To, čo sa nazýva základný stav systému. Základné definície. Systematický prístup k modelovaniu

Názov parametra	Význam
Téma článku:	Stav systému
Rubrika (tematická kategória)	Vzdelávanie

Definícia 1.6 Stav systému nazývame súbor parametrov, ktoré v každom uvažovanom časovom okamihu odrážajú najvýznamnejšie aspekty správania sa systému a jeho fungovania z určitého uhla pohľadu.

Definícia je veľmi všeobecná. Zdôrazňuje, že výber charakteristík stavu závisí od cieľov štúdia. V najjednoduchších prípadoch môže byť stav hodnotený jedným parametrom, ktorý môže nadobudnúť dve hodnoty (zapnuté alebo vypnuté, 0 alebo 1). Pri komplexnejších štúdiách je potrebné brať do úvahy veľa parametrov, ktoré môžu nadobudnúť veľké množstvo hodnôt.

Systém, ktorého stav sa v priebehu času mení pod vplyvom určitých vzťahov príčiny a následku, sa zvyčajne nazýva dynamický systém, na rozdiel od statického systému, ktorého stav sa v čase nemení.

Požadovaný stav systému je dosiahnutý alebo udržiavaný vhodnými riadiacimi činnosťami.

Kontrola

V kybernetike je kontrola vnímaná ako proces cieľavedomej zmeny stavu systému. Niekedy je kontrola procesom spracovania vnímaných informácií na signály, ktoré riadia činnosť strojov a organizmov. A procesy vnímania informácií, ich uchovávania, prenosu a reprodukcie patria do oblasti komunikácie. Existuje aj širší výklad pojmu manažment, ktorý zahŕňa všetky prvky riadiacej činnosti, spojené jednotou účelu a spoločnými úlohami, ktoré sa majú riešiť.

Definícia 1.7 Zvládanie Informačný proces prípravy a udržiavania je vo zvyku nazývať cieľavedomým dopadom na objekty a procesy reálneho sveta.

Tento výklad pokrýva všetky problémy, ktoré musí riadiaci orgán vyriešiť, od zhromažďovania informácií, systémovej analýzy, prijímania rozhodnutí, plánovania opatrení na implementáciu rozhodnutí až po generovanie kontrolných signálov a ich oznamovanie výkonným orgánom.

Stav systému - koncepcia a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie „Stav systému“ 2017, 2018.

- Stav systému

Pojem vonkajšie prostredie Systém existuje medzi ostatnými hmotnými objektmi, ktoré v ňom nie sú zahrnuté. Spája ich pojem „vonkajšie prostredie“ - objekty vonkajšieho prostredia. Vonkajšie prostredie je súbor objektov (systémov) existujúcich v priestore a čase, ktoré... [čítať ďalej] .

→

2. prednáška: Vlastnosti systému. Klasifikácia systému

Vlastnosti systémov.

Stav systému je teda súbor základných vlastností, ktoré má systém v každom okamihu.

Vlastnosť sa chápe ako stránka objektu, ktorá určuje jeho odlišnosť od iných objektov alebo podobnosť s nimi a prejavuje sa pri interakcii s inými objektmi.

Charakteristika je niečo, čo odráža nejakú vlastnosť systému.

Aké vlastnosti systémov sú známe.

Z definície „systému“ vyplýva, že hlavnou vlastnosťou systému je integrita, jednota, dosiahnutá určitými vzťahmi a interakciami prvkov systému a prejavujúca sa vznikom nových vlastností, ktoré prvky systému nemajú. Táto nehnuteľnosť vznik(z angl. emerge - vznikať, objaviť sa).

1. Vznik je miera, do akej sú vlastnosti systému neredukovateľné na vlastnosti prvkov, z ktorých pozostáva.
2. Vznik je vlastnosť systémov, ktorá spôsobuje vznik nových vlastností a vlastností, ktoré nie sú vlastné prvkom tvoriacim systém.

Vznik je opačný princíp redukcionizmu, ktorý tvrdí, že celok možno študovať jeho rozdelením na časti a potom určením ich vlastností určiť vlastnosti celku.

Vlastnosť vzniku je blízka vlastnosti integrity systému. Nedajú sa však identifikovať.

bezúhonnosť systém znamená, že každý prvok systému prispieva k implementácii cieľovej funkcie systému.

Integrita a vznik sú integračnými vlastnosťami systému.

Prítomnosť integračných vlastností je jednou z najdôležitejších vlastností systému. Integrita sa prejavuje v tom, že systém má svoj vlastný vzorec funkčnosti, svoj vlastný účel.

Organizácia- komplexná vlastnosť systémov, spočívajúca v prítomnosti štruktúry a fungovania (správania). Neodmysliteľnou súčasťou systémov sú ich komponenty, a to tie štruktúrne útvary, ktoré tvoria celok a bez ktorých to nejde.

Funkčnosť- ide o prejav určitých vlastností (funkcií) pri interakcii s vonkajším prostredím. Tu je cieľ (účel systému) definovaný ako požadovaný konečný výsledok.

Štrukturálnosť- ide o usporiadanosť systému, určitý súbor a usporiadanie prvkov s väzbami medzi nimi. Existuje vzťah medzi funkciou a štruktúrou systému, ako aj medzi filozofickými kategóriami obsahu a formy. Zmena obsahu (funkcií) so sebou nesie zmenu formy (štruktúry), ale aj naopak.

Dôležitou vlastnosťou systému je prítomnosť správania – akcie, zmeny, fungovanie atď.

Predpokladá sa, že toto správanie systému je spojené s prostredím (okolím), t.j. s inými systémami, s ktorými prichádza do kontaktu alebo vstupuje do určitých vzťahov.

Proces cielenej zmeny stavu systému v priebehu času sa nazýva správanie. Na rozdiel od kontroly, kedy je zmena stavu systému dosiahnutá vonkajšími vplyvmi, správanie realizuje výlučne systém sám, a to na základe vlastných cieľov.

Správanie každého systému je vysvetlené štruktúrou systémov nižšieho rádu, ktoré tvoria systém, a prítomnosťou znakov rovnováhy (homeostázy). V súlade so znakom rovnováhy má systém určitý stav (stavy), ktoré sú pre neho výhodné. Preto sa správanie systémov popisuje z hľadiska obnovy týchto stavov, keď sú narušené zmenami prostredia.

Ďalšou vlastnosťou je vlastnosť rastu (vývoja). Rozvoj možno považovať za neoddeliteľnú súčasť správania (a najdôležitejšiu).

Jedným z primárnych, a teda základných atribútov systémového prístupu je neprípustnosť uvažovania o objekte mimo neho. rozvoj, ktorá sa chápe ako nezvratná, riadená, prirodzená zmena hmoty a vedomia. V dôsledku toho vzniká nová kvalita alebo stav objektu. Identifikácia (možno nie úplne striktná) pojmov „vývoj“ a „pohyb“ nám umožňuje vyjadriť to v takom zmysle, že bez vývoja je existencia hmoty, v tomto prípade systému, nemysliteľná. Je naivné si predstaviť, že vývoj prebieha spontánne. V širokej škále procesov, ktoré na prvý pohľad vyzerajú ako Brownov (náhodný, chaotický) pohyb, sa pri dôkladnej pozornosti a štúdiu najskôr objavia kontúry tendencií a potom celkom stabilné vzorce. Tieto zákony svojou povahou pôsobia objektívne, t.j. nezávisia od toho, či túžime po ich prejave alebo nie. Neznalosť zákonitostí a zákonitostí vývoja blúdi v tme.

Kto nevie, do ktorého prístavu sa plaví, nemá priaznivý vietor.

Správanie systému je určené charakterom reakcie na vonkajšie vplyvy.

Základnou vlastnosťou systémov je udržateľnosť, t.j. schopnosť systému odolávať vonkajším poruchám. Od toho závisí životnosť systému.

Jednoduché systémy majú pasívne formy stability: silu, rovnováhu, prispôsobivosť, homeostázu. A pre komplexné sú rozhodujúce aktívne formy: spoľahlivosť, schopnosť prežitia a prispôsobivosť.

Ak sa uvedené formy stability jednoduchých systémov (okrem pevnosti) týkajú ich správania, potom určujúca forma stability zložitých systémov má najmä konštrukčný charakter.

Spoľahlivosť- vlastnosť zachovania štruktúry systémov napriek odumretiu jej jednotlivých prvkov ich nahradením alebo zdvojením, a schopnosť prežitia- ako aktívne potláčanie škodlivých vlastností. Spoľahlivosť je teda pasívnejšia forma ako schopnosť prežitia.

Prispôsobivosť- schopnosť meniť správanie alebo štruktúru s cieľom zachovať, zlepšiť alebo získať nové kvality v podmienkach meniaceho sa vonkajšieho prostredia. Predpokladom možnosti prispôsobenia je prítomnosť spätnoväzbových spojení.

Každý reálny systém existuje v prostredí. Spojenie medzi nimi môže byť také úzke, že je ťažké určiť hranicu medzi nimi. Preto je izolácia systému od jeho prostredia spojená s tým či oným stupňom idealizácie.

Možno rozlíšiť dva aspekty interakcie:

• v mnohých prípadoch nadobúda charakter výmeny medzi systémom a prostredím (hmota, energia, informácie);
• prostredie je pre systémy zvyčajne zdrojom neistoty.

Vplyv prostredia môže byť pasívny alebo aktívny (antagonistický, cieľavedome oponujúci systému).

Vo všeobecnosti by sa preto malo prostredie považovať nielen za indiferentné, ale aj za antagonistické vo vzťahu k skúmanému systému.

Ryža. — Klasifikácia systému

Základ (kritérium) klasifikácie	Systémové triedy
Interakciou s vonkajším prostredím	OTVORENÉ ZATVORENÉ Kombinované
Podľa štruktúry	Jednoduché Komplexné Veľký
Podľa povahy funkcií	Špecializovaný Multifunkčné (univerzálne)
Podľa povahy vývoja	Stabilný Rozvíjanie
Podľa stupňa organizácie	Dobre organizovaný Zle organizované (difúzne)
Podľa zložitosti správania	Automaticky Rozhodujúce Samoorganizácia Predvídavý Transformácia
Podľa povahy spojenia medzi prvkami	Deterministický Stochastické
Podľa povahy riadiacej štruktúry	Centralizované Decentralizované
Podľa účelu	Produkovať manažérov Obsluha

Klasifikácia nazývané rozdelenie do tried podľa najpodstatnejších charakteristík. Trieda je chápaná ako súbor objektov, ktoré majú určité znaky spoločnej. Charakteristika (alebo súbor charakteristík) je základom (kritériom) klasifikácie.

Systém môže byť charakterizovaný jednou alebo viacerými charakteristikami a podľa toho možno nájsť miesto v rôznych klasifikáciách, z ktorých každá môže byť užitočná pri výbere metodológie výskumu. Účelom klasifikácie je zvyčajne obmedziť výber prístupov k zobrazovacím systémom a vyvinúť popisný jazyk vhodný pre príslušnú triedu.

Reálne systémy sa delia na prírodné (prírodné systémy) a umelé (antropogénne) systémy.

Prírodné systémy: systémy neživej (fyzikálnej, chemickej) a živej (biologickej) prírody.

Umelé systémy: vytvorené ľudstvom pre jeho vlastné potreby alebo vytvorené ako výsledok zámerného úsilia.

Umelé sa delia na technické (technické a ekonomické) a sociálne (verejné).

Technický systém navrhuje a vyrába osoba na konkrétny účel.

Sociálne systémy zahŕňajú rôzne systémy ľudskej spoločnosti.

Identifikácia systémov pozostávajúcich iba z technických zariadení je takmer vždy podmienená, pretože nie sú schopné generovať svoj vlastný stav. Tieto systémy fungujú ako časti väčších organizačných a technických systémov, ktoré zahŕňajú ľudí.

Organizačný systém, pre ktorého efektívne fungovanie je významným faktorom spôsob organizácie interakcie ľudí s technickým subsystémom, sa nazýva systém človek-stroj.

Príklady systémov človek-stroj: auto - vodič; lietadlo - pilot; Počítač – používateľ atď.

Technické systémy sa teda chápu ako jeden konštruktívny súbor vzájomne prepojených a interagujúcich objektov, určených na cieľavedomé akcie s úlohou dosiahnuť daný výsledok v procese fungovania.

Charakteristickými znakmi technických systémov v porovnaní s ľubovoľným súborom objektov alebo v porovnaní s jednotlivými prvkami sú konštruktívnosť (praktická realizovateľnosť vzťahov medzi prvkami), orientácia a prepojenosť jednotlivých prvkov a účelnosť.

Aby bol systém odolný voči vonkajším vplyvom, musí mať stabilnú štruktúru. Výber konštrukcie prakticky určuje technický vzhľad ako celého systému, tak aj jeho podsystémov a prvkov. O otázke vhodnosti použitia konkrétnej štruktúry by sa malo rozhodnúť na základe špecifického účelu systému. Štruktúra tiež určuje schopnosť systému prerozdeľovať funkcie v prípade úplného alebo čiastočného plytvania jednotlivých prvkov a následne spoľahlivosť a životnosť systému pre dané vlastnosti jeho prvkov.

Abstraktné systémy sú výsledkom odrazu reality (reálnych systémov) v ľudskom mozgu.

Ich nálada je nevyhnutným krokom na zabezpečenie efektívnej interakcie človeka s vonkajším svetom. Abstraktné (ideálne) systémy sú objektívne vo svojom zdroji pôvodu, keďže ich primárnym zdrojom je objektívne existujúca realita.

Abstraktné systémy sa delia na priame mapovacie systémy (odrážajúce určité aspekty reálnych systémov) a zovšeobecňujúce (zovšeobecňujúce) mapovacie systémy. Prvé zahŕňajú matematické a heuristické modely a druhé zahŕňajú konceptuálne systémy (teórie metodologickej konštrukcie) a jazyky.

Na základe koncepcie vonkajšieho prostredia sa systémy delia na: otvorené, uzavreté (uzavreté, izolované) a kombinované. Rozdelenie systémov na otvorené a uzavreté je spojené s ich charakteristickými vlastnosťami: schopnosťou zachovať vlastnosti za prítomnosti vonkajších vplyvov. Ak je systém necitlivý na vonkajšie vplyvy, možno ho považovať za uzavretý. V opačnom prípade - otvorené.

Otvorený systém je systém, ktorý interaguje so svojím prostredím. Všetky skutočné systémy sú otvorené. Otvorený systém je súčasťou všeobecnejšieho systému alebo viacerých systémov. Ak izolujeme uvažovaný systém od tejto formácie, potom zostávajúcou časťou je jeho prostredie.

Otvorený systém je prepojený s prostredím určitými komunikáciami, teda sieťou externých spojení systému. Identifikácia vonkajších súvislostí a popis mechanizmov interakcie „systém-prostredie“ je ústrednou úlohou teórie otvorených systémov. Zohľadnenie otvorených systémov nám umožňuje rozšíriť koncepciu štruktúry systému. Pri otvorených systémoch zahŕňa nielen vnútorné prepojenia medzi prvkami, ale aj vonkajšie prepojenia s okolím. Pri popise štruktúry sa snažia rozdeliť externé komunikačné kanály na vstupné (prostredníctvom ktorých prostredie ovplyvňuje systém) a výstupné (naopak). Súbor prvkov týchto kanálov patriacich do ich vlastného systému sa nazýva vstupné a výstupné póly systému. V otvorených systémoch má aspoň jeden prvok spojenie s vonkajším prostredím, aspoň jeden vstupný pól a jeden výstupný pól, ktorými je spojený s vonkajším prostredím.

Pre každý systém je komunikácia so všetkými podsystémami podriadenými a medzi nimi interná a všetky ostatné sú externé. Väzby medzi systémami a vonkajším prostredím, ako aj medzi prvkami systému, majú spravidla smerový charakter.

Je dôležité zdôrazniť, že v akomkoľvek reálnom systéme je v dôsledku zákonov dialektiky o univerzálnom spojení javov počet všetkých vzájomných vzťahov obrovský, takže nie je možné brať do úvahy a študovať úplne všetky súvislosti, preto je ich počet umelo obmedzené. Zároveň je nepraktické brať do úvahy všetky možné súvislosti, pretože medzi nimi je veľa nepodstatných, ktoré prakticky neovplyvňujú fungovanie systému a počet získaných riešení (z hľadiska problémov vyriešené). Ak zmena charakteristík spojenia, jeho vylúčenie (úplné prerušenie) vedie k výraznému zhoršeniu prevádzky systému, zníženiu účinnosti, potom je takéto spojenie významné. Jednou z najdôležitejších úloh výskumníka je identifikovať systémy, ktoré sú nevyhnutné na zohľadnenie v podmienkach riešeného komunikačného problému a oddeliť ich od nedôležitých. Vzhľadom na to, že vstupné a výstupné póly systému nemožno vždy jednoznačne identifikovať, je potrebné pristúpiť k určitej idealizácii úkonov. Najväčšia idealizácia nastáva pri uvažovaní o uzavretom systéme.

Uzavretý systém je systém, ktorý neinteraguje s prostredím alebo interaguje s prostredím striktne definovaným spôsobom. V prvom prípade sa predpokladá, že systém nemá vstupné póly a v druhom, že existujú vstupné póly, ale vplyv prostredia je konštantný a úplne (vopred) známy. Je zrejmé, že za posledného predpokladu možno uvedené vplyvy pripísať samotnému systému a možno ho považovať za uzavretý. Pre uzavretý systém má každý jeho prvok spojenie iba s prvkami samotného systému.

Samozrejme, uzavreté systémy predstavujú určitú abstrakciu reálnej situácie, keďže, striktne povedané, izolované systémy neexistujú. Je však zrejmé, že zjednodušenie popisu systému odstránením externých prepojení môže viesť k užitočným výsledkom a zjednodušiť štúdium systému. Všetky reálne systémy sú úzko alebo slabo prepojené s vonkajším prostredím – otvorené. Ak dočasné prerušenie alebo zmena charakteristických vonkajších spojení nespôsobí odchýlky vo fungovaní systému nad vopred stanovené limity, potom je systém slabo prepojený s vonkajším prostredím. Inak je to stiesnené.

Kombinované systémy obsahujú otvorené a uzavreté podsystémy. Prítomnosť kombinovaných systémov naznačuje komplexnú kombináciu otvorených a uzavretých podsystémov.

Podľa štruktúry a časopriestorových vlastností sa systémy delia na jednoduché, zložité a veľké.

Jednoduché - systémy, ktoré nemajú rozvetvené štruktúry, pozostávajúce z malého počtu vzťahov a malého počtu prvkov. Takéto prvky slúžia na vykonávanie najjednoduchších funkcií, nemožno v nich rozlíšiť hierarchické úrovne. Charakteristickým znakom jednoduchých systémov je determinizmus (jasná definícia) nomenklatúry, počtu prvkov a súvislostí v rámci systému aj s prostredím.

Komplexné – vyznačujúce sa veľkým počtom prvkov a vnútorných súvislostí, ich heterogenitou a rôznou kvalitou, štrukturálnou rôznorodosťou a plnia zložitú funkciu alebo množstvo funkcií. Komponenty zložitých systémov možno považovať za podsystémy, z ktorých každý môže byť podrobne rozpísaný ešte jednoduchšími podsystémami atď. kým prvok neprijme.

Definícia N1: systém sa nazýva komplexný (z epistemologického hľadiska), ak jeho poznanie vyžaduje spoločné zapojenie mnohých modelov teórií a v niektorých prípadoch mnohých vedných disciplín, ako aj zohľadnenie neurčitosti pravdepodobnostného a nepravdepodobnostného prírody. Najcharakteristickejším prejavom tejto definície je multi-model.

Model- určitý systém, ktorého štúdium slúži ako prostriedok na získanie informácií o inom systéme. Ide o popis systémov (matematických, verbálnych atď.) odrážajúcich určitú skupinu jeho vlastností.

Definícia N2: systém sa nazýva komplexný, ak sa v skutočnosti zreteľne (významne) prejavujú znaky jeho zložitosti. menovite:

1. štrukturálna zložitosť – je určená počtom prvkov systému, počtom a rôznorodosťou typov spojení medzi nimi, počtom hierarchických úrovní a celkovým počtom podsystémov systému. Za hlavné typy sa považujú tieto typy spojení: štrukturálne (vrátane hierarchických), funkčné, kauzálne (príčina-následok), informačné, časopriestorové;
2. zložitosť fungovania (správania) - je určená charakteristikami súboru štátov, pravidlami prechodu zo stavu do stavu, vplyvom systému na životné prostredie a životného prostredia na systém, mierou neistoty uvedených charakteristík a pravidlá;
3. zložitosť výberu správania - v multi-alternatívnych situáciách, keď je výber správania určený účelom systému, flexibilita reakcií na predtým neznáme vplyvy prostredia;
4. zložitosť vývoja - určená charakteristikami evolučných alebo nespojitých procesov.

Prirodzene, všetky znaky sú posudzované vo vzájomnom vzťahu. Hierarchická konštrukcia je charakteristickým znakom zložitých systémov a úrovne hierarchie môžu byť homogénne aj heterogénne. Komplexné systémy sú charakterizované faktormi, ako je nemožnosť predpovedania ich správania, teda zlá predvídateľnosť, ich utajenie a rôzne stavy.

Komplexné systémy možno rozdeliť do nasledujúcich faktorových podsystémov:

1. ten rozhodujúci, ktorý robí globálne rozhodnutia v interakcii s vonkajším prostredím a rozdeľuje lokálne úlohy medzi všetky ostatné subsystémy;
2. informácie, ktoré zabezpečujú zber, spracovanie a prenos informácií potrebných na prijímanie globálnych rozhodnutí a plnenie lokálnych úloh;
3. manažér pre implementáciu globálnych rozhodnutí;
4. homeostáza, udržiavanie dynamickej rovnováhy v rámci systémov a regulácia toku energie a hmoty v subsystémoch;
5. adaptívne, hromadiace skúsenosti v procese učenia na zlepšenie štruktúry a funkcií systému.

Veľký systém je systém, ktorý nie je súčasne pozorovateľný z pozície jedného pozorovateľa v čase alebo priestore, pre ktorý je významný priestorový faktor, ktorého počet subsystémov je veľmi veľký a zloženie je heterogénne.

Systém môže byť rozsiahly a zložitý. Komplexné systémy združujú väčšiu skupinu systémov, čiže veľké systémy – podtriedu zložitých systémov.

Základom analýzy a syntézy veľkých a zložitých systémov sú postupy rozkladu a agregácie.

Dekompozícia je rozdelenie systémov na časti, po ktorých nasleduje samostatné zvažovanie jednotlivých častí.

Je zrejmé, že dekompozícia je pojem spojený s modelom, pretože samotný systém nemožno rozložiť bez porušenia vlastností. Na úrovni modelovania budú nesúrodé súvislosti nahradené ekvivalentmi, alebo model systému bude zostavený tak, aby sa jeho rozklad na samostatné časti ukázal ako prirodzený.

Pri aplikácii na veľké a zložité systémy je rozklad silným výskumným nástrojom.

Agregácia je opačný koncept rozkladu. V procese výskumu vyvstáva potreba kombinovať prvky systému, aby sme ho mohli posudzovať zo všeobecnejšej perspektívy.

Dekompozícia a agregácia predstavujú dva protichodné prístupy k úvahám o veľkých a zložitých systémoch, uplatňované v dialektickej jednote.

Systémy, pre ktoré je stav systému jednoznačne určený počiatočnými hodnotami a možno ho predpovedať pre akýkoľvek nasledujúci časový bod, sa nazývajú deterministické.

Stochastické systémy sú systémy, v ktorých sú zmeny náhodné. Pri náhodných vplyvoch údaje o stave systému nestačia na predpovedanie v nasledujúcom časovom bode.

Podľa stupňa organizácie: dobre organizovaná, slabo organizovaná (difúzna).

Prezentovať analyzovaný objekt alebo proces vo forme dobre organizovaného systému znamená určiť prvky systému, ich vzťahy a pravidlá spájania do väčších komponentov. Problémovú situáciu možno opísať formou matematického vyjadrenia. Riešenie problému, ak je prezentované vo forme dobre organizovaného systému, sa uskutočňuje analytickými metódami formalizovanej reprezentácie systému.

Príklady dobre organizovaných systémov: slnečná sústava, ktorá opisuje najvýznamnejšie vzorce pohybu planét okolo Slnka; zobrazenie atómu ako planetárneho systému pozostávajúceho z jadra a elektrónov; opis činnosti zložitého elektronického zariadenia pomocou systému rovníc, ktorý zohľadňuje zvláštnosti jeho prevádzkových podmienok (prítomnosť hluku, nestabilita napájacích zdrojov atď.).

Popis objektu vo forme dobre organizovaného systému sa používa v prípadoch, keď je možné ponúknuť deterministický popis a experimentálne dokázať oprávnenosť jeho aplikácie a adekvátnosť modelu k reálnemu procesu. Pokusy aplikovať triedu dobre organizovaných systémov na reprezentáciu zložitých viaczložkových objektov alebo multikriteriálnych problémov nie sú úspešné: vyžadujú si neprijateľne veľa času, prakticky sa nedajú implementovať a sú neadekvátne použitým modelom.

Zle organizované systémy. Pri prezentovaní objektu vo forme zle organizovaného alebo difúzneho systému nie je úlohou určiť všetky zohľadňované komponenty, ich vlastnosti a súvislosti medzi nimi a cieľmi systému. Systém je charakterizovaný určitým súborom makroparametrov a vzorov, ktoré sa nachádzajú na základe štúdia nie celého objektu alebo triedy javov, ale na základe výberu komponentov určených pomocou určitých pravidiel, ktoré charakterizujú objekt. alebo skúmaný proces. Na základe takejto vzorovej štúdie sa získajú charakteristiky alebo vzory (štatistické, ekonomické) a rozdelia sa do celého systému ako celku. V tomto prípade sa urobia príslušné výhrady. Napríklad, keď sa získajú štatistické zákonitosti, rozšíria sa na správanie celého systému s určitou pravdepodobnosťou spoľahlivosti.

Prístup k zobrazovaniu objektov vo forme difúznych systémov je široko používaný pri: popisovaní systémov radenia, určovaní počtu zamestnancov v podnikoch a inštitúciách, štúdiu dokumentárnych informačných tokov v systémoch riadenia atď.

Z hľadiska charakteru funkcií sa rozlišujú špeciálne, multifunkčné a univerzálne systémy.

Špeciálne systémy sa vyznačujú jedinečným určením a úzkou odbornou špecializáciou obslužného personálu (pomerne nekomplikovanou).

Multifunkčné systémy umožňujú implementovať niekoľko funkcií na rovnakej štruktúre. Príklad: výrobný systém, ktorý zabezpečuje výrobu rôznych produktov v určitom rozsahu.

Pre univerzálne systémy: veľa akcií je implementovaných na rovnakej štruktúre, ale zloženie funkcií je menej homogénne (menej definované) v type a množstve. Napríklad kombajn.

Podľa povahy vývoja existujú 2 triedy systémov: stabilné a rozvíjajúce sa.

V stabilnom systéme sa štruktúra a funkcie prakticky nemenia počas celej doby jeho existencie a spravidla sa kvalita fungovania stabilných systémov iba zhoršuje opotrebením ich prvkov. Nápravné opatrenia môžu zvyčajne iba znížiť rýchlosť zhoršovania.

Vynikajúcou vlastnosťou vyvíjajúcich sa systémov je, že v priebehu času sa ich štruktúra a funkcie výrazne menia. Funkcie systému sú stálejšie, aj keď sú často modifikované. Len ich účel zostáva prakticky nezmenený. Vyvíjajúce sa systémy majú vyššiu zložitosť.

V poradí narastajúcej komplexnosti správania: automatické, rozhodné, samoorganizujúce, anticipačné, transformačné.

Automatické: jednoznačne reagujú na obmedzený súbor vonkajších vplyvov, ich vnútorná organizácia je prispôsobená prechodu do rovnovážneho stavu, keď sa z neho stiahnu (homeostáza).

Rozhodujúci: majú konštantné kritériá na rozlíšenie ich neustálej reakcie na široké triedy vonkajších vplyvov. Stálosť vnútornej štruktúry je zachovaná výmenou chybných prvkov.

Samoorganizácia: mať flexibilné rozlišovacie kritériá a flexibilné reakcie na vonkajšie vplyvy, prispôsobujúce sa rôznym typom vplyvu. Stabilita vnútornej štruktúry vyšších foriem takýchto systémov je zabezpečená neustálou samoreprodukciou.

Samoorganizujúce sa systémy majú vlastnosti difúznych systémov: stochastické správanie, nestacionárnosť jednotlivých parametrov a procesov. K tomu sa pridávajú znaky ako nepredvídateľnosť správania; schopnosť prispôsobiť sa meniacim sa podmienkam prostredia, zmeniť štruktúru pri interakcii systému s prostredím pri zachovaní vlastností integrity; schopnosť formovať možné varianty správania a vybrať si z nich tú najlepšiu atď. Niekedy sa táto trieda delí na podtriedy, zvýrazňujúce adaptívne alebo samonastavovacie systémy, samoliečiace, samoreprodukujúce a iné podtriedy zodpovedajúce rôznym vlastnostiam vyvíjajúcich sa systémov .

Príklady: biologické organizácie, kolektívne správanie ľudí, organizácia riadenia na úrovni podniku, priemyslu, štátu ako celku, t.j. v tých systémoch, kde nevyhnutne existuje ľudský faktor.

Ak stabilita vo svojej komplexnosti začne prevyšovať komplexné vplyvy vonkajšieho sveta, ide o anticipačné systémy: dokáže predvídať ďalší priebeh interakcie.

Transformovateľné sú imaginárne komplexné systémy na najvyššej úrovni zložitosti, ktoré nie sú viazané stálosťou existujúcich médií. Môžu meniť materiálne médiá pri zachovaní svojej individuality. Príklady takýchto systémov veda zatiaľ nepozná.

Systém možno rozdeliť do typov podľa štruktúry ich konštrukcie a významu úlohy, ktorú v nich jednotlivé komponenty zohrávajú v porovnaní s úlohami ostatných častí.

V niektorých systémoch môže jedna z častí zohrávať dominantnú úlohu (jej význam >> (symbol vzťahu „výraznej nadradenosti“) význam ostatných častí). Takýto komponent bude pôsobiť ako centrálny a bude určovať fungovanie celého systému. Takéto systémy sa nazývajú centralizované.

V iných systémoch sú všetky zložky, ktoré ich tvoria, približne rovnako dôležité. Štrukturálne nie sú umiestnené okolo nejakého centralizovaného komponentu, ale sú prepojené sériovo alebo paralelne a majú približne rovnaký význam pre fungovanie systému. Ide o decentralizované systémy.

Systémy možno klasifikovať podľa účelu. Medzi technické a organizačné systémy patria: výroba, riadenie, servis.

Vo výrobných systémoch sa implementujú procesy na získanie určitých produktov alebo služieb. Tie sa zasa delia na materiálovo-energetické, v ktorých sa uskutočňuje premena prírodného prostredia alebo surovín na konečný produkt materiálneho alebo energetického charakteru, prípadne preprava takýchto produktov; a informácie - na zhromažďovanie, prenos a konverziu informácií a poskytovanie informačných služieb.

Účelom riadiacich systémov je organizovať a riadiť materiálové, energetické a informačné procesy.

Servisné systémy sa zaoberajú udržiavaním stanovených limitov výkonnosti výrobných a riadiacich systémov.

Prečítajte si tiež: C2 Ukážte na troch príkladoch existenciu politického systému viacerých strán v modernom Rusku. II. Systémy, ktorých vývoj možno znázorniť pomocou Univerzálnej schémy evolúcie III. Kedy je výhodné uvažovať o pohybe z pohyblivej referenčnej sústavy (učiteľ rieši dva problémy)? III. Požiadavky na organizáciu systému nakladania s medicínskym odpadom Systémy MES (Manufacturing Execution System) - systémy riadenia výroby (u nás známejšie ako systémy riadenia procesov) N preskúmať duševný stav, ktorý je optimálny, keď človek vykonáva rôzne činnosti. Vlastnosti a problémy fungovania menového systému Bieloruskej republiky Sp2-hybridizovaný stav je charakteristický pre atóm, ak súčet počtu atómov s ním spojených a počtu jeho osamelých elektrónových párov je rovný 3 (príklady).

Stav systému je určený úrovňami.

Úroveň je množstvo hmoty, energie, informácií obsiahnutých v premennej (bloku) alebo v systéme ako celku v danom časovom okamihu.

Hladiny nezostávajú konštantné, podliehajú určitým zmenám. Rýchlosť, ktorou sa tieto zmeny vyskytujú, sa nazýva tempo.

Sadzby určujú aktivitu, intenzitu a rýchlosť procesov transformácie, akumulácie, prenosu atď. hmota, energia, informácie prúdiace v rámci systému.

Tempá a úrovne sú vzájomne prepojené, ale ich vzťah nie je jednoznačný. Na jednej strane sadzby generujú nové úrovne, ktoré následne ovplyvňujú sadzby, t.j. regulovať ich.

Napríklad proces difúzie látky určuje prechod systému z úrovne x 1 na úroveň x 2 (hybná sila procesu prenosu hmoty). Zároveň rýchlosť tohto procesu (rýchlosť prenosu hmoty) závisí od hmotnosti uvedených úrovní v súlade s výrazom:

kde: a je koeficient prenosu hmoty.

Jednou z najdôležitejších charakteristík stavu systému je spätná väzba.

Spätná väzba je vlastnosť systému (bloku) reagovať na zmenu jednej alebo viacerých premenných spôsobených vstupným vplyvom tak, že v dôsledku procesov v systéme táto zmena opäť ovplyvní to isté alebo to isté. premenných.

Spätná väzba v závislosti od spôsobu ovplyvnenia môže byť priama (keď spätný vplyv nastáva bez účasti premenných (blokov) - sprostredkovateľov) alebo obrysová (keď k spätnému vplyvu dochádza za účasti premenných (blokov) - sprostredkovateľov) (obr. 3).

Ryža. 3. Princíp spätnej väzby

a – priama spätná väzba; b – spätná väzba slučky.

V závislosti od vplyvu na primárne zmeny premenných v systéme sa rozlišujú dva typy spätnej väzby:

§ Negatívna spätná väzba, t.j. keď impulz prijatý zvonka vytvorí uzavretý okruh a spôsobí útlm (stabilizáciu) počiatočného nárazu;

§ Pozitívna spätná väzba, t.j. keď impulz prijatý zvonka vytvorí uzavretý okruh a spôsobí zvýšenie počiatočného nárazu.

Negatívna spätná väzba je forma samoregulácie, ktorá zabezpečuje dynamickú rovnováhu v systéme. Pozitívna spätná väzba v prírodných systémoch sa zvyčajne prejavuje vo forme relatívne krátkodobých výbuchov sebadeštruktívnej činnosti.

Prevažne negatívny charakter spätnej väzby naznačuje, že akákoľvek zmena podmienok prostredia vedie k zmene premenných systému a spôsobuje prechod systému do nového rovnovážneho stavu, odlišného od pôvodného. Tento proces samoregulácie sa bežne nazýva homeostáza.

Schopnosť systému obnoviť rovnováhu je určená ďalšími dvoma charakteristikami jeho stavu:

§ Stabilita systému, t.j. charakteristika označujúca, aká veľkosť zmeny vonkajšieho vplyvu (impulzu nárazu) zodpovedá prípustnej zmene systémových premenných, pri ktorej je možné obnoviť rovnováhu;

§ Stabilita systému, t.j. charakteristika, ktorá určuje maximálnu prípustnú zmenu systémových premenných, pri ktorej možno obnoviť rovnováhu.

Cieľ regulácie v systéme je formulovaný vo forme extrémneho princípu (zákon maximálnej potenciálnej energie): vývoj systému ide v smere zvyšovania celkového toku energie systémom a v stacionárnom stave jeho dosiahne sa maximálna možná hodnota (maximálna potenciálna energia).

Stav akéhokoľvek reálneho systému v akomkoľvek danom časovom okamihu možno opísať pomocou určitej množiny, ktorá charakterizuje systém veličín - parameter.

Množstvo parametrov aj pre relatívne jednoduchý systém môže byť veľmi veľké, a preto sa v praxi na popis systémov používajú len najvýznamnejšie, charakteristické parametre zodpovedajúce špecifickým účelom štúdia objektov. Aby sme teda študovali zdravotný stav človeka z hľadiska potreby odbremeniť ho od práce, najprv sa berú do úvahy hodnoty parametrov, ako je teplota a krvný tlak.

Stav určitého ekonomického systému charakterizujú také parametre ako množstvo a kvalita produkcie, produktivita práce, fond návratnosti a pod.

Na opísanie stavu a pohybu systému možno použiť metódy, ako sú slovné popisy, tabuľkové alebo maticové popisy, matematické výrazy a grafické obrázky.

Slovný popis Ide o postupný výpis a charakteristiku parametrov systému, trendov v ich zmenách a postupnosti zmien v stave systému. Slovný popis je veľmi približný a podáva len všeobecné predstavy o systéme, navyše je do značnej miery subjektívny, pretože odráža nielen skutočné charakteristiky systému, ale aj postoj človeka, ktorý ich k nim opisuje.

Tabuľky a matice sa najčastejšie používajú pre kvantitatívne charakteristiky systému, vyjadrené hodnotami ich parametrov v určitom pevnom časovom bode. Na základe údajov z tabuľky alebo množiny tabuliek je možné zostaviť diagramy a grafy zodpovedajúce rôznym časovým okamihom, ktoré poskytujú vizuálnu reprezentáciu dynamiky systému.

Používajú sa na opis pohybu systému a zmien jeho prvkov matematické výrazy, ktoré sú zase interpretované grafmi zobrazujúcimi priebeh určitých procesov v systéme.

Najhlbší a najprimeranejší je však formalizovaná geometrická interpretácia stavy a pohyby systému v takzvanom stavovom alebo fázovom priestore.

Stavový priestor systému

Stavový priestor systému je priestor, v ktorom každý bod jednoznačne zodpovedá určitému stavu uvažovaného dynamického systému a každý proces zmeny stavu systému zodpovedá určitej trajektórii pohybu reprezentujúceho bodu v priestore.

Na popis pohybov dynamických systémov sa používa metóda založená na tzv fázový priestor(n-rozmerný euklidovský priestor), pozdĺž ktorého osí sú vynesené hodnoty všetkých n zovšeobecnených súradníc uvažovaného dynamického systému. V tomto prípade sa jedinečná zhoda medzi stavom systému a bodmi fázového priestoru dosiahne výberom počtu rozmerov rovnajúcich sa počtu zovšeobecnených súradníc uvažovaného dynamického systému.

Parametre určitého systému označme symbolmi z1, z2…zn, ktoré môžeme považovať za súradnice vektora z, n rozmerného priestoru. Takýto vektor je súborom reálnych čísel z=(z1,z2..zn). Parametre z1, z2…zn sa budú nazývať fázové súradnice systému a stavy (fáza systému) budú reprezentované bodom z vo fázovom priestore. Rozmer tohto priestoru je určený počtom fázových súradníc, teda počtom jeho podstatných parametrov vybraných nami pre popis systému.

V prípade, že stavy systému možno charakterizovať iba jedným parametrom z1 (napríklad vzdialenosť od miesta odchodu vlaku pohybujúceho sa po danej trase), potom bude fázový priestor jednorozmerný a zobrazí sa ako časť osi z.

Ak je stav systému charakterizovaný dvoma parametrami z1 a z2 (napríklad pohyb auta, vyjadrený uhlom vzhľadom k určitému smeru a rýchlosťou jeho pohybu), potom bude fázový priestor dvojrozmerný.

V prípadoch, keď je stav systému popísaný 3 parametrami (napríklad ovládanie rýchlosti a zrýchlenia), bude reprezentovaný bodom v trojrozmerný priestor, a trajektóriou systému bude priestorová krivka v tomto priestore.

Vo všeobecnom prípade, keď je počet parametrov charakterizujúcich systém ľubovoľný a ako vo väčšine zložitých ekonomických systémov je výrazne väčší ako 3, geometrická interpretácia stráca na prehľadnosti. Geometrické názvoslovie však v týchto prípadoch zostáva vhodné na popis stavu a pohybu systémov v takzvanom n-rozmernom alebo viacrozmernom fázovom priestore (hyperpriestore).

Počet nezávislých parametrov systému sa nazýva počet stupňov voľnosti alebo variácie systému.

V reálnych prevádzkových podmienkach systému a jeho parametre (fázové súradnice) sa spravidla môžu meniť len v určitých obmedzených medziach. Rýchlosť auta je teda obmedzená od 0 do 200 km za hodinu, teplota človeka je obmedzená z 35 stupňov na 42 atď.

Oblasť fázového priestoru, za ktorú reprezentujúci bod nemôže ísť, sa nazýva oblasť prípustných stavov systému. Pri výskume a navrhovaní systémov sa vždy vychádza z toho, že systém je v rozsahu svojich prípustných stavov.

Ak reprezentujúci bod presahuje túto oblasť, hrozí zničenie celistvosti systému, možnosť jeho rozpadu na prvky, narušenie existujúcich väzieb, teda úplné zastavenie jeho fungovania ako daného systému.

Oblasť prípustných stavov, ktorú možno nazvať oblasťou systému, zahŕňa všetky druhy fázových trajektórií, to znamená línie správania systémov. Súbor fázových trajektórií je tzv fázový portrét dynamický systém. Vo všetkých prípadoch, keď parametre systému môžu nadobudnúť akékoľvek hodnoty v určitom intervale, to znamená, že reprezentujúci bod sa plynule mení, ktorý sa môže nachádzať v ktoromkoľvek bode v rámci prípustných stavov, pričom ide o tzv. takzvaný spojitý stavový priestor. Existuje však veľké množstvo technických, biologických a ekonomických systémov, v ktorých množstvo parametrov – súradníc – môže nadobúdať iba diskrétne hodnoty.

Len diskrétne možno merať počet strojov v dielni, počet určitých orgánov a buniek v živom organizme atď.

Stavový priestor takýchto systémov je potrebné považovať za diskrétny, preto ich bod reprezentujúci stav takéhoto systému nemôže byť umiestnený na žiadnom mieste v oblasti prípustných stavov, ale iba v určitých pevných bodoch tejto oblasti. Zmena stavu takýchto systémov, teda ich pohyb, bude interpretovaná skokmi reprezentujúceho bodu z jedného stavu do druhého, do tretieho atď. V súlade s tým bude mať trajektória pohybu reprezentujúceho bodu diskrétny, prerušovaný charakter.

Štát. Pojem stav zvyčajne charakterizuje okamžitú fotografiu, „výsek“ systému, zastavenie jeho vývoja. Určuje sa buď prostredníctvom vstupných vplyvov a výstupných signálov (výsledkov), alebo prostredníctvom vlastností, parametrov systému (napríklad tlak, rýchlosť, zrýchlenie - pre fyzikálne systémy; produktivita, náklady na výrobu, zisk - pre ekonomické systémy).

Stav je teda súbor základných vlastností, ktoré má systém v danom časovom okamihu.

Možné stavy reálneho systému tvoria množinu prípustných stavov systému.

Počet stavov (mocnosť množiny stavov) môže byť konečný, spočítateľný (počet stavov sa meria diskrétne, ale ich počet je nekonečný); mocenské kontinuum (stavy sa neustále menia a ich počet je nekonečný a nespočetný).

Štáty možno opísať cez stavové premenné. Ak sú premenné diskrétne, potom počet stavov môže byť konečný alebo spočítateľný. Ak sú premenné analógové (spojité), potom je výkon spojitý.

Volá sa minimálny počet premenných, prostredníctvom ktorých je možné špecifikovať stav fázový priestor. Zmeny v stave systému sa zobrazujú vo fázovom priestore fázová trajektória.

Správanie. Ak je systém schopný prechodu z jedného stavu do druhého (napr. s 1 →s 2 →s 3 → ...), potom hovoria, že má správanie. Tento koncept sa používa, keď vzory (pravidlá) prechodu z jedného stavu do druhého nie sú známe. Potom povedia, že systém má nejaké správanie a zistia jeho povahu.

Rovnováha. Schopnosť systému v neprítomnosti vonkajších rušivých vplyvov (alebo s neustálymi vplyvmi) udržiavať svoj stav neobmedzene dlhý čas. Tento stav sa nazýva rovnovážny stav.

Udržateľnosť. Schopnosť systému vrátiť sa do rovnovážneho stavu po jeho odstránení z tohto stavu pod vplyvom vonkajších (a v systémoch s aktívnymi prvkami - vnútorných) rušivých vplyvov.

Rovnovážny stav, do ktorého je systém schopný sa vrátiť, sa nazýva stabilný rovnovážny stav.

rozvoj. Rozvoj sa zvyčajne chápe ako zvýšenie zložitosti systému, zlepšenie adaptability na vonkajšie podmienky. V dôsledku toho vzniká nová kvalita alebo stav objektu.

Je vhodné rozlíšiť špeciálnu triedu vyvíjajúcich sa (samoorganizujúcich sa) systémov, ktoré majú špeciálne vlastnosti a vyžadujú použitie špeciálnych prístupov k ich modelovaniu.

Systémové vstupyx i- ide o rôzne body vplyvu vonkajšieho prostredia na systém (obr. 1.3).

Vstupmi systému môžu byť informácie, hmota, energia a pod., ktoré podliehajú transformácii.

Zovšeobecnený vstup ( X) vymenovať nejaký (akýkoľvek) štát zo všetkých r systémové vstupy, ktoré môžu byť reprezentované ako vektor

X = (X 1 , X 2 , X 3 , …, x k, …, x r).

Systémové výstupyy i- ide o rôzne body vplyvu systému na vonkajšie prostredie (obr. 1.3).

Výstup systému je výsledkom transformácie informácií, hmoty a energie.

Pohyb systému je proces sústavnej zmeny jeho stavu.

Uvažujme závislosti stavov systému od funkcií (stavov) vstupov systému, jeho stavov (prechodov) a výstupov.

Stav systému Z(t) kedykoľvek t závisí od funkcie vstupov X(t), ako aj z jeho predchádzajúcich stavov (t– 1), (t– 2), ..., t.j. z funkcií svojich stavov (prechody)

Z(t) = Fc, (1)

Kde F c– funkcia stavu (prechody) systému.

Vzťah medzi vstupnou funkciou X(t) a ukončíte funkciu Y(t) systémy, bez zohľadnenia predchádzajúcich stavov, môžu byť zastúpené vo forme

Y(t) = Fv [X(t)],

Kde F in– funkcia výstupov systému.

Systém s takouto výstupnou funkciou sa nazýva statické.

Ak výstup systému závisí nielen od funkcií vstupov X(t), ale aj na funkcie stavov (prechody) Z( t – 1), Z(t– 2), ..., teda

systémy s takouto výstupnou funkciou sa nazývajú dynamický(alebo systémy so správaním).

V závislosti od matematických vlastností funkcií vstupov a výstupov systémov sa rozlišujú diskrétne a spojité systémy.

Pre spojité systémy vyzerajú výrazy (1) a (2) takto:

(4)

Rovnica (3) určuje stav systému a nazýva sa rovnica stavov systému.

Rovnica (4) určuje pozorovaný výstup systému a nazýva sa pozorovacia rovnica.

Funkcie F c(funkcia stavov systému) a F in(výstupná funkcia) zohľadňujú nielen aktuálny stav Z(t), ale aj predchádzajúce štáty Z(t – 1), Z(t – 2), …, Z(t – v) systémy.

Predchádzajúce stavy sú parametrom „pamäte“ systému. Preto hodnota v charakterizuje objem (hĺbku) systémovej pamäte.

Systémové procesy je súbor postupných zmien stavu systému na dosiahnutie cieľa. Systémové procesy zahŕňajú:

– vstupný proces;

– výstupný proces;