Структурный аспект системы.

       Внутреннее устройство системы представляет собой единство состава, организации и структуры системы.

^ Состав системы сводится к полному перечню ее элементов, то есть это совокупность всех элементов, из которых состоит система. Состав характеризует богатство, многообразие системы, ее сложность.Природа системы во многом зависит от ее состава, изменение которого приводит к изменению свойств системы. Например, меняя состав стали при добавке в нее компонента, можно получить сталь с заданными свойствами.

Заметим, что состав – необходимая характеристика системы, н о, отнюдь, не достаточная. Системы, имеющие одинаковый состав, нередко обладают разными свойствами, поскольку элементы систем: имеют различную внутреннюю организацию, по-разному взаимосвязаны. Элементы представляют собой кирпичики, из которых строится системы. Они существенно влияют на свойства системы, в значительно степени определяют ее природу. Но свойства системы не сводятся только к свойствам ее элементов.

Поэтому в теории систем есть 2 дополнительные характеристики: структура системы и организация системы. Нередко их отождествляют.

Структура — это совокупность отдельных частей системы и связей между ними. Она отражает наиболее существенные и устойчивые взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), кото­рые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств, а также сохранение ее целостности в условиях внешних и внутренних возмуще­ний.

Таким образом, структура характеризует организованность системы, устой­чивую упорядоченность элементов и связей. При этом системы могут иметь раз­личную физическую природу.

Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспек­та их рассмотрения, цели создания. При этом по мере развития исследо­ваний или в ходе проектирования структура системы может изменяться.

Если структурные элементы и их связи не могут быть установлены или на этапе анализа они абстрагируются от детализации структуры, то в этом случае систему представляют в виде «черного ящика», т. е. в виде модели некоторого обобщенного блока, имеющего только входные и выходные параметры.

Структура может быть представлена простым перечисле­нием элементов или в графическом виде, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования струк­тур.

Структуры можно характеризовать по ряду признаков /2/, в том числе:

- по про­странственной топологии;

- по характе­ру развития;

- по типу отношений;

- по виду взаимодействия;

- по характеру связанности.

 

По признаку пространственной топологии структуры выделяют:

- плоские;

- объемные;

- рассредоточенные;

- сосредоточенные.

Системы с плоской структурой имеют двухмерную пространст­венную топологию, а системы с объемной структурой – трех и более мерную пространственную топологию.

Для систем с рассредоточенной структурой характерно рав­номерное распределение компонентов в пространстве, тогда как в систе­мах с сосредоточенной структурой наблюдаются области сгущения и раз­режения.

По характеру развития выделяют следующие структуры:

- экстенсивные;

- реду­цирующие;

- интенсивные;

- деградирующие.

Для систем с экстенсивной структурой характерен рост количества связей, отношений и взаимодей­ствий между компонентами, а для систем с редуцирующей структурой свойственен обратный процесс – уменьшение числа связей.

У систем с интенсивной структурой в ходе развития наблюдается качественное изменение связей, отношений и взаимодействий. Повышается интенсивность взаимодействий, углуб­ляется характер отношений, увеличивается пропускная способность коммуникационных каналов и т.п. Противоположный характер развития присущ системам с деградирующей структурой.

По типу отношений структуры подразделяются на:

- предметные;

- функ­циональные;

- организационные;

- временные.

Предметная структура — это состав системы с перечислением всех входящих в нее элементов, подсистем и компонентов.

Функциональная структура отражает отношения связан­ности компонентов системы по входам и выходам. Изображения такого типа часто называют блок-схемами. Входы элементов, через которые воз­действия среды передаются системе, называются рецепторами. Вы­ходы, через которые система воздейст­вует на среду, получили название эф­фекторы. Мно­жество рецепторов и эффекторов сис­темы образуют ее поверхность.

Организационная структура от­ражает такие специфические отно­шения между компонентами систе­мы, как: «начальник — подчинен­ный», «управляемый — управляю­щий», «прямое подчинение — непосредственное подчинение», «коор­динатор — координируемый», «руководитель — исполнитель».

Структуры такого типа являются основными объектами изучения при анализе систем управления предприятиями, фирмами, учреждениями, воинскими формированиями и т.п. Конечно, каждая система формирует свою организационную структуру исходя из по­ставленных целей, сообразуясь со своими задачами, оценивая имеющиеся ресурсы и учи­тывая внешние условия. Но во всем многообразии организационных структур можно вы­делить некоторые типовые варианты. К ним относятся следующие организационные структуры:

- линейные,

- функциональные,

- программно-целевые,

- матричные.

Временные структуры отражают порядок выполнения операций компонентами системы. Эти структуры задаются отношениями типа «начинаться раньше», «начинать­ся позже», «выполняться одновременно», «завершаться до...», «завершаться после...» и т. д. и представляют собой по существу декомпозицию системы по времени.

 

По виду взаимодействия структуры условно подразделяются на:

- вещест­венные;

- энергетические;

- информа­ционные;

- смешанные.

По характеру связанности различают следующие структуры:

- линейные;

- централистские (централизованные);

- се­тевые;

- сотовые;

- скелетные;

- полносвязанные;

- другие структуры, образованные их сочетаниями;

- произвольные.

Структура намного богаче состава, так как состав отвечает на вопрос: «Из чего состоит система?», а структура обеспечивает ответ на более сложный вопрос: «Как устроена система?».

4.2. Организация системы

       Под организацией понимают внутреннюю упорядоченность элементов целого, а также совокупность процессов, ведущих к установлению взаимосвязей между отдельными частями системы.
       Термин, с одной стороны, характеризует положение элементов системы относительно один другого и выступает термином отражения статики системы, с другой стороны, в нем присутствует динамический контекст, когда под организацией понимается сам процесс упорядочения системы, которая до этого характеризовалась определенным уровнем организации. В этом смысле организацию нередко понимают как непрерывный и устойчивый процесс становления и приобретения новых свойств.

^ Структурная организация системы выступает устойчивой схемой взаимоотношений и связей между организованными элементами. Структура всегда определенным образом организована.

       4.3. Связи, отношения и взаимодействия в системе

Связи, отношения и взаимодействия в системе обеспечивают ее определенную внутреннюю структурную целостность, поддерживают самостоятельное функционирование системы, выделяющейся на фоне внешней среды. Эти понятия одновременно характеризует строение (статику), и функцио­нирование (динамику) системы.

Связь — общенаучное понятие, трактуемое в теории систем и системном анализе как коммуникационный канал или способ, с помощью которого реализу­ются взаимодействия между объектами (элементами, компонентами, подсистемами и системами). Связь с философских позиций характеризует взаимообусловленность существования явлений, разделенных в пространстве и во времени. С информационно-технической точки зрения связь – это каналы и процессы передачи и приема информации с помощью различных технических средств.

Отношение — общенаучное понятие, используемое для соотнесения одного объекта с другим и определяющее расположение одного объекта (элемента, компонента, подсистемы и системы) относительно другого в пространстве или во времени. Именно это характеризует отношение в большей степени, чем наличие между объектами каких-либо связей. Так, в частности, отношения выражают следующие связки: «часть — целое», «начальник — подчиненный», «управляющий — управляе­мый», «высший - низший», «координатор - регулятор» и т.д.

С од­ной стороны, отношения инициируют образование связей и взаимо­действий, а с другой - сами являются результатом возникновения (разрушения) связей в процессе развития взаимодействий. Поэтому говорят, что отношения и связи - это ненасыщенные физическим со­держанием взаимодействия.

Взаимодействие (взаимное воздействие) — процесс перемещения вещества, энергии и информации между объектами (элементами, компонентами, подсистемами и системами), имеющий результат. При этом следует отметить, что современное естествознание выделяет шесть видов взаимодействий: механиче­ское, гравитационное, электромагнитное, внутриядерное, торсионное и информа­ционное.

В системах с вещественной структурой взаимодействия между элементами (компонентами) реализуются главным образом путем взаимообмена различ­ного рода предметами, вещами, про­дуктами производства. Примером могут служить товарообменные систе­мы, в которых вещественный взаимообмен обеспечивается транспортны­ми коммуникационными сетями (железнодорожными, авиационными, автомобильными и другими).

Системы с энергетической стру ктурой содержат межэлементные (межкомпонентные) взаимодействия, которые выражаются преимущественно в виде взаимообмена энергией. Типичный пример такой системы — городская сеть электроснабжения.

Для систем с информационной структурой характерны межэлементные (межкомпонентные) взаимодействия преимущественно информационного свойства. Примерами таких систем служат компьютерные и радио-теле-коммуникационные сети.

Поскольку реальным системам в той или иной мере свойственны все перечисленные типы структур, то говорят о смешанных структурах, в которых межэлементные (межкомпонентные) взаимодействия реализуются за счет вещественного, энергетического и информационного обмена (метаболизмом).

Кро­ме того, различают внутренний и внешний метаболизм. Внутренний метаболизм проис­ходит между элементами (компонентами) системы, а внешний — между системой (ее элементами, компонентами, подсистемами) и средой. Внутренний метаболизм играет важную роль при формировании целостных свойств систем, а внешний — определяет степень открытости системы.

Важнейшую роль в организации систем играет понятие «обратной связи», обеспечивающей воздействие результатов функционирования какой-либо системы (объекта) на характер этого функционирования. Обратная связь бывает положительной или отрицательной.

Положительная связь обеспечивает влияние, усиливающее результаты функционирования и сохраняет тенденции происходящих в сис­теме изменений того или иного выходного параметра (используется в генераторах, в развивающихся системах и т. п.).

Отрицательная связь обеспечивает влияние, уменьшающие или ослабляющие результаты функционирования и противодействует тенденциям изменения выходного параметра, т. е. направлена на сохранение, стабилизацию требуемого значения параметра (например, для стабилизации выходного напряжения или в системах организационного управления – для стабилизации количества выпускаемой продукции и т. п.).

Обратная связь является основой саморегулирования, развития сис­тем, приспособления их к изменяющимся условиям существования. Исследованию этого понятия большое внимание уделяется в кибернетике, в которой изучается возможность перенесения механизмов обратной связи, характерных для объектов одной физической природы, на объекты другой природы.