Взаимозависимость функции и структуры в процессе развития систем.
Изменение внешних условий влечет за собой изменение способа действия системы при ее взаимодействии с внешней средой, т.е. приводит к изменению функционирования системы.
Необходимость изменения функций приводит к перестройке структуры системы. Такой ход развития системы называют циклом развития первого рода - от функции к структуре.
Совершенствование самой структуры, например, при применении новой элементарной базы, например, с целью улучшения функционирования системы, относят к циклу развития второго рода - от структуры к функции.
В ходе эволюционного развития антропогенных систем достигается не только совершенствование взаимодействия системы с внешней средой (адаптация), но и совершенствование взаимодействия между подсистемами объекта - коадаптация.
Взаимосвязь этапов анализа и синтеза систем.
В науке, в теории систем, в практике инженерного проектирования все задачи принято делить на две группы : задачи анализа и задачи
-5-
синтеза . При этом анализ является логическим способом
воспроизведения в мышлении расчлененной объективно существующей целостной системы.
В процессе синтеза воспроизводится взаимодействие расчлененных в процессе анализа компонентов, движение и развитие целостной системы.
При анализе применяют два этапа. На первом этапе система разлагается на компоненты. На втором этапе выделяются признаки системы и ее элементов - свойства и отношения.
В настоящее время развивается системный анализ, который позволяет разделить сложную задачу на совокупность более простых задач, т.е. расчленить сложную систему на элементы.
В системном анализе используется метод декомпозиции целей, в основе которого лежит построение “дерева целей”.
Системный анализ включает эвристические методы: метод экспертных оценок, метод перекрестных сравнений, матричные, сетевые методы и т.д..
На всех этапах системного анализа используется по существу метод моделирования. В качестве моделей используются оптимальные, имитационные, игровые модели. ( Проблема синтеза в настоящий момент остается открытой.)
В современной практике создания сложных систем синтез систем представляет сочетание содержательных (эвристических, интуитивных) и формальных (алгоритмических) методов.
Синтезировать систему - значит определить структуру системы и процессы ее функционирования.
ЛЕКЦИЯ 3.
Подходы к развитию антропогенных систем.
Базой для проведения анализа и синтеза антропогенных систем является ее функционально-структурное строение.
При этом функциональная организация системы описывается алгоритмически, аналитически, графически, таблично, посредствам временных диаграмм функционирования и вербально (словесно). Для описания структурной организации системы используют графическое или табличное представление связей между элементами системы.
Учитывая иерархичность построения систем в теории систем различают следующие виды их представления:
стратифицированное, отражающее иерархию структурных решений
многослойное, отражающее иерархию целей системы
многоэшелонное, описывающее совместно функциональную и структурную иерархию.
При многоэшелонном виде представлений в автоматизированных системах проектирования используется аппарат теории графов, составляют дерево функций.
При совершенствовании систем используют два подхода:
1.структурно-функциональный
2.функционально-структурный.
Структурно-функциональный подход. ( СФП )
Структурно-функциональный подход предполагает первичность структурного и вторичность функционального аспектов организации системы. Этот подход дает возможность раскрытия структуры объекта в процессе изучения его функциональных характеристик, т.е. анализа системы, представляемой “черным ящиком”. Примером использования СФП может служить изучение строения материи.
Процесс структурно-функционального анализа состоит из следующих итеративных этапов (последовательное приближение):
формирование гипотезы о совокупности функций, реализуемых системой и отдельными ее фрагментами (подсистемами, компонентами).
исследование поведения объекта в различных режимах (экспериментальная проверка исходной гипотезы).
анализ результатов исследования на соответствие рассматриваемой гипотезе.
-2-
4. уточнение рабочей гипотезы (отбрасывание, модификация) или принятие ее за истинную.
Таким образом несмотря на то, что при СФП исходной для анализа является структура объекта, функции (гипотетические или реальные)
отдельных фрагментов являются определяющими при проведении исследований.
СФП для проведения синтеза систем - не эффективен. Примером может служить алхимия - наука, оказавшаяся бесперспективной, метод проб и ошибок, требующий массу времени и средств.
Функционально-структурный подход (ФСП) представляет собой совокупность философских концепций, объективных закономерностей развития систем, научных положений и выводов, определяющих стратегию и методологию анализа и синтеза антропогенных систем.
Характерными особенностями ФСП являются:
Учет диалектической взаимосвязи функций и структуры объектов при определяющей роли функции по отношению к структуре;
Целостный подход к анализу и синтезу многоуровневых систем;
Учет вещественно-энергетических и информационных связей между элементами системы;
Учет взаимосвязи исследуемой (создаваемой) системы с внешней средой;
Рассмотрение систем в развитии;
Единство философского и специального знаний, проявляющихся в совместном использовании общих законов материального мира и закономерностей развития систем определенного класса.
Поясним :
Диалектическая взаимосвязь проявляется в следующем: дифференциации функций системы соответствует специализация фрагментов системы; интеграции функций - многофункциональность фрагментов.
Целостность перехода к анализу и синтезу систем обеспечивается формированием “дерева функций”, представляющего собой декомпозицию целевой функции системы. В процессе многоуровневой декомпозиции формируются основные и дополнительные функции, реализуемые отдельными подсистемами, а также макро и микро функции отдельных элементов, находящихся на различных уровнях функционально-структурной организации системы.
3), 4) Примером возможности и эффективности совместного учета
-3-
вещественных, энергетических и информационных потоков как
внутри системы между элементами и отдельными подсистемами, так и в процессе обмена системы с внешней средой, может служить успешное применение стратифицированного подхода (на базе иерархичности представления системы) при анализе автоматизированных систем управления производством (АСУП).
В настоящее время рассматриваются возможности создания совмещенных вещественно-энергетических, информационно-вещественных и комплексных операторов, отражающих основные системные процессы переработки, хранения и обмена вещества, энергии и информации, а также управления указанными процессами. Применение таких операторов предполагается использовать при анализе и синтезе автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
ФСП рассматривает системы в процессе развития. Так, при изменении условий существования систем их жизнеспособность может быть обеспечена лишь изменением совокупности реализуемых ими функций, а значит и изменением структуры системы. Этот своеобразный генетический подход является правомерным не только при анализе и преобразовании биологических и социальных систем, но и для анализа и синтеза технических систем.
Единство материального мира обуславливает общность законов развития. ФСП базируется на основных закономерностях материального мира и позволяет одновременно выявить (на этапе анализа) и учитывать (на этапе синтеза) закономерности развития систем конкретного класса и определенного функционального назначения.
Схематично процесс анализа систем может быть представлен переходом от структурной организации (СО) системы к ее функциональной организации (ФО), а затем к функционально-структурной организации (ФСО) системы. При синтезе систем процесс развертывается наоборот - от ФО системы к СО и далее опять к ФСО:
СО
ФО ФСО (Анализ)
ФО СО ФСО (Синтез)
-4-
Указанные процессы имеют итеративный характер.
Сравнительный анализ подходов при анализе и синтезе сложных систем показывает, что ФСП является наиболее эффективным при создании разветвляющихся систем.
Заданная совокупность функций системы может быть реализована как много функциональными, так и специализированными компонентами. Количественное соотношение между специализированным и многофункциональными компонентами зависит от возможностей технологии создания системы и, в свою очередь, влияет на качество создаваемой системы. В рационально созданных системах преобразовывают многофункциональные компоненты (керамический двигатель !!!). При идентичных многофункциональных возможностях наиболее эффективна и экономична система с минимальной структурой. Функциональное назначение системы и условия существования определяют структурную организацию антропогенной системы. Однако система может удовлетворять своему функциональному назначению, имея различную структурную организацию.