Проектирование СТС (Лекции или что-то типа. Бехметьев В.И. часть 1)

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СВОЙСТВА СИСТЕМ

Система – объект любой природы (совокупность взаимодействующих объектов любой, в том числе различной природы), обладающий выраженным системным свойством (свойством, которого не имеет ни одна из частей системы при любом способе членения и не выводимым из свойств частей).

Подсистемы – части системы с аналогичными свойствами.

Надсистема – объединение нескольких систем (система более высокого порядка).

Объект – элемент системы с однозначно определенными известными свойствами.

Каждая система имеет входы и выходы. Вход – множество контактов (непрерывное или дискретное), посредством которых воздействие среды передается системе. Выход - множество контактов, через которые система воздействует на среду. Любой элемент системы имеет по крайней мере один вход и один выход. Воздействие может состоять в передаче вещества, энергии, информации или их различных комбинаций (рис.1).

Подсистема 1

Подсистема 2

Подсистема 3

Рис.1. Структурная схема взаимодействия системы

с о средой.

Воздействие: (передача вещества, энергии,

и х различные комбинации).

А,Б,В,Г,Д,Е – объекты.

Вещественный, энергетический, информационный обмен между системой и средой называется метаболизмом системы.

Понятия «элемент», «подсистема», «система», «надсистема» взаимно преобразуемы: система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка, а элемент – как система. Отношение к системе определяется не только ее содержанием, но и точкой зрения, позицией исследователя.

В практике часто используется термин «большая система». Это система (крупномасштабная), количество подсистем которой очень велико, а состав разнороден.

Среда – это есть окружение, с которым система взаимодействует. Взаимодействующие со средой системы называются открытыми.

Закрытые (замкнутые) системы среды не имеют. Средой для одной из подсистем системы могут служить в этом случае остальные подсистемы или часть из них, а также другие «сторонние» системы. Среда – тоже система.

Состояние системы – есть упорядоченная совокупность значений параметров (внутренних и внешних), определяющих ход процессов, происходящих в системе.

Поведение системы – есть развернутая во времени последовательность реакции системы на внешнее воздействие.

Сложные системы обладают особыми свойствами (рис.2):

Сложная система

Уникальность

икальность

Слабопредсказуемость

Негентропийность

Целенаправленность

Не имеет полных аналогов поведения

Никакое подробное знание морфологии и функций подсистем не позволяет определить функции объекта, никакое точное знание поведения объекта на интервале (-Т,0) не позволяет точно предсказать его поведение на интервале (0,Т).

«Вероятность» пребывания в данном состоянии – определяет стремление системы к основному процессу и способность устранять последствия внешних и внутренних случайных воздействий.

Стремление к достижению цели, тенденция к сохранению и усилению основного процесса, ведущего к цели.

Рис. 2. Свойства сложных систем.

Сложные системы могут иметь различную природу. Это и «чисто физические» неравновесные необратимые системы (вулканы, солнце), и технические системы (производство), и биологические системы (экологический комплекс, клетка, живое существо), и общественные системы различного уровня (человек, отрасль промышленности, экономика). Обобщенных законов, действующих в конкретных сложных системах, не существует, они уникальны: каждый раз исследователь имеет дело с новым объектом. Найти всеобщие связи, охватывающие все сложные системы и допускающие в то же время их конкретизацию, не удается. В связи с этим, целесообразно ввести понятие принципа, являющегося более широким и подходящим в плане существования и действия сложных систем.

СИСТЕМНЫЕ КОНСТАНТЫ И ИНВАРИАНТЫ

Происходящие в сложной системе процессы невозможно описать в принятой и согласованной (основной) системе физических единиц и размерностей. Кроме того, сама физическая природа явлений и факторов, действующих в сложных системах, также далеко не всегда известна и однозначна. Поэтому, с целью анализа процессов, происходящих в сложных системах, часто представляется целесообразным введение некоторых производных от стандартных физических единиц, которые наиболее адекватно описывали бы сущность исследуемых процессов, были бы наиболее близки к тому или иному исследуемому критерию оптимальности системы. Эти величины могут даже получить статус автономных законов сохранения в рамках данного класса задач. Однако, следует иметь в виду, что вопрос о применимости каждого из подобных законов должен решаться экспериментально и тщательно проверяться. В сложных системах могут возникать временные инварианты, теряющие свою силу в процессе функционирования системы, и существует опасность принять их за истинные системные константы. Некоторые рекомендуемые для конкретных случаев инварианты физических констант представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Физическая величина	Обозначение	Размерность	Пример системы, где величина является инвариантом
Длина	L	м	Транспортная сеть, сеть связи.
Скорость		м/с	Приращение транспортной сети, скорость перевозок, выпуск продукции.
Ускорение		м/с2	Повышение производительности выпуска продукции
Площадь	S	м2	Производственная площадь
Скорость изменения площади		м2 /с	Строительство производственных площадей
Ускорение изменения площади		м2 /с2	Повышение производительности выпуска подукции, измеряемой площадью поверхности.
Объем	V	м3	Емкости жидкостей и др.
Скорость изменения объема		м3 /с	Рост живых существ
Масса	М	кг	Физический закон сохранения
Скорость изменения массы		кг/с	Производство
Ускорение изменения массы		кг/с2	Прирост производства
Сила		Н	Движитель, тяга
Импульс		кг*м/с	Физический закон сохранения
Скорость изменения силы		Н/с	Диагностические системы
Ускорение изменения силы		Н/с2	Транспортное средство, взрыв
Энергия, работа		Дж	Физический закон сохранения
Мощность	Р	Вт	Энергосистемы
Скорость изменения мощности		Вт/с	Развитие энергосистем
Ускорение изменения мощности		Вт/с2	Темп развития энергосистем
Произведение мощности на длину		Вт*м	Транспортная сеть, линия энергопередачи.
Доход	q	руб	Показатель деятельности предприятия
Скорость изменения дохода		Руб/с	Темп экономического развития компании

КОНЦЕПЦИЯ ТЕХНИКИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА