Структура систем

Рассматривая любую систему, можно установить, что обязательными компонентами её всегда являются элементы и связи между этими элементами. По определению системы видно, что реализация в системе некоторых заранее заданных отношений с определенными свойствами представляет собой структуру системы.

Любая структура вообще (от лат строение или расположение) – это определенная взаимосвязь, взаиморасположение основных частей, характеризующих строение чего-либо.

Говоря о кибернетических системах необходимо указать на решающие значения для определения их структуры именно характера, способа, закона связи между элементами системы. При этом нужно подчеркнуть, что сами законы связи между элементами в свою очередь существенно зависят от свойств элементов.

Любой элемент системы может быть расчленен на большое количество составляющих элементов, вплоть до молекул, атомов, электронов. Поэтому кибернетики условились называть элементом системы такую её часть, которая выполняет определенную специфическую функцию и не подлежит дальнейшему расчленению, является как бы неделимой с точки зрения рассматриваемого процесса функционирования системы. Так при рассмотрении системы «предприятия», её элементами целесообразно считать такие подсистемы как отделы, цеха, склады и т.д. При рассмотрении системы «цех», элементами будут выступать станки, бригады рабочих и т.д. При рассмотрении системы «человек», будем рассматривать его органы движения, кровообращения, пищеварения, дыхания и т.д.

Следовательно. процесс разделения системы на элементы и само понятия элемента представляется весьма относительным и условным. Тем не менее, можно исходя из логических предпосылок и практической целесообразности достаточно удобно и четко выделить элементы систем таким образом, что они будут обладать определенным типовой внутренней структурой и представлять образования характеризующая более высокой устойчивостью, чем вся система в целом.

Элементы любых реальных систем являются некими физическими объектами, которые можно охарактеризовать их вещественным составом, потреблением энергии, габаритами, внутренней структурой, стоимостью и многими другими параметрами. Однако, с точки зрения их поведения в системе, в большинстве случае можно отвлечься от этих всех свойств элементов и характеризовать их только возможностями образовать те или иные виды связи, вещественных, энергетических и информационных с другими элементами из внешней по отношению системы средой.

Вещественные связи представляют собой каналы, по котором элементы системы или в системе целом, обмениваются между собой теми или иными веществами. Производственно-экономических системах – это каналы, по котором осуществляются снабжения сырьем, заготовка и отгрузка готовой продукции. В биологическом органихме это пути, по котором совершается обмен веществ.

Второй вид связи – энергетические – представляет каналы обмены различными видами энергии: механической, теплой, световой, электрической и т.п. Это теплопроводы, сети электроснабжения.

Третий вид связи, играющий основную роль в процессах управления – информационные связи, по котором передаются сигналы управления, команды, приказы и т.п. (управляющая информация) и сведения о состояния объекта и окружающей среды (осведомительная информация). Информационные связи обеспечиваются каналами оптической, электрической связей, радио связей и т.д. При управления механизмами информационные связи могут осуществляется и в виде механических тяг гидропривода или пневмапривода или другими способами обеспечивающими передачу сигнала управления.

Необходимо понимать, что все эти 3 вида связи существуют всегда неотделимо друг от друга, но в зависимости от того какой вид связи является определяющим можно отнести данную связь к одному из перечисленных виду.

Так реализацию связи сельхоз предприятия имеет последний поток зерна. Это явно вещественный поток (зерно) содержит себе элементы энергетической связи (тепловая энергия, заключенную в нагретом солнце зерне) и элементы энергетической связи (поток зерна несет в себе информацию о факте уборки урожая и количественных показателей этого процесса). В данном случае нас интересует одно: существенным является лишь вещественный поток.

Энергетическая связь сопровождается и переносом вещества – например, перенос массы горячей воды. Однако существенным здесь является только энергетический поток тепла, а перенос вещества и информации является неотделимым от него, но побочным фактором.

Информационные связи в свою очередь не могут осуществляться без вещественных или энергетических носителей. Например, при пересылки письма, пересылается вещество, то есть бумага. При передачи по телефону передается электромагнитная энергия, движутся частицы вещества, то есть электроны, однако в этом случае получателя не интересует не вещество, не энергия, а лишь информация, которая передается с помощью этих носителей. Возвращаясь к описанию элементов, как составляющих части системы, способна образовывать связи с другими элементами, можно сделать вывод, что основной характеристикой элемента в системе является его способность к установлению связи, то есть порождению (генерации) или восприятию (поглощению) множества связей определенного вида. В первом случае элемент выступает в роли источника или генератора связи. Во втором случае, в качестве приемника или поглотителя связи. Общие количество связей входящих или исходящих, который способен образовать элемент можно назвать его валентностью. Однако эта способность элемента, рассматриваясь вне системы, находится в потенциальном состоянии и актуализируется лишь только при включении их в системе.

Вся совокупность возможных входов и выходов элементов представляет его контакты, при чем валентность элемента оказывается равно числу его контактов, а установление связей между элементами представляет соединение соответствующих контактов. Контакты и связи можно охарактеризовать их мощностью и направленностью или ориентацией. Под мощностью здесь понимается пропускная способность контактов и связей в единицу времени. Если речь идет о вещественных связей, то количественной характеристикой их мощности будет пропускная способность, выраженная в единицу веса или в объеме вещества - единицы времени. Если говорится об энергетических связей, то в единицах энергии и в случае информационных связей – в единицах количествах информации – единицу времени.

Выходы элемента, формирующие исходящую связь, является его активными контактами. Входы элемента, то есть поглощающие связи, можно рассматривать как пассивные контакты. Те же контакты, которые могут и генерировать и поглощать связь, называют нейтральными.

Всё это позволяет при исследовании и синтезе систем пользоваться идеализированными моделями элементов и систем. Идеализированный элемент представляет некоторый абстрактный элемент, у которого отсутствует любые физические свойства, кроме способности реорганизации связи, кроме другими способными идеализированными элементами. Таким образом идеализированный элемент полностью определяется природой и направлением его связей.

Совокупность идеализированных элементов, объединенных необходимыми связями, образуют идеализированную модель системы, которую можно удобно и наглядно представить в виде графа или соответствующей матрицы связей.