Способ связи элементов системы между собой это отношение

ГОСы 2012

ОТС в широком смысле охватывает собой все необходимые и возможные дисциплины, имеющие отношение к анализу и синтезу систем.

ОТС в узком понимании в известной степени обобщает различные подходы к ОТС. Она получила название абстрактной теории систем (АТС).

Входы и выходы системы — совокупность воздействий внешней среды на систему и воздействий системы на среду.

Выход одной системы неминуемо будет входом какой-то другой. Следовательно, входы могут быть двух основных видов: результат предшествующего процесса, последовательно связанного с данным; и результат предшествующего процесса, случайным образом связанного с данным. Кроме того, вход может оказаться результатом функционирования той же системы, который вновь вводится в нее (обратная связь). Процесс функционирования системы иногда называют «преобразованием входа в выход», а правило такого преобразования — оператором.

Среди входных величин в управляемых системах (их называют также сигналами) можно выделить две группы, различные по характеру влияния на выходы: управляющие воздействия и возмущения (возмущающие воздействия). К первым относятся такие величины (управляющие переменные, инструментальные переменные), значения которых можно менять для получения желательного (обычно оптимального) выхода, ко вторым — воздействия на систему, нарушающие ее нормальное функционирование и развитие в желательном направлении.

Свойства системы

Взаимодействие элементов порождает такие свойства системы, которыми не один элемент или множество невзаимосвязанных элементов не обладает, т.е. система – это такой объект, свойства которого не сводятся без остатка к свойствам составляющих его элементов.

1. Принцип появления у целого свойств, не выводимых из наблюдаемых свойств частей, называется принципом эмерджентоности. А сами свойства системы, не сводимые без остатка к свойствам отдельных элементов, называют эмерджентными (неаддитивными).
2. Свойство целостности – зависимость каждого элемента системы от его места, функций внутри целого.
3. Свойство делимости.
4. Идентифицируемость – каждая подсистема или элемент могут быть отделены от других и однозначно определены их параметры, что дает возможность устанавливать тождественность каких-либо элементов как между собой, так и с элементами других систем.
5. Наблюдаемость – возможность контролировать все входы и выходы системы.
6. Неопределенность возникает, когда исследователь не может зафиксировать все свойства и отношения между элементами системы, которые ему необходимы для изучения.
7. Отображаемость – возможность наблюдаться с помощью различных способов описания поведения системы, при этом необходимо добиваться адекватности отображения оригинала.

Входы и выходы системы. Среда

Каждая система функционирует в среде.

Среда – совокупность объектов, воздействующих на систему, но не подконтрольных ей.

Выделяют внешнюю и внутреннюю среду, и, соответственно, внешние и внутренние связи.

В связи с этим выделяют элементы, функционирование которых состоит в восприятии воздействий среды – входы. Вещество, энергия, информация, поступающие на вход системы –входные воздействия (величины).

Элементы системы, реализующие выходные воздействия – это выходы.

Величины, значения которых в пределах данного исследования остаются неизменными – это параметры системы.

Факторы внешней среды – независимые переменные (x), а реакции – функции (y).

Формализованное представление входы а выхода системы через переменные позволяет математически описать процесс исследования ее поведения, рассматривая входные величины как функции выходных.

Понятие связи. Прямая и обратная связь

Связь – те воздействия элемента друг на друга, которые объединяют элементы в единое целое, а также перемещение, преобразование вещества энергии информации.
Связь – наличие зависимости между элементами.

Существует два основных вида связи:

Различием между ними состоит в том, что прямая обеспечивает передачу воздействия или информации с выхода одного элемента на вход другого, а обратная с выхода некоторого элемента на вход того же элемента.

Классификация связей

Связь – те воздействия элемента друг на друга, которые объединяют элементы в единое целое, а также перемещение, преобразование вещества энергии информации.
Связь – наличие зависимости между элементами.

Классификация связей:

1. Связи взаимодействия между свойствами и элементами системы. В организационных системах различают:
   • Кооперативные связи, усиливающие общие системные характеристики
   • Конфликтные связи
2. Связи порождения (генетические), когда один объект выступает как основание, вызывающее к жизни другой объект.
3. Связи преобразования:
   • Реализуемые через определенный объект, обеспечивающий это преобразование
   • Реализуемые путем взаимодействия двух и более объектов в процессе которого и благодаря которому объекты совместно переходят в другое состояние.
4. Связи строения определяют место одного объекта по отношению к другому и к системе в целом.
5. Связи функционирования обеспечивают жизнедеятельность объекта. Благодаря им объекты осуществляют определенные функции.
6. Связи развития характеризуют перераспределение элементов в объекте при котором каждое последующее состояние непосредственно определено предыдущим, в основе которого невозможность сохранения существующих форм и методов функционирования системы по-старому.
7. Связи управления (системообразующие) характерны для организационных систем. Эти связи строятся по определенной программе и представляют собой способ ее реализации.
8. Связи синергетические при совместны действиях элементов системы обеспечивают увеличение общего эффекта до величины большей, чем сумма эффектов этих же элементов, действующих самостоятельно.

Структура системы — расчленение ее на группы элементов с указанием связей между ними, неизменное на все время рассмотрения и дающее представление о системе в целом.

Расчленение системы может иметь различную основу:

• материальную (вещественную);
• функциональную;
• алгоритмическую (алгоритм программы, инструкция).

Группы элементов в структуре обычно выделяются по принципу простых или относительно более слабых связей между элементами разных групп.

Структура системы может быть охарактеризована по имеющимся в ней (или преобладающим) типам связей:

• последовательное соединение элементов;
• параллельное соединение элементов

Близким к понятию структуры является понятие декомпозиции.

Декомпозиция — деление системы на части, удобные для каких-либо операций с этой системой. Суть декомпозиции — упрощение системы, слишком сложной для рассмотрения целиком.

Агрегирование — противоположная процедура (процедура синтеза) — объединение частей в целое, установление связей.

Окружение системы. Для того, чтобы дифференцировать, отделить систему от не системы, вводится понятие окружения системы (внешней среды, окружающей среды).

Иерархия — структура с наличием подчиненности, т. е. неравноправных связей между элементами, когда воздействие в одном из направлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другой.

Источник

Связи в системе

Отношения, которые обеспечивают возникновение и сохранение целостности системы называются системными связями или просто связями. Таким образом, связи характеризуют строение системы. Иногда связь определяют и как средство ограничения степени свободы элементов. Действительно, если, например, два элемента имеют между собой некоторую связь, то они не уже не могут действовать вполне независимо друг от друга (у них появились ограничения на свободу).

Для осуществления связей в системе должны находиться определенные объекты, называемые сигналами, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также между элементами системы и окружающей ее средой. Чаще всего в качестве сигнала выступает процесс передачи потока (вещества, энергии, информации). Средства, по которым могут распространяться сигналы, называются каналами связи. Отметим, что каналы связи часто также называют просто связями.

Принципиально важным является то, что, передавая поток (вещества, энергии, информации) с выхода одного объекта к входу другого объекта, каналы связи не изменяют этот поток. В этой связи можно сказать, что каналы связи являются «пассивными» компонентами системы. Поэтому с точки зрения функционирования системы находящиеся в ней каналы связи тривиальны, поскольку они практически не изменяют проходящие по ним потоки (в отличие от «активных» компонентов системы, которые эти потоки заметно изменяют).

Однако в зависимости от задачи один и тот же объект может выступать как связь или как компонент системы. Например, провода в бытовых электросетях играют роль каналов связи и обычно не рассматриваются в качестве потребителей энергии. Между тем проводники обладают электрическим сопротивлением и, следовательно, потребляют некоторую мощность. Поэтому, если рассматривают магистральные энергосистемы, то суммарные потери в многокилометровых проводах весьма существенны и их влияние уже учитывают, рассматривая их в виде элементов энергосети – потребителей электроэнергии.

Связи можно классифицировать по самым различным признакам. Различают, например, направленные и ненаправленные связи, сильные и слабые, связи подчинения, порождения и управления, внутренние и внешние связи, связи взаимодействия (координации) и принуждающие связи (подробнее об этом см. например, в работе[38] [20]). В целях математического моделирования рассматривают детерминированные(жесткие) связи, которые, как правило, однозначно связывает причину и следствие, что дает возможность сформировать четко обусловленную формулу взаимодействия элементов, которые она связывает и вероятностные(гибкие) связи, обусловливающие многозначную (вероятностную, неявную, косвенную и т.п.) зависимость между элементами системы.

Для нашего рассмотрения является важной классификация связей по направлению взаимодействия: связи могут быть прямыми и обратными. Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи сигналов от одного элемента к другому в направлении основного процесса, они обычно связывают выходы одних элементов с входами других элементов системы. Прямая связь представляет собой в некотором смысле первичное воздействие элемента на элемент. Так, например, в системах управления прямая связь выражается потоком директивной информации (сигналами команд) направляемой от элементов управленческого аппарата к объекту управления.

Обратные связи, служат для передачи сигналов в обратном относительно основного процесса направлении, связывая выходы одних элементов с входами других элементов системы. Они, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния и/или выхода системы в результате тех или иных причин. Например, поток отчетной информации о выполнении принятых решений идет в обратном относительно распорядительной информации направлении.

Принято считать, что если выходной сигнал (вернее сведения о нем) с выхода системы подается на ее вход, то в системе имеет место обратная связь. Однако это лишь необходимое условие. Для фактической реализации обратной связи обязательно должен быть действовать механизм реакции системы на этот обратный сигнал. Так наличие, например, в организационной системе наличия критики еще не говорит о существовании в ней обратной связи. Она будет таковой, если критика непременно вызывает соответствующие изменения в системе. Сравните две ситуации.

1. Руководство фирмы отчитывается перед собранием акционеров о проделанной работе (и все).

2. По результатам отчета руководства принято решение о мерах по устранению выявленных ошибок и корректуре плана дальнейшей деятельности фирмы. Как говорится: «Почувствовали разницу?»

Механизм обратной связи имеет важную особенность: он по своей сути является циклическим. Дело в том, что выходной сигнал есть уже результат функционирования системы. Только после этого обратный сигнал подается на вход системы, которая находится уже в измененном состоянии, по крайней мере, по отношению к тому состоянию, которое обусловило этот выходной сигнал. Иными словами для систем характерно несовпадение времени возникновения причины и следствия, как реакции на эту причину.

Обратная связь может рассматриваться как механизм, обеспечивающий ответную реакцию на некоторое воздействие (изменение), который может оказывать влияние на последующую деятельность системы. Таким образом, обратная связь в системе функционирует в цикле: «Входной сигнал – Деятельность системы – Формирование выходного сигнала – Формирование сигнала обратной связи – Входной сигнал».

Если обратная связь усиливает результаты тенденции функционирования объекта (например, способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от заданного значения), то она называется положительной обратной связью, если ослабляет – отрицательной обратной связью.

Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы в том же самом направлении, поэтому ее еще называют усиливающей. Вот примеры систем с такой обратной связью: познание человечеством окружающего мира (чем больше узнаем, тем больше прилагаем усилий для расширения своих знаний), рост населения (увеличение рождаемости приводит, вообще говоря, к увеличению населения, что в свою очередь влечет еще большую численность населения), банковский счет (со временем на счет поступают проценты от вклада, которые складываясь с самим вкладов приносят еще большие проценты).

Усиливающая обратная связь должна (по крайней мере, теоретически) приводить к экспоненциальному росту выходного сигнала стремящегося к бесконечности. Широко известна следующая история. Султан решил отблагодарить своего мудрого советника и спросил, что он хочет. Мудрец ответил: положи на первую клетку шахматной доски одно пшеничное зернышко, на вторую – два, на третью – четыре, на четвертой — восемь и так далее, увеличивая число зерен на каждой соседней клетке в два раза. Ты дашь мне столько зерен, сколько должно быть на последней (шестьдесят четвертой) клетке. Глупый султан согласился, но сдержать своего слова не смог, зерен оказалось значительно больше, чем их выращивают на всем свете.

На практике же такое развитие ситуации происходит далеко не всегда, срабатывают механизмы, включающие отрицательную обратную связь. Отрицательная обратная связь как бы гасит наметившиеся возмущения и отклонения, обеспечивая тем самым функциональную устойчивость системы (в этой связи ее еще называют уравновешивающей обратной связью). Уравновешивающая обратная связь поддерживает систему в устойчивом состоянии, вызывая сопротивление системы попыткам вторгнуться в нее с целью изменения ее функционирования.

Этот эффект обеспечивается за счет того, что уравновешивающая обратная связь (в отличие от усиливающей) всегда направлена на уменьшение различия между желаемым и существующим состояниями системы. Как только возникает это различие, уравновешивающая обратная связь начинает подталкивать систему к «нужному» состоянию. И чем ближе система подходит к своей цели, тем меньшее различие улавливает обратная связь и тем ближе сама система к исходному покою или равновесию. Как отмечено в работе[39], системный подход можно рассматривать как отражение циклического мышления, поскольку связи между элементами очень часто образуют циклы обратной связи.

Примеры уравновешивающей обратной связи можно наблюдать повсюду: человек, как система, поддерживающая параметры своего существования (к механизмам с обратной связью относятся все системы обеспечения его жизнедеятельности), системы управления в обществе (в случае наблюдения негативных тенденций принимаются меры к их устранению или компенсации), автопилот самолета (практически все технические системы имеют механизмы отрицательной обратной связи).

Источник