КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ 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 [27].
Таблица 1.1
Классификация систем
№ п/п Имя классификационного признака Значение классификационного признака (имя класса)
1 2 3
1 Природа элементов Реальные (физические) Абстрактные
2 Происхождение Естественные Искусственные
з Длительность существования Постоянные Временные
4 Изменчивость свойств Статические Динамические
5 Степень сложности Простые Сложные Большие
6 Отношение к среде
- Закрытые, Открытие
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 же 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, системы счисления, идеи, планы, гипотезы, теории и т.п.
В зависимости от происхождения выделяют естественные и искусственные системы [27].
Естественные системы, будучи продуктом развития природы, возникли без вмешательства человека. К ним можно отнести, например, климат, почву, живые организмы, солнечную 30 систему и другие системы. Появление новой естественной системы — большая редкость.
Искусственные системы — это результат созидательной деятельности человека, а, следовательно, со временем их количество увеличивается.
По длительности существования системы подразделяются на постоянные и временные. К постоянным обычно относятся естественные системы, хотя с точки зрения диалектики все существующие системы являются временными.
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 [27].
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 в дискретные моменты времени.
В зависимости от степени сложности системы делятся на простые, сложные, большие.
Простые системы с достаточной степенью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями. Особенность простых систем — в практически взаимной независимости от свойств, позволяющей исследовать каждое из них в отдельности в условиях классического лабораторного эксперимента и описать методами традиционных технических дисциплин (электротехника, радиотехника, прикладная механика и др.). Простые системы — отдельные детали, элементы электронных схем и т.п.
Сложная система — система, которая состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов, каждый из которых может быть представлен в виде системы (подсистемы).
Сложные системы характеризуются многомерностью (большим числом составленных элементов), многообразием связей, разнородностью структуры, многообразием природы элементов.
Считается, что сложной называется система, обладающая по крайней мере одним из нижеперечисленных признаков:
1) система допускает разбиение на подсистемы, изучать каждую из которых можно самостоятельно;
2) система функционирует в условиях существенной неопределенности и воздействия среды на нее, обусловливает случайный характер изменения ее показателей;
3) система осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.
Сложные системы обладают свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих элементов. Сложные системы — организм или человек, ЭВМ и т.д. Особенность сложных систем заключается в существенной взаимосвязи их свойств.
Большие системы — это сложные пространственно—распределенные системы, в которых подсистемы (ее составные части) относятся к категориям сложных. Дополнительными особенностями, характеризующими большую систему, являются:
¦ большие размеры системы;
¦ сложная иерархическая структура;
¦ циркуляция в системе больших информационных, энергетических и материальных потоков;
¦ высокий уровень неопределенности в описании системы.
Большие системы — автоматизированные системы управления, воинские части, системы связи, промышленные предприятия, отрасли промышленности и т.п.
В статической физике системы делятся на изолированные, закрытые, открытые равновесные и открытые диссипатив-ные.
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 dps, и энтропии, поступающей извне или уходящей во внешнюю среду dcs, то есть:
ds = dps + dcS.
В состоянии прочного равновесия — стационарном состоянии: ds = 0.
Открытые системы в значительной мере характеризуются скоростью производства энтропии в единице объема — функцией диссипации, которая по определению:
dt
где а— функция диссипации (рассеяния); t — время; v — объем.
К открытым равновесным системам 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 дисситтивные системы возникают в результате кооперативных процессов. Их поведение нелинейно. 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 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 возмущение воздействия выделяют активные и пассивные системы.
Активные системы способны противостоять воздействиям среды (противника, конкурента и т.д.) и сами могут воздействовать на нее. У пассивные 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 системы 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.
К техническим относятся системы, которые функционируют без участия человека. Как правило, ими являются 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 с 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 человека 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.
Похожие рефераты:
