Что такое элемент системы

3.2. Элементы системы (подсистемы) и их свойства

Любая система, как уже упоминалось, состоит из элементов. Но нас будут интересовать технические и социально-экономические системы и их элементы. Что же собой представляют элементы названных систем?

Элементы – это объекты, из которых состоит система, ее структурообразующие части, относительно автономные, выполняющие строго определенные функции.

Особенности, место и назначение каждого элемента определяются целью и задачами системы.

Пример. Предприятие есть система, ее элементами являются производственные участки. Цель системы – получение прибыли и удовлетворение потребностей потребителя. Задачи системы – обеспечить производство продукции с минимальными затратами и организовать ее реализацию. Элементы системы – производственные участки должны подчинить свою деятельность цели и задачам системы – предприятия.

Свойства элементов. Назовем следующие:

элемент выполняет только ему присущую и не повторяемую другими элементами данной системы функцию;

элемент обладает способностью интегрировать и взаимодействовать с другими элементами что обеспечивает выполнение им своей функции;

элемент в системе имеет четкие каналы связи с другими элементами системы и управляемым объектом, минимум связей с элементами вышестоящей системы;

элементы имеют те же цели, что и система в целом;

каждый элемент системы должен быть связан с окружающей средой и воспринимать ее воздействие;

специфические свойства элементов проявляются в их функциях.

Свойства элементов определяют их место во внутренней организации системы. Они развиваются в рамках системы и подчиняются условиям ее функционирования (видоизменяясь, или в процессе развития, или под управляющим воздействием).

Для изучения, анализа и проектирования сложных систем возникает объективная необходимость в выделении отдельных подсистем (частей) по определенным признакам (критериям).

Подсистема – это выделенная по какому-либо признаку часть системы, имеющая характерные особенности.

Критерий выделения подсистем. Подсистемы (части из ряда элементов) социально-экономических систем должны:

оказывать существенное влияние на достижение конечных результатов системы;

быть привязаны к целому с помощью определенных отношений каждой части к какой-либо общесистемной характеристике (или характеристикам), имеющей необходимую и логическую функциональную связь с выполнением задач всей системы;

быть созданы по тем или иным признакам, ясно обнаруживающим необходимую функциональную связь друг с другом и с системой в целом;

быть соответственно увязаны с поведением всех элементов системы и отражать постоянное функционирование взаимных связей, установленных для отдельных элементов системы через ее подсистемы с окружающей средой.

Выделение подсистемы зависит

от типа системы,

от целей ее исследования,

от используемого аппарата анализа

Системные признаки выделения подсистем и их элементов. К ним относятся:

структурная автономность каждого элемента подсистемы,

различная природа элементов, составляющих подсистемы,

функциональная специфичность подсистем,

упорядоченная взаимосвязь элементов подсистем и самих подсистем со средой на основе функциональной интегративности.

Система и подсистема часто меняются местами с учетом вышестоящей системы. Иными словами, система является как абсолютной, так и относительной.

Пример. Предприятие является абсолютной социально-экономической системой, а его цехи – подсистемами, если не обращать внимание на объединение, в состав которого входит данное предприятие. С учетом вышестоящей системы предприятие уже становится подсистемой, а статус системы приобретает объединение. Цех может рассматриваться как сложная система без учета вышестоящей системы, а его производственные участки – подсистемами.

Рассмотрим социально-экономические системы, их элементы и подсистемы с учетом иерархии производства. Но прежде представим уровневое строение системы (рис. 3.2.1).

Как видно на рис. 3.2.1, всякая социально-экономическая (а равно и техническая) система может быть расчленена на три уровня: система, подсистема, элемент Теперь, чтобы пользоваться схемой уровневого строения системы как практическим пособием, обратимся к иерархии производства -стержневой констпукпии менеджмента (рис. 3.2.2).

Ориентируясь на иерархию производства, назовем элементы и подсистемы обозначенных на рис. 3.2.2 систем.

Показанные на рис. 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3. и 3.2.4. материалы можно назвать системным инструментарием и с его помощью представить уровневое строение любой социально-экономической системы. Например, уровневое строение цеха как система выглядит так (рис. 3.2.5.):

Важнейшие свойства социально-экономических систем. К ним относятся:

целостность системы означает, что ее возможности всегда шире чем простая сумма возможностей составляющих ее элементов, поскольку их взаимодействие порождает новые качества;

иерархичность – по мере движения от низшего к высшему система, входя в более сложное образование, сама превращается в элемент этого образования, и, наоборот, чем обеспечивается единство ее развития и функционирования;

автономность, самоуправляемость, т.е. способность к самовоспроизводству и саморазвитию;

адаптивность, динамизм системы, т.е. способность реагировать на изменение условий среды наилучшим для нее способом и достигать цели;

вероятностный характер поведения, определяемый деятельностью людей в системе и не всегда предсказуемыми изменениями внешней среды.

Раскрытие составляющих системы (элементов и подсистем) основополагающий участок пути познания менеджмента.

Элемент системы — это объект, выполняющий определенные функции и не подлежащий дальнейшему расчленению в рамках по­ставленной перед данной системой задачи

Например, элементом транспортного предприятия (системы) как перевозчика является автомобиль (подсистема, элемент), ко­торый может осуществлять перевозку грузов или пассажиров, что является основной задачей АТП.

Дальнейшее расчленение автомобиля на агрегаты для пере­возочного процесса бессмысленно, но важно для обеспечения ра­ботоспособности автомобиля, т.е. организации ТО и ремонта.

Для системы технической эксплуатации важно расчленение ав­томобиля не только на агрегаты, но и на детали, которые и будут являться первичными элементами.

Каждый элемент характеризуется входом x_i, т.е. воздействием на него окружающей среды или других элементов системы, выходом y_i, т.е. преобразованным воздействием данного элемента на окружающую среду или другие элементы системы, и показателями возможного состояния элемента g_k. Обычно x_i, y_i и g_k — это интенсивности соответствующих показателей.

Вход: информация, материалы, требования, режим работы и т.д.

Состояние: производственный процесс. Преобразование режимов работы агрегатов и т.д.

Выход: продукция, услуги, отходы, изменение режима работы и др.

Рис. 1. Схема первичного элемента системы

Примеры содержания и соотношения x_i, g_k и y_i для различных систем

Вход: xi	Состояние и содержание: gk	Выход: yi
Автотранспортное предприятие (АТП)
Результаты маркетингового анализа: · Конкурентная среда · Законодательство · Экономическое состояние · Потребность в перевозках	· Размер и структура парка АТП · Производственно-техническая база · Персонал · Система ТО и Р · Техническое состояние · Производственный процесс и др.	· Объемы перевозок · Доходы и расходы · Прибыль · Расширение или сокращение ниши на транспортном рынке и др.
Станция технического обслуживания
Продолжение таблицы 3
· Потребность в услугах · Конкурентная среда · Экономическое состояние Законодательство и др.	· Пропускная способность и производительность · Специализация · Персонал · Оборудование · Цены Производственный процесс	· Объем оказываемых услуг · Прибыль Удержание, расширение или сокращение ниш на рынке услуг и др.
Коробка переключения передач
Крутящий момент и число оборотов первичного вала Мкр, n1	· Передаточные числа · Число передач · Преобразования Мкр, и n	Крутящий момент и число оборотов вторичного вала Мкр2, n2.

Функционирование системы в качестве единого целого обеспечивается связями между ее элементами. Связи определяют струк­туру системы.

В технической и производственной системах связи между элементами, как правило, однозначны и формируются при проектировании и создании системы. Например, конструкция агрегата, планировка АТП или СТО.

В биологических системах связи возникают естественным путем в процессе зарождения и развития организма.

В социальных или экономических системах связи формируются на основе действующих законов и нормативов, плана, складываются стихийно под воздействием рыночного механизма, или сочетания директивных и рыночных воздействий. Связи также периодически меняются.

Выделение системы, т.е. отнесение к ней определенного перечня элементов, является необходимой и достаточно сложной задачей, особенно для производственных, экономических и социальных систем.

Элементы (или подсистемы) относятся к данной системе, если они удовлетворяют следующим основным требованиям:

а) они взаимно дополняют друг друга, т.е. без любого элемента система не может эффективно решать стоящих перед ней задач;

б) имеют стабильные организационные, ресурсные и иерархи­ческие связи в системе;

в) а главное, имеют общую цель, т.е. каждый элемент должен работать и давать свой измеряемый вклад в достижение цели системы.

Наконец, последнее понятие — это большие системы. Оно достаточно условно и характеризуется одним из следующих признаков или их комбинацией:

1) Иерархичность системы, т.е. наличие нескольких уровней в ее структуре. Например: транспортная система — автомобильный транспорт — автотранспортное предприятие; АТП — цех — участок -бригада — исполнитель; автомобиль: агрегат — узел — деталь.

2) Наличие в системе элементов разного происхождения: технических, экономических, социальных. Например, предприятие: автомобили, станки, здания, сооружения (технические элемен­ты); водители, ремонтники, ИТР (социальные элементы), взаи­моотношения с клиентурой, банками, производителями техники (организационные и экономические элементы) и др.

3) Значительное количество подсистем (обычно не менее7. 10).

ПОНЯТИЕ ОБ УПРАВЛЕНИИ

Имеется несколько определений понятия "управление". Инже­нерное, прикладное определение этого понятия следующее.

Теория моделирования. Система и элементы системы. Понятие модели. Цели моделирования

Моделированием называется замещение одного объекта, называемого системой, другим объектом, называемым моделью, и проведение экспериментов с моделью (или на модели), исследование свойств модели, опираясь на результаты экспериментов с целью получения информации о системе.

Моделирование позволяет исследовать такие системы, прямой эксперимент с которыми:

а) трудно выполним;

б) экономически невыгоден;

в) вообще невозможен.

Моделирование — важнейшая сфера применения средств вычислительной техники, когда положения теории моделирования используются в различных областях науки, производства и техники. В то же время сами средства вычислительной техники являются объектами моделирования на этапе проектирования новых и модернизации старых вычислительных систем, при анализе возможности использования вычислительных систем в различных приложениях.

Система [ ]

Объектом исследования в теории моделирования является система. Система — это совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных в одно целое для достижения некоторой цели, которая определяется назначением системы. При этом элемент — это минимально неделимый объект, рассматриваемый как единое целое. Если система — это совокупность взаимосвязанных элементов, то комплекс — это совокупность взаимосвязанных систем.

Элемент, система, комплекс — понятия относительные, т.к. любой элемент, если его расчленить, если его не рассматривать как неделимый объект, то он становится системой, и наоборот любой комплекс становится системой, если входящие в его состав системы рассматривать как элементы.

Структура и функции.

Для описания системы необходимо определить ее структурную и функциональную организацию.

Структурная организация (структура) системы задается перечнем элементов, входящих в состав системы, и конфигурацией связей между ними.

Для описания структуры системы используются способы:

а) графический — в форме графа, где вершины графа соответствуют элементам системы, а дуги — связям между элементами (частный случай графического задания структуры системы — это форма схем);

б) аналитический, когда задаются количество типов элементов системы, число элементов каждого типа и матрицы связей между ними.

Функциональная организация (функции) системы — это правила достижения поставленной цели, правила, описывающие поведение системы на пути к цели её назначения.

Способами описания функций системы являются:

а) алгоритмический — в виде последовательности шагов, которые должна выполнять система;

б) аналитический — в виде математических зависимостей;

в) графический — в виде временных диаграмм;

г) табличный — в виде таблиц, отображающих основные функциональные зависимости.

Свойства системы, значения переменных, описывающих систему, в конкретные моменты времени называются состояниями системы.

Процесс (продвижение – лат.) функционирования системы можно рассматривать как последовательную смену её состояний во времени, другими словами, процесс функционирования системы — это переход её из одного состояния в другое.

Система переходит из одного состояния в другое, если изменяются значения переменных, описывающих состояние системы. Причина изменения переменных состояния, а значит, причина, вызывающая переход системы из состояния в состояние называется событием. Событие является следствием начала или окончания какого-то действия. Например, если в качестве системы рассмотреть кассу в магазине и под состоянием системы понимать количество покупателей у кассы, то в такой системе можно выделить следующие действия и соответствующие события.

«поход (ходьба) в кассу» «прибытие»;

«ожидание» «уход из очереди»,

«обслуживание» «окончание обслуживания»,

«уход из системы».

Понятия «система» и «процесс функционирования» тесно взаимосвязаны и часто рассматриваются как эквивалентные понятия.

Понятие модели, цели моделирования [ ]

Модель — некоторый виртуальный образ реального или другого виртуального объекта, создаваемый для его изучения.

Моделирование — это замещение одного объекта (оригинала) другим (моделью) и фиксация и изучение свойств модели. Замещение производится с целью упрощения, удешевления, ускорения изучения свойств оригинала.

В общем случае объектом-оригиналом может быть естественная или искусственная, реальная или воображаемая система. Она имеет множество параметров S0 и характеризуется определёнными свойствами. Количественной мерой свойств системы служит множество характеристик Y0, система проявляет свои свойства под влиянием внешних воздействий

Множество параметров S и их значений отражает её внутреннее содержание — структуру и принципы функци-онирования. Характеристики S — это в основном её внешние признаки, которые важны при взаимодействии с другими S.

Познание любой системы (S) сводится по существу к созданию её модели. Перед изготовлением каждого устройства или сооружения разрабатывается его модель — проект. Любое произведение искусства является моделью, фиксирую-щее действительность.

Достижения математики привели к распространению математических моделей различных объектов и процессов. Подмечено, что динамика функционирования разных по физической природе систем однотипными зависимостями, что позволяет моделировать их на ЭВМ.

На качественно новую ступень поднялась моделирование в результате разработки методологии имитационного моделирования на ЭВМ.

Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где бы применялось моделирование. Разработаны модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, атомного взрыва, последствий атомный войны.

Специалисты считают, что моделирование становится основной функцией ВС. На практике широко используются АСУ технологическими процессами организационно-экономическими комплексами, процессами проектирования, банки данных и знаний. Но любая из этих систем нуждается в информации об управляемом объекте и модели управляемого объект, в моделировании тех или иных управляющих решений.

Сами ВС как сложные и дорогостоящие технические системы могут являться объектами моделирования.

Обычно процесс разработки сложной системы осуществляется итерационно с использованием моделирования проектных решений. Если характеристики не удовлетворяют предъявленным требованиям, то по результатам анализа производят корректировку проекта, затем снова проводят моделирование.

При анализе действующих систем с помощью моделирования определяют границы работоспособности системы, вы-полняют имитацию экспериментальных условий, которые могут возникнуть в процессе функционирования системы. Искусственное создание таких условий на действительной системе затруднено и может привести к катастрофическим последствиям.

Применение моделирования может быть полезным при разработке стратегии развития ВС, её усовершенствования при создании сетей ЭВМ.

Понятия, характеризующие строение системы

Понятия, входящие в определение системы, тесно связаны между собой и, по мнению Л. фон Берталанфи, не могут быть определены независимо, а определяются, как правило, одно через другое, уточняя друг друга, и поэтому принятую здесь последовательность их изложения следует считать условной.

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую, неделимую часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным.

В качестве элементов стола можно назвать «ножки, ящики, крышку и т.д.», а можно — «атомы, молекулы», в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем.

Аналогично в системе управления предприятием элементами можно считать подразделения аппарата управления, а можно — каждого сотрудника или каждую операцию, которую он выполняет.

Поэтому примем следующее определение: элемент —это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели.

Для помощи в выделении элементов при анализе конкретных проблемных ситуаций можно, как показано в гл. 3, использовать информационный подход, и в частности, меру информации восприятия %%J = A/<<\Delta>A>%%, где %%<<\Delta>A>%% — минимальное количество материального свойства %%A%% (квант), с точностью до которого исследователя интересует информация об этом свойстве при формировании модели.

Систему можно расчленять на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели и ее уточнения в процессе проведения системного исследования. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте или проблемной ситуации.

Компоненты и подсистемы. Иногда термин «элемент» используют в более широком смысле, даже в тех случаях, когда система не может быть сразу разделена на составляющие, являющиеся пределом ее членения. Однако при многоуровневом расчленении системы лучше использовать другие термины, предусмотренные в теории систем: сложные системы принято вначале делить на подсистемы, или на компоненты.

Понятие «подсистема» подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы, и в частности, имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также другие свойства — целостности, коммуникативности и т.п., определяемые закономерностями систем, рассматриваемыми в параграфе 1.6.

Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение ее целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.

Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или видом). По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. По второму — на сильные и слабые (иногда пытаются ввести «шкалу» силы связей для конкретной задачи). По характеру (виду) различают связи подчинения, порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), управления.

Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Важную роль в моделировании систем играет понятие обратной связи, модели которой приведены в параграфе 2.6. Обратная связь является основой саморегулирования, развития систем, утствуют и отрицательные, и положительные обратные связи. На использовании этих понятий базируется, в частности, имитационное динамическое моделирование.

Цель. Понятие «цель» и связанные с ним понятия «целесообразность» и «целенаправленность» лежат в основе развития системы. Изучению этих понятий большое внимание уделяется в философии, психологии, кибернетике.

Анализ определений цели и связанных с ней понятий показывает, что в зависимости от стадии познания объекта, этапа системного анализа, в понятие «цель» вкладывают различные оттенки (рис. 1.3) — от идеальных устремлений (цель — «выражение активности сознания»; «человек и социальные системы вправе формулировать цели, достижение которых, как им заведомо известно, невозможно, но к которым можно непрерывно приближаться»), до конкретных целей — конечных результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени, формулируемых иногда даже в терминах конечного продукта деятельности.

В некоторых определениях цель как бы трансформируется, принимая различные оттенки в пределах условной «шкалы» — от идеальных устремлений к материальному воплощению, конечному результату деятельности.

В русском языке вообще не было термина «цель». Этот термин заимствован из немецкого и имеет значение, близкое к понятиям «мишень», «финиш», «точка попадания». В английском языке есть несколько терминов, отражающих различные оттенки понятия цели, в пределах рассматриваемой «шкалы».

Сущность диалектической трактовки понятия цели раскрывается в теории познания, в которой показывается взаимосвязь понятий цели, оценки, средства, целостности.

Чтобы отразить диалектическое противоречие, заключенное в понятии «цель», в БСЭ дается следующее определение: цель — _«заранее мыслимый результат тропийных тенденций на более низких ступенях развития материи принято использовать другие термины.

Рассмотренное понимание цели очень важно при организации процессов коллективного принятия решений в системах управления.

Структура. Система может быть представлена, как уже отмечалось, простым перечислением элементов или черным ящиком (моделью «вход — выход»). Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер, и вводят понятие «структура».

Структура (от лат. «structure», означающего строение, расположение, порядок) отражает «определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство, строение».

Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из них, на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу.

Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания. При этом по мере развития исследований или в ходе проектирования структура системы может изменяться.