Определение и понятие системы и ее элементов

 

Система – объект, процесс в котором участвующие элементы связаны некоторыми связями и отношениями. Элементами могут быть физические объекты (оборудование, машины, приборы, здания и т.п.), явления (нагревание, охлаждение, свечение, электромагнетизм), процессы, в том числе и технологические (упаковка, взвешивание, сортирование, мойка и т.п.). Элемент системы- ее неделимая часть в рамках конкретного исследования, реализующая конкретные функции. Элемент системы описывается множеством различных характеристик, параметров, связями с соседними элементами. Связи между элементами делают систему единым целым. Элементы отличаются друг от друга выполняемыми функциями, состояниями, входами и выходами.

Система- понятие относительное. Некоторая совокупность элементов может быть частью более крупной системы, небольшой ее частью или рассматриваться самостоятельно, не зависимо от окружающего мира. Это зависит от цели исследования. Для установления системы, сферы ее действия необходимо выявить ее границы и состав. При установлении границ системы выявляются причинно-следственные взаимосвязи между ее элементами.

Подсистема - часть системы с некоторыми связями и отношениями. Любая система состоит из подсистем, любая подсистемы любой системы может быть рассмотрена сама как система.

Термин «система» появился в научной литературе давно и является таким же неопределенным, как термины «множество» или «совокупность». Наиболее широко этот термин первоначально использовался в механике, где обозначал материальную систему, т.е. совокупность материальных точек, подчиненных определенным связям. В дальнейшем понятие системы было распространено на биологические, экономические, технологические и другие объекты.

Для выделения системы требуется определить:

- цель, для достижения которой формируется система;

- объект исследования, состоящий из множества элементов, связанных с точки зрения цели в единое целое системными признаками;

- субъект исследования, наблюдения, заказчика, формирующего ситстему;

- характеристики внешней среды по отношению к системе и отражение их взаимосвязей с системой.

Цель функционирования определяет системные признаки, с помощью которых описываются элементы системы. Система с точки зрения цели есть упорядоченное представление об объекте (существующем или проектируемом). Разные субъекты, в зависимости от цели, могут иметь свои представления об элементах системы, их взаимосвязях и связях с внешней средой.

Цель- это субъективный образ, абстрактная модель несуществующего, но желаемого состояния производства, которое решило бы возникшую проблему.

Цели, которые ставит перед собой человек, редко достижимы только за счет его собственных возможностей, или возможностей производства, к которому он причастен.

Cтечение обстоятельств, характеризующееся различием между необходимым (желаемым) и существующим, называется проблемой, или проблемной ситуацией. Проблемность существующего положения, в частности с производством продукции, осознается в несколько стадий: от смутного ощущения, что «что-то не так», к осознанию потребности, затем выявлению проблемы и, наконец, к формулировке цели.

Вся последующая деятельность, способствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цели. Эта деятельность направлена на отбор из окружающей среды элементов, свойства которых можно использовать на достижение поставленной цели, и на объединение этих элементов надлежащим образом, т.е. как работу по созданию того, что мы называем системой.

В таблице 1.1. приведены примеры целей и систем, предназначенных для их реализации. Соответствие между целями и системами сформулировать достаточно сложно. Так, если между первыми тремя целями и системами формулировка соответствия не вызывает затруднений, то остальные две цели могут иметь несколько систем, и наоборот. Для обеспечения быстрого перемещения сельскохозяйственной продукции с поля в качестве системы можно использовать не только грузовой автомобиль, но и тракторный прицеп, контейнеровоз и т.п. Аналогично звуковая информация может быть передана по радиостанции.

 

Таблица 1.1. Цели и системы

Nпп	Цель	Система
	В произвольный момент указать время	Часы
	Обеспечить производство зерна пшеницы определенной массы	Сельскохозяйственное предприятие
	Обеспечить выпечку хлеба в заданном ассортименте для значительного количества людей	Пекарня
	Обеспечить быстрое перемещение заданного количества сельскохозяйственной продукции от поля до склада	Грузовой автомобиль
	Передать звуковую информацию в пределах определенного района мгновенно независимо от места ее источника	Мобильный телефон

 

Упорядоченность представления субъекта есть целенаправленное выделение элементов системы, установлении их признаков, взаимосвязей между собой и с внешней средой. При выделении системы учитывают наиболее существенные признаки, все второстепенное, несущественное- исключается.

Решение проблемы есть то, что заполняет промежуток между существующей и желаемой системами. Важное значение для человека имеют наглядные, образные, визуальные модели. Для наглядного представления системы ее изображают в виде «черного ящика», выделенного из окружающей среды и имеющего входы и выходы, рис.1.1. Название «черный ящик» образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании ящика: задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой. Такой подход, несмотря на его простоту и на отсутствие сведений о внутренней структуре системы, часто оказывается полезным.

Сопоставляя входы и выходы за ряд моментов времени, находят такие входные параметры Х, при которых рассчитанные значения выходных параметров Y лучше всего аппроксимируют фактические значения выходов, рисунок 1.1.

Сущность метода "черного ящика" состоит в том, что при исследовании объектов они рассматриваются как недоступный для наблюдения, изучения и описания "черный ящик", имеющий определенные входы и выходы. Вследствие сложности устройства "черного ящика", т.е. изучаемого объекта, возможно лишь наблюдать состояние входов в него и соответствующих им выходов, т.е. изучать поведение, не зная его внутреннего устройства.

Однако, как бы детально ни изучалось поведение "черного ящика", нельзя вывести обоснованного суждения о его внутреннем устройстве, ибо одним и тем же поведением могут обладать различные объекты, a одно и то же соотношение между входами X и выходами Y может в пределах имеющихся статистических данных удовлетворительно описываться несколькими различными математическими выражениями. Окружающая среда - множество существующих вне системы элементов любой при-роды, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием. Внешняя среда определяет условия функционирования системы посредством воздействия внешних факторов, являющихся движущей силой процесса и определяющих характеристики этого процесса. Внешняя (окружающая) среда – устанавливает внешние границы системы.

Рис.1.1. К понятию «черного ящика».

 

Опишем входы и выходы системы «грузовой автомобиль». В данном случае за выход можно принять Y₁ - грузоподъемность автомобиля, а также, например, Y₂ -затраты горючего на единицу перевезенной продукции. Сформулировав таким образом выходы системы, можно прийти к выводу, что они могут относиться ко всем автомобилям, а не только к грузовым. Чтобы различить автомобили вообще и грузовые автомобили можно указать, что грузоподъемность должна быть, напри-мер, не меньше 5 т. Еще можно добавить достаточную для определенной зоны эксплуатации проходимость автомобиля.

В качестве входов для грузового автомобиля обозначим те его элементы, которые предназначены для управления во время движения: X₁ - руль, X₂, X₃,X₄ - педали сцепления, газа и тормоза, X₅ - рычаг переключения передач, X₆ – переклю-чатели сигнализации и освещения, X₇ - ручка ручного тормоза. Необходимо учесть также буквальные входы: X₈ - двери кабины и X₉ -борта для загрузки продукции в кузов автомобиля.

Дальнейший анализ возможных входов грузового автомобиля показывает, что входное воздействие на него оказывает X₁₀ - другие пассажиры, тип и количество груза, способы крепления последнего в кузове.

Окружающая среда также оказывает входные воздействия на грузовой автомобиль. В перечень входов следует поэтому записать X₁₁ - окна и зеркала, с помощью которых водитель наблюдает за окружающей средой. Но тогда можно отметить, что свойства дороги, по которой движется грузовой автомобиль, также оказывают входное воздействие: по разному приходится действовать водителю при езде по асфальту и по грунтовой дороге, в поле, дождь, гололед, грязь. Добавляем к списку входов X₁₂ - механическое воздействие грунта на колеса. Рассуждая далее, можно определить в качестве входов следующие воздействия внешней среды: X₁₃ – аэродинамическое сопротивление воздуха, X₁₄ -силы инерции, возникающие при торможении, причем последние зависят как от окружающей среды, так и от самого грузового автомобиля и груза.

Рассмотренный пример свидетельствует, что построение модели «черного ящика» не является тривиальной задачей, так как на вопрос, сколько и какие входы и выходы следует включать в модель ответ не прост. Главной причиной большого количества входов и выходов в модели «черного ящика» является то, что всякая реальная система взаимодействует с объектами окружающей среды неограниченным числом способов.

В системе типа “белый (прозрачный) ящик” закон функционирования полностью известен. В промежутке между понятиями белого и черного ящика находятся не параметризованные системы (закон не описан, описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров, известны лишь некоторые априорные свойства закона) и параметризованные (закон известен с точностью до параметров и его возможно отнести к некоторому классу зависимостей).

При рассмотрении, анализе и синтезе систем существуют два подхода: индуктивный (классический) и системный.

Индуктивный подходпредполагает изучение системы путем перехода от частного к общему и дальнейший синтез системы за счет слияния ее компонентов.

Системный подход предполагает переход от общего к частному при выделе-нии исследуемого объекта из окружающей среды при единой цели.

Структура системы - совокупность связей между элементами системы, отражающая их взаимодействие. Структура системы может изучаться с разных позиций из вне (состава отдельных элементов системы и отношений между ними) и изнутри (при анализе свойств системы, приводящих к намеченной цели). Структура – обеспечивает внутренний порядок соединения элементов системы.

Характеристики системы могут быть количественные и качественные. Количественно система характеризуется числами, выражающими отношение между заданной величиной (эталоном) и исследуемой величиной. Качественные характеристики выражаются описанием типа хороший, плохой, больше, меньше или с помощью различных шкал, например методами экспертных оценок.

В зависимости от цели внешние факторы могут быть стимулирующими, регулирующими, ограничивающими, возмущающими и разрушающими.

Стимулирующие факторы стимулируют развитие процесса, например, подача углекислого газа (внешний фактор) в теплицу (систему) приводит к ускорению созревания растений.

Регулирующие, управляющие факторы приводят к изменению целей, режимов и алгоритмов функционирования системы.

Ограничивающими факторами являются различные нормативно-правовые акты, законы, нормы поведения, технические условия, регламенты и стандарты функционирования технологических процессов и технических систем.

Возмущающие факторы – это отрицательные факторы, негативно влияющие на работу системы, достижение ее цели. Эти факторы можно спрогнозировать и компенсировать.

Разрушающие факторы – это факторы, которые сложно спрогнозировать, а значит, и предотвратить. Они приводят к частичному или полному уничтожению системы.

анализа функционирования отдельных свойств,Совокупность всех возможных значений состояний системы называют пространством состояний системы-.

Эволюция системы- целенаправленное (на основе выбора) движение, изменение системы по некоторой траектории развития.

Эффективность системы - способность системы оптимизировать некоторый критерий эффективности, например, типа соотношений "затраты на производство - объем прибыли". Это способность системы производить ресурсоориентированный эффект и не ухудшать движение по пути к достижению поставленной цели.

Прогнозирование поведения системы т.е. исследование будущего системы.

Планирование (координация во времени, в пространстве, по информации) ресурсов и элементов, подсистем и структуры системы, необходимых для достижения цели системы.

Классификация систем

Классификацию систем можно осуществить по разным критериям. Многообразие систем бесконечно и существенную помощь при их изучении может оказать классификация. Любая классификация относительна и не может быть полной. В данном учебнике используется классификация систем, предложенная автором [3].

 

Классификация по происхождению

В зависимости от происхождения системы делятся на естественные и искусственные (создаваемые, антропогенные).

Естественные системы - это системы, объективно существующие в действительности. в живой и неживой природе и обществе. Эти системы возникли в природе без участия человека. Примеры естественных систем: атом, молекула, клетка, организм, популяция, река, горы, земля, общество, вселенная и т.п.

Искусственные системы — это системы, созданные человеком. Примеры искусственных систем: автомобиль, уборочный агрегат, ферма крупного рогатого скота, системы человек-машина, биотехнические системы, организационные и экономические системы, автоматизированные системы управления, поселение, государство, партия, общественная организация и т. п.

Однако существование естественной системы в некоторых случаях может быть уже с участием человека, например, агроландшафты, реки с гидроэлектростанциями, лесной массив с искусственными посадками, засеянное человеком поле и т.д.

Смешанные системы - это системы, где человек принимает участие в существовании естественной системы путем непосредственного участия (обработка поля, прививка растений) или путем создания и управления искусственной системы для совместного использования с естественной системой.

 

Классификация по объективности существования

Системы можно разбить на две большие группы: физические и абстрактные (символические).

Физические системы в свою очередь – это вещественные, энергетические и информационные системы.

Вещественные системы состоят из изделий, оборудования, машин- естественных и искусственных объектов.

Энергетические системы - это энергия, ее получение, преобразование и потребление, присущи всем вещественным системам.

Инфоромационные системы - это системы выработки, передачи, преобразования и хранения информации, присущи множеству физических систем.

Абстрактные системы - это модели физических систем. К ним относятся языки, системы счисления, идеи, планы, гипотезы и понятия, алгоритмы и компьютерные программы, математические модели, системы наук. К абстрактным системам можно отнести виртуальные системы - не существующие в действительности модельные или мыслительные представления физических систем, реальных объектов, явлений, процессов, зафиксированные в сознании человека или на физических носителях (наскальная живопись, бумага, память компьютера и т.п.). Это например, проекты зданий, машин, оборудования и технологий, чертежи, кино и видеофильмы, компьютерные игры и т.п.

 

Временная классификация систем

В зависимости от того, изменяется ли состояние системы со временем, ее можно отнести к классу статических или динамических систем.

Статическая система - это система не обладающая памятью и выходное состояние которой не изменяется в течение определенного периода. То есть, в какой бы момент времени мы ни измеряли значение выходной величины, при одинаковом значении входного сигнала результат будет один и тот же.

Динамическая система - это система, изменяющая свое состояние во времени при одном и том же входном значении, то есть зависит от того, в какой последовательности подавались входные значения. Динамические системы, в отличие от статических, помнят свое прошлое состояние, обладают памятью.

Следует различать три характерных состояния, в которых может находиться динамическая система: равновесный, переходный и периодический. Система переходит из одного состояния в другое не мгновенно, а в результате некоторого процесса, называемого переходным процессом.

Равновесный режим (равновесное состояние, состояние равновесия) — это такое состояние системы, в котором она может находиться сколь угодно долго в отсутствие внешних возмущающих воздействий или при постоянных воздействиях.

Под переходным режимом (процессом) понимается процесс движения динамической системы из некоторого начального состояния к какому-либо ее установившемуся режиму - равновесному или периодическому.

Периодическим называется такой режим, когда система через равные промежутки времени приходит в одни и те же состояния, напиме, синусоидальные колебания.

Систему считают стационарной, если ее функция практически не изменяется в течение определенного периода ее существования.Для такой системы реакция на одно и то же воздействие не зависит от времени приложения этого воздействия.

Систему считают нестационарной, если ее функция изменяется со временем.
Нестационарность системы проявляется различными ее реакциями на одни и те же возмущения, приложенные в разное время.

Связи между элементами, определяющие систему, могут быть устойчивые, неустойчивые, статистически устойчивые.

Устойчивые связи существуют постоянно в течение рассматриваемого промежутка времени или возникают регулярно.

Неустойивые связи возникают редко, от случая к случаю.

Статистически устойчивые связи с течением времени стремяться к определенным значениям.

Связи могут определяться экономическими отношениями, физическими или социальными законами, отношениями родства, подчинености и т.д. Они могут быть функциональными, информационными, причинными, логическими и т.д.

 

Классификация систем по их взаимодействию с внешней средой

Открытые и закрытые системы

Открытые системы способны обмениваться веществом, энергией и информацией с окружающей средой. В результате чего они совершают работу, энергетическое и информационное воздействие на окружающую среду. При этом выполняются операции и процедуры, обеспечивающие течение технологических процессов, действуя по программам, определяемым структурой системы, внешней средой и/или человеком.

Открытые системы взаимодействуют с внешней средой, причем полностью описать это взаимодействие и формально описать его по некоторым правилам невозможно. При определённых условиях открытая система может достигать стационарного состояния, когда её структура или ее некоторые характеристики остаются постоянными, в то время как система осуществляет со средой обмен веществом, информацией или энергией.

Открытые системы характеризуются широким набором связей с внешней средой и сильной зависимостью от нее. Например, сельскохозяйственное предприятие, коммерческие фирмы, производители техники и удобрений, органы местной власти.

Закрытые системы не обмениваться веществом, энергией и информацией с окружающей средой в силу своей структуры и ее свойств. В физических системах (реальных технологиях) это достаточно искусственное предположение, т.к. обмен веществом можно свести к нулю, но энергетические и информационные взаимодействия, в частности через электромагнитные поля, свести к нулю в реальных технологиях свести невозможно.

Системы по отношению к окружающей среде, человеку и обществу

В системах можно выделить следующие системы: технические, эргатические, технологические, экономические, социальные, организационные и управления.

Технические системы представляют собой физические системы, которые взаимодействует с окружающей средой по правилам, определяемым человеком. Сам человек при этом не является элементом структуры таких систем, он только обслуживает их. Техническая система – это исккуственная, как правило открытая система, совокупность взаимосвязанных физических элементов. В качестве связей в таких системах выступают физические взаимодействия (механические, химические, электромагнитные, гравитационные и др.). Набор решений в технической системе ограничен и последствия решений обычно предопределены. Например, порядок включения и работы с компьютером, порядок управления автомобилем, методика расчета нормы высева семян и др. Примеры технических систем: плотина, автомобильная дорога, ветряной генератор, холодильник, компьютер.

Биологическая система включает животный и растительный мир планеты- почву, человека, животных, леса, поля и др. Эта система обладает большим разнообразием функционирования, чем техническая. Набор решений в биологической системе ограничен из-за медленного эволюционного развития животного и растительного мира, а их последствия часто оказываются непредсказуемыми. Например, решения агронома о применении тех или иных химикатов в качестве удобрений. Решения в таких подсистемах предполагают разработку нескольких альтернативных вариантов и выбор лучшего из них по каким-либо признакам.

Эргатическая система — система, одним из элементов структуры которой является человек или их группа. Основными особенностями таких систем являются социально-психологические аспекты деятельности человека. В сравнении с техническими системами эргатические системы обладают рядом преимуществ, таких как использование человеком нечеткой логики (fuzzy logic), эволюционионного подхода к анализу и принятию решений в нестандартных ситуациях, интуиции. В этой системе важно наличие «человеческого фактора», который проявляется в виде ограниченных физиологических, мыслительных и динамических свойств человека, оказывающих зачастую негативное влияние на работу системы в целом.

Технологическая система – система для выполнения совокупности операций, определяющий технологический процесс производства продукции или услуг с соответствующими материалами, оборудованием, энергетическим и информационным обеспечением, приборами, инструментами и обслуживающим персоналом.

Функционировании технологической системы осуществляется во времени (последовательная во времени и в пространстве смена операций и состояний), поэтому она является динамической. В состав технологической системы могут входить множество технических систем. Технологическая система более гибкая, чем техническая: минимальными преобразованиями ее можно переориентировать на другие цели- получение другого продукта либо на получение других его свойств.

Примером технологических систем являются системы производства зерна, картофеля и других культур, а также системы технического обслуживания машинно-тракторного парка, его ремонта, хранения продуктов и т.п.

Экономическая система - это совокупность экономических отношений, возникающих в процессе производства, распределения, обмена и потребления экономических продуктов и регламентируемых совокупностью соответствующих принципов, правил и законодательных норм. Технические и технологические системы могут быть частью экономической системы частично или полностью. В любом случае экономическая система является эргатической системой.

Социальная система - это совокупность явлений и процессов между людьми и их группами, их взаимодействия, отношения и связи, образующие некоторый социальный объект. Эти явления, процессы, связи, взаимодействия и отношения носят устойчивый характер и воспроизводятся в историческом процессе на основе совместной деятельности людей, переходя из поколения в поколение. Социальная система взаимодействует с другими системами и зависит от них, справедливо и обратное. Социальная система влияет на экономические и производственные отношения людей, условия и характер труда, качество жизни людей и т. п.

Организационная система

Автор [2] следующим образом определяет понятие организационной системы: “…это рациональное объединение людей и привлечение различных ресурсов в обособленном целенаправленном коллективе. Организационная система обеспечивает распределение обязанностей, координацию действия людей для достижения поставленной цели, ориентации людей на конечный результат.”

Элементы такой системы представляют собой органы управления, обладающие правом принимать управленческие решения - это руководители, подразделения или даже отдельные организации (например, министерства). Связи в организационной системе имеют информационную основу и определяются должностными инструкциями и другими нормативными документами, в которых прописаны права, обязанности ответственность органа управления.

Система управления

Управляемые системы обеспечивают целенаправленное функционирование при изменяющихся внутренних или внешних условиях. Управление осуществляется человеком или специальным устройством (для технических систем). К управляемым системам относятся, например, движение автотранспорта, работа технологической линии или предприятия в целом.

Нуправляемые системы не обеспечивают целенаправленного функционирования. К неуправляемым относятся стихийные явления природы, работа оборудования после отказа, движение ветра.

По способу управления системой (в системе):

управляемые из вне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально);

управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые - программно управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые - приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний и самоорганизующиеся - изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов);

с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

Система управления- система действий или функций, обеспечивающие реализацию заданных целей. Система управления содержит два основных элемента: управляемую подсистему (объект управления) и управляющую подсистему (осуществляющую функцию управления). Применительно к техническим системам управляющую подсистему называют системой регулирования, а к социальным и экономическим — системой организационного управления. Разновидностью системы управления является эргатическая человеко-машинная система управления.

 

Централизованные и децентрализованные системы

Централизованной системой называется система, в структуре которой имеется элемент, занимающий главную, центральную роль в ее функционировании. При этом небольшие изменения в центре вызывают значительные изменения всей системы. В централизованной системе высока скорость передачи сигналов (информации) и скорость реакции на нее. В ней не велика вероятность отсутствия реакции элекментов на сигналы центра при низкой скорости адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды и существует необходимость обработки большого потока информации, подлежащей переработке в центральной части системы.

Децентрализованная система - это система, в структуре которой нет главного элемента. Ее подсистемы по своей структуре и функциям приблизительно одинаковы, а их связи выстроены между собой последовательно или параллельно.

 

Классификация систем по однородности и разнообразию структурных элементов

Системы могут быть гомогенные и гетерогенные, а также смешанного типа.

В гомогенных системах структурные элементы системы однородны, похожи, т. е. обладают одинаковыми свойствами. В связи с этим в гомогенных системах элементы взаимозаменяемы. Например, гомогенная система «парк тракторов» на предприятии состоит из однотипных тракторов МТЗ- 80 с приданным к ним одинаковым шлейфом орудий. Это позволяет заменить вышедший из строя трактор любым другим без дополнительной настройки и переучивания машинистов-травктористов, упрощает управление. Понятие «гомогенная система» широко используется при описании свойств газов, жидкостей, популяций организмов, семян, удобрений и т.п.

Гетерогенные системы состоят из разнородных элементов, не обладающих однородной структурой и свойствами. Гетерогенная сеть - система «парк тракторов» на предприятии состоит из нескольких разнотипных тракторов: МТЗ- 80, ДТ-75, К-700 и т.п. с приданным к каждому из них шлейфом орудий для выполнения разных операций.

 

Линейные и нелинейные системы

Система называется линейной, если она описывается линейными уравнениями (алгебраическими, дифференциальными, интегральными и т. п.), в противном случае - нелинейной.

Для линейных систем действует принцип суперпозиции: реакция системы на любую комбинацию внешних воздействий равна сумме реакций на каждое из этих воздействий, поданных на систему в отделдьности. Предположим, что после изменения входной переменной на величину Δх выходная переменная изменяется на Δу. Если система линейна, то после двух независимых изменений входной переменной на Δx₁ и Δх₂ таких, что Δх₁ + Δх₂ = Δх, суммарное изменение выходной переменной также будет равно Δу.

Большинство систем являются нелинейными. В связи с этим для упрощения анализа систем довольно часто применяют процедуру линеаризации, при которой нелинейную систему описывают приближенно линейными уравнениями в некоторой (рабочей) области изменения входных переменных. Однако не всякую нелинейную систему можно линеаризировать, в частности, нельзя линеаризировать дискретные системы.

Дискретные и непрерывные системы

Среди нелинейных систем выделяют класс дискретных систем. Дискретная система - это система, содержащая хотя бы один элемент дискретного действия.
Дискретный элемент - это элемент, выходная величина которого изменяется дискретно, т. е. скачками, независимо от того как изменяются входные величины. Все остальные системы относятся к системам непрерывного действия.

Система непрерывного действия (непрерывная система) состоит только из элементов непрерывного действия, т. е. элементов, выходы которых изменяются плавно при плавном изменении входных величин.

 

Каузальные и целенаправленные системы

В зависимости от способности системы ставить себе цель различают каузальные и целенаправленные (целеустремленные) системы.

Каузальные системы - это системы, которым цель внутренне не присуща. Если такая система и имеет целевую функцию (например, система автовождения уборочного комбайна), то эта функция задана извне пользователем.

Целенаправленные системы - это системы, способные к выбору своего поведения в зависимости от внутренне присущей цели, формируемой внутри самой системы. Система "кормоприготовительный цех-операторы" способна поставить себе цель и выполнить или не выполнить плановое задание, придерживаться рецепта изготовления или нет.

Элемент целенаправленности всегда присутствует в системе, включающей в себя людей или животных. Насколько велика степень влияния этой целенаправленности на функционирование объекта? При ручном производстве влияние человека велико. Отдельный человек или группа людей способны поставить целью своей деятельности, отличную от цели руководства предприятия, требований регламентов и стандартов. Целенаправленные системы- организационные, социальные и экономические- «мягкие» системы, способны сознательно предоставлять недостоверную информацию и сознательно не выполнять планы, задания, если им это выгодно. Важным свойством таких систем является способность прогнозировать будущие последствия принимаемых решений.

 

Большие и сложные системы

Большая система - система, которую невозможно исследовать иначе, как по подсистемам. В качестве признаков большой системы используют понятия:

- наличия больших потоков информации;

- большого числа алгоритмов ее переработки.

Принято считать, что система является большой с точки зрения наблюдателя, возможности которого она превосходит в каком-то аспекте, важном для достижения цели. При этом физические размеры объекта не являются критерием отнесения объекта к классу больших систем. Один и тот же объект в зависимости от цели наблюдателя и средств, имеющихся в его распоряжении, можно считать или не считать большой системой.

Сложные системы - системы, в которых не хватает информации для эффективного управления. Признаком простой системы считают сравнительно небольшой объем информации, требуемый для ее успешного описания и управления.

Сложная система строится для решения многоцелевой, многоаспектной задачи и отражает объект с разных сторон. У такой системы имеется многоуровневая цель или несколько целей, принадлежащих одновременно многим подсистемам (например, технологической, административной, коммуникационной, функциональной и т. д.). Очень сложную систему подробно описать нельзя.

Одним из способов описания сложности является оценка числа элементов, входящих в систему (переменных, состояний, компонентов), и разнообразия взаимосвязей между ними. В зависимости от числа элементов, входящих в систему, используют следующую градацию:
- малая сложность (10-10³ элементов);
- сложные (10⁴-10⁶);
- ультрасложные (10⁷-10³⁰ элементов);
- суперсистемы (10³⁰-10²⁰⁰ элементов).

Детерминированные и стохастические системы

Если входы объекта однозначно определяют его выходы, то есть его поведение можно однозначно предсказать (с вероятностью 1), то объект является детерминированным в противном случае - недетерминированным (стохастическим).

Математически детерминированность можно описать как строгую функциональную связь Y = F(X), а стохастичность возникает в результате добавления случайной величины ε: Y = F(X) + ε. Детерминированность характерна для простых систем, а стохастические- сложных, поскольку их более сложно описывать и исследовать.

Трактор при повороте машинистом рулевого управления можно отнести к детерминированной системе: повернув на заданный угол рулевое колесо (рычаг) можно с уверенностью сказать, что он повернет на определенный угол на известное расстояние с известным радиусом поворота.

Системы со стохастической структурой не имеют либо ясно выраженной цели исследования, либо выраженных существенных элементов и отношений между ними (признаков). Подобные системы выделяются на этапах разработки, проектирования сложных производств, технологических процессов и оборудования.

Примером недетерминированной системы является семяочистительная машина,