Классификация систем в системном анализе

Чем сложнее  система, тем большее внимание уделяется вышеуказанным вопросам. Математической базой исследования сложных систем является теория систем. В теории систем большой системой сложной, системой большого масштаба,(Large 

Scale 

Systems

) называют систему,  если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов и способна выполнять сложные функции. 

Четкой границы, отделяющей простые системы от больших  нет. Деление это условное и возникло из-за появления систем, имеющих  в своем составе совокупность подсистем с наличием функциональной избыточности. Простая система может находиться только в двух состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и состоянии отказа (неисправном). При отказе элемента простая система либо полностью прекращает выполнение своей функции, либо продолжает ее выполнение в полном объеме, если отказавший элемент резервирован. Большая система при отказе отдельных элементов и даже целых подсистем не всегда теряет работоспособность, зачастую только снижаются характеристики ее эффективности. Это свойство больших систем обусловлено их функциональной избыточностью и, в свою очередь, затрудняет формулировку понятия «отказ» системы. 

Очевидно, что  большие и сложные системы  – это фактически два способа  разложения задачи на ее составляющие или, соответственно, построения различным способом модели системы. Этот способ получил такое широкое распространение, что понятия цель и критерий в некоторых областях техники и исследования операций стали считать синонимами. 

Динамические  системы. Динамические системы – это постоянно изменяющиеся системы. Всякое изменение, происходящее в динамической системе, называется процессом. Его иногда определяют как преобразование входа в выход системы. 

Если у системы  может быть только одно поведение, то ее называют детерминированной системой. 

Вероятностная система. Вероятностная система  – система, поведение которой  может быть предсказано с определенной степенью вероятности на основе изучения ее прошлого поведения. 

Управляющие системы. Управляющие системы – это системы, с помощью которых исследуются процессы управления в технических, биологических и социальных системах. Центральным понятием здесь является информация – средство воздействия на систему. Управляющая система позволяет предельно упростить трудно понимаемые процессы управления в целях решения задач исследования проектирования. 

Целенаправленные  системы. Целенаправленные системы  – это системы, обладающие целенаправленностью, то есть управлением системы и  приведением к определенному поведению или состоянию, компенсируя внешние возмущения. Достижение цели в большинстве случаев имеет вероятностный характер. 

Для составления  классификации систем могут быть использованы различные классификационные  признаки. В таблице 1 приведен пример классификации систем с использованием основных классификационных признаков использующихся в системном анализе. 

Таблица 1. 

Классификация систем по признакам 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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. 

По содержанию различают реальные (материальные), объективно существующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся продуктом мышления. 

Реальные системы  делятся на естественные (природные  системы) и искусственные (антропогенные). 

Естественные  системы: системы неживой (физические, химические) и живой (биологические) природы. 

Искусственные системы: создаются человечеством  для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий. 

Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные (общественные). 

Техническая система  спроектирована и изготовлена человеком  в определённых целях. 

К социальным системам относятся различные системы  человеческого общества. 

Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать своё состояние. Эти системы выступают как части более крупных, включающие людей – организационно-технических систем. 

Организационная система, для эффективного функционирование которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой. 

Примеры человеко-машинных систем: автомобиль – водитель; самолёт  – лётчик; ЭВМ – пользователь и т.д.  

Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных  и взаимодействующих объектов, предназначенная  для целенаправленных действий с  задачей достижения в процессе функционирования заданного результата.  

Отличительными  признаками технических систем по сравнению  с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными элементами является конструктивность (практическая осуществляемость отношений  между элементами), ориентированность  и взаимосвязанность составных элементов и целенаправленность.  

Для того чтобы  система была устойчивой к воздействию  внешних влияний, она должна иметь  устойчивую структуру. Выбор структуры  практически определяет технический  облик как всей системы, так её подсистем, и элементов. Вопрос о целесообразности применения той или иной структуры должен решаться исходя из конкретного назначения системы. От структуры зависит также способность системы к перераспределению функций в случае полного или частичного отхода отдельных элементов, а, следовательно, надёжность и живучесть системы при заданных характеристиках её элементов. 

Абстрактные системы  являются результатом отражения  действительности (реальных систем) в  мозге человека. 

Их настроение – необходимая ступень обеспечения  эффективного взаимодействия человека с окружающим миром. Абстрактные (идеальные) системы объективны по источнику происхождения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.  

Абстрактные системы  разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определённые аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и эвристические модели, а ко вторым – концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.  

На основе понятия  внешней среды системы разделяются  на: открытые, закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные. Деление систем на открытые и закрытые связано с  их характерными признаками: возможность  сохранения свойств при  наличии  внешних воздействий. Если система нечувствительна к внешним воздействиям её можно считать закрытой. В противном случае – открытой. 

Открытой называется система, которая взаимодействует  с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. Открытая система является частью более общей системы или нескольких систем. Если вычленить из этого образования собственно рассматриваемую систему, то оставшаяся часть – её среда. 

Открытая система  связана со средой определёнными  коммуникациями, то есть сетью внешних связей системы. Выделение внешних связей и описание механизмов взаимодействия «система-среда» является центральной задачей теории открытых систем. Рассмотрение открытых систем позволяет расширить понятие структуры системы. Для открытых систем оно включает не только внутренние связи между элементами, но и внешние связи со средой. При описании структуры внешние коммуникационные каналы стараются разделить на входные (по которым среда воздействует на систему) и выходные (наоборот). Совокупность элементов этих каналов, принадлежащих собственной системе называются входными и выходными полюсами системы. У открытых систем, по крайней мере, один элемент имеет связь с внешней средой, по меньшей мере, один входной полюс и один выходной, которыми она связана с внешней средой. 

Для каждой системы  связи со всеми подчинёнными ей подсистемами и между последним, являются внутренними, а все остальные – внешними. Связи между системами и внешней  средой также, как и между элементами системы, носят, как правило, направленный характер.  

Важно подчеркнуть, что в любой реальной системе  в силу законов диалектики о всеобщей связи явлений число всех взаимосвязей огромно, так что учесть и исследования абсолютно все связи невозможно, поэтому их число искусственно ограничивают. Вместе с тем, учитывать все возможные связи нецелесообразно, так как среди них есть много несущественных, практически не влияющих на функционирование системы и количество полученных решений (с точки зрения решаемых задач). Если изменение характеристик связи, её исключение (полный разрыв) приводят к значительному ухудшению работы системы, снижению эффективности, то такая связь – существенна. Одна из важнейших задач исследователя – выделить существенные для рассмотрения системы в условиях решаемой задачи связи и отделить их от несущественных. В связи с тем, что входные и выходные полюса системы не всегда удаётся чётко выделить, приходится прибегать к определённой идеализации действий. Наибольшая идеализация имеет место при рассмотрении закрытой системы. 

Закрытой называется система, которая не взаимодействует со средой или взаимодействует со средой строго определённым образом. В первом случае предполагается, что система не имеет входных полюсов, а во втором, что входные полюса есть, но воздействие среды носит неизменный характер и полностью (заранее) известно. Очевидно, что при последнем предположении указанные воздействия могут быть отнесены собственно к системе, и её можно рассматривать, как закрытую. Для закрытой системы, любой её элемент имеет связи только с элементами самой системы. 

Разумеется, закрытые системы представляют собой некоторую  абстракцию реальной ситуации, так  как, строго говоря, изолированных систем не существует. Однако, очевидно, что  упрощение описания системы, заключаются  в отказе от внешних связей, может привести к полезным результатам, упростить исследование системы. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой – открытые. Если временный разрыв или изменение характерных внешних связей не вызывает отклонения в функционировании системы сверх установленных заранее пределов, то система связана с внешней средой слабо. В противном случае – тесно. 

Комбинированные системы содержат открытые и закрытые подсистемы. Наличие комбинированных  систем свидетельствует о сложной  комбинации открытой и закрытой подсистем.  

В зависимости  от структуры и пространственно-временных  свойств системы делятся на простые, сложные и большие. 

Простые – системы, не имеющие разветвлённых структур, состоящие из небольшого количества взаимосвязей и небольшого количества элементов. Такие элементы служат для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархические уровни. Отличительной особенностью простых систем является детерминированность (четкая определенность) номенклатуры, числа элементов и связей как внутри системы, так и со средой. 

Сложные – характеризуются  большим числом элементов и внутренних связей, их неоднородностью и разнокачественностью, структурным разнообразием, выполняют  сложную функцию или ряд функций. Компоненты сложных систем могут  рассматриваться как подсистемы, каждая из которых может быть детализирована ещё более простыми подсистемами и т.д. до тех пор, пока не будет получен элемент. 

Система называется сложной (с гносеологических позиций), если её познание требует совместного  привлечения многих моделей теорий, а в некоторых случаях многих научных дисциплин, а также учёта неопределённости вероятностного и невероятностного характера. Наиболее характерным проявлением этого определения является многомодельность. 

Модель –  некоторая система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе. Это описание систем (математическое, вербальное и т.д.) отображающее определённую группу её свойств. 

Систему называют сложной если в реальной действительности рельефно (существенно) проявляются признаки её сложности. А именно: