Практическое применение структур системы

Лекция 6

(2 часа)

Структуры системы, их виды и формы представления

Систему представляют либо простым перечислениемее элементов, либо моделью “черный ящик”, перечисляя ее входы – выходы (иногда говорят моделью “вход - выход”). Однако, при исследовании различных объектов, этого бывает явно не достаточно, потому что всегда требуется выяснить, не только, из чего он состоит, но что в нем обеспечивает достижение поставленной цели. Поэтому в таких случаях систему (объект) отображают (представляют) путем ее деления (расчленения) на подсистемы, компоненты, элементы со взаимосвязями, которые могут иметь различный характер. Для этого случая вводится понятие структуры системы.

Понятие “Структура” – одно из многозначных понятий. Практически невозможно даже перечислить все значения понятия “структуры”, которые дают разные авторы.

Часто “структуру” понимают как рисунок, как некоторую внешнюю картинку явления или объекта исследования. Такая картинка составляется по определенному принципу и в ней с самого начала усматривается некоторая целостность.

Слово “Структура” произошло от латинского structure, означающее строение, расположение, порядок.

Ниже приводятся три понятия “структуры”.

1. Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение).

2. Структура системы – это совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.

Структура системы является статическоймоделью системы и характеризует только строениесистемы, не учитывая множества свойств (состояний) ее элементов.

3. Структура системы – это графически представленный характер отношений (связей) между элементами системы.

Структура может определять пространственное взаиморасположение элементов (линейная цепочка, звезда, кольцо и т.д.), вложенность или подчиненность(в виде дерева для иерархических систем); хронологическую последовательность событий для сложных процессов, рассматриваемых как система событий (линейная, ветвящаяся, циклическая).

В структуресистемы существенную роль играют связи.Изменяя связи при сохранении элементов можно получить другую систему, обладающую новыми свойствами или реализующую другой закон функционирования.

Пример: системы соединения трех проводников с разными сопротивлениями:

Таким образом, материя не терпит однообразия. Одни и те же элементы могут входить в качественно разные системы. Одна система может преобразовываться в другую при сохранении своих элементов. В данном случае возникновение новогокачества, новой системы происходит вследствие изменения структурыстарой системы.

Понятия “система” и “структура” нельзя отождествлять. Под структуройследует понимать сеть взаимосвязанных элементов, качественная природа которых не учитывается, и главное внимание направлено на их связи.

Под системой понимается объект в целом со всеми присущими ему внутренними и внешними связямиисвойствами.

Но для простой системы (тривиальный случай) эти понятия почти тождественны.

А чтобы представить большую сложную систему в целом, и вводят понятие “структуры”. Это - частичное упорядочение элементов и отношений между ними по какому-либо признаку, то есть, показывают наиболее существенные элементы (компоненты) и связи, которые мало меняются при текущем функционировании системы и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Знание структуры системы – это знание закона, по которому порождаются элементысистемы и отношения между ними.

В зависимости от условий задачи (цели создания системы) и имеющихся предварительных эмпирических знаний (процесса познания, стадии познания) один и тот же объект можно представить в качестве самых различных систем, или говорят различным набором систем, и как следствие – различными структурами.

Структуру можно представить не только графически, но и в матричном виде, в форме теоретико-множетсвенных описаний, на языке алгебры и других различных средств моделирования систем.

Различные виды структур имеют свои специфические особенности.

Виды структур

1. Сетевая структура (сеть).

Эта структура представляет собой декомпозицию (структуризацию) (это расчленение системы на части при ее исследовании или проектировании) системы во времени (см. рис.1)

При применении сетевых структур, как вам известно, пользуются такими терминами, как “вершина”, “ребро”, “путь”, “критический путь”.

Элементы сети могут быть расположены параллельно и последовательно.

Сети бывают разные. Наибольшее распространение получили сети однонаправленные, они же очень удобны для анализа. Могут встречаться сети с обратными связями, с циклами. Для анализа сложных сетей применяют математический аппарат теории графов, сетевого планирования и управления, сетевого моделирования. Упомянутый аппарат особенно широко применяется при представлении процессов организации производства и управления предприятием, при управлении проектированием сложных технических комплексов и систем.

Сетевая структура может отображать порядок действия какой-либо технической системы (электрическая сеть, телефонная сеть и т.д.), этапы деятельности человека (при планировании - это сетевой план, при проектировании – это сетевая модель, при производстве продукции – это сетевой график).

Иерархическая структура

Она представляет декомпозицию системы в пространстве. В этих структурах все вершины (узлы) и связи (дуги, ребра) существуют одновременно, а не разнесены во времени, как в сетевой структуре.

Иерархические структуры могут иметь различное числоуровней декомпозиции (уровней структуризации).

1. Структуры, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышележащего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называются древовидными структурами, структурами типа “дерева”, иерархическими структурами с “сильными” связями; структурами, на которых выполняется отношение древовидного порядка (см. рис. 2).

2. Структуры, в которых элемент (какие-либо элементы) нижележащего уровня может быть подчинен двуми более узлам (вершинам) вышележащего уровня, называют иерархическими структурами со “слабыми” связями (см. рис. 3).

3. Матричные структуры

Это понятие как математическое понятие сначала использовалось в теории множеств, в линейной алгебре, в теории матричного исследования.

Однако, в последнее время понятие это стало использоваться в более широком смысле, а именно для отображения многомерного представления сложных систем, как эквивалент табличнойформы. То есть, матричная структура – это есть таблица. В форме такой таблицы могут быть представлены взаимоотношения между уровнями иерархической структуры. Это иногда удобнее на практике при оформлении планов, так как кроме иерархической соподчиненности при выполнении тематики еще надо в плане указать исполнителей, сроки выполнения, формы отчетности и др.

Матричные структуры бывают двумерные и многомерные.

Иерархической структуре рисунка 2 соответствует матричная структура рис. 4.

Иерархической структуре рисунка 3 соответствует матричная структура рисунка 5. В этой таблице кроме наличия связей между уровнями иерархии можно указать силу связейлибо словами “сильная”, “слабая”, либо введением в матрицу (таблицу) каких-либо количественных характеристик силы связи.

Практическое применение структур системы

Матричное представление иерархических взаимоотношений используется в толковых словарях, в автоматизированных диалоговых процедурах анализа целей и функций, так как при использовании этих процедур не известно первоначально количество ветвей на каждом уровне иерархии.

Древовидные иерархическиеструктуры имеют наибольшее распространение. С их помощью представляют структуру классификаторов и словарей, производственные структуры, конструкции сложных технических изделий и комплексов, структуры целей и функций, организационные структуры предприятий и т.п.

В виде иерархий со “слабыми” связями представляются некоторые виды организационных структур (вам известны линейно-функциональные структуры).

“Слабые” связи имеют место в структуре управления государством.

4. Многоуровневые иерархические структуры типа “Страт”, “Слоев”, “Эшелонов”

Термин “иерархия” произошел от греческого и означает соподчиненность, любой согласованный по подчиненности порядок объектов.

Уже в Древней Греции была осознана иерархическая упорядоченность мира. Упорядоченность эта наблюдается на любом уровне развития Вселенной: социальном, биологическом, физическом, химическом. Термин первоначально применялся для характеристики взаимоотношений в аппарате управления государством, армией. В дальнейшем концепция иерархии была распространена на любой согласованный по подчиненности порядок объектов, порядок подчинения низших по должности и чину лиц высшим в социальных организациях, при управлении предприятием, регионом, государством и т.п.

Понятие иерархии, закономерность иерархичности (иерархической упорядоченности) была в числе первых закономерностей, которые выделил и исследовал Л. фон Берталанфи.

В принципе, в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между ними и в пределах уровней между компонентами могут быть любые взаимоотношения.

В теории иерархических структур в соответствии с этим существуют особые классы многоуровневых иерархических структур типа “Страт”, “Слоев”, “Эшелонов”, предложенные М. Месаровичем.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: