ЛЕКЦИЯ 1- 2.

В жизнедеятельности человека возникают проблемные ситуации, решение которых зачастую связано с необходимостью создания сложных систем. Создание сложных систем, к которым в большинстве случаев относятся технические объекты, производится посредством их проектирования.

К системным средствам, используемым при проектировании, относятся методы анализа и синтеза сложных систем.

Системотехника- научно-техническая дисциплина, изучающая проблемы анализа и синтеза сложных систем. (Новопашин)

Различие в анализе и синтезе систем состоит в следующем:

Анализ ориентирован на изучение сложных систем. При анализе не создаются новые системы, а исследуются заданные.

Синтез нацелен на создание новых вариантов сложных систем, а анализ используется для оценки вариантов этих систем.

Система - целостный материальный объект, представляющий собой закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих элементов.

Элементы системы - относительно обособленные части системы, которые,не являясь системами данного типа, при их непосредственном взаимодействии порождают систему определенного функционального назначения.

Подсистема - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы.

Для системы характерно не только наличие связей между составляющими ее элементами, но и неразрывное единство со средой, во взаимоотношениях с которой система выражает свою целостность.

Каждая система может рассматриваться как подсистема (элемент) другой системы более высокого порядка и наоборот.

Многоуровневость (иерархичность) является характерной чертой сложных систем. Отдельные уровни системы реализуют определенные функции, а целостное функционирование системы представляет результат взаимодействия отдельных ее сторон и элементов всех иерархических уровней.

Для всех динамических систем естественной, технической и социальной природы характерна реализация в них функций обработки, передачи, хранения и управления информационными, энергетическими и технологическими процессами.

Сложность функционирования и развития системного объекта проявляется не только в том, что он состоит из большого количества элементов (рядом подсистем), но и в том, что в процессе формирования структуры сложной системы разрешается ряд противоречий на отдельных этапах создания и развития системы, а также на различных уровнях ее функционально-структурной организации.

Структура системы

Понятие структуры отражает упорядоченность, организованность системы. Внутренняя форма организации системы, выступающая как единство состава системы и устойчивых взаимосвязей между ее элементами, определяет структуру системы. Составляющие элементы системы и связи между ними определяют свойства системы.

В понятие “структура” вкладывают относительно инвариантные и статические, т.е. относящиеся к строению, способам взаимосвязи частей, закономерности. А в понятие “организация” - динамические элементы, относящиеся к функционированию и взаимодействию частей, системы.

Целостная система характеризуется не только пространственной, но и временной организованностью. Процессы в антропогенных системах (т.е. созданных человеком) осуществляются либо синхронно, с определенной периодичностью повторений, либо асинхронно, т.е. следующий процесс начинается по мере завершения предыдущего.

Таким образом структура предполагает определенную динамическую устойчивость пространственно-временных связей элементов системы.

Для сложных многоуровневых структур характерны три свойства: целостность, трансформация, саморегуляция.

Трансформация подчеркивает динамические свойства системы. Например: в ЭВМ на каждом такте работы под действием управляющей программы осуществляется необходимая коммутация функциональных компонентов системы.

Свойство саморегуляции связано с внутренними преобразованиями структуры, которые не выходят за пределы ее границ, и реализуются элементами структуры и направлены на сохранение работоспособности системы. Пример: принцип отрицательной обратной связи. В наиболее совершенных системах осуществляется компенсация утраченных функций за счет их перераспределения между элементами системы. Структура системы динамична, подвижна, изменчива.

Так, структура системы изменяется в процессе функционирования, в процессе взаимодействия с внешней средой, при изменении свойств ее элементов и перераспределения функций между ними. Структура антропогенной системы претерпевает количественные и качественные изменения в процессе развития, в периоды совершенствования или деградации.

Функция системы.

Функция системы характеризует проявление ее свойств в данной совокупности отношений и представляет собой способа действия системы при взаимодействии с внешней средой.

Функции системы представляют интегральную совокупность функций отдельных элементов, образующих систему.

Понятие функции тесно связано с понятием цели. Так, при рассмотрении цели определенной системы А с позиций системы В более высокого уровня, цель системы А может рассматриваться как функция по отношению к системе В.

Наиболее общее истолкование функции как внешнего проявления свойств объекта в определенной системе отношений с другими объектами системного и несистемного порядка, позволяют рассматривать их как совокупность функциональных возможностей системы, которые могут быть выражены как качественными, так и количественными характеристиками.

Поэтому, при создании системы необходимо тщательно проанализировать совокупность всех функций, реализуемых системой, и определить количественные характеристики хотя бы для основных показателей качества системы.

Диалектическая взаимосвязь функции и структуры системы.

В диалектическом материализме известны философские категории “содержание” и “форма”, и рассматривается их единство и противоречия, что предопределяет процессы развития.

Понятие “форма” рассматривается, в частности, как способ существования и выражения “содержания” в его различных модификациях. В смысле структура системы вполне соответствует философской категории “форма”.

Под “содержанием” понимают единство всех составных частей объекта(системы, элемента), внутренних процессов, связей, противоречий и тенденций развития. Такое понятие вполне соответствует функции системы.

Во взаимосвязи функции и структуры, функции отводится, как правило, определяющая роль. При этом структура трансформируется, видоизменяется в соответствии с реализуемыми функциями и конкретными условиями функционирования системы.

В этом состоит единство функции и структуры. Однако в этом заложены причины борьбы противоположности.

Исследование процессов возникновения, развития и разрешения противоречий между функциями, реализуемыми системой, и соответствующими структурами, предназначенными для реализации этих функций, является основой в теории развития систем.

При синтезе систем должна соблюдаться адекватность рассматриваемых функций уровню структурной организации системы.

Любая функция системы и составляющие ее элементы подчинены цели функционирования системы. Однако цель осуществима только тогда, когда имеются объективные возможности для ее реализации. Эти возможности определяются структурой системы, характеристиками ее элементов и внешней средой, с которой система находится в непрерывном вещественно-энергетическом и информационном обмене.

Взаимозависимость функции и структуры в процессе развития систем.

Изменение внешних условий влечет за собой изменение способа действия системы при ее взаимодействии с внешней средой, т.е. приводит к изменению функционирования системы.

Необходимость изменения функций приводит к перестройке структуры системы. Такой ход развития системы называют циклом развития первого рода - от функции к структуре.

Совершенствование самой структуры, например, при применении новой элементарной базы, например, с целью улучшения функционирования системы, относят к циклу развития второго рода - от структуры к функции.

В ходе эволюционного развития антропогенных систем достигается не только совершенствование взаимодействия системы с внешней средой (адаптация), но и совершенствование взаимодействия между подсистемами объекта - коадаптация.

Взаимосвязь этапов анализа и синтеза систем.

В науке, в теории систем, в практике инженерного проектирования все задачи принято делить на две группы: задачи анализа и задачи

-5-

синтеза. При этом анализ является логическим способом

воспроизведения в мышлении расчлененной объективно существующей целостной системы.

В процессе синтеза воспроизводится взаимодействие расчлененных в процессе анализа компонентов, движение и развитие целостной системы.

При анализе применяют два этапа. На первом этапе система разлагается на компоненты. На втором этапе выделяются признаки системы и ее элементов - свойства и отношения.

В настоящее время развивается системный анализ, который позволяет разделить сложную задачу на совокупность более простых задач, т.е. расчленить сложную систему на элементы.

В системном анализе используется метод декомпозиции целей, в основе которого лежит построение “дерева целей”.

Системный анализ включает эвристические методы: метод экспертных оценок, метод перекрестных сравнений, матричные, сетевые методы и т.д..

На всех этапах системного анализа используется по существу метод моделирования. В качестве моделей используются оптимальные, имитационные, игровые модели. (Проблема синтеза в настоящий момент остается открытой.)

В современной практике создания сложных систем синтез систем представляет сочетание содержательных (эвристических, интуитивных) и формальных (алгоритмических) методов.

Синтезировать систему - значит определить структуру системы и процессы ее функционирования.

Дата добавления: 2015-07-15