Лекция 2. Системный подход. Основные понятия и определения Системный подход, как основа анализа технических систем Системы. Основные понятия и определения Модели систем

Системный подход, как основа анализа технических систем. В процессе трудовой деятельности человека постоянно возникают проблемы различной сложности. Причиной возникновения проблемы является расхождение между желаемым и действительным результатом при неизвестных путях преодоления этого расхождения (несоответствия). Методологическим основанием подготовки и обоснования решений по проблемам научного, экономического и технического характера является системный анализ.

Системный анализ - методология исследования любых объектов посредством представления их в качестве систем и анализа этих систем. Приемы и методы системного анализа направлены на выдвижение альтернативных вариантов решения проблемы, выявление масштабов неопределенности по каждому варианту и сопоставление вариантов по их эффективности.

Системный анализ применяется: для выявления и четкого формулирования проблемы в условиях большой неопределенности; выбора стратегии исследования и разработок; точного определения систем (границ, входов, выходов, связей), выявления целей развития и функционирования системы; выявления функций и состава вновь создаваемой системы.

Системы. Основные понятия и определения Анализируя возникшую проблему, среди объектов материального мира выделяют некоторую целостность систему, предназначенную для решения этой проблемы. Система - упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, образующих единое функциональное целое, предназначенное для решения определенных задач (достижения определенной цели).

Системы. Основные понятия и определения. Элемент системы - часть системы, предназначенная для выполнения определенных функций и неделимая на составные части при заданном уровне рассмотрения. Структура - внутренняя форма системы, определяющая способ взаимодействия составляющих ее элементов. Структура представляет собой множество, включающее подмножество элементов и подмножество отношений между ними. Она придает системе целостность и обуславливая возникновение новых качеств, не присущих отдельным элементам системы. Вход - внешнее отношение "реальное окружение - система". Выход - внешнее отношение "система - реальное окружение".

Системы. Основные понятия и определения. Граница системы определяет ее как пространственно - функциональную единицу. Окружение (окружающая среда) теоретически включает все, что лежит за границей системы, не входит в данную систему. Полное окружение включает следующие элементы: геосферу (сушу и воду), атмосферу и климат (погоду), биосферу (включая людей), астросферу и техносферу (множество технических систем, созданных человеком). Реальное окружение включает только те элементы полного окружения, которые имеют связь с рассматриваемой системой.

Системы. Основные понятия и определения. Отношение - взаимодействие или взаимозависимость двух и более элементов. Если определенные выходы элемента (системы) одновременно являются входами какого-либо элемента (системы), то такого рода отношение называется связью. Связь может быть прямой (последовательной либо параллельной), обратной или комбинированной; она может быть материальной, энергетической или информационной

Системы. Основные понятия и определения. Состояние системы - совокупность признаков и параметров, описывающих свойства системы, в определенный момент времени. Признак системы - качественная или количественная характеристика любых свойств или состояний системы. Параметр системы - признак продукции, количественно характеризующий любые ее свойства или состояния.

Системы. Основные понятия и определения. Свойство системы - объективная особенность системы, которая может проявляться при ее создании и эксплуатации. Качество системы - совокупность свойств системы, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.

Модели систем При всем многообразии реальных систем принципиально различных типов моделей систем очень немного: классификационная модель, модель типа "черный ящик", модель состава, модель отношений, а также их разумные сочетания и прежде всего объединение всех трех последних моделей, т.е. структура системы. Эти модели обладают высоким уровнем общности и справедливы как для технических систем типа "объект", так и для технических систем типа "процесс".

Классификационные модели Классификационные модели являются основополагающими, первичными, исходными формами знания. Узнавание окружающих предметов типичный пример классификационных процессов в мыслительной деятельности человека. Познание начинается с соотнесения изучаемого объекта с другими, выявления сходства и различия между ними. Разделение рассматриваемого множества объектов на классы является первым, простейшим процессом моделирования, направленного на построение системы из классов этого множества. Как и всякая модель, классификация, отражая объективные различия, в то же время носит целевой характер и является относительной, условной. Поэтому возможны разнообразные классификации одного и того же множества. Это, конечно, относится и к множеству систем.

Классификация систем По происхождению системы: - естественные (созданные природой); - искусственные (созданные людьми) По положению системы в иерархии: - надсистема, система, подсистема. По виду элементов: системы типа объект (элементами являются предметы, например двигатель, машина, здание); системы типа процесс (элементами являются операции, например обработка, транспортировка, сборка).

Графическое обозначение двух типов систем

Классификация систем По степени сложности структуры: - предельно сложные ( мозг, экономика государства); - очень сложные ( полностью автоматизированное предприятие, производственный комплекс); - сложные (технологическая машина, автомобиль); - простые (зубчатая передача, болтовое соединение). По изменению состояния: - динамические (состояние изменяется во времени); - статические (состояние не изменяется во времени).

Классификация систем По характеру функционирования: - детерминированные (в зависимости от состояния системы можно однозначно судить о ее функционировании); - стохастические (можно только высказать предположение относительно различных возможных вариантов функционирования). По связям с окружением: -открытые (с определенным окружением, т. е. по крайней мере с одним входом или выходом); - замкнутые (без связей с окружением).

Классификация систем По характеру зависимости выходов: - комбинаторные (выход зависит только от входа); - секвентивные (выход зависит от входа и других величин).

Модель «черный ящик» Модели типа "черный ящик" соответствует следующее определение системы - система есть средство достижения цели. Всякая искусственная система создается для достижения определенной цели, определяющей ее назначение, т.е. "внешние" задачи системы. Цель желаемый результат деятельности системы. Назначение системы описывается следующими признаками: действие, совершаемое системой; объект, на который направлено действие; особые условия и ограничения, накладываемые на систему. Поэтому данная модель может использоваться при формировании первого описания систем – назначения.

Модель состава Модель состава системы описывает из каких подсистем и элементов она состоит, т.е. отражает системно-компонентный аспект и служит для изучения состава системы. Системно-компонентный аспект отражает изучение состава системы на основе выделения ее составных компонентов. Под компонентами понимаются составные части системы, рассматриваемые в данном исследовании или некоторое целое, образующее систему. Компоненты системы могут быть двух типов: подсистемы и элементы. Подсистемы в свою очередь также могут быть представлены состоящими из компонентов. Элементы в рамках рассматриваемой задачи дальнейшему членению не подлежат. Наряду с компетентностью объекта выделяют компетентность процесса.

Модель отношений Модель отношений системы представляет собой совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами, т.е. отражает системно-структурный аспект. Системно-структурный аспект предполагает выделение связей компонентов модели (прямых, обратных, нейтральных) материального, энергетического, информационного или смешанного характера. Модель отношений позволяет выделить связи между элементами системы (системами), необходимые для построения функциональных структур.

Структура ТС Объединение этих моделей образуют ещё одну модель, называемую структурой системы. Такой модели соответствует следующее определение системы - система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое.

Теория технических систем Реализация системного подхода к задачам анализа и синтеза объектов и процессов техносферы привела к возникновению теории технических систем. Цель теории технических систем - привести имеющиеся знания по объекту теории - техническим системам - в единый комплекс понятий, определений и положений, основываясь на сущности и закономерностях структуры, создания и использования ТС, а не на отдельных эмпирических данных, относящихся к этим системам.