Понятие строения систем. Связь, цель

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ) /УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ/

Институт технологии машиностроения и металлургии

Кафедра «Автоматика и системы управления»

 

 

 

ТЕМА РЕФЕРАТА

«Понятие строения систем. Связь, цель»

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент: Вакуленко Константин Игоревич

Группа: 1-ЗУТСн-1

 

 

Научный руководитель:

Симонов Михаил Леонидович

 

 

 

 

Москва – 2014

Аннотация

 

Данная работа делится на две части:

 

1. Теоретическая часть
2. Практическая часть

 

В теоретической части рассмотрены основные определения термина «система», подходы к понятию строения систем.

 

В практической части рассмотрены основные принципы использования элементарных математических функций и тригонометрических функций в MATLAB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение  ……………………………………………………………4

 

1.     Формирование системных представлений…………………...5

 

1.1.Понятия, характеризующие строение систем………………....6

 

1.2.Классификация систем……………………………………...….10

 

1.3.Свойства систем………………………………………………...13 

 

2.     Использование  элементарных математических функций  и 

 

тригонометрических функций в MATLAB…………………….…18

 

2.1   Тригонометрические и обратные им функции ………….…..18

2.2   Гиперболические и обратные им  функции ……………….…24

 

Заключение……………………………………………………….…28

 

Список литературы………………………………………………....29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Понятия «система» и «системность» играют важную роль в современной науке и практической деятельности. Интенсивные разработки в области системного подхода и теории систем ведутся, начиная с середины XX в. Однако само понятие «система» имеет гораздо более давнюю историю. Первоначально системные представления формировались в рамках философии: еще в античности был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей. Древние философы (Платон, Аристотель и др.) толковали систему как мировой порядок, утверждая, что системность - свойство природы. Позднее И. Кант (1724-1804) обосновал системность самого процесса познания. Принципы системности активно исследовались и в естественных науках. Наш соотечественник Е. Федоров (1853-1919) в процессе создания науки кристаллографии пришел к выводу о системности природы.

Принцип системности в экономике сформулировал А. Смит (1723-1790), сделавший вывод, что эффект действия людей, организованных в группу, больше, чем сумма одиночных результатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Формирование системных представлений

 

Различные направления исследований системности позволили сделать вывод о том, что это свойство природы и свойство деятельности человека (рис. 2.1).

 

 

 

 

 

 

 

Теория систем служит методологической базой теории управления. Это относительно молодая наука, организационное становление которой произошло во второй половине XX в. Родоначальником теории систем считается австрийский ученый Л. Берталанфи (1901 - 1972). Первый международный симпозиум по системам состоялся в Лондоне в 1961 г. Первый доклад на этом симпозиуме сделал выдающийся английский кибернетик С. Бир, что можно считать свидетельством гносеологической близости кибернетики и теории систем.

Центральным в теории систем является понятие «система» (от греч. systema - целое, составленное из частей, соединение). Система - объект произвольной природы, обладающий выраженным системным свойством, которым не обладает ни одна из частей системы при любом способе ее членения, не выводимом из свойств частей.

«Система - это целостная совокупность взаимосвязанных элементов. Она имеет определенную структуру и взаимодействует с окружающей средой в интересах достижения поставленной цели».

Данное определение позволяет выявить следующие базисные понятия:

•          целостность;

•          совокупность;

•          структурированность;

•          взаимодействие с внешней средой;

•          наличие цели.

Они представляют собой систему понятий, т.е. внутреннюю организацию некоторого устойчивого объекта, целостность которого и есть система. Сама возможность выделения в поле исследования устойчивых объектов определяется свойством целостности системы, целями наблюдателя и возможностями его восприятия действительности.

Рассмотрим некоторые основные термины и понятия, широко используемые в системных исследованиях.

Состояние системы - упорядоченное множество существенных свойств, которыми она обладает в определенный момент времени.

Свойства системы - совокупность параметров системы, определяющих поведение системы.

Поведение системы - реальное или потенциальное действие системы.

Действие - происходящее с системой событие, вызванное другим событием.

Событие - изменение по крайней мере одного свойства систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Понятия, характеризующие строение систем

 

Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Представление о неделимости связано с целью рассмотрения объекта как системы. Таким образом, элемент - предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи.

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, более крупные, чем элементы, но более мелкие, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупности элементов, способных выполнить относительно независимые функции, направленные на достижение общей цели системы. Для подсистемы должна быть сформулирована подцель, являющаяся ее системообразующим фактором.

Если стоит задача не только выделить систему из окружающей среды и исследовать ее поведение, но и понять ее внутреннее строение, тогда нужно изучать структуру (от лат. structura – строение, расположение, порядок) системы. Структура системы включает в себя ее элементы, связи между ними и атрибуты этих связей. В большинстве случаев понятие «структура» принято связывать с графическим отображением, однако это необязательно. Структура может быть представлена также в виде теоретико-множественных описаний матриц, графиков.

Понятие «связь» выражает необходимые и достаточные отношения между элементами. Атрибутами связи являются:

 

•          направленность;

•          сила;

•          характер.

По направленности различают связи:

•          направленные;

•          ненаправленные.

Направленные связи, в свою очередь, разделяют на:

•          прямые;

•          обратные.

По силе проявления различают связи:

•          слабые;

•          сильные.

По характеру связи делятся на:

•          связи подчинения;

•          связи порождения.

 Связи подчинения можно разделить на:

•          линейные;

•          функциональные.

Связи порождения характеризуют причинно-следственные отношения.

Связи между элементами характеризуются определенным порядком, внутренними свойствами, направленностью на функционирование системы. Такие особенности системы называют ее организацией.

Структурные связи относительно независимы от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой. Это означает, что закономерности, выявленные при изучении систем, отображающих объекты одной природы, могут использоваться при исследовании систем другой природы. Связь также может быть представлена и рассмотрена как система, имеющая свои элементы и связи.

Понятие «структура» в узком значении этого слова может быть отождествлено с понятием системообразующих отношений, т.е. структура может рассматриваться как системообразующий фактор.

В широком смысле под структурой понимают всю совокупность отношений между элементами, а не только системообразующие отношения.

Методика вычленения системообразующих отношений из окружающей среды зависит от того, о чем идет речь: о проектировании еще не существующей системы или об анализе системного представления известного объекта, материального или идеального. Существуют различные виды структур. Наиболее известные из них представлены на рис. 2.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Классификация систем

 

 

Рассмотрим некоторые разновидности систем.

Абстрактные системы - системы, все элементы которых являются понятиями.

Конкретные системы - системы, элементы которых являются физическими объектами. Они разделяются на естественные (возникающие и существующие без участия человека) и искусственные (созданные человеком).

Открытые системы - системы, обменивающиеся с внешней средой веществом, энергией и информацией.

Закрытые системы - системы, у которых пет обмена с внешней средой.

В чистом виде открытые и закрытые системы не существуют.

Динамические системы занимают одно из центральных мест в общей теории систем. Такая система представляет собой структурированный объект, имеющий входы и выходы, объект, в который в определенные моменты времени можно вводить и из которого можно выводить вещество, энергию, информацию. В одних динамических системах процессы протекают во времени непрерывно, а в других - совершаются только в дискретные моменты времени. Последние называют дискретными динамическими системами. При этом в обоих случаях предполагают, что поведение системы можно анализировать в некотором интервале времени, что непосредственно и определяется термином «динамическая».

Адаптивные системы - системы, функционирующие в условиях начальной неопределенности и изменяющихся внешних условиях. Понятие адаптации сформировалось в физиологии, где оно определяется как совокупность реакций, обеспечивающих приспособление организма к изменению внутренних и внешних условий. В теории управления адаптацией называют процесс накопления и использования информации в системе, направленной на достижение оптимального состояния при начальной непосредственности и изменяющихся внешних условиях.

Иерархические системы - системы, элементы которых сгруппированы по уровням, вертикально соотнесенным один с другим; при этом элементы уровней имеют разветвляющиеся выходы. Хотя понятие «иерархия» постоянно присутствовало в научном и повседневном обиходе, обстоятельное теоретическое изучение иерархических систем началось сравнительно недавно. Рассматривая иерархические системы, воспользуемся принципом противопоставления. В качестве объекта противопоставления возьмем системы с линейной структурой (радиальные, централизованные). Для систем с централизованным управлением характерна однозначность, однонаправленность управляющих воздействий. В отличие от них иерархические системы, системы произвольной природы (технические, экономические, биологические, социальные и др.) назначения имеют многоуровневую и разветвленную структуру в функциональном, организационном или в каком-либо ином плане. Благодаря своему универсальному характеру и ряду преимуществ по сравнению, например, с линейными структурами иерархические системы составляют предмет особого внимания в теории и практике менеджмента. К преимуществам иерархических систем следует также отнести свободу локальных воздействий, отсутствие необходимости пропускать очень большие потоки информации через один пункт управления, повышенную надежность. При выходе из строя одного элемента централизованной системы из строя выходит вся система; при выходе же из строя одного элемента в иерархической системе вероятность выхода из строя всей системы незначительна. Для всех иерархических систем характерны:

•          последовательное вертикальное расположение уровней, составляющих систему (подсистему);

•          приоритет действий подсистем верхнего уровня (право вмешательства);

•          зависимость действий подсистемы верхнего уровня от фактического исполнения нижними уровнями своих функций;

•          относительная самостоятельность подсистем, что обеспечивает возможность сочетания централизованного и децентрализованного управления сложной системой.

Учитывая условность всякой классификации, следует отметить, что попытки классификации должны сами по себе обладать свойствами системности, поэтому классификацию можно считать разновидностью моделирования.

Системы классифицируют по различным признакам, например:

•          по их происхождению (рис. 2.3);

•          описанию переменных (рис. 2.4);

•          типу операторов (рис. 2.5);

•          способу управления (рис. 2.6).

Существует множество других способов классификаций, например, по степени ресурсной обеспеченности управления, включая энергетические, материальные, информационные ресурсы.

Кроме того, системы можно разделять на простые и сложные, детерминированные и вероятностные, линейные и нелинейные и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Свойства систем

 

Свойства, характеризующие сущность системы. Изучение свойств системы предполагает прежде всего изучение взаимоотношения частей и целого. При этом имеется в виду что:

1.  целое - первично, а части - вторичны;

 

2.  системообразующие факторы - это условия взаимосвязанности частей внутри одной системы;

 

3.  части образуют неразрывное целое так, что воздействие на любые из них влияет на все остальное;

 

4.  каждая часть имеет свое определенное назначение с точки зрения той цели, на достижение которой направлена деятельность всего целого;

 

5.  природа частей и их функции определяются положением частей в целом, а их поведение регулируется взаимоотношением целого и его частей;

 

6.  целое ведет себя как нечто единое, независимо от степени его сложности.

 

Одним из наиболее существенных свойств систем, характеризующих их сущность, является эмерджентность - несводимость свойств системы к свойствам ее элементов. Эмерджентностью называют наличие новых качеств целого, отсутствующих у его составных частей. Это означает, что свойства целого не являются простой суммой свойств составляющих его элементов, хотя и зависят от них. Вместе с тем объединенные в систему элементы могут терять свойства, присущие им вне системы, или приобретать новые.