Теория систем. Лекция 1

1.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Система
Система (от др.-греч. - целое, составленное из частей;
соединение) - множество элементов, находящихся в
отношениях и связях друг с другом, которое образует
определённую целостность, единство.
Потребность в использовании термина «система»
возникает в тех случаях, когда нужно подчеркнуть, что
что-то является большим, сложным, не полностью
сразу понятным, при этом целым, единым.
В отличие от понятий «множество», «совокупность»
понятие системы подчёркивает упорядоченность,
целостность, наличие закономерностей построения,
функционирования и развития.

2.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
В повседневной практике слово «система» может
употребляться в различных значениях:
- теория, например, философская система Платона;

3.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- классификация, например, Периодическая система
химических элементов Д. И. Менделеева;

4.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- завершённый метод практической деятельности,
например, система Станиславского;

5.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- способ организации мыслительной деятельности,
например, система счисления;

6.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- совокупность объектов природы, например,
Солнечная система;

7.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- некоторое свойство общества, например, политическая
система, экономическая система и т. п.;

8.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- совокупность установившихся норм жизни и правил
поведения, например, законодательная система или
система моральных ценностей;

9.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- закономерность;

10.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Примеры систем
- конструкция;

11.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Теория систем
Общая теория систем - научная и методологическая
концепция исследования объектов, представляющих
собой системы. Она тесно связана с системным
подходом и является конкретизацией его принципов
и методов.
Системы характеризуются рядом свойств, основные
из которых делятся на три группы: статические,
динамические и синтетические.

12.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Свойства системы
1) Целостность и членимость (делимость)
Целостность означает, что система воспринимается окружающей
средой как единый элемент этой среды. Позволяет разделить
весь мир на две части: систему и окружающую среду.
Членимость (делимость) означает, что в системе можно выделить
некоторые элементы, совокупность которых вместе с их
взаимодействием и образует систему.
При этом совокупность элементов обладает качественно новыми
свойствами, которые позволяют рассматривать их как элемент
более сложной системы.

13.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Свойства системы
2) Интегративные качества
Свойства, обеспечивающие целостность, которые есть у системы,
но нет у элементов, составляющих систему, называются
интегративным качеством (ИК).
Существенно, что ИК не может быть выявлено сколь угодно
глубоким изучением свойств элементов.
Например, команда (бригада) может выполнить задачи, которые
члены команды (бригады) по отдельности выполнить не в
состоянии.

14.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Свойства системы
3) Связи (отношения)
заключается в том, что части системы не изолированы, не
независимы друг от друга; они связаны между собой,
взаимодействуют друг с другом.
При этом свойства системы существенно зависят от того, как
именно взаимодействуют её части.
Система, как правило, взаимодействует с другими системами,
которые для нее являются внешней средой.
связь осуществляется между некоторыми (или всеми)
элементами, принадлежащими данной системе, и элементами
других систем.

15.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Свойства системы
4) Организация
Общую схему компонентов системы можно представить
следующим образом:
1. Элемент системы. Неделимая часть системы, характеризующаяся
конкретными свойствами, определяющими её в данной системе
однозначно.
2. Связи системы. Совокупность зависимостей свойств одного элемента от
свойств других элементов системы: односторонних; двусторонних,
многосторонних.
3. Структура системы. Упорядоченность отношений, связывающих
элементы системы, определяет структуру системы как множество
элементов, функционирующих в соответствии с установившимися между
элементами системы связями.
4. Взаимодействие системы. Процесс взаимного влияния элементов,
системы и внешней среды друг на друга, а также совокупность
взаимосвязей и взаимоотношений между их свойствами, когда они
приобретают характер взаимодействия.
5. Внешняя среда системы. Всё, что не входит в систему, объединяется
понятием «внешняя среда».

16.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Энтропия
Одной из наиболее часто используемых характеристик
организации системы является энтропия
Энтропия может интерпретироваться как мера неопределённости
(неупорядоченности) некоторой системы, например, какого-либо
опыта (испытания), который может иметь разные исходы
Энтропия - это не просто безостановочное соскальзывание
системы к состоянию, лишённому какой бы то ни было
организации.
Необратимые процессы являются источником порядка. В сильно
неравновесных условиях может совершаться переход от
беспорядка, хаоса к порядку.
С этой точки зрения - порядок, равновесие и устойчивость
систем достигаются постоянными динамическими
неравновесными процессами.

17.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем

18.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем
В наиболее общем плане системы можно разделить по природе их
элементов на материальные (реальные) и идеальные (абстрактные).
Деление систем на материальные и абстрактные позволяет различать
реальные системы (объекты, явления, процессы) и системы,
являющиеся определёнными отображениями (моделями) реальных
объектов или чистыми абстракциями.
Материальные системы представляют собой целостные совокупности
объектов различных областей действительности и, в свою очередь,
делятся на системы, состоящие из элементов неорганичной природы
(физические, геологические, химические и другие) и живые системы,
куда входят как простейшие биологические системы, так и очень
сложные биологические объекты типа организма, вида, экосистемы.
Идеальные (абстрактные) системы представляют собой продукты
человеческого мышления, элементы которых не имеют прямых
аналогов в реальном мире и представляют собой идеальные объекты понятия или идеи, связанные определёнными взаимоотношениями.

19.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем
Задачи обоснования математики и логики вызвали интенсивную
разработку принципов построения формализованных логических
систем. Результаты этих исследований широко применяются во
всех областях науки и техники. В целом, формализованные
логические системы подразделяются на три основных класса:
статические математические системы или модели, которые
описывают объект в какой-либо момент времени;
динамические математические системы или модели отражают
поведение объекта во времени;
находящиеся в неустойчивом положении между статикой и
динамикой, которые при одних воздействиях ведут себя как
статические, а при других воздействиях — как динамические.

20.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем
В зависимости от происхождения систем, выделяют естественные
и искусственные системы. Естественные системы, будучи
продуктом развития природы, возникли без вмешательства
человека. Искусственные системы представляют собой результат
созидательной деятельности человека, причём со временем их
количество постоянно увеличивается.
По длительности существования системы подразделяются на
постоянные и временные. К постоянным обычно относятся
естественные системы, хотя с точки зрения диалектики все
существующие системы — временные. К постоянным принято
относить и искусственные системы, которые в процессе
заданного времени функционирования сохраняют существенные
свойства, определяемые предназначением этих систем.

21.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем
В зависимости от степени изменчивости свойств систем,
выделяются статичные и динамичные системы.
Для статичной системы характерно, что её состояние с течением
времени остаётся постоянным (например, газ в ограниченном
объёме - в состоянии равновесия).
Динамичная система изменяет своё состояние во времени
(например, живой организм).
Если знание значений переменных системы в данный момент
времени позволяет установить состояние системы в любой
последующий или любой предшествующий моменты времени, то
такая система является однозначно детерминированной.
Для вероятностной (стохастической) системы знание значений
переменных в данный момент времени позволяет предсказать
вероятность распределения значений этих переменных в
последующие моменты времени.

22.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем
По характеру взаимоотношений систем с внешней средой,
выделяют закрытые и открытые системы.
Закрытые (изолированные) системы физически изолированы от
внешней среды. Все статические системы являются закрытыми,
что, однако, не исключает присутствия динамических процессов
в закрытых системах.
Изолированных и закрытых систем в природе фактически не
существует. С этой точки зрения изолированные и закрытые
системы - заведомо упрощённые схемы открытых систем,
полезные при приближённом решении частных задач.

23.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем
В зависимости от реакции на возмущающие воздействия
выделяют активные и пассивные системы. Активные системы
способны противостоять воздействиям внешней среды и других
систем и сами могут воздействовать на них. У пассивных систем
это свойство отсутствует.
По характеру поведения все системы подразделяются на системы
с управлением и без управления. Класс систем с управлением
образуют системы, в которых реализуется процесс
целеполагания и целеосуществления. Примером систем без
управления может служить Солнечная система, в которой
траектории движения планет определяются действующими во
Вселенной законами гравитации.

24.

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизация, телекоммуникация и метрология»
Классификация систем
В прикладных науках, а также в теории и практике управления
широко используются классификации систем в зависимости от
степени их сложности и организованности. По этим основаниям
системы делятся на большие, простые, сложные и
организационные.
Простыми системами называют системы, состоящие из
ограниченного и относительного малого числа элементов с
однотипными одноуровневыми связями.
Большими системами называют многокомпонентные системы,
включающие значительное число элементов с однотипными
многоуровневыми связями.
Сложными системами называют структурно и функционально
сложные многокомпонентные системы с большим числом
взаимосвязанных и взаимодействующих элементов различного
типа и с многочисленными и разнородными связями между
ними.