Классификация систем.
Исследования и конструирования систем разного рода, проводится в рамках системного подхода.
Первые представления о системах возникли в античной философии, которая выдвинула онтологическое утверждение системы, как благоустроенное и целостное существование. Более поздний понятие системы использовалось при исследованиях научных знаний. Из второй половины XIX ст. понятие системы проникает в разные области конкретных научных знаний.
Сегодня понятие системы имеет чрезвычайно широкую область применения (практически каждый объект может быть рассмотрен как система).
Основными принципами системы есть: целостность (принципиальная зависимость каждого элемента, свойств и отношение системы от его места, функций и др. внутри целого); структурность (возможность описания системы через установление ее структуры): обусловленность поведения системы поведением ее отдельных элементов и свойствами ее структуры; взаимозависимость системы и среды (система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия сосредой и является при этом ведущим активным компонентом взаимодействия); иерархичность (каждый компонент системы в свою очередь может рассматриваться как система и одновременно исследуемая система есть элементом более широкой системы); множественность описания каждой системы (из-за принципиальной сложности каждой системы ее познание требует большого количества разных моделей, каждая из которых описывает лишь соответствующий аспект системы).
Существенным аспектом раскрытия содержания понятия системы есть выделения разных типов систем. Есть материальные и абстрактные системы. Материальные в свою очередь делятся на системы неорганической природы (физические, химические, геологические, технические и др.) и живые системы (биологические). Абстрактные системы с продуктом человеческого мышления (понятие, гипотезы, теории и др.).
Многообразие систем предопределяет желательность их классификации для разработки определённых принципов подхода к их изучению.
Прежде всего из общего понятия систем необходимо выделить обширный класс сложных систем. Различие между просто системами и сложными системами носит чисто методологический характер, обусловлено подходом исследователя к изучению системы. Сложной является всякая система, при рассмотрении которой нельзя игнорировать ее структуру – того факта, что система состоит из ряда взаимосвязанных элементов.
Наливное судно как инженерное сооружение, т.е. с точки зрения конструктора или капитана, - сложная система. Конструктор при проектировании, а капитан при эксплуатации судна обязаны учитывать, что оно состоит из отдельных конструкций, механизмов и устройств, которые определенным образом взаимодействуют друг с другом; между их параметрами должны соблюдаться определенные пропорции.
Тот же танкер с точки зрения менеджера компании не является уже сложной системой. Его не интересует деление судна на отдельные устройства и узлы. Для компании танкер важен как средство транспортировки грузов. Поэтому важны параметры судна в целом – грузоподъемность, скорость, осадка, численность экипажа и т. п.
На практике не столь важно понимать действие системы, знать ее внутреннее устройство, сколько управлять поведением этой системы.
Управление системой возможно и тогда, когда объяснимы не все причинно-следственные взаимосвязи между ее элементами. Часто бывает достаточно знать закономерности поведения системы в целом, ее реакции на то или иное возмущение.
Предприятие, объединение, отрасль являются очень сложными системами. Изучение свойств всех элементов этих систем и всех взаимосвязей между ними – очень трудоемкая задача. Практические нужды общества требуют улучшения управления системой сейчас, пусть даже пока управление и не будет самым лучшим. Главное, чтобы оно было эффективнее современного. Когда понимание внутреннего механизма системы будет более совершенным, наступит время дальнейшего улучшения управления.
Сложная система выступает в виде множества взаимосвязанных и взаимодействующих между собой управляемых систем. Фактические размеры системы, число элементов в ней не имеют при этом никакого значения.
Небольшая пристань с одним причалом является сложной системой, если она рассматривается с точки зрения наилучшего по расходованию ресурсов технологического процесса приема, хранения и переработки грузов. В этом случае исследователь обязан учитывать взаимосвязи между причалом, складом, рейдом, перегрузочными механизмами, бригадами грузчиков и т.д.
Крупный зарубежный порт с несколькими десятками причалов будет простой системой, если поставлена цель разработать нормативы продолжительности стоянок в нем судов. Простейший путь достижения цели состоит в обработке фактических данных о длительности стоянок судов в зависимости от их грузоподъемности и вида груза.
Нормативы будут получены, хотя исследователь может и не иметь представления ни о технической оснащенности портов, ни о технологии переработки грузов в нем.
В зависимости от времени системы дифференцируют на динамические и статические.
Динамическая система – это система, отдельные характеристики которой или структура которой изменяются во времени.
Среди динамических систем выделяют детерминированные и стохастические системы. Для детерминированых систем характерна строго определенная в количественном и качественном отношениях реакция на внешние или внутренние воздействия. Между причиной и следствием в этих системах существует функциональная зависимость. В стохастических системах изменение носит вероятностный характер. Реакция таких систем на внешние и внутренние воздействия неодинакова и рассматривается как случайная величина. Технические системы в исправном состоянии являются обычно детерминированными. Большинство экономических систем стохастические.
Системы, характеристики и структура которых принимаются неизменными в течение исследуемого периода, называются статическими.
По характеру взаимосвязей с окружающей средой существует деление систем на открытые и закрытые.
Открытые системы регулярно, постоянно обмениваются веществом или энергией с окружающей средой. Компания, изучаемая с точки зрения движения материальных ценностей, является открытой системой. Она осуществляет систематические перевозки грузов для клиентуры. Её деятельность невозможна без регулярного поступления грузов от грузоотправителей, получения топлива от нефтеперерабатывающей промышленности и вагонов от железнодорожного транспорта. Подавляющее большинство экономических систем являются открытыми.
В закрытых системах исследователь может пренебречь обменом веществом или энергией с окружающей средой. В качестве закрытой системы выступает замкнутый речной бассейн, исследуемый с точки зрения наилучшей расстановки судов по направлениям перевозок. В этом случае все перевозки осуществляются флотом данного бассейна, обмен судами со смежными системами отсутствует. При такой постановке задачи число административных единиц компании в бассейне не имеет существенного значения.
Деление систем на открытые и закрытые имеет большое практическое значение. В тех случаях, когда перед исследованием стоит задача выбора наиболее рационального поведения системы, необходимо прежде всего убедиться в корректности ее представления в виде закрытой системы. Если такое представление некорректно, необходимо сформировать систему более общего порядка, в которой данная исходная система будет рассматриваться в качестве одной из подсистем. Например, расстановка по направлениям перевозок флота одной из компаний бассейна с целью минимизации затрат не имеет практической ценности. Участие в этих же перевозках судов смежных компаний является настолько сильным возмущающим воздействием, что фактическое поведение открытой системы не будет иметь ничего общего с разработанной траекторией ее поведения. Чтобы такого не случилось, уже в процессе разработки плана следует учесть функционирование этих внешних для данной системы судов. Иными словами, следует ввести в расчеты флот и направления перевозок по всей совокупности смежных компаний. А это аналогично с точки зрения поставленной цели построению закрытой системы.
По типу взаимодействия с окружающей средой различают неадаптирующиеся и адаптирующиеся системы.
Неадаптирующиеся системы пассивны к воздействию среды. В неадаптирующейся системе происходит такая фильтрация поступающей извне информации, при которой отсеиваются воздействия, стремящиеся вывести ее из равновесного режима.
Адаптирующиеся системы в результате взаимодействия с окружающей средой приспосабливаются к ее изменениям. Степень приспосабливаемости различна. В современных технических и экономических системах она еще невелика. Построение возможно более адаптирующихся экономических систем, способных при изменении окружающей среды к самостоятельному отысканию наилучшей фазовой траектории, является важной задачей экономики.
Классификация систем имеет весьма условный характер. Грани между отдельными типами их расплывчаты и определяются преимущественно отношением исследователя к изучаемой системе, а не реальной действительностью (рис. 1.1).
Подвижность граней между типами систем, диалектический характер самого понятия “класс системы” имеют большое практическое значение. Методы управления и математический аппарат поиска наилучшего решения разработаны далеко не одинаково для систем различных классов. Поэтому эффективность и сама возможность их применения во многом зависят от опыта исследователя, от его умения сконструировать корректное представление о системе таким образом, чтобы облегчить использование научных методов управления.
Современный уровень научно-технического прогресса вызвал необходимость разработки и построения автоматизированных систем управление народным хозяйством (промышленностью, транспортом и т.п.), автоматизированных систем собирания и обработки информации и тому подобное. Теоретические основы для решения этих задач разрабатываются в теориях иерархических, многоуровневых систем, целенаправленных систем, самоорганизованых систем (способных изменять свою организацию, структуру) и др.
Рис. 1.1. Классификация систем
Сложность, многокомпетентность, стохастичность и другие важные особенности современных технических систем привели к разработке теорий систем «человек и машина», сложных систем машин, системотехники, системного анализа и т.п.
Системный подход – направление методологии специального научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследованный объектов как систем. Системный подход оказывает содействие адекватной постановке проблем в конкретных науках и изготовлении эффективной стратегии их изучения. Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих его механизмов, на выявление разнообразных типов связей сложного объекта, сведения их в единую теоретическую картину.
Под технологическими системами понимают совокупность взаимосвязанных групп оборудования и технологических процессов, совмещенных и осуществляемых в границах производства, которые структурно и функционально взаимосвязанные единой целью – изготовление определенной продукции. Этим самым определяется единство используемых ресурсов – сырья, работы, фондов в изготовлении продукции по данной технологии. Введение понятия технологической системы, изучение ее структурных и функциональных особенностей разрешает определить влияние уровня использования ресурсов на результативные показатели производства продукции.
Технологические системы являются довольно сложными. Они, как правило, состоят из многих подсистем и элементов.
Иерархичность производства обуславливается и иерархичностью технологических систем. При, этом иерархичность технологических систем может иметь и свои специфические признаки, которые характерны только ей, как отдельной подсистеме производства. На каждом уровне общественного производства технологические системы имеют свои особенности. По иерархии технологические системы разделяют на микро- и макросистемы (системы технологий) и анализируют их на микро- и макроуровне.
На макроуровне технологические системы могут рассматриваться на уровне отраслей, территориально-промышленных комплексов, межотраслевых комплексов, всего народного хозяйства. Это системы технологий. На микроуровне технологические системы рассматриваются на уровне предприятий или объединений.
Взаимосвязь макро- и микротехнологических систем может быть представленный поэтапно. Первый этап предусматривает разработку целевых комплексных программ, включая решение важнейших научно-технических проблем. Второй этап характеризует выбор путей интенсификации производства макросистемы, например, территориально-промышленного комплекса или комплекса областей. Это связано с выбором направлений технического развития системы, выискиванием путей интенсификации использования оборудования, выбором наиболее эффективных производственных процессов, передовой, прогрессивной технологии. На третьем этапе формируется технологическая система на макроуровне, т.е. система технологий областей. На четвертом этапе решается задача технического развития подсистем макросистемы, например, производственного объединения и определение путей повышения резервов интенсификации его производства. Эффективность решения на этом этапе разрешает формировать технологические системы объединения и предприятий что входят в его состав. Это происходит на пятом этапе.
Технологические системы являются целенаправленными (создаются с целью преобразования исходных материалов в готовые продукты), они имеют соответствующую организационную структуру.
Структурными элементами технологической системы на микроуровне есть операции, подпроцессы, оборудование, их взаимосвязь в процессе производства образовывает структуру системы. Любая технологическая система имеет связи с внешним окружением, т.е. с другими подсистемами производства (хранением, транспортировкой и т. п.) и системами управления. Взаимодействие между ними осуществляется через входные и исходные каналы связи.
Выбор элементов или под систем технологической системы может происходить по разному. Так, при одном разделении элементами технологического процесса можно считать операцию, при другом - процессы производства деталей или узлов. При каждом делении технологической системы структуры их разные.
Строя технологические системы, необходимо правильно выбрать характер и порядок соединения отдельных ее элементов. Отдельные компоненты технологической системы должны находиться в определенном соответствии по техническому уровню, режимам функционирования, т. е. должен иметь место балансовый принцип в их функционировании и развитии. Основными принципами при построении технологических систем есть: экономичность, пропорциональность, непрерывность, ритмичность, надежность, сложность (простота) и др.
