Тема 2.5. Основы построения систем управления

Система: понятие, структура, элемент, связи

В настоящее время существует достаточно большое количество определений понятия «система». Приведем некоторые из них.

Определение 1. Система (SYSTEMA) из древнегреческого - объединенное, составленное из частей) - совокупность элементов, между которыми существуют связи и отношения, и которые образуют единство, целостность по отношению к окружающей среде.

Определение 2. ГОСТ ISO/МЭК 12209:99: система (SYSTEM-англ.) комплекс, состоящий из (бизнес)-процессов, технических программных средств, устройств и персонала, обладающих возможностью удовлетворять установленным потребностям или целям (акцент на процессы и цели - «Процессный подход»).

Определение 3. Система - целенаправленный комплекс взаимосвязанных элементов любой природы и отношений между ними (25,с.7).

Определение 4. В математике определение системы можно условно сопоставить с определением множества.

Система S = f (Х,Y), где

F-функция перехода

Х= (хi, i=1,2, n)-множество элементов, входящих в систему

Y= (уj, j=1,2, m) –множество элементов, выходящих из системы.

Множества X и Y являются конечными, так как определяют некоторую систему, выделенную из реальной жизни и дискретную по своей сущности. Поэтому S= f(Х,Y) можно рассматривать как граф, что позволяет возможность использования для описания таких систем теории графов. Любая система может быть представлена в виде графа, вершинами которого являются элементы системы, а ребрами – отношения между ними (схема 14).

Схема 14. Организационная структура управления

Предприятием

Схемное построение системы, с ее внешней и внутренней средой, приведено на схеме 15.

При исследовании систем одним из важных условий является определение следующих понятий:

· информация;

· информационные ресурсы;

· элементы;

· подсистемы;

· связи;

· информационные ресурсы внешней среды;

· информационные ресурсы внутренней среды;

· структура;

· функция;

· целевая функция.

Схема 15. Схема построения системы и ее взаимосвязь

С внешней средой

Информация – это сведения, сообщения, знания, флюиды, данные, которыми обмениваются люди, люди и технические устройства, технические устройства между собой; обмен сигналами в животном и растительном мире, с космическим пространством; передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму (25, с.8). Понятие «информация» со­стоит из двух аспектов: содержательного и материаль­ного. Содержательный, или смысловой аспект инфор­мации состоит в наличии определенных све­дений, сообщений, данных или осведомленности о состоянии внешней и внутренней среды системы. Ма­териальный аспект связан с тем, что передача и хранение информации требует материальных носителей, на которых она фиксируется и затем передается. Информация никогда не со­здается. Она только принимается и передается, но при этом может утрачиваться и исчезать.

Информационные ре­сурсы представляют собой знания, сведения, данные, полученные в результате развития науки и практичес­кой деятельности людей, используемые в обществен­ном производстве и управлении как фактор повыше­ния эффективности производства. Они представляют собой по содержанию отображение естественных и общественных процессов и явлений, зафиксированных в результатах научных исследований, проектно-конструкторских разработок, учетно-статистических данных, нормативных, плановых, методических материалах и т. п. в форме понятий, суждений и сложных моделей действительности.

Элемент – неделимая часть системы. Дальнейшее деление элемента приводит к разрушению его функциональных связей с другими элементами получению свойств выделенной совокупности, не адекватной свойствам элемента как целого.

Подсистема - выделенное по опреде­ленным правилам и признакам целенаправленное под­множество взаимосвязанных элементов любой приро­ды. Каждую подсистему в свою очередь можно разделить на еще более мелкие подсистемы. Системы отличаются от подсистем только лишь правилом и признаками объе­динения элементов. Для системы правило является бо­лее общим, а для подсистемы - более индивидуаль­ным. Исходя из этого можно сделать вывод, что система представляет собой нечто целое, состоящее из подсистем, каждую из которых можно рассматривать как самостоятельную систему. В то же время любая система является подсистемой некоторой более большой системы.

Подсистемы, выделенные на одной горизонталь­ной линии, являются подсистемами одного уровня. Де­ление системы на подсистемы разного уровня называют иерархией (от греч. hieros - священный и arche - власть), что означает порядок подчинения более низ­ких звеньев системы более высоким. При иерархичес­ком построении системы в целях наиболее эффектив­ного достижения цели должно всегда соблюдаться ос­новное правило, заключающееся в том, что подсистема более низкого уровня должна подчиняться подсистеме более высокого уровня.

Любая подсистема является, с одной стороны, самостоятельной системой, а с другой - подсистемой системы более высокого уровня, что приводит к двум подходам исследования систем. Это макроуровень и микроуровень.

Исследование систем как целого на так называемом макроуровне связано с тем, что основное внима­ние уделяется изучению взаимодействия системы с внешней средой. В этом случае элементы системы рас­сматриваются с точки трения организации их в еди­ное целое и влияния на функционирование системы в целом. При исследовании системы на макроуровне ос­новными являются характеристики внутренней среды, определяемые взаимодействием элементов этой среды между собой и выполняющие определенные действия.

В целях более объективного исследования систем необходимо сочетание двух подходов. Обычно считает­ся более целесообразным начинать изучение систем с макроуровня, и затем исследовать микроуровень. Тем не менее иногда может оказаться более рациональным подход, когда исследование системы начинается на микроуровне.

Связи - это то, что соединяет элементы и свойства системы в единое целое. Любая связь между какими-либо двумя элементами в соответствии с ее направленностью от одного элемента к другому явля­ется выходом первого из них и в то же время входом второго. Связи между подсистемами одного и того же уровня называются горизонтальными, а связи систе­мы со всеми подсистемами соподчиненных иерархи­ческих уровней - вертикальными.

Для каждой системы связи со всеми подсистема­ми и между ними называются внутренними, а все ос­тальные связи – внешними. Взаимодействие системы с внешней средой осуществляется с помощью целена­правленных связей.

Информационные ресурсы внешней среды - множество элементов любой природы, существующие вне систе­мы и оказывающих на нее влияние. Для того, чтобы элементы внешней среды могли влиять на систему или испытывать ее воздействие, необходимы связи. В лю­бой системе число всех существующих внешних взаимосвязей очень велико. Исследовать абсолютно все связи практически невозможно. Поэтому их число приходится ограничивать. Задача исследователей со­стоит в том, чтобы определить из множества существующих взаимосвязей с внешней средой такие, которые в значительной сте­пени влияют на систему.

Информационные ресурсы внутренней среды - это ситуационные факторы между элементами во внутрен­ней среде системы определенной природы. В органи­зациях, создаваемых людьми, элементы во внутренней среде являются результатом управленческих решений и постоянно меняются под влиянием внешней среды. Основными переменными во внутренней среде орга­низаций, требующих внимания руководства, являются цели, структура, функции, связи, технические средства, технологии и люди.

Структура - совокупность связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие (от лат. structura - строение, порядок). У каж­дой подсистемы определенного уровня существуют со­подчиненные подсистемы либо непосредственно, либо через промежуточные подсистемы. Множество подси­стем, которые стоят ниже и подчинены данной систе­ме, называют ее вертикалью.

Функция - целенаправленный набор действий, операций или процедур (от англ. function - обязанности, действия). Функции системы обычно представляются в виде набора некоторых преобразо­ваний, которые, как правило, делятся на две группы. Первая группа функций связана с преобразованием входов в систему. Это значит, что при определенном наборе значений входных данных осуществляется такое преобразование, при котором система придет в состояние, характеризуемое набором некоторыx внутренних ее параметров. Вторая группа преобразований связывает состояние системы с ее выходами. При оп­ределенном наборе значений внутренних параметров преобразования обеспечивают некоторый набор значе­ний выходных параметров. Сточки зрения внешней среды функции системы заключаются в том, что при определенном наборе значений входных параметров выходные параметры принимают соответствующие этому набору значения. Задача специалистов, занимающих­ся исследованием систем, заключается а определении содержания множеств элементов на входе в систему, зависимостей между ними и возможных преобразований входных данных во внутренней среде системы.

Функция в экстремальных за­дачах, минимум или максимум которой необходимо найти, называется целевой. Экстремальному значению целевой функции обычно соответствует оптимальное решение. Различают линейные, нелинейные, выпуклые и другие целевые функции. В том случае, если допус­тимое множество экстремальной задачи есть пространство функций, тогда используют термин «целевой функционал».

Классификация систем

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 определенные группы на основе какого-либо признака. При общем подходе к. классификации систем выделяются следующие при­знаки (схема 16):

• по происхождению;

• по объективности существования;

• по взаимодействию с окружающей средой;

• по действию во времени;

• по обусловленности действия;

• по степени сложности.

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 и социально-экономические.

Физические системы олицетворяют такие систе­мы, у которых в качестве элементов выступают нежи­вые составляющие. К таким системам относятся маши­ны, оборудование и т.п.

Социально-экономические системы являются объе­динением в организации людей и машин при выполне­нии определенных 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.

Поиск по сайту: