3. Элементы системного подхода

Как уже отмечалось в п. 1.2, объект исследования – это реальность, которая изучается.

Окружающая среда – это совокупность объектов, которые окружают исследуемый объект и прямо или косвенно взаимодействуют с ним.

С точки зрения теории управления объект представляется преобразователем информации (входной в выходную). При этом материальные и энергетические потоки представляются их количественными характеристиками, т.е. также информационными потоками.

Объект, имеющий n входов (x₁,…,x_n) и m выходов (y₁,…y_m), условно представляется моделью управления или в векторном виде x=(x₁…x_n) и y=(y₁…y_m) (рис. 1.3).

Р Рис. 1.2. Структурная схема процесса разработки модели и моделирования объекта ис. 1.3. Условное представление объекта управления

Исходя из критериев контролируемости и управляемости входы условно можно разбить на следующие типы (рис. 1.4):

1. возмущения (вектор Х) – контролируемый переменные, значения которых можно измерять.

2. помехи (вектор ε) – неконтролируемые переменные (шум), значения которых невозможно измерить в силу различных причин.

3. у правления – управляемые переменные (U), значения которых можно изменять.

Рис. 1.4. Типы входов

Среди выходов (Y) отметим только целевые выходы, т.е. выходы, которые соответствуют цели исследования. Остальные выходы можно отнести к полезным.

С точки зрения поставленной цели исследования система – это упорядоченное представление об объекте. В данном случае цель выявляет из объекта только ту систему, свойства которой необходимы для достижения цели. Система является вариантом модельного представления объекта.

Система, являясь отражением объекта, включена в окружающую среду. Для выделения ее из среды необходимы:

• объект исследования,

• цель, для реализации которой формируется система,

• субъект, формирующий систему,

• входные и выходные переменные, отражающие взаимосвязь системы с окружающей средой.

Границы системы условны – они диктуются конкретной задачей исследования. Частным случаем выделения системы является определение ее через входы и выходы, т.е. фактически представление ее в виде «черного ящика». При выделении системы проявляется субъективность ее характера.

Рассмотрим второе, «внутреннее» определение системы.

Система – это совокупность (множество) объектов и процессов, называемых элементами, взаимосвязанных и взаимодействующих между собой, они образуют единое целое, обладающее свойствами, не присущими составляющим его элементам, взятых в отдельности.

Итак, систему можно описать в виде множества элементов, связей и их свойств.

Свойство – это сторона объекта, обуславливающая его различие или сходство с другими объектами, проявляющиеся во взаимосвязи с ними. каждый объект обладает бесконечным количеством свойств, совокупность которых отражает его качество.

Меру количественного описания свойства называют параметром. Существуют входные и выходные параметры как внешние свойства системы и внутренние параметры – как внутренние свойства системы.

Элемент системы – это объект, выполняющий определенные функции системы и не подлежащий дальнейшему разделению в рамках поставленной задачи.

Система, являющаяся элементом системы называется подсистемой.

Система, элементом которой является данная система, называется надсистемой данной системы.

Совокупность всех элементов, из которых состоит система, образуют ее состав. Состав системы сводиться к полному перечню ее элементов.

Системы, имеющие одинаковый состав, могут обладать разными свойствами. Определяющим для системы является организация элементов или структура.

Связи обеспечивают возникновение и сохранение целостности свойств и характеризуют строение и функционирование системы.

Связи – это компоненты системы, осуществляющие взаимодействие между ее элементами, а также между системой в целом и средой.

Связи бывают материальные, энергетические и информационные. Различают связи трех порядков:

1. Функционально необходимые, реализующие основные функции системы,

2. Дополнительные связи, улучшающие функции системы,

3. Излишние или противоречивые связи.

Структура системы отражает определенные взаимосвязи элементов системы, ее строение.

Структура системы – это устойчивая упорядоченность в пространстве и времени ее элементов и связей между ними.

Система создается, чтобы получить желаемые значения ее целевых выходов. В общем случае значения выходов зависит от следующих факторов:

• значения (состояния) входных переменных,

• начального состояния системы,

• функции системы.

Отсюда вытекает одна из наиболее важных задач системного анализа – установление причинно–следственных связей между выходами и состоянием.

Функция системы – это способ (правило, алгоритм) преобразования входной информации в выходную.

Системный подход – методология научного познания и практической деятельности, а также объяснительный принцип, в основе которых лежит рассмотрение объекта как системы.

Таким образом, системный анализ не является чем–то принципиально новым в исследовании окружающего мира и его проблем – он базируется на естественнонаучном подходе. Центральное место в исследовании занимают две противоположных подхода: анализ и синтез.

Анализ предусматривает процесс разделения целого на части. Он необходим, если требуется выяснить, из каких частей (элементов, подсистем) состоит система. С помощью анализа приобретаются знания. Однако при этом нельзя понять свойства системы в целом.

Задача синтеза – построение целого из частей. Посредством синтеза достигается понимание.

При традиционном подходе, как правило, проблема решалась в строгой последовательности известных этапов, преобладал анализ целого и выделения основных входов и выходов, изучались причинно–следственные связи между конкретным входом и выходом без учета влияния связей с другими входами и выходами.

При системном подходе традиционный подход дополняется анализом причинно–следственных связей между элементами (подсистемами), синтезом системы из элементов и связей, исследованием системы во всем многообразии элементов и связей. Такой подход стал возможным при появлении персональных компьютеров.

Системный подход открывает большие возможности при построении моделей и моделировании. Системный подход использован при формализации процесса освоения новых технологий (рис. 1.1), и процесса разработки моделей и моделирования (рис. 1.2), и будет применен при формализации физического описания сложных металлургических процессов и синтеза математического описания.