Системы и закономерности. их функционирование и развитие

 

-13-

2.2 Характеристика различных  классов систем  

По  природе элементов системы делятся на реальные и абстрактные.

      Реальными (физическими) системами являются объекты, состоящие из материальных элементов.

      Среди них обычно выделяют механические, электрические (электронные), биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации.

      Абстрактные системы составляют элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире. Они создаются путем мысленного отвлечения от тех или иных сторон, свойств и (или) связей предметов и образуются в результате творческой деятельности человека. Иными словами, это продукт его мышления. Примером абстрактных систем являются системы уравнений, идеи, планы, гипотезы, теории и т.п.(10)

      В зависимости от происхождения  выделяют естественные и искусственные системы.

      Естественные  системы, будучи продуктом развития природы, возникли без вмешательства человека. К ним можно отнести, например, климат, почву, живые организмы, солнечную систему и т.д. Появление новой естественной системы – большая редкость.

      Искусственные системы – это результат созидательной деятельности человека, со временем их количество увеличивается.

      По  длительности существования системы подразделяются на постоянные и временные. К постоянным обычно относятся естественные системы, хотя с точки зрения диалектики все существующие системы – временные.

      К постоянным относятся искусственные  системы, которые в процессе заданного  времени функционирования сохраняют существенные свойства, определяемые предназначением этих систем.

      В зависимости от степени  изменчивости свойств  системы делятся на статические и динамические.

      К статическим относятся системы, при исследовании которых можно пренебречь изменениями во времени характеристик их существенных свойств.

      Статическая система – это система с  одним состоянием. В отличие от статических, динамические системы имеют множество возможных состояний, которые могут меняться как непрерывно, так и дискретно.

      В зависимости от степени  сложности системы делятся на простые, сложные и большие.

      Простые системы с достаточной степенью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями. Особенность  

-14- 

простых систем – в практически взаимной независимости  от свойств, которая 

позволяет исследовать  каждое свойство в отдельности в  условиях классического лабораторного  эксперимента и описать методами традиционных технических дисциплин (электротехника, радиотехника, прикладная механика и др.). Примерами простых систем могут служить отдельные детали, элементы электронных схем и т.п.

      Сложные системы состоят из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, каждый из которых может быть представлен в виде системы (подсистемы). Сложные системы характеризуются многомерностью (большим числом составленных элементов), многообразием природы элементов, связей, разнородностью структуры (16)

      К сложной можно отнести систему, обладающую, по крайней мере одним из нижеперечисленных признаков:

• Систему можно разбить на подсистемы и изучать каждую из них отдельно;
• Система функционирует в условиях существенной неопределенности и воздействия среды на нее, обусловливает случайный характер  изменения ее показателей;
• Система осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.

     Сложные системы обладают свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих элементов. Сложными системами являются живые  организмы, в частности человек, ЭВМ и т.д. Особенность сложных  систем заключается в существенной взаимосвязи их свойств.

     Большие системы – это сложные пространственно-распределенные системы, в которых подсистемы (их составные части) относятся к категориям сложных. Дополнительными особенностями, характеризующими большую систему, являются:

• Большие размеры;
• Сложная иерархическая структура;
• Циркуляция в системе больших информационных, энергетических и материальных потоков;
• Высокий уровень неопределенности в описании системы.

       Автоматизированные  системы управления, воинские части, системы связи, промышленные предприятия, отрасли промышленности и т.п. могут служить примерами больших систем.

       По  степени связи  с внешней средой системы делятся на изолированные, закрытые, открытые равновесные и открытые диссипативные (10)

       Изолированные системы не обмениваются со средой энергией и веществом. Процессы самоорганизации в них невозможны. Энтропия  
 
 

       -15-

изолированной системы стремится к своему максимуму.

       Закрытые  системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обменивается энергией. Они способны к фазовым переходам в равновесное упорядоченное состояние. При достаточно низкой температуре в закрытой системе возникает кристаллический порядок.

       Открытые  системы обмениваются с окружающей средой энергией и веществом. Изменение энтропии открытой системы ds определяется алгебраической суммой энтропии, производимой внутри системы d_ps, и энтропии, поступающей извне или уходящей во внешнюю среду d_cs, т.е.:

       ds = d_ps + d_cs

В состоянии  прочного равновесия – стационарном состоянии, ds = 0.

     Открытые системы в значительной мере характеризуются скоростью производства энтропии в единицы объема – функцией диссипации (рассеяния), которая по определению: 

 

где s – функция диссипации; t – время; v – объем.

      К открытым равновесным относятся также системы, которые при отклонении от стационарного состояния возвращаются в него экспоненциально, без осцилляций. По теории И. Пригожина, для открытых равновесных систем в стационарных состояниях функция диссипации имеет минимум, т.е. соблюдается принцип экономии энтропии.

      Открытые  диссипативные  системы возникают в результате кооперативных процессов. Их поведение не линейно. Механизм образования диссипативной структуры: подсистемы флуктуируют, иногда достигая точки бифуркации, после которой может наступить порядок более высокого уровня. Переходы в состояния динамической упорядоченности, когерентности, автоколебаний и автокалитических реакций и в результате роста флуктуаций являются своего рода фазовыми переходами.

      Изолированных и закрытых систем фактически в природе не существует. Можно проанализировать пример любой из таких систем и убедиться, что нет экранов сразу от всех форм материи или энергии, что любая система быстрее - медленнее развивается или стареет. В вечности понятия «быстро» и «медленно» смысла не имеют, поэтому, строго говоря, существуют только открытые диссипативные системы, близкие к равновесию, условно названные открытыми равновесными системами. Изолированные и закрытые системы – заведомо упрощенные схемы открытых систем, полезные при приближенном решении частных задач (16)

      В зависимости от реакции  на возмущающие воздействия  выделяют активные и пассивные системы (10) 
 

-16-

     Активные  системы способны противостоять воздействиям среди (противника, конкурента и т.д.) и сами могут воздействовать на нее. У пассивных систем это свойство отсутствует.

      По  характеру поведения  все системы подразделяются на системы с управлением и без управления (10) Класс систем с управлением образуют системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления.

      Примером  систем без управления может служить  Солнечная система, в которой  траектория движения планет определяются законами механики.

      В зависимости от степени  участия человека в реализации управляющих воздействий системы подразделяются на технические, человеко – машинные, организационные (10) Как правило, когда речь идет о различных видах систем управления, подразумевается именно это их деление.

      К техническим относятся системы, которые функционируют без участия человека. Как правило, это системы автоматического управления (регулирования), представляющие собой комплексы устройств для автоматического изменения, например, координат объекта управления, с целью поддержания желаемого режима его работы. Такие системы реализуют процесс технологического управления. Они могут быть как адаптивными, т.е. приспосабливающимися к изменению внешних и внутренних условий в процессе работы путем изменения своих параметров или структуры для достижения требуемого качества функционирования, так и неадаптивными.

      Примерами человеко-машинных (эргатических) систем могут служить автоматизированные системы управления различного назначения. Их характерной особенностью является то, что человек сопряжен с техническими устройствами, причем окончательное решение принимает человек, а средства автоматизации лишь помогают ему в обосновании правильности этого решения.

      К организационным системам относятся социальные системы – группы, коллективы людей, общество в целом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

-17-

ГЛАВА 3 «Система управления» 

3.1 Общая характеристика системы управления  

      Окружающая  нас объективная реальность крайне разнообразна. Поэтому мы можем встретить  самые различные системы. Однако, с точки зрения руководителей, особенно хозяйственных руководителей, не всякая система представляет интерес. Наибольшее их внимание привлекают системы, где реализуются функции управления, которые обычно называются системами управления и относятся к классу сложных или очень сложных систем с вероятностным поведением. Последнее означает, что элементы таких систем обладают определенным числом степеней свободы и могут выбирать то или иное из множества допустимых состояний, тот или иной вариант поведения (12)

      Для систем управления характерно также  и то, что они являются динамическими  в отличие от статических, которые изменяют свое состояние только под влиянием собственных, внутренних факторов. Но это не означает, что динамические системы являются только закрытыми. Строго говоря, абсолютно закрытых систем вообще не существует. Они могут быть рассмотрены только условно, информационно замкнутыми. Правда, при наличии определенного запаса внутренних ресурсов некоторые системы управления можно рассматривать как временно закрытые. Рано или поздно наступит такой момент, когда в результате постоянно протекающих процессов внутренние ресурсы будут исчерпаны, энтропия достигнет критического предела и система прекратит свое функционирование в качестве динамической системы или же, пополняя свои ресурсы, снова станет открытой.

      Обычно, при определенных условиях, открытие системы управления достигают состояние  подвижного равновесия со средой. В  таком случае структура системы  или ее важнейшие структурные  характеристики остаются неизменными, в то время как сама система  осуществляет со средой непрерывный обмен ресурсами. В результате этого происходит и постоянный ввод негэнтропии, и такие системы могут не только сохранять высокий уровень организованности, но и развиваться в сторону увеличения порядка и сложности.

Подобно другим системам, системы управления состоят из отдельных подсистем. Поскольку они, с нашей точки зрения, заслуживают особого внимания, мы рассмотрим их ниже, для чего предварительно ознакомимся с внутренними и внешними подсистемами (19)

      Подсистемы, взаимодействующие со средой и другими элементами системы, являются внешними подсистемами. Подсистемы, взаимодействующие только с другими элементами данной системы,  

-18-

являются внутренними  подсистемами. Внешние подсистемы в  смысле взаимодействия, обмена ресурсов со средой являются входными (через них ресурсы поступают в систему), выходными и смешанными (универсальными). Внутренние подсистемы, как правило, являются смешанными. Наряду с внутренними и внешними подсистемами могут быть еще изолированные элементы, принадлежность которых к системе условна.

      Необходимые ресурсы функционирования системы  поступают в нее через внешнюю  входную подсистему и после определенного  преобразования покидают систему через  внешнюю входную подсистему. Вход и выход иногда может совершаться  через внешние смешанные подсистемы. Входные ресурсы принадлежат сначала одновременно среде или другой системе этой среды, выходом которой они являются, и рассматриваемой системе. Но в определенный критический момент, когда связь входных ресурсов с окружающей средой приближается к нулю или вообще прекращается, эти ресурсы принадлежат только рассматриваемой системе, образуя там новую подсистему. Примерно такой же процесс, но с противоположной последовательностью протекает и в выходных ресурсах. Сначала выходные ресурсы образует отдельную подсистему в сфере влияния основной системы, потом связь расслабляется, наступает момент, когда они принадлежат системе и среде, а потом уже оказываются в сфере влияния среды или какой-либо другой конкретной системы. Отсюда вытекает, что ресурсы образуют отдельную подсистему в течение определенного времени при входе и выходе (12)