Теория систем (общая теория систем) — специально-научная и логико-методологическая концепция исследования объектов, представляющих собой системы Целью исследований в рамках этой теории является изучение: • различных видов и типов систем; • основных принципов и закономерностей поведения систем; • функционирования и развития систем. В рамках теории систем изучаются наиболее фундаментальные закономерности существования и формирования систем, общие для систем разной природы.
Понятие системы Система – совокупность составных частей, взаимосвязанных для достижения определенной цели. Системность некоторого процесса проявляется в определенной последовательности его реализации, т. е. взаимосвязанности его составных частей (действий, операций), ведущей к конечному результату процесса – его цели.
Определение системы 1. Система есть совокупность частей связанных для достижения определенной цели (цель объединяет элементы и отграничивает от внешней среды) 2. Система – объект любой природы, обладающий выраженными системными свойствами, т. е. обладающая свойствами, которыми не обладают ее компоненты (интегративное свойство или эмерджентность) 3.
Исследование систем Основа исследование систем – системный подход Системный подход заключается в исследовании объекта, процесса, явления во всем многообразии его внешних и внутренних связей Инструментарий исследования систем – системный анализ, изучающий наиболее общие закономерности возникновения (создания), развития (и деградации) и функционирования систем, в том числе и закономерности управления системами.
Направления изучения систем • Системология (теория систем) - изучает теоретические аспекты и использует теоретические методы (теория информации, теория вероятностей, теория игр и др. ) при изучении систем • Системный анализ (методология, теория и практика исследования систем) - исследует методологические, а часто и практические аспекты и использует практические методы (математическая статистика, исследование операций, программирование и др. ) при изучении систем • Системотехника, системотехнологика - практика и технологию проектирования и исследования систем
Иерархия систем
Основные особенности исследования систем Объединять объекты (процессы, явления) и устанавливать цель можно по-разному. Порядок исследования системы, ее вид, состав, границы и взаимодействие с внешней средой, надсистема и подсистемы зависят от установленной цели исследования Поскольку цель определяется субъективно (нет единых объективных правил выбор целей), то и система описывается субъективно
Категории исследования систем Исследование объекта как системы базируется на использовании основных систем представлений • Структурное представление системы • Функциональное представление системы • Макроскопическое представление системы • Микроскопическое представление системы • Иерархическое представление системы • Процессуальное представление системы
Основные определения • Объект - часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени. • Внешняя среда (внешнее окружение, окружение) – совокупность объектов за границами системы • Компонент — любая часть системы, вступающая в определённые отношения с другими частями (подсистемами, элементами) • Элемент - часть системы с однозначно определёнными свойствами, выполняющие определённые функции и не подлежащие дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя) • Структура системы - устойчивое множество отношений между компонентами системы, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения • Связи — элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.
Основные определения (продолжение) • Критерии — признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных ограничениях • Показатели – числовые характеристики отдельных аспектов функционирования систем • Эффективность системы — соотношение между заданным (целевым) показателем результата функционирования системы и фактически реализованным • Функционирование - переработка входных потоков материи, энергии, информации (известных параметров воздействия окружающей среды) в значения выходных потоков материи, энергии, информации (неизвестных параметров) с учетом факторов обратной связи
Основные определения (продолжение) • Вход — все, что извне влияет на систему (все что меняется) при протекании процесса ее функционирования. • Выход — результат (конечное состояние) процесса функционирования системы • Процесс (иногда процессор) — перевод входов системы в выходы • Ограничение — способ согласования выходов системы и требованиями к ним, как к входу в последующую систему — потребитель, также задают располагаемые для функционирования (создания, развития) ресурсы системы • Состояние системы - совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени • Состав системы – совокупность элементов (подсистем, компонентов), образующих системы • Характеристика — то, что отражает некоторое свойство системы
Основные свойства систем • Эмерджентность (синергетическое свойство)— свойство систем, обусловливающее появление новых свойств и качеств, не присущих элементам, входящих в состав системы • Целостность - каждый элемент системы вносит вклад в реализацию целевой функции системы • Организованность — сложное свойство систем, заключающееся в наличие структуры и функционирования (поведения) • Функциональность — проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой • Структурность — упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними Иногда дополнительно выделяют • Возможность обособления или абстрагирования от окружающей среды, т. е. относительная обособленность от тех факторов среды, которые в достаточной мере не влияют на достижение цели; • Связи с окружающей средой по обмену ресурсами; • Подчиненность всей организации системы некоторой цели (как это, впрочем, следует из определения системы);
Основные свойства систем (продолжение) • Поведение - процесс целенаправленного изменения во времени состояния системы • Устойчивость - способность системы противостоять внешним возмущающим воздействиям • Надежность — свойство сохранения структуры системы выполнения своих функций (возможно не в полном объеме), несмотря на «гибель» отдельных ее элементов (часто достигается с помощью замены или дублирования элементов) • Живучесть — способность системы активно подавлять вредные воздействия • Адаптируемость — свойство изменять поведение или структуру с целью сохранения, улучшения или приобретение новых качеств в условиях изменения внешней среды и изменения собственных параметров системы
Классификация систем Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации. 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.
Пример классификации систем (I)
Пример классификации систем (II)
Основные классы систем Основание (критерий) классификации По взаимодействию с внешней средой По структуре По характеру функций По характеру развития По степени организованности Классы систем Открытые Закрытые Комбинированные Простые Сложные Большие Специализированные Многофункциональные (универсальные) Стабильные Развивающиеся Хорошо организованные Плохо организованные (диффузные)
Основные классы систем (продолжение) Основание (критерий) классификации По сложности поведения По характеру связи между элементами По характеру структуры управления По назначению Классы систем Автоматические Решающие Самоорганизующиеся Предвидящие Превращающиеся Детерминированные Стохастические Централизованные Децентрализованные Производящие Управляющие Обслуживающие
Основные классы систем (продолжение) Основание (критерий) классификации Классы систем По происхождению системы (элементов, связей, подсистем) Искусственные Естественные Виртуальные Смешанные По описанию переменных системы С качественными переменными С количественными переменными Смешанные По типу описания закона управления Типа «Черный ящик Не параметризованные Параметризованные Типа «Белый ящик» По способу управления Управляемые извне системы Управляемые изнутри системы Смешанные
Принципы и закономерности исследования и моделирования систем • Закономерности взаимодействия части и целого • Закономерности иерархической упорядоченности систем • Закономерности осуществимости систем • Закономерности развития систем • Закономерности возникновения и формулирования целей
Закономерности взаимодействия части и целого • Целостность (эмерджентность) свойства системы (целого) Qs не является простой суммой свойств составляющих ее элементов (частей): Qs ≠ ∑Qi свойства системы (целого) зависят от свойств составляющих ее элементов (частей): Qs = f(qi) Крайний случай (не система) Qs = ∑Qi • Интегративность
Закономерности иерархической упорядоченности систем • Коммуникативность Характеризует связь системы со средой • Иерархичность Коммуникативность проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы Целостность (эмерджентность) проявляется в системе на каждом уровне иерархии, при этом каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии
Закономерности осуществимости систем • Эквифинальность – возможность достижения требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями, т. е. форма устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям • Закон «необходимого разнообразия» : разнообразие управляющей системы должно быть не меньше разнообразия управляемого объекта
Закономерности развития систем • Историчность - любая система не может быть неизменной, она существует и изменяется во времени: возникает, функционирует, развивается и погибает • Закономерность самоорганизации – способность противостоять энтропийным тенденциям и адаптироваться к изменениям внешней среды (фактически наличие в системе одновременно энтропийных и негэнтропийных явлений)
Закономерности возникновения и формулирования целей • Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта (процесса) и от времени - цель может переформулироваться • Зависимость цели от внешних и внутренних факторов – цель должна отражать влияние внешних и внутренних факторов на функционирование системы • Проявление в структуре целей закономерности целостности – цели системы не сводятся к сумме целей ее подсистем • Закономерности формирования иерархических структур целей – цели системы и подсистем формируют древовидную структуру
Некоторые законы систем • Закон простоты сложных систем — реализуется, выживает, отбирается тот вариант сложной системы, который обладает наименьшей сложностью • Закон конечности скорости распространения взаимодействия • Теорема Геделя о неполноте – в богатых теориях существуют недоказуемые утверждения • Закон эквивалентности вариантов построения сложных систем — с ростом сложности системы доля вариантов ее построения, близких к оптимальному, растет • Закон Онсагера максимизации убывания энтропии - реализуется та форма системы, при которой максимизируется убывание энтропии или рост информации, содержащейся в системе
Скачать презентацию Теория систем общая теория систем специально-научная и
ЛКЦ_1_2_БИ_Б.pptx