1.4 Классификация систем
Признаки классификации и классы систем
Для выделения классов систем могут использоваться различные классификационные признаки. Основными из них считаются: природа элементов, происхождение, длительность существования, изменчивость свойств, степень сложности, отношение к среде, реакция на возмущающие воздействия, характер поведения и степень участия людей в реализации управляющих воздействий. Классификация систем представлена в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Классификация систем
Классификационные признаки | Классы | |
Природа элементов | Реальные (физические) Абстрактные | |
Происхождение | Естественные Искусственные | |
Длительность существования | Постоянные Временные | |
Изменчивость свойств | Статические Динамические | |
Степень сложности | Простые Сложные Большие | |
Отношение к среде | Закрытые | |
Реакция на возмущающие воздействия | Активные Пассивные | |
Характер поведения | С управлением Без управления | |
Степень связи с внешней средой | Открытые Изолированные Закрытые Открытые равновесные Открытые диссипативные | |
Степень участия в реализации управляющих воздействий людей | Технические | |
Источник: [1.28].
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.
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 др. Появление новой естественной системы — большая редкость.
Искусственные системы — это результат созидательной деятельности человека, со временем их количество увеличивается.
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 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.
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 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.
Изолированные системы не обмениваются со средой энергией и веществом. Процессы самоорганизации в них невозможны. Энтропия изолированной системы стремится к своему максимуму.
Закрытые системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обмениваются 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
ds = dр s + dс s.
В состоянии прочного равновесия — стационарном состоянии, ds = Открытые системы в значительной мере характеризуются скоростью производства энтропии в единице объема — функцией диссипации (рассеяния), которая по определению:
где
К открытым равновесным относятся также системы, которые при отклонении от стационарного состояния возвращаются в него экспоненциально, без осцилляции. 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 автокаталитических реакций и в результате роста флуктуации 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.
В зависимости от реакции на возмущающие воздействия выделяют активные и пассивные системы.
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.
Класс систем с управлением образуют системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления.
Примером систем без управления может служить Солнечная система, в которой траектории движения планет определяются законами механики.
В зависимости от степени участия человека в реализации управляющих воздействий системы подразделяются на технические, человеко-машинные, организационные. 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 (ЛПР), а средства автоматизации лишь помогают ему в обосновании правильности этого решения.
К организационным системам относятся социальные системы — группы, коллективы людей, общество в целом.
Классификация систем и их характеристика
Множество систем, существующих в мире, можно классифицировать в зависимости от ряда признаков. Классификация — научный метод, заключающийся в дифференциации всего множества объектов и последующее их объединение в определённые группы на основе какого-либо признака. При общем подходе к классификации систем выделяются следующие признаки (рис. 1.2.):
по происхождению;
объективности существования;
взаимодействия с окружающей средой;
возможности действия системы от времени;
обусловленности действия;
степени сложности.
По происхождению. В зависимости от происхождения системы могут быть естественными и искусственными. К естественным или природным следует отнести галактики, солнечную систему, планеты, материки, экосистемы, биологические системы (в том числе и человека). Искусственные (антропогенные) системы обязаны своим происхождением труду человека. Их можно разбить в основном на два подкласса — физические, социально-экономические.
Физические системы олицетворяют такие системы, у которых в качестве элементов выступают неживые составляющие. К таким системам относятся машины, оборудование, транспортные средства и т.п.
Социально-экономические системы являются объединением в организации людей и машин при выполнении определённых функций для достижения поставленных целей. С точки зрения терминологии социально-экономические системы иногда называют биофизическими или социотехническими, хотя сущность и содержание систем от этого не меняется.
К социально-экономическим системам относятся государство и народное хозяйство любой страны в целом, территориальные и городские образования, организации по производству продукции и оказанию услуг. Создавая такие системы, человек в первую очередь стремится удовлетворить свои потребности в пище, одежде, жилье, безопасности, творчестве. Потребность представляет собой внутреннее состояние психологического или физиологического ощущения недостаточности чего-либо. Постоянно возрастающие потребности человека приводят к объективной необходимости создания новых эффективных технологий и автоматизированных систем управления, способных на определенном этапе эволюционного развития человечества удовлетворить его возрастающие потребности. В дальнейшем социально-экономические системы будут рассматриваться как сложные открытые иерархические системы.
Объективности существования. По объективности существования системы делятся на материальные и идеальные. Материальные системы существуют объективно, то есть независимо от человека. Идеальные системы существуют в сознании человека в виде гипотез, образов и представлений. Такие системы выступают в виде системного построения формул, уравнений, определенных схем.
Взаимодействия с окружающей средой. Системы в зависимости от взаимодействия с окружающей средой могут быть закрытыми или открытыми.
Признаки систем Виды систем
Естественные
По происхождению
Искусственные
Объективности Материальные
существования Идеальные
Взаимодействия с Открытые
окружающей средой Закрытые
Возможности действия Статические
системы от времени Динамические
Обусловленности Детерминированные
действия Вероятностные
Простые
Степени сложности Сложные
Особо сложные
Рис. 1.2. Классификация систем
Закрытая система характеризуется тем, что любой элемент такой системы имеет связи только с элементами этой системы. Она не имеет связей с внешней средой, ее элементы взаимодействуют друг с другом только внутри системы. Закрытые системы представляют собой абстракцию и реально таких систем не существует. Но это понятие является весьма полезным при исследовании поведения систем, у которых произошел обрыв внешних связей.
Открытой считается такая система, у которой, по крайней мере, один элемент имеет связь с внешней средой. Все реальные системы являются открытыми. Даже в абстрактной закрытой системе предполагается наличие внешних связей, которые в определенном случае считаются несущественными. В том случае, если временной разрыв или характеристик внешних связей не вызывает отклонений при функционировании системы выше заранее установленных пределов, тогда система связана с внешней средой слабо. В противном случае она связана с внешней средой сильно.
Возможности действия системы от времени. Системы в зависимости от времени действия делятся на статические и динамические.
Статические системы характеризуются неизменностью, то есть их параметры не зависят от времени. Устойчивая деятельность системы определяется постоянством элементов внешней и внутренней среды. В отличие от статических динамические системы и их параметры связаны со временем, то есть являются функцией времени. В реальной жизни статических систем практически не существует.
Обусловленности действия. По обусловленности действия системы могут быть детерминированными и вероятностными. В детерминированных системах все элементы системы взаимодействуют заранее предвиденным образом. Вероятностные системы отличаются тем, что для них нельзя сделать точного детального предсказания поведения системы и только с определенной степенью вероятности можно ожидать появления того или иного события. Для прогнозирования развития таких систем используется теория вероятностей.
Степени сложности. По этому признаку системы делятся на простые, сложные и особо сложные. Простые системы относятся к наименее сложным и характеризуются небольшим числом внутренних и внешних связей. Для сложных и особо сложных систем характерным признаком является наличие разветвленной структуры и большого числа внешних и внутренних связей. Отличительной особенностью особо сложных систем является отсутствие возможности точного и подробного их описания.
Формального определения сложной или особо сложной системы до настоящего времени пока не существует. Понятие сложной, особо сложной системы возникло в результате появления системного подхода к исследованию систем. Специфика системного подхода привела к возникновению общей теории систем.
Сложные и особо сложные системы обладают рядом особенностей. Первая особенность таких систем – целостность их реакций, как это наблюдается в биологических системах. Вторая – большая размерность, заключающаяся в большом количестве элементов, количества выполняемых функций. И третья особенность – сложность поведения системы, состоящая в том, что изменение одного параметра в системе влияет на многие другие.
Следует отметить, что приведенная классификация не претендует на свою оригинальность и законченность. Проблема состоит в том, что системы могут быть классифицированы в зависимости от конкретных целей и решаемых задач, а также постоянно проводимых исследований, возникающих на практике в конкретных ситуациях.
Классификация систем
Классификациейназывается разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками и соответственно ей может быть найдено место в различных классификациях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии исследования. Обычно цель классификации ограничить выбор подходов к отображению систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего класса.
Рис. — Классификация систем
Основание (критерий) классификации | Классы систем |
По взаимодействию с внешней средой | Открытые Закрытые Комбинированные |
По структуре | Простые Сложные Большие |
По характеру функций | Специализированные Многофункциональные (универсальные) |
По характеру развития | Стабильные Развивающиеся |
По степени организованности | Хорошо организованные Плохо организованные (диффузные) |
По сложности поведения | Автоматические Решающие Самоорганизующиеся Предвидящие Превращающиеся |
По характеру связи между элементами | Детерминированные Стохастические |
По характеру структуры управления | Централизованные Децентрализованные |
По назначению | Производящие Управляющие Обслуживающие |
Рис. — Классификация систем
Основание (критерий) классификации | Классы систем |
По взаимодействию с внешней средой | Открытые Закрытые Комбинированные |
По структуре | Простые Сложные Большие |
По характеру функций | Специализированные Многофункциональные (универсальные) |
По характеру развития | Стабильные Развивающиеся |
По степени организованности | Хорошо организованные Плохо организованные (диффузные) |
По сложности поведения | Автоматические Решающие Самоорганизующиеся Предвидящие Превращающиеся |
По характеру связи между элементами | Детерминированные Стохастические |
По характеру структуры управления | Централизованные Децентрализованные |
По назначению | Производящие Управляющие Обслуживающие |
Классификациейназывается разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками
Примеры человеко-машинных систем: автомобиль — водитель; самолет — летчик; ЭВМ — пользователь и т.д.
4) Структура системы, отношения координации и субординации, структурируемость.
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ[system structure] — организация связей и отношений междуподсистемамииэлементами системы, а также собственно состав этих подсистем и элементов, каждому из которых обычно соответствует определенная функция. Различаются структурыодноуровневыеимногоуровневые.Экономические системыхарактеризуются, как правило, многоуровневойиерархической структурой; им свойственна такжеполиструктурность, т. е. взаимопереплетение разнокачественных подсистем, образующих несколько связанных между собой иерархических структур (производственно-технологических, территориальных, институционных, социальных и др.). Различают также системы спостояннойипеременнойструктурами, причем структура экономической системы обычно относится ко второму виду: она подвижна, формируется применительно к условиямфункционирования системы.
Главной характеристикой качества структуры любой экономической системы является сбалансированность, пропорциональность Отношения субординации — это связи между органами управления, трудовыми коллективами и между отдельными лицами, выражающие подчинение одного другому при реализации общей цели управленческой деятельности. Отношениям субординации соответствуют определенные организационные формы управленческих органов, которые обеспечивают реализацию подчинения. Такая связь характерна, например, для государственных органов социальной защиты и обслуживания населения, которые наделены функциями распорядительства и используют властные методы управленческого воздействия, что диктуется необходимостью налаживания совместной работы коллективов, устранения стихийности в деятельности участников управленческого процесса.
Структурируемость– наличие связей, характеризующих степень осмысления и выявленность основных закономерностей и принципов, действующих в данной предметной области.
Структурность— это упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структурой системы существует взаимосвязь, как между философскими категориями содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой изменение формы (структуры), но и наоборот.
3. Классификация систем
Существует много способов классификации систем. Рассмотрим наиболее распространённую:
СИСТЕМЫ | |||
1.по происхождению | Естественные (природные) | ||
Искусственные (антропогенные) | По специфике содержания |
| |
2.по объективности существования |
| ||
3. по степени связи с окружающей средой | |||
4.по зависимости от времени |
| ||
5.по обусловленности действия | |||
6. по месту и иерархии систем | |||
4. Виды систем
Выделяют различные виды систем:
ФИЗИЧЕСКИЕ
ХИМИЧЕСКИЕ
БИОЛОГИЧЕСКИЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ
СОЦИАЛЬНЫЕ
Особое место в нашей жизни занимают социальные системы. Данный вид систем относится к организационному управлению (менеджменту)
Социальная система – это упорядоченность в определённом отношении взаимодействующих индивидов, вещей, процессов, образующих интегративные качества, не свойственные составляющим её компонентам (Беляев А.А., Коротков Э.М. Системология организации).
Примеры: коллектив работников предприятия, коллектив учащихся, и т.д.
Каждая из таких систем весьма индивидуальна. Социальные системы характеризуются определёнными классификационными признаками. Это системы:
искусственные, (созданы трудом человека. Искусственность предполагает большую степень возможного разнообразия систем)
материальные, (означает не только объективность, но и тот или иной уровень материальных затрат).
открытые, (имеется вход и выход)
динамические, (подвержены старению, развитию, движению, прогрессу и регрессу, делению и слиянию и т.д.).
вероятностные, характеризуются вероятностью структуры, функций, целей, задач, ресурсов и т.д.
на различных уровнях это суперсистемы, большие системы, подсистемы и их элементы.(например, система образования России, региональная, муниципальная)
Разновидностью социальных систем являются организации. Понятие организации относится к числу важнейших в управленческой науке. Оно используется в двух смыслах: особого вида социальных систем, в которых реализуется функция управления, и особой функции управления. В смысле социальной системы организация понимается как объединение людей, совместно реализующих общую цель и действующих на основе определённых принципов и правил (См. Беляев А.А., Коротков Э.М. Системология организации. – М., 2000. – С.46)
Предприятия, исследовательские учреждения, гостиницы, театры, образовательные учреждения – всё это частные виды организаций. Понимать образовательное учреждение как организацию (а значит, как особый вид социальной системы) – значит, определить все её основные компоненты: вход, выход, процесс и др. (См. Управление школой: теоретические основы и методы/Под ред. В.С.Лазарева. – М., 1997. – С.47-64).
В психолого — педагогической литературе появилось новое понятие «ПРОЦЕССНАЯ СИСТЕМА». По мнению В.С.Лазарева: процессная система – совокупность объектов: входа, процесса, выхода, ограничений и обратной связи
Модель процессной системы
ограничения
ВХОДЫ |
|
|
|
|
|
| ВЫХОДЫ | ||
ОСНОВНОЙ ПРОЦЕСС | |||||||||
|
| ||||||||
| подпр.1 | подпр.2 | подпр.3 | подпр.4 |
| ||||
|
| ПОБОЧНЫЕ | |||||||
|
| ПРОДУКТЫ | |||||||
|
| ||||||||
| ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ |
| |||||||
| ПРОЦЕССЫ |
| |||||||
|
| ||||||||
|
| ||||||||
|
| ||||||||
| УПРАВЛЕНИЕ |
| |||||||
|
| ||||||||
|
| ОСНОВНОЙ | |||||||
|
| ПРОДУКТ | |||||||
|
| ||||||||
|
|
|
|
|
| ||||
ВХОД – совокупность элементов (люди, оборудование, материалы, энергия, информация и т.д.), благодаря соединению которых протекает процесс. Эти элементы претерпевают изменения. Это всё то, что необходимо для протекания процесса и изменяется в нём.
ВЫХОД – результат процесса, или конечное состояние работы системы.
ПРОЦЕСС – отношение между входом и выходом. Это преобразование входа в выход. Выделяют :
Основной | — преобразует вход в основной выход |
Обеспечивающий | — преобразует входы системы во входы основного процесса или выходы основного процесса во входы последующих систем |
управление | — обеспечивает соответствие между фактическим и желаемым выходом путём изменения входа. Обратная связь |
ОСНОВНОЙ ПРОДУКТ – то, для чего работает система
СВЯЗЬ – отношение соответствия выхода одного процесса входу другого
Всякий вход является выходом этой или другой системы, а всякий выход – входом другой системы или своей собственной (напр. 9кл-в 10 кл)
Всякую систему можно представить в виде совокупности связанных подсистем (декомпозировать). Для этого процесс преобразования входа в выход разбивается на части (подпроцессы) и определяются подсистемы, реализующие эти части общего процесса
Лекция 4 Классификация систем
Многообразие систем настолько велико, что и в нестоящее время отсутствуют формальные методы классификации систем (не алгоритмизирована процедура). В основу любой классификации положен тот или иной принцип или признак.
Классификация это сеть декомпозиции множества систем по определенному признаку. Три проблемы любой классификации:
выбор признака – способа декомпозиции;
отсутствие формальных методов классификации;
оценка степени полноты и конкретности.
Далее рассмотрим лишь некоторые подходы к классификации систем.
Классификация систем по субстанциональному (по основному, по сущности вещей и явлений) признаку
По этому признаку выделяют три класса систем:
а) материальные – системы, существующие в объективной действительности (живой и неживой природе, обществе).
Примеры: атоммолекулаживая клеткаорганизмпопуляции обществоцивилизации
б) концептуальные (идеальные) системы – системы, отражающие представления о реальной действительности, объективном мире.
Примеры: научные теории, гипотезы, результаты восприятия или представления окружающего мира, выраженные в той или иной форме (знаковой, символьной, музыкальной, художественной и т.д.). Среди концептуальных систем различают: абстрактные, гипотетические, логические, символические и т.д.
в) искусственные системы – материальные системы, созданные человеком с определенной целью.
Примеры: простейшие механизмы, сложные технические комплексы, организации (кафедры, университеты, министерства).
Примечание 1. Некоторые авторы выделяют класс смешанных систем, которые состоят из естественных и искусственных подсистем.
Примеры: организационная система, человеко-машинные системы, роботизированные системы, пилот – ЛА, автомобили на солнечных батареях, оператор-ПЭВМ.
Примечание 2. Для естественных систем характерны объективные цели (будущее реальное состояние системы), а для искусственных систем – субъективные цели (будущее идеальное планируемое (в нашем сознании) состояние системы и среды).
Примечание 2. Данная классификация систем обладает полнотой, т.к. охватывает все известные (и даже неизвестные) человеку системы. Но обладая большой общностью, не обладает в достаточной степени конкретностью.
Два системных свойства:
Классификация искусственных систем (ИС) по уровню автоматизации (по степени влияния на производительность труда)
Рассмотрим класс ИС, который связан с трудовой деятельностью человека, и разобьем его на подсистемы по уровню автономности (самостоятельности) функционирования систем. Некоторые авторы называют данный признак – по уровню автоматизации. Итак, можно указать на следующие классы систем.
орудия – системы, предназначенные для расширения функциональных возможностей человека при выполнении ручного труда (садовый инвентарь, плотницкий и т.д.)
механизмы и машины – системы, предназначенные для замены (исключения) человека при выполнении тяжелого физического труда или трудновыполнимых действий (экскаваторы, подъемные механизмы и краны, бурильные установки, прессы, швейная машина и т.д.)
автоматы и автоматические системы – системы, предназначенные для исключения человека (ввиду ограниченности его физических возможностей) из производственного процесса или процесса управления (станки-автоматы с ЧПУ, САУ температурой, давлением, скоростью, высотой полета, положением и т.д.)
интеллектуальные системы – системы, созданные для помощи (или исключения) человеку в интеллектуальной деятельности, связанной с распознаванием ситуации, принятием решения и эффективным выполнением сложных операций в средах, опасных для жизни человека или в быстроизменяющихся ситуациях, требующих для анализа обработки больших потоков информации
роботы (автономные, мобильные) (подводные роботы, роботы-пожарники, роботы-сборщики, обезвреживание бомб), программные системы (ЭС), робот-шахматист, ЭВМ и т.д.
Интеллектуальными системаминазывают такие человеко-машинные системы, которые обладают способностью выполнять (или имитировать) какие-либо интеллектуальные процедуры, например, автоматически классифицировать, распознавать объекты или образы, обеспечивать естественный интерфейс, накапливать и обрабатывать знания, делать логические выводы. Используют и другой, более старый термин — “система искусственного интеллекта”. В информатике актуальна задача повышения интеллектуальности компьютерных и программных систем, технологий и обеспечения интеллектуального интерфейса с ними. В то же время интеллектуальные системы базируются на неполных и не полностью формализуемых знаниях о предметной области, правилах вывода новых знаний, поэтому должны динамически уточняться и расширяться (в отличие от, например, формализуемых и полных математических знаний).
Основная классификация систем
Основная классификация систем – разделение каждой из них на три подсистемы:
техническую,
биологическую и
социальную.
Техническая подсистема включает оборудование и другие работоспособные изделия, имеющие инструкции для пользователя. Набор решений в технической подсистеме ограничен и последствия всех решений, как правило, предопределены. Решения носят строго формализованный характер и выполняются в строго определенном порядке.
Биологическая подсистема включает флору и фауну планеты, в т.ч. человеческий организм. Набор решений также ограничен вследствие медленного эволюционного развития живых организмов.
Последствия решений могут быть непредсказуемыми вследствие наличия субъективных факторов и огромного многообразия вариантов.
Социальная подсистема характеризуется наличием человека как субъекта и объекта управления в совокупности взаимосвязанных элементов. Социальная подсистема может включать биологическую и техническую подсистемы, а биологическая подсистема – техническую подсистему.
Системы также подразделяются на:
искусственные и естественные,
открытые и закрытые,
детерминированные и стохастические,
жесткие и мягкие.
Искусственные системы создаются человеком для реализации к.-л. заданных программ или целей на основании субъективной воли (техника, учреждения культуры).
Естественные системы возникают в природе или создаются человеком вследствие объективных природных процессов (экологические системы, моногамия).
Открытые системы характеризуются открытым характером связей с внешней средой и сильной зависимостью от нее (СМИ, коммерческие структуры).
Закрытые системы характеризуются преимущественно внутренними связями и создаются для удовлетворения внутренних потребностей персонала и учредителей (профсоюзы, политические партии, мафиозные структуры).
Детерминированные системы функционируют по заранее заданным правилам, с заранее определенным результатом (типовое производство, начальное образование).
Стохастические системы характеризуются трудно предсказуемыми входными воздействиями внешней и (или) внутренней среды и выходными результатами (научные исследования, предпринимательство, игорный бизнес).
Мягкие системы характеризуются высокой чувствительностью к внешним воздействиям и слабой устойчивостью (финансовые котировки, слабообученный персонал).
Жесткие системы – как правило, авторитарные, основанные на высоком профессионализме небольшой группы руководителей, организации (религиозные организации, диктатуры). Жесткая система — основанная на высоком профессионализме небольшой группы руководителей и отлаженной технологии управления и производства.
Все живые системы развивающиеся. Механизмом и источником развития является единство и борьба противоположностей.
Этот диалектический метод Гегеля лежит в основе учения о всеобщем развитии.
Универсальная теория формирования организаций, которая получила название «теория Гласиер» по месту своего создания (Гласиеровская металлическая компания, Лондон) была создана в 50 — е годы ХХ века как ответ на возросший уровень социальных требований к работе после Второй мировой войны. Эта теория выделяет существование, по меньшей мере, четырех подсистем в каждой организации:
исполнительной;
апелляционной;
представительской;
законодательной.
Каждая из этих подсистем выполняет исключительные функции в рамках организации, и в то же время они частично пересекаются и взаимодействуют друг с другом.
Исполнительская подсистема – это структура, в которой исполнители должны выполнять определенные требования и нести определенную нагрузку в соответствии со своим местом в иерархии ответственности.
Аппеляционная система предполагает право каждого члена организации обжаловать решение своего руководителя на более высоких уровнях, вплоть до головного руководства и обращения в судебные органы.
Представительская — формируется путем избрания представителей, входящих в совет вместе с руководителями. Они доводят до сведения руководителей жалобы и требования своих избирателей. Представительская система работает на основе принятых законов.
Функции законодательной подсистемы — выработка политики для всей организации с участием избранных представителей. Эта теория вводит в структуру организации социальный фактор и предполагает учет интересов, как производства, так и работников.
ГЛАВА 2. СИСТЕМЫ И ИХ СВОЙСТВА
19
-Разве имя должно что-то значить? — проговорила Алиса с сомнением.
-Конечно, должно, — ответил Шалтай — Болтай. – Возьмем, к примеру, мое имя — оно выражает мою суть! Замечательную и чудесную суть!
Льюис Кэрролл (Алиса в Зазеркалье)
2.1.Определение системы
Система — совокупность (множество) элементов, между которыми имеются связи (отношения, взаимодействие). Таким образом, под системой понимается не любая совокупность, а упорядоченная. Если собрать вместе (объединить) одноили разнородные элементы (понятия, предметы, людей), то это не будет системой, а лишь более или менее случайным смешением. Считать ту или иную совокупность элементов системой или нет, зависит также во многом от целей исследования и точности анализа, определяемой возможностью наблюдать (описывать) систему. Например, для проектировщика или испытателя автомобиль – система, а для пассажира – средство передвижения (вид транспорта). Имеется много определений понятия «система». Основная трудность состоит в том, что для полного определения этого понятия необходимо указать формальные признаки, позволяющие отличить систему от «несистемы». В качестве таких признаков наиболее часто используют: число взаимосвязанных элементов, способ описания поведения системы, отсутствие формальной математической модели функционирования и т. п. Эти признаки порождают множественность классификации систем. Так по числу элементов различают малые системы (10 — 103), сложные (104 – 107), ультрасложные (107 — 1020) и суперсистемы (1020- 10200). По способу описания — детерминированные (поведение которых описывается однозначной функцией), статистические (поведение которых описывается в терминах распределения вероятностей) и нечеткие (поведение которых описывается нечеткими словесными высказываниями типа «достаточно высокий», «большой», «значительный» и т.п.).
Говоря о системе, будем выделять три основных признака:
1)система — это совокупность элементов, которые сами могут рассматриваться как системы; а исходная система — часть более общей системы, т.е. система рассматривается как часть иерархии систем. Например, автомобиль может рассматриваться как часть автомобильного предприятия или часть транспортных средств города и т.д.
2)для системы характерно наличие интегративных свойств, которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности. Например, перевозить может автомобиль, измерять прибор, но не их отдельные части.
3)для системы характерно наличие существенных связей между элементами (скопление разрозненных частей не является системой).
Все три признака тесно связаны друг с другом, и наличие одного из них влечет за
собой наличие двух остальных.
20
2.2. Классификация систем
Системы можно классифицировать по разным признакам. В соответствии с типом используемых в них величин системы делятся на физические и абстрактные (концептуальные). К физическим относятся системы, у которых величины измеримы. Элементами абстрактных систем могут быть понятия, уравнения, переменные, числа и т п. Примером понятийной (концептуальной) системы является язык как средство общения. К абстрактным системам относятся также язык программирования, система чисел, система уравнений и т.п. Элементами системы могут быть объекты: так, в автомобиле или пишущей машинке объектами служат отдельные части. Такие системы называются техническими: станок, компьютер, магнитофон и т.п. Элементами системы могут быть субъекты, например; игроки в хоккейной команде, сотрудники в лаборатории. Такие системы называются социальными: учебная группа, партия, профсоюз, институт и т.п. Наконец, система может состоять из понятий, объектов и субъектов, как в системе «человек-машина», включающей все три вида элементов. Эти системы представляют наибольший интерес с точки зрения практической деятельности и называются организационно-техническими, человеко-машинными или большими техническими системами. Например, фирма, транспортная система, энергетическая система и т.п. Их особенностью является наличие в их составе сложной управляющей подсистемы. Таким образом, система может состоять из других систем, которые называются ее подсистемами. В большинстве случаев приходится иметь дело с большими, высокоорганизованными системами, которые включают в себя другие системы. Такие системы будем называть общими системами или системами в целом. Оперировать такими системами нелегко, так как мы не знаем, до какого предела осуществлять декомпозицию системы, т.е. разбивать ее на подсистемы, или до какого предела продолжать «построение» большой системы. В зависимости от типа элементов системы можно разделить на естественные и искусственные (созданные людьми), живые и неживые. Примерами естественных живых систем являются дерево, животное, человек. К естественным неживым системам относятся, например, планетарные (звездные) системы (Солнечная система, Галактика), горная система, система минералов, водная система и т.п. Примерами искусственных живых систем являются системы, полученные селекцией (искусственные сорта растений), методом генной инженерии (новые виды живых организмов), а также социальные системы. К искусственным неживым относятся технические системы. Системы, свойства которых не меняются со временем, называются статическими, в противном случае – динамическими. Динамическими являются системы с изменяющейся организацией, развивающиеся системы. К статическим относится большинство технических систем, так как их назначение (функция) не меняется со временем. К динамическим относятся социальные и организационно-технические системы. С точки зрения наблюдаемых величин, используемых для описания системы, и их распределения во времени различают дискретные, непрерывные и импульсные системы.
К первому типу относятся системы, величины в которых имеют конечное число различных дискретных значений и могут быть определены лишь в дискретные моменты времени. В этом случае отношения между величинами можно задать с помощью выражений (уравнений) алгебры логики, вообще говоря, многозначной. Дискретными являются, например, технические системы. Ко второму типу относятся системы, в которых величины и время рассматриваются как непрерывные переменные. При этом отношения между величинами выражаются дифференциальными уравнениями. Примерами непрерывных систем являются процессы, происходящие в
21
живой и неживой природе: круговорот воды, фотосинтез у растений, ассимиляция и диссимиляция у животных и человека, сама жизнь и т.п. В системах третьего типа величины рассматриваются как непрерывные переменные, но их значения известны лишь в дискретные моменты времени. Импульсные системы получаются при моделировании непрерывных систем. В этом случае из-за ограниченной точности измерений имеем дело, по сути, с первым случаем. Допущение о непрерывности вводится, чтобы проще выразить отношения между переменными (эти проблемы рассматриваются в теории интерполяции). При замене непрерывных переменных дискретными значениями важную роль играет теорема Уиттекера (1915 г.) {в отечественной литературе известна как теорема Котельникова}: любая непрерывная функция времени, имеющая частотный спектр с верхним пределом fмах допускает точную замену конечным числом ее значений, записанных в интервалах времени t =
1 / (2 fмах).
Системы с конечным числом величин, элементов и связей между ними называются ограниченными. Если одно из этих множеств бесконечно, то — неограниченными Физические системы ограничены, абстрактные могут быть неограниченными.
С точки зрения взаимодействия между системой и окружающей средой различают закрытые и открытые системы (см. ниже).
Таким образом, общая классификация систем должна учитывать многие аспекты. Наиболее известные классификационные схемы принадлежат С.Биру и К.Боулдингу. Первая классификация (по С.Биру), дополненная автором данной книги (последняя строка таблицы), приведена в табл.2. Эта классификация учитывает два основных аспекта системы: сложность и способ описания. Вторая классификация (по К.Боулдингу) построена с учетом сложности организации систем.
|
|
|
|
| Таблица 2. |
| Классификация систем по С.Биру |
| |||
|
|
|
|
|
|
Система | Простая |
| Сложная |
| Очень сложная |
|
|
|
|
|
|
| Оконная | задвижка |
|
|
|
Детермин | проект |
| Цифровая | ЭВМ |
|
ированная | механических | Автоматизация | — | ||
| мастерских |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
| Подбрасывание | Хранение | запасов | Экономика | |
| монеты |
| Условные рефлексы | Мозг | |
Вероятнос | Движение | медузы | Прибыль |
| Деятельность |
тная | Статистический | промышленного | фирмы | ||
| контроль | качества | предприятия |
|
|
|
|
|
|
|
|
22
| продукции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Социальные |
|
|
|
| системы | и |
|
| Человек | социальные |
|
Нечеткая | — | Поведение | организации |
|
|
| человека, мышление | Трансценденталь- | |
|
| Качество жизни | ные системы | или |
|
|
| системы вне нашего | |
|
|
| познания |
|
|
|
|
|
|
Классификация систем по К.Боулдингу
1.Неживые системы.
1.1Статические системы, называемые остовами
1.2.Простые динамические структуры с заданным движением, присущие окружающему нас физическому миру. Эти системы называют часовыми механизмами.
1.3.Кибернетические системы с управляемыми циклами обратной связи, называемые термостатами.
2.Живые системы.
2.1.Открытые системы с самосохраняемой структурой. Уровень клеток — первая ступень, на которой возможно разделение на живое и неживое.
2.2.Живые организмы с низкой способностью воспринимать информацию (растения).
2.3.Живые организмы с более развитой способностью воспринимать информацию, но не обладающие сознанием (животные).
2.4.Люди, характеризующиеся самосознанием, мышлением и нетривиальным поведением.
2.5.Социальные системы и социальные организации.
2.6. Трансцендентальные системы, или системы, лежащие в настоящий момент вне нашего познания.
