Закономерности функционирования сложных систем: общие положения и разбор примеров

Министерство  образования и науки РФ

 

Уральский Государственный Экономический  Университет

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Теория систем и  системный анализ»

на тему:

«Закономерности функционирования сложных систем: общие положения и разбор примеров»

 

 

 

 

 

 

Выполнила:   Ю.А.Гусева

 

Проверил:     В.К. Першин

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург

2013

Оглавление

Введение 3

Основные понятия и определения 4

Большие и сложные системы 4

Закономерности больших (сложных) систем 6

Иерархичность структуры управления. 8

Обобщение понятий сложных систем 8

Методы и объекты системного анализа 9

Системный подход при анализе тк 10

Структурный анализ сложных систем управления 11

Функциональная, организационная и техническая структура 12

Системный анализ многоуровневых иерархических структур 12

Принятие решений в сложных системах 14

Модели принятия решений в сложных системах управления 16

Список использованных источников                                                                   17                                     

Введение

Развитие различных сфер человеческой деятельности на современном этапе  невозможно без широкого применения вычислительной техники и создания информационных систем различного направления. Обработка информации в подобных системах стала самостоятельным  научно-техническим направлением.

Одной из характерных тенденций  развития общества является появление  чрезвычайно сложных (больших) систем. В отличие от традиционной практики проектирования простых систем при разработке крупных автоматизированных, технологических, энергетических, аэрокосмических, информационных и других сложных комплексов возникают проблемы, меньше связанные с рассмотрением свойств и законов функционирования элементов, а больше - с выбором наилучшей структуры, оптимальной организации взаимодействия элементов, определением оптимальных режимов их функционирования, учетом влияния внешней среды и т.п. По мере увеличения сложности системы этим комплексным общесистемным вопросам отводится более значительное место.

Все это привело к появлению  нового - системного - подхода к анализу  больших систем. Они часто не поддаются  полному описанию и имеют многогранные связи между отдельными функциональными  подсистемами, каждая из которых может  представлять собой также большую  систему. В основе системного подхода  лежит специальная теория - общая (абстрактная) теория систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные  понятия и определения

 

Под системой понимают сложные структуры, которые взаимодействуют с окружающей средой как единое целое, а большие системы и сложные системы включают значительное количество элементов и подсистем. Часто понятие системы определяют через их признаки и свойства. 

Элемент - это простейшая неделимая часть системы, а ее свойства определяются конкретной задачей. Элемент всегда связан с самой системой. Элемент сложной системы может быть в свою очередь сложной системой в другой задаче.

Подсистема - компонент системы - объединение элементов, но по масштабу меньше, чем система в целом.

Если рассматривать технологический  комплекс, то элементом может быть технологический процесс, технологический  аппарат или конкретная конструкция. Подсистемами выступают объединения  технологических процессов или  аппаратов на уровне технологических  отделений или цехов. 

Структура - это изображение элементов и связей между ними. Здесь рассматривается функциональная, алгоритмическая, техническая, организационная структура. Предполагается, что система имеет два и больше уровней управления.

Связь - наиболее важным есть то, что здесь используются обобщенные оценки (например, связи: направленная или ненаправленная, сильная или слабая, положительная или отрицательная). Связь однозначно характеризует структуру системы.

Состояние - это мгновенная оценка или фаза развития системы. 

Равновесие - это определенное установившееся состояние, а переход из одного состояния в другое называют поведением системы.

Большие и сложные системы

 

При использовании системного анализа  для задач синтеза и анализа  сложных систем управления используют классификацию систем по:

• виду объекта - технические, биологические, организационные и др.;
• научным направлением - математические, физические, химические и др.;
• виду формализации - детерминированные, стохастические;
• типу - открытые и закрытые;
• сложности структуры и поведения - простые и сложные;
• степени организованности - хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), с самоорганизацией.

Существует ряд подходов к выделению  систем по сложности и масштабу. Например, для систем управления удобно пользоваться классификацией по числу (количеству) элементов:

• малые (10-10³ элементов);
• сложные (10⁴- 10⁷ элементов);
• ультрасложные (10⁸ - 10³⁰ элементов);
• суперсистемы (10³⁰ - 10²⁰⁰ элементов).

В настоящее время для понятий  «сложная система» и «большая система» используют такие определения:

• сложная система - упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимодействующих разнотипных систем, которые объединены структурно в целостный объект функционально разнородными взаимосвязями для достижения заданных целей в определенных условиях;
• большая система объединяет разнотипные сложные системы. 

Под большой системой понимается совокупность материальных ресурсов, средств сбора, передачи и обработки информации, людей-операторов, занятых на обслуживании этих средств, и людей-руководителей, облеченных надлежащими правами и ответственностью для принятия решений. Материальные ресурсы — это сырье, материалы, полуфабрикаты, денежные средства, различные виды энергии, станки, оборудование, люди, занятые на выпуске продукции, и т. д. Все указанные элементы ресурсов объединены с помощью некоторой системы связей, которые по заданным правилам определяют процесс взаимодействия между элементами для достижения общей цели или группы целей.

Примеры больших систем: информационная система; пассажирский транспорт крупного города; производственный процесс; система  управления полетом крупного аэродрома; энергетическая система и др.

Очень часто сложными системами  называют системы, которые нельзя корректно  описать математически, либо потому, что в системе имеется очень  большое число элементов, неизвестным  образом связанных друг с другом, либо неизвестна природа явлений, протекающих  в системе.

 Касти, который рассматривает сложность систем в двух аспектах: структурную сложность и сложность поведения.    

Примером системы с простой  структурой, но сложным поведением является модель странного аттрактора Лоренца.

x₁+10*(x₁-x₂)=0

x₂+x₁*x₃-28*x₁+x₂=0

x₃-x₁+x₂-2.6*x₃=0

начальные значения: x₁=8; x₂=-8;x₃=26.

 

 

Все это свидетельствует об отсутствии единого определения сложности  системы.

Характерные особенности больших  систем. К ним относятся:

• большое число элементов в системе (сложность системы);
• взаимосвязь и взаимодействие между элементами;
• иерархичность структуры управления;
• обязательное наличие человека в контуре управления, на которого возлагается часть наиболее ответственных функций управления.

Сложность системы. Пусть имеется  совокупность из n элементов. Если они изолированы, не связаны между собой, то эти я элементов еще не являются системой. Для изучения этой совокупности достаточно провести не более чем n исследований. В общем случае в системе связь элемента А с элементом Б не эквивалентна связи элемента Б с элементом А, и поэтому необходимо рассматривать п(п—1) связей. Если характеризовать состояние каждой связи наличием или отсутствием в данный момент, то общее число состояний (для такого самого простого поведения) системы будет равно 2^n. Даже при небольших п это фантастическое число. Например, пусть п== 10. Число связей п(п-1) = 90. 

Закономерности  больших (сложных) систем

Закономерности больших или  сложных систем позволяют рассмотреть  их основные свойства независимо от физической природы (устойчивость, развитие, адаптация, саморегулирование и др.).

Целостность системы. Здесь рассматривается две взаимосвязанных стороны:

• свойства системы, как целого, не являются суммой свойств элементов или подсистем;
• свойства системы, как целого, зависят однозначно от свойств элементов, подсистем.

В этом проявляется сложность системы, ее поведение относительно внешней  среды и внутреннее развитие. При  выделении отдельных элементов  или подсистем они также могут  быть сложными системами, но для других задач. При оценке целостности выделяется два фактора:

• прогрессирующая факторизация, т.е. стремление системы к такому состоянию, когда отдельные части приобретают независимость;
• прогрессирующая систематизация, т.е. уменьшение системой определенной автономности элементов или систем.

Интегрированность системы - эта закономерность соединена однозначно с предыдущей (целостностью), но интегрированность подчеркивает внутренние процессы системы. Главным в интегрированности являются системообразующие и системосохраняющие факторы.

Для сложных систем управления и  компьютерно-интегрированных структур этими факторами являются ЭВМ  и микропроцессорные средства, объединенные в соответствующие сети. В технических  системах, особенно компьютерно-интегрированных  структурах, рассматриваются такие  виды интеграции:

• программная интеграция;
• техническая интеграция;
• алгоритмическая интеграция;
• организационная интеграция.

Коммуникативность системы. Эта закономерность характеризует особые связи системы с внешней средой, дает возможность выделить элементы, как системы низших порядков. Для КИСУ коммуникативность проявляется в потоках информации, а также в структурах, т.е. в сетях разного уровня и назначения, в том числе корпоративных.

Корпоративная сеть - это вычислительная сеть на предприятиях, фирмах или их объединениях, в которой одновременно циркулирует информация разного назначения, т.е. технологическая и технико-экономическая.

Иерархичность системы - это закономерность, которая показывает, что живая природа и технические системы всегда имеют несколько уровней организации, принятие решений, задач и т.д. Для автоматизированных технологических комплексов выделяют разные виды управления: технологический аппарат, отделение, предприятие. Здесь главными являются такие стороны:

• с помощью иерархических представлений можно отображать системы с разными неопределенностями;
• определение количества уровней, построение всей иерархической системы всегда зависит от задачи и от цели системы.

В теории систем определяющим являются понятия функции или задачи, которые  распределяют по уровням на подзадачи, т.е. образовывается иерархическая  структура подзадач. Иерархической  структуре подзадач отвечает своя структура  математических моделей и ограничений. Эти две структуры находят  отображение в технической структуре, т.е. в иерархии технических средств.

Закон необходимого разнообразия. Доказано, что для создания системы, которая может решить сложную проблему, имеющую разнообразие, необходимо, чтобы система управления имела еще большее разнообразие. Важно, чтобы это разнообразие могло создаваться в самой системе. В ТАУ существует принцип сложности, согласно которому для управления сложным объектом должна использоваться также сложная система управления.