является оптимизация системы в целом, а не улучшение эффективности входящих в неё подсистем. При улучшении системы ищут причины отклонений в рамках этой системы, не считая необходимым расширить эти рамки. Когда ставиться цель привести систему к норме, первоначальные предпосылки и цели, лежащие в основе этой системы, под сомнения не ставятся, хотя они могут быть устаревшими и неверными. При системном подходе ситуация обратная, здесь планировщик выступает в роли лидера, а не ведомого. Он пересматривает проект и конфигурацию системы, пытаясь устранить законодательные и территориальные барьеры, чтобы предотвратить действие побочных эффектов.

В противоположность методологии изменений, которую мы называем улучшение систем, системный подход является методологией проектирования, основывающийся на следующих положениях.

Проблема определяется с учетом взаимосвязи с большими (супер) системами, в которые входит рассматриваемая система и с которыми она связана общностью целей.

Цели системы обычно определяются не в рамках подсистем, а их следует рассматривать в связи с более крупными системами или системой в целом.

Существующие проекты следует оценивать величиной временных издержек или степенью отклонения системы от оптимального проекта.

Оптимальный проект обычно нельзя получить путем внесения небольших изменений в существующие принятые формы. Он основывается на планировании, оценке и принятии таких решений, которые предполагают новые и положительные изменения для системы в целом.

Системный подход и системная парадигма основаны на таких методах рассуждений, как индукция и синтез, которые отличаются от методов дедукции, анализа и редукции, используемых при улучшении систем.

Планирование представляет собой процесс, в котором планировщик берет на себя роль лидера, а не ведомого. Планировщик должен предлагать решения, которые смягчают или даже устраняют, а не усиливают нежелательные воздействия и тенденции предыдущих проектов систем.

Чтобы пользоваться этими положениями, следует определить ряд понятий.

Понятия, характеризующие системы

Элементы

Элементы являются составными каждой системы. Они могут в свою очередь представлять собой системы, т. е. быть подсистемами. Элементы систем могут быть неживыми или живыми. Элементы, поступающие в систему, называются входными, элементы, выходящие из нее, называются выходными.

Процесс преобразования

В организованных системах постоянно идёт процесс преобразования, в ходе которого элементы изменяют своё состояние. В процессе преобразования входные элементы трансформируются в выходные. В организованной системе ценность и полезность входных элементов при этом увеличиваются. Если же в процессе преобразования ценность и полезность элементов уменьшаются, то затраты в системе увеличиваются, а её эффективность уменьшается.

Входные элементы (входы) и ресурсы

Различие между входными элементами и ресурсами очень незначительно и зависит лишь от точки зрения и условий. В процессе преобразования входные элементы – это те элементы, которые потребляют ресурсы. Например, студенты, входящие в систему образования, являются входными элементами, в то время как преподаватели – это один из ресурсов, используемых в процессе преобразования. В рамках большой системы студенты, получившие образование, преобразовываются в ресурсы, когда они становятся активными элементами общества. Определяя входные элементы и ресурсы систем, важно указать, контролируется ли они проектировщиком системы, т. е. следует их рассматривать как часть системы или как часть окружающей их среды.

Выходные элементы (выходы)

Выходные элементы представляют собой результат процесса преобразования в системе и рассматриваются как результаты, выходы или прибыль.

На рисунке 4.1 представлена схема системы и её окружения. На ней показаны входные элементы, ресурсы и затраты, входящие в систему, и выходные элементы, результаты и прибыль, выходящие из неё.

Рисунок 4.1 – Система, её входы-выходы и окружающая среда.

Окружающая среда