Файл: Сочивко В.П. Человек и автомат в гидросфере очерки системотехники.pdf

через свойство целого быть больше суммы своих частей. Чем значительнее целое разнится от суммы своих частей, тем более оно организовано.

Следующий момент, важный для полного понимания особенностей системного анализа, связан с учетом таких свойств, как разнообразие и сложность систем. Довольно часто эти понятия фактически отождествляют, хотя осно­ вания для этого имеются только в отдельных случаях. Разнообразие системы — это лишь один из показателей ее сложности. Он характеризует число различных элемен­ тов структуры, но не характеризует число функциональ­ ных связей между ними, а именно функциональные связи служат важнейшим, показателем сложности системы. И лишь в совершенно однородных системах, рост которых сопровождается увеличением числа элементов и пропор­ циональным увеличением числа связей, разнообразие может адекватно выражать сложность системы.

Всякая достаточно сложная методология стремится ввести и использовать определенные нормативы. Идеаль­ ным является случай, когда можно сформулировать си­ стему аксиом, начальных требований, а также ввести спе­ циальные обозначения — символы, особенно если введение символики влечет за собой принципиальную возможность перехода к той или иной алгебре.

Будем считать, что система предполагает некоторый порядок в ее организации, или, другими словами, упоря­ доченность. Так как системы крайне разнообразны, упо­ рядоченность не ограничена пространственным расположе­ нием элементов. Это может быть любая связь, любое отно­ шение (временное, пространственное, смысловое, семан­ тическое, гармоническое, прагматическое и т. д.).

Упорядоченность выражена в структуре системы. Структура в свою очередь тоже является системой — си­ стемой отношений. Естественной формализацией струк­ туры является так называемый граф — математическое понятие пары множеств, одно из которых есть совокуп­ ность точек — вершин графа, а второе— совокупность дуг, связывающих эти вершины.

Пусть, далее, имеется отображение множества X в себя посредством соотношений

СС1 . X 1 —> X 2 »

С6 2• X 2 ~^ Л-g)

а3 : Х3 — > Хі,

а4: xt —>х4,

что графически показано на рис. 29.

Таким образом, структурой G некоторого множества

некоторая система^ отношений.

Возвращаясь к понятию «система», дадим ему следую­ щее определение.

Система С — это множество X компонент х ѵ х 2, х3,

. . ., хп, отвечающее следующим требованиям:

1)множество X не пусто;

2)отображение Р множества X в себя дает структуру G = (X, Р), являющуюся ненулевым связанным графом;

3) каждому элементу xt £ X (і = 1, 2, 3, . . ., я) может быть поставлена в соответствие некоторая функция цели ср£ (хг), а системе в целом — функция цели Ф (С), причем

п

и ф| { Х і ) = ф (С);

66

5) связи между элементами в системе сильнее их свя­ зей с элементами вне системы.

Интуитивно представляется, что сформулированные

щаясь к вопросам, обсуждавшимся в начале данного па­ раграфа, следует сказать, что наш подход позволяет описать не реальную систему, а ее идеализированную модель.

Системы можно разделить на два больших класса:

1)физические, или материальные (как естественного, так и искусственного происхождения);

2)абстрактные, или концептуальные.

Человечество преуспело в синтезе сравнительно про­ стых физических (материальных) систем, подошло к по­ строению сложных физических систем и крайне мало знает законы абстрактных систем.

Выбрав в качестве принципа классификации целевое назначение .системы, их можно разделить на следующие три класса:

1)вещественные;

2)энергетические;

3)информационные.

По признаку взаимодействия с окружающей средой системы делятся на:

1) открытые системы, которые обмениваются с окру­

воспринимать и отфильтровывать разнообразные случай­ ные входные воздействия, в том числе и не являющиеся полезными. Поведение закрытых систем не зависит от характеристик окружающей среды.

Заметим, что в кибернетике, изучающей логико-инфор­ мационные системы управления, к закрытым системам относят такие, которые обмениваются с окружающей средой энергией, но не информацией. Существуют области знания, в которых к закрытым относят такие системы, которые обмениваются с окружающей средой энергией, но не веществом.

Изучая поведение систем, легко выделить следующие их разновидности:

1) статические системы (чаще всего это неподвижные механические конструкции);

2) динамические системы (чаще всего это системы, опи­ сываемые обыкновенными дифференциальными уравне­ ниями или уравнениями в частных производных с конеч­ ным либо с бесконечным числом обобщенных координат, причем как координаты, так и время изменяются на кон­ тинуумах *. В случае, если время дискретно, т. е.' изме­ няется на счетном множестве, а каждая из конечного или бесконечного числа обобщенных координат принимает значения на континуумах, поведение динамической си­ стемы описывается разностными уравнениями. Среди динамических систем существуют и конечные, у которых время изменяется на счетном множестве, координаты и внешние воздействия— на конечных множествах, а число внешних воздействий и координат конечно).

Эволюционный подход позволяет выделить: 1) структурно прогрессирующие системы;

2)структурно регрессирующие системы;

3)системы, остающиеся нейтральными.

Для сложных систем характерна иерархия структур­ ной организации.

Из вышеизложенного следует, что для системно-струк­ турного анализа могут быть использованы графоаналити­ ческие методы. Как будет видно из дальнейшего, они находят широкое применение при анализе и синтезе авто­ матов и систем класса «человек—машина». Возвращаясь к рис. 29, можно дать ему такую интерпретацию: х х — человек-оператор (например, гидронавт, управляющий подводным аппаратом); х 2— комплекс средств, обеспе­ чивающих управление; х3— собственно объект управле­ ния (например, буксирующее устройство); х4 — множество всех тех элементов, которые не влияют на функциони­ рование системы (например, другой гидронавт, действую­ щий независимо от первого).1

1 Континуум — математическое понятие, связанное с понятием непрерывности. Примером множества, имеющего мощность континуума, является совокупность всех точек прямой. Такому множеству может быть противопоставлено счетное множество, т. е. множество, все эле­ менты которого можно занумеровать натуральными числами.

68

-I

Подводные аппараты и сооружения, также являющиеся системами, по их применимости делятся на:

1)информационные системы (гидроакустические пере­ говорные устройства, локаторы, шумопеленгаторы, нави­ гационные комплексы и т. д.);

2)транспортные системы (подводные буксировщики

пловцов, исследовательские малые подводные лодки

ит. д.);

3)энергетические системы (электростанции, компрес­

соры, теплоцентрали и т. д.);

4)производственные системы (подводные буровые установки, ремонтные мастерские и т. д.);

5)системы снабжения (заправочные станции, склады топлива и пищи и т. д.);

6)обеспечивающие системы (подводные жилища, са­ нитарно-гигиенические устройства и т. д.).

Каждую из этих систем можно детально проанализи­ ровать и дать подробную классификацию возможных ва­ риантов ее реализации. Вместе с тем все названные си­ стемы направлены на решение одной общей задачи, а сле­ довательно, образуют единый комплекс, который можно представить графически, указав взаимосвязи отдельных звеньев.

Системным анализом может быть охвачен и весь период, связанный с разработкой комплекса в целом: постановка задачи, формулировка технического задания, этапы про­ ектирования и изготовления, этап испытаний. При рас­ смотрении этих вопросов с позиций системного анализа центральной задачей становится операция количествен­ ного сравнения альтернатив, которая выполняется с целью выбора альтернативы, подлежащей реализации. Однако детализация возможностей и особенностей системного анализа не входит в нашу задачу. Важнее отметить то обстоятельство, что особенностью данной книги является постоянный выбор одной из альтернатив — человек или автомат. В связи с этим перейдем к рассмотрению основных характеристик,' определяющих сравнение альтернатив, не исключая возможности выбора третьей альтернативы — человеко-машинной системы.

69