5. Функциональное, морфологическое и информационное описание систем.

Функциональное описание.

Первый вопрос, который возникает при изучении систем – это ее функции. Поэтому исходным описанием системы является ее функциональное описание. Оно дает информацию о том, какое место занимает данная система по отношению к другим системам окружающего мира, позволяет осознать ее функциональную важность и роль.

Функции системы проявляются в ее поведении. При выделении системы из окружающего мира устанавливается грань между изучаемой системой и внешней средой. При этом полагают, что внешняя среда воздействует на систему через ее входы, а система воздействует на внешнюю среду через свои выходы (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Система и внешняя среда

Состояние любой системы с заданной точностью можно охарактеризовать совокупностью значений k, определяющих ее поведение, т.е. вектором переменных состояний системы

K=(k₁, k₂, …, k_e).

Преобразование одного объекта в другой осуществляется посредством действия на объект оператора. Объект, подвергающийся преобразованию, называется операндом, а результат преобразования – образом. Тогда всякое преобразование можно описать следующим образом: в результате воздействия оператора на операнд получается образ.

Состояние реальной системы не может измениться мгновенно, а происходит в течение некоторого промежутка времени в результате переходного процесса.

Совокупность переменных состояний можно рассматривать как координаты точки в n-мерном пространстве. Его и принято называть пространством состояний системы. Рассматривая процесс функционирования системы, последовательную смену ее состояний и определяя соответствующие им точки, можно получить траекторию ее поведения. Пространство, в котором проходит траектория развития системы, называется фазовым пространством, а найденная траектория – фазовой траекторией. Представление смены состояний системы в виде траектории в определенном фазовом пространстве во многих случаях облегчает анализ.

Различают три типа поведения системы, три режима, в которых она может находиться: равновесный, переходный и периодический. Понятия равновесного и периодического режима объединяются единым понятием установившегося режима.

Состояние, в котором находится система, когда ни одна из компонент вектора ее состояния k_i не изменяется, называется равновесным. Выделяют три типа равновесия систем:

• гомеостатическое равновесие, когда структура системы сохраняется, несмотря на имеющиеся возмущения;

• морфогенетическое равновесие, при котором возмущения подавляются с помощью внутренней перестройки структуры и нового роста;

• энтропийное равновесие – в это состояние система приходит за счет разрушения структуры.

Под переходным режимом понимается режим движения системы из начального состояния к какому-либо установившемуся режиму – равновесному или периодическому.

Периодическим режимом называется режим, при котором система через равные промежутки времени приходит в одни и те же состояния.

В качестве примера рассмотрим функционирование промышленного предприятия как системы. Внешняя среда для него характеризуется определенными хозяйственными условиями, материальным обеспечением (инвестиционными, финансовыми, трудовыми ресурсами), системой установленных норм и нормативов, планов. Внутреннее состояние предприятия может быть описано через характеристики финансового состояния, наличием и величиной материальных запасов, показателями технического и социального состояния и т.п. Выходные же параметры рассматриваемой системы будут представлять собой потоки продукции и услуг, реализуемые потребителям. Таким образом, основная функция данной системы – производство продукции. В какой же мере она будет удовлетворять общественные потребности, зависит от характера взаимодействия данной системы с внешней средой.

Система может быть однофункциональной и многофункциональной. СЭС, как правило, многофункциональны.

Функция системы выполняется, если параметры системы и процессы ограничены определенными пределами, вне которых система либо разрушается, либо существенно меняет свои свойства. В связи с этим возникает проблема устойчивости функционирования системы. Отклонения параметров от устойчивого состояния позволяют выявлять, диагностировать различные «болезни», «патологии» в развитии системы, требующие различных мер санации экономических организмов, известной специфики в управлении данными системами.

В отличие от функционального, морфологическое описание дает представление о строении системы, т.е. о ее элементном составе, о наличии, характере и способах связи между элементами. Оно позволяет, во-первых, глубже познать механизм функционирования системы, выявить зависимость ее поведения от изменения параметров внутреннего состояния и, во-вторых, активно воздействовать в процессе управления не только на входы, но и на внутреннее состояние системы.

Изучение морфологии системы начинается с изучения ее элементного состава. Функционирование всякой сложной системы может быть представлено взаимодействием входящих в ее состав подсистем. По определению, элементом системы является подсистема, внутрь которой морфологическое описание не проникает.

Морфологические свойства системы существенно зависят и от характера связей, отношений между элементами. В рамках морфологического подхода обычно выделяют прямые, обратные и нейтральные связи.

Связь a_ij между выходом элемента i и входом элемента j (рис. 2.3) называется прямой связью.

Рис. 2.3. Прямая связь.

Связь между выходом и входом одного и того же элемента называется обратной (корректирующей) связью. Она может осуществляться непосредственно или же через другие элементы системы (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Обратные связи.

Изучение прямых и обратных связей представляет большой интерес при анализе систем. Оно позволяет выявить цепочки прямых и обратных связей, по которым происходит взаимодействие произвольных i-го и j-го элементов системы. Это дает возможность точнее определить место и роль этих элементов в функционировании системы.

На рис. 2.4 через V₁ и V₂ обозначены блоки сравнения интенсивности выходных значений с некоторыми заданными, допустимыми значениями. Результатом сравнения может быть необходимость корректировки в сторону увеличения интенсивности входного потока (положительная обратная связь), либо его уменьшения (отрицательная обратная связь).

В отличие от прямых и обратных связей нейтральные связи не связаны с функциональной деятельностью системы, непредсказуемы или случайны.

Описание элементного состава и связей позволяет выявить структурные свойства системы. Эти свойства определяются характером и устойчивостью структурных отношений между элементами системы. С точки зрения характера отношений между элементами структуры в основной классификации связи обычно делят на многосвязные (горизонтальные), иерархические (вертикальные) и смешанные; с точки зрения устойчивости структуры – на детерминированные, стохастические и хаотические.

На основе сделанного морфологического описания уточняется функциональное описание системы, анализируется функциональная специализация различных элементов и подсистем. После взаимного уточнения функционального морфологического описания системы дается ее информационное описание.

Информационное описание – это информационное отображение функционального и морфологического описаний целенаправленной системы (схема потоков информации). Его результатом является описание и построение информационной системы. Информационная система является «нервным центром» деятельности любой фирмы, любого предприятия или производства. Она обеспечивает выполнение следующих основных функций:

• получение информации о всех подсистемах данной системы, а также от внешней среды, об их воздействии на систему в целом;

• установление наиболее эффективных, а также контрольных параметров для выдачи данных, требующихся для всех подсистем;

• обеспечение накопления и хранения основного центрального массива данных;

• выработка выходной информации, которая отражает функционирование всех подсистем, системы в целом, а также системы управления.

Структура информационных потребностей системы в значительной мере определяет структуру (коммуникационную сеть) самой информационной системы, отображаемой в базе данных.

Кроме того, представление о системе в целом формируется на основе восприятия каких-то ее различных состояний. В получаемой информации отражается некоторое разнообразие состояний изучаемой системы. При наличии одного единственного возможного состояния системы разнообразие отсутствует. Соответственно, при увеличении числа возможных состояний разнообразие системы возрастает.

При осуществлении информационного описания следует иметь в виду, что оно также определяет зависимость функциональных и морфологических свойств системы от количества и качества внутренней и внешней информации. В целом, совокупность функционального, морфологического и информационного описаний позволяет выявить и глубоко понять главные свойства исследуемой системы.