Классификация систем. Роль классификации при исследования систем
3.1. Принципы и варианты классификации систем. Классификация предусматривает разбиение систем на классы по ряду выбранных, наиболее существенных признаков. Под классом при этом понимается совокупность объектов, обладающих признаками общности. Признак (совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации.
Каждая реальная система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками и, соответственно, ей может быть найдено место в разных классификациях – каждая из которых может оказаться полезной при выборе методов и средств исследования систем. Цель классификации систем – ограничить множество подходов к их отображению, выработать язык описания, наиболее подходящий для каждого отдельного класса. Возможные критерии классификации и классы систем иллюстрирует таблица 3.1.
Вариант классификации систем показан на рис. 3.1. По содержанию различают реальные (материальные, объективно существующие), и абстрактные (концептуальные, виртуальные, являющиеся продуктом мышления) системы. Реальные системы бывают естественными (природными) и искусственными (антропогенными). Естественные системы делятся на физические (химические и др.) системы неживой и биологические (живой) природы. Искусственные системы создаются человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий, они делятся на технические (технико-экономические); социальные (общественные) и организационно-технические.
|
|
|
Технические системы создаются человеком в определенных целях. Отличительными признаками технических систем являются конструктивность (практическая осуществляемость отношений между элементами), ориентированность и взаимосвязанность составных элементов, целенаправленность. К социальным относятся системы человеческого общества. Укрупненные организационно-технические системы состоят из организационных и технических подсистем. В настоящее время широко распространены человеко-машинные системы, важным фактором для которых является способ организации взаимодействия человека с технической подсистемой («автомобиль-водитель»; «самолет-летчик»; «ЭВМ-пользователь» и т.п.).
Таблица 3.1. Критерии классификации и классы систем
| Критерий классификации | Классы систем |
| По взаимодействию с внешней средой | Открытые Закрытые Комбинированные |
| По структуре | Простые Сложные Большие |
| По характеру функций | Специализированные Многофункциональные (универсальные) |
| По характеру развития | Стабильные Развивающиеся |
| По степени организованности | Хорошо организованные Плохо организованные (диффузные) |
| По сложности поведения | Автоматические Решающие Самоорганизующиеся Предвидящие Превращающиеся |
| По характеру связи между элементами | Детерминированные Стохастические |
| По характеру структуры управления | Централизованные Децентрализованные |
| По назначению | Производящие Управляющие Обслуживающие |
|
|
|
Абстрактные системы являются результатом отражения действительности (реальных систем) в сознании человека. Создание абстрактных систем – необходимая ступень эффективного взаимодействия людей с окружающим миром. По своей природе данные системы виртуальны (идеальны) и в то же время вполне объективны, поскольку их первоисточником является реально существующая действительность.
Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие отдельные аспекты реальных систем) и генерализирующие – системы обобщающего отображения. К первым относятся математические и эвристические системы (модели), а ко вторым – концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.
Рис. 3.1. Классификация систем
Особенностью эвристических моделей является отсутствие количественного подтверждения их правомерности, хотя применение этих моделей способствует более глубокому проникновению в суть проблем. Концептуальная система включает множество понятий и связей между ними, язык – это система знаков для обмена информацией.
|
|
|
3.2. Другие варианты классификации систем. По отношению к внешней среде (см. таблицу 3.1) системы разделяются на открытые, закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные. Данное деление связано с их возможностью сохранения системой своих свойств при наличии внешних воздействий: если система нечувствительна к внешним воздействиям ее можно считать закрытой, если нет – то открытой. Все реальные системы являются открытыми, поскольку каждая такая система является частью (подсистемой) более общей системы или нескольких систем.
Открытая система соединена с окружением коммуникациями в виде сети внешних связей. Выделение внешних связей и описание механизмов взаимодействия «открытая система-среда» является одной из центральных задач ТС, поскольку для открытых систем существенны не только внутренние связи между элементами, но и внешние связи со средой. При описании систем внешние каналы связи стараются разделить на входные (по которым среда воздействует на систему) и выходные (соответствующие обратному воздействию). Совокупность элементов данных каналов, принадлежащих рассматриваемой системе, называют входными и выходными полюсами системы. В составе каждой открытой системы хотя бы один элемент имеет связь с окружением, а также присутствуют хотя бы один входной и один выходной полюсы, которыми она связана с внешней средой. Все указанные связи носят, как правило, направленный характер.
|
|
|
Внутренних и внешних связей в реальных системах так много, что все их учесть и исследовать невозможно. Число связей обычно искусственно ограничивают путем исключения несущественных, мало влияющих на эффективность функционирования системы и качество результатов решения конкретных задач. При этом если изменение характеристик связи или ее обрыв приводят к значительному ухудшению качества работы (снижению эффективности) системы, такая связь считается существенной и исключению не подлежит. Одной из важнейших задач исследователя является выделение каждой существенной в условиях решаемой задачи связи системы и отделение ее от несущественных. Поскольку входные и выходные полюса системы не всегда удается четко выделить, при этом приходится прибегать к определенной идеализации действий системы. Наибольшей идеализацией является рассмотрение реальной системы как закрытой.
Закрытая система не взаимодействует с внешней средой или взаимодействует с ней только строго определенным и оговоренным образом. В первом случае предполагается, что система не имеет входных полюсов, во втором – что входные полюса есть, но воздействие среды на систему через них носит неизменный характер и полностью известно заранее. В итоге все воздействия относятся к самой системе и ее рассматривают как закрытую – полагая, что любой элемент в ней имеет связи только внутри самой системы.
Анализ работы закрытых систем, таким образом, предполагает некоторую абстракцию ситуации (заключающееся в отказе от внешних связей) для упрощения описания и исследования реальных систем. Такое упрощение может быть оправдано, если временный разрыв или изменение характера внешних связей не вызывают отклонений в работе системы сверх установленных заранее допустимых пределов, то есть когда система связана с внешней средой достаточно слабо. В противном случае считать реальную систему закрытой нельзя. Комбинированные системы содержат открытые и закрытые подсистемы, взаимодействие которых могут быть достаточно сложным.
3.3. Особенности систем разных типов. В зависимости от структуры и пространственно-временных свойств классификация предусматривает разделение систем на простые, большие и сложные. Простые системы не имеют разветвленных структур и состоят из небольшого числа компонентов. Их элементы служат для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархические уровни. Отличительной особенностью простых систем обычно является детерминированность (четкая определенность) номенклатуры, числа элементов и связей – как внутренних, так и внешних. Большая система является ненаблюдаемым с позиции одного наблюдателя полностью, распределенным во времени и пространстве объектом, где число подсистем обычно очень велико, а состав разнороден. В практическом плане большими также можно считать системы, для моделирования которых не хватает материальных ресурсов (машинного времени, емкости памяти ЭВМ и т.п.).
Сложные системы также характеризуются большим числом элементов и внутренних связей, их многообразием и неоднородностью, структурным разнообразием, они выполняют сложные функции или ряд функций. Их компонентами являются подсистемы, каждую из которых можно детализировать и рассматривать как систему, состоящую из более простых подсистем до тех пор, пока не будут получены ее неделимые элементы.
Определение №1. С гносеологической (познавательной) точки зрения систему можно считать сложной, если ее изучение требует совместного привлечения большого числа теоретических моделей и научных дисциплин, а также учета неопределенности вероятностного и детерминированного характера. Следствием сказанного является многомодельность сложной системы, где модель – это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой (моделируемой) системе.
Определение №2. Система является сложной, если в ней присутствуют и существенно проявляют себя следующие признаки:
- структурная сложность, которая определяется по числу элементов системы, числу и разнообразию типов связей между ними, числу иерархических уровней и подсистем. Основными типами здесь считаются следующие виды связей: структурные (в том числе иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные), информационные, пространственно-временные;
- сложность функционирования (поведения), определяемая характеристиками множества состояний, правилами перехода из одного состояния в другое, воздействиями системы на среду и среды на систему, степенью неопределенности перечисленных характеристик и правил;
- сложность поведения в многоальтернативных ситуациях, когда выбор поведения определяется целью системы, гибкостью реакций на заранее неизвестные воздействия внешней среды;
- сложность развития, определяемая характеристиками эволюционных или скачкообразных процессов.
Характерным очевидным признаком сложной системы является иерархическое построение, причем уровни иерархии могут быть как однородными, так и неоднородными. Сложным системам присущи также слабая предсказуемость поведения, скрытность и разнообразие состояний.
В составе сложных систем можно выделить следующие подсистемы:
- решающую, которая принимает главные решения во взаимодействии с внешней средой и распределяет локальные задания между всеми другими подсистемами;
- информационную, которая обеспечивает сбор, переработку и передачу информации, необходимой для принятия главных решений и выполнения локальных задач;
- управляющую для реализации главных решений при достижении цели системы;
- гомеостазную, поддерживающую динамическое равновесие внутри системы и регулирующую потоки энергии и вещества в подсистемах;
- адаптивную, которая накапливает опыт в процессе обучения для улучшения структуры и функций системы.
Реальная система может быть одновременно и большой, и сложной. Сложные системы представляют собой более обширную группу систем, где большие системы являются подклассом сложных систем. Основополагающими при анализе и синтезе больших и сложных систем являются процедуры декомпозиции и агрегирования.
Декомпозиция – это разделение системы на части с последующим рассмотрением данных частей по отдельности. Декомпозиция касается главным образом моделей систем, так как реальные системы не могут быть разделены без нарушения их свойств. На уровне модели разрозненные связи либо заменяются соответствующими эквивалентами, либо модель системы строится так, что разложение ее на отдельные части оказывается естественным. Применительно к большим и сложным системам декомпозиция является мощным инструментом проведения исследований. Агрегирование противоположно декомпозиции и предполагает объединение в процессе исследования элементов системы с целью ее рассмотрения с более общих позиций. Декомпозиция и агрегирование представляют собой две стороны подхода к рассмотрению больших и сложных систем, применяемые в диалектическом единстве.
3.4. Перспективные виды систем. С точки зрения характера функций различаются специализированные, многофункциональные и универсальные системы. Для специализированных систем характерны единственность назначения и узкая профессиональная специализация персонала. Многофункциональные системы позволяют реализовать на одной и той же структуре несколько функций (пример: производственная система, обеспечивающая выпуск продукции при заданной номенклатуре). Универсальные системы реализуют множество действий на одной структуре, однако состав ее функций по виду и количеству здесь более разнороден (менее определен).
По характеру развития системы могут быть стабильными и развивающимися. Структура и функции стабильной системы практически не меняются в течение всего периода ее существования, качество функционирования таких систем ухудшается по мере износа их элементов (восстановительные работы могут снизить темпы данного ухудшения). Особенностью развивающихся систем является существенное изменение их структуры и функций с течением времени. Функции при этом более постоянны (хотя и они часто видоизменяются), а практически неизменным остается лишь назначение развивающихся систем – которые, как правило, являются достаточно сложными.
По степени организованности системы делятся на хорошо организованные и плохо организованные (диффузные). Представить объект или процесс в виде хорошо организованной системы означает полностью определить все элементы системы, их взаимосвязи и правила объединения в более крупные компоненты. Проблемная ситуация может быть описана в математическом виде, а решение проблемы осуществляется для формализованного представления системы с помощью аналитических методов. Однако попытки применить класс хорошо организованных систем для представления реальных многокомпонентных объектов или решения многокритериальных задач требуют недопустимо больших затрат времени, приводят к практически нереализуемым и неадекватным моделям.
При представлении объекта в виде плохо организованнойсистемы не ставится задача в полном объеме определить все учитываемые элементы, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется конечным набором макропараметров и закономерностей, которые находятся не на основе исследования всего объекта или класса явлений, а с помощью некоторой выборки компонентов, характеризующих данный объект или процесс. Путем такого выборочного исследования получают характеристики и закономерности (статистические, экономические), которые распространяются на систему в целом – оговаривая надежность и достоверность этих данных с некоторой доверительной вероятностью. Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при описании систем массового обслуживания, определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, исследовании документальных потоков информации в системах управления и т.д.
По степени усложнения поведения системы классифицируются как автоматические, решающие, самоорганизующиеся, предвидящие, превращающиеся. Автоматические системы однозначно реагируют на ограниченный набор внешних воздействий, внутренняя их организация приспособлена к переходу в равновесное состояние при выводе из него (свойство гомеостаза). Решающие системы имеют постоянные критерии различения (шаблоны) их типовых реакций на широкие классы внешних воздействий (постоянство их внутренней структуры поддерживается заменой вышедших из строя элементов).
Самоорганизующиеся системы используют гибкие критерии различения и реакции на внешние воздействия, они могут приспосабливаться к различным типам воздействий. Устойчивость структуры высших форм таких систем обеспечивается способностью постоянного самовоспроизводства, данные системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью параметров и процессов. Для них характерны также непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды (менять структуру при взаимодействии со средой, сохраняя целостность); способность формировать варианты поведения и выбирать из них наилучший и т.д. Данный класс включает подклассы адаптивных (самоприспосабливающихся); самовосстанавливающихся, самовоспроизводящихся и других развивающихся систем.
Если устойчивость системы по сложности превосходит самые сложные воздействия внешней среды – такая предвидящая система будет способна «предугадывать» дальнейший ход событий с ее участием. Превращающиеся системы – это воображаемые пока что системы высшего уровня сложности, не связанные постоянством своих вещественные носителей, которые могут менять их, сохраняя индивидуальность.
3.5. Виды технических систем. Данные системы можно разделить на виды по признакам структуры их построения и значимости той роли, которую играют в них отдельные составные части в сравнение другими частями.
В детерминированных системах каждое состояние однозначно определяется набором начальных значений и может быть предсказано для любого последующего момента времени. В стохастических системах изменения носят случайный характер, поэтому данных о текущем состоянии системы недостаточно для предсказания ее состояния в последующие моменты времени под влиянием случайных воздействий.
Если в системе одной из ее частей принадлежит доминирующая роль (ее значимость существенно превосходит значимость других частей), этот компонент считается центральным и систему называют централизованной. Если компоненты системы примерно равнозначны и последовательно или параллельно взаимосвязаны друг с другом, имея примерно одинаковое значение для функционирования системы в целом – такая система называется децентрализованной.
По назначению среди технических и организационных систем выделяют производящие, управляющие и обслуживающие. В производящих системах реализуются процессы получения необходимых рынку продуктов и услуг: они, в свою очередь, делятся на вещественно-энергетические (где осуществляется преобразование природной среды или сырья в конечный продукт вещественной или энергетической природы, либо транспортирование такого рода продуктов), и информационные – предназначенные для сбора, передачи и преобразования информации и предоставление информационных услуг. Назначением управляющих систем является организация и управление вещественно-энергетическими и информационными процессами. Обслуживающие системы занимаются поддержкой заданных пределов работоспособности производящих и управляющих систем.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 2735; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!