Понятия общей теории систем
Специальные научные дисциплины представляют собой модели определенных сторон действительности. Всем системам, вне зависимости от их физической природы, присущи определенные общие закономерности, отношения между элементами.
Попытка выявить некоторое основание, объединяющее все науки, приводят к мысли о необходимости построения общей теории систем, задачей которой стала бы формулировка некоторых принципов образования, развития, функционирования любых реально существующих систем.
Любая теория должна быть основана на предположении о существовании достаточно общих законов. Учитывая широту понятия системы, для теории систем эти законы должны быть чрезвычайно общими, граничащими с философскими, и в то же время приложимыми к практике - приближающими теорию к точным наукам.
Понятия общей теории систем должны быть настолько общими, чтобы охватывать все реально существующие проблемы, и вместе с тем обеспечивать возможность получения адекватной информации о рассматриваемом явлении. Чем выше общность теории, тем меньше возможность получения такой адекватной информации. Этим теория систем отличается от общепринятого понятия теории - нет строгого определения системы, так же как нет достаточно полных определений понятий элемента системы, структуры системы, связи.
С попытками построить общую теорию систем возник вопрос: существует ли система реально, или она привносится в действительность человеком?
Исходя из того, что прерогатива выделения системы, элементов системы принадлежит человеку, возникла тенденция: система существует не в природе, а в сознании людей – наш мозг накладывает некую структуру на реальное бытие, выделяя тем самым систему.
Бир: система «представляет собой нечто, обнаруживаемое и понимаемое нами, когда она отображается в нашем сознании».
Система не произвольная конструкция сознания – в сознании отражается объективная действительность. Исследователь в процессе познания вычленяет определенную структуру объекта и придает ей то значение, которое он считает необходимым для отражения взаимосвязей ее элементов.
Таким образом, система как некоторое теоретическое представление об объекте не существует вне нашего познания и практики, хотя сам объект существует объективно: существуют реальные объективные системы (объекты) и системы понятий (мысленные, концептуальные системы), которые характеризуют этот объект.
Возможна и другая интерпретация, при которой «системность» рассматривается именно как принцип, неотделимый от теоретических установок субъекта - наблюдателя, его способности представить, сконструировать объект познания как системный: система, структура, окружающая среда не существуют в природной или социальной реальности, а формируются в нашем знании в результате операций различения и конструирования, проводимых наблюдателем. При этом реальность должна обладать такими «параметрами», которые могут быть представлены как системы.
Соответственно складывается особый язык, включающий прежде всего такие общенаучные понятия, как системность, отношение, связь, элемент, структура, часть и целое, целостность, иерархия, организация, системный анализ и многие другие.
Принцип системности понимается как универсальное положение о том, что все предметы и явления мира – это системы различных типов и видов целостности и сложности. Задача субъекта-исследователя - обнаружить систему, ее связи и отношения, описать, классифицировать объяснить их.
Принцип системности объединяет несколько идей и представлений: системности, целостности, соотношения части и целого, структурности и «элементарности» объектов, универсальности, всеобщности связей, отношений, развития.
На этой основе (системность мира) формулируется общая методология системных исследований - набор методологических подходов (принципов) к исследованию системы - системный подход.
Пример. Системные исследования в области экологии.
Методологической основой исследований в области экологии является комплексное использование натурных экспериментов, измерений и исследований, экспе6риментальных лабораторных исследований, применения методов управления и моделирования, широкое использование методов других наук (химии, физики, геологии, математики и др.).
Эти методы можно объединить в несколько групп:
- методы регистрации и оценки качества окружающей среды, прежде всего различные типы экологического мониторинга (дистанционный аэрокосмический мониторинг, биомониторинг и биоиндикация);
- методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных;
- изучение особенностей влияния различных экологических показателей на жизнедеятельность организмов (длительные наблюдения в природных и лабораторных условиях – токсикологические, биохимические, биофизические, физиологические и др.);
- методы изучения взаимосвязей между организмами в многовидовых группах;
- методы математического моделирования экологических явлений и процессов, а также экосистем, имитационное моделирование, моделирование локальных, региональныхи глобальных экологических процессов и ситуаций;
- создание геоинформационных систем и технологий для решения экологических вопросов различных масштабов в разных сферах деятельности;
- комплексный эколого-экономический анализ состояния различных объектов, территорий, отраслей производства;
- геоэкологические методы исследований, геоэкологический мониторинг с целью уменьшения негативного влияния загрязнений на окружающую среду;
- технологические методы экологизации различных производств с целью уменьшения негативного влияния загрязнений на окружающую среду;
- медико-экологические методы изучения влияния различных воздействий на здоровье людей;
- методы экологического контроля окружающей среды (экологические экспертиза, аудит, паспортизация и т.д.).
- 1 Методологические основы моделирования сложных систем
- 1.1 Системность
- Понятия общей теории систем
- Определение понятия системы
- Основные свойства, обязательные для любой системы.
- Взаимодействие и взаимозависимость системы и внешней среды.
- Определение понятий элементов, связей, функций, внешней среды системы. Элемент
- Внешняя среда
- Функции системы
- Сложность систем
- Системный подход
- Классификация систем
- Развитие искусственной системы и ее жизненный цикл
- 1.2 Моделирование
- Общая методология моделирования
- Основные принципы моделирования:
- Процесс моделирования
- Анализ и синтез в моделировании
- Примеры сложных систем Космическая система наблюдения Земли как сложная техническая система Задачи космической системы наблюдения Земли
- Состав и структура космической системы наблюдения Земли
- 2 Построение математических моделей
- 2.1 Математическая модель, математическое моделирование – основные понятия, термины и определения
- Цели математического моделирования
- 2.2 Общие методы построения математической модели
- Микроподход и макроподход в исследованиях системы.
- Формальная запись модели системы
- Понятие вариационных принципов
- Модульное построение моделей
- 2.3 Требования к построению модели
- Адекватность и достоверность модели
- Равнозначимость внешнего и внутреннего правдоподобия
- Анализ чувствительности модели
- Пример анализа на чувствительность экономической задачи
- 3 Математические модели состояния и структуры системы
- 3.1 Модель состояния системы Состояние системы и ее функционирование
- Формализация процесса функционирования системы
- 3.2 Модель структуры системы Основные понятия структуры системы
- Модель состава и структуры системы
- Методология моделирования структуры системы
- Виды структур
- Формирование структуры модели с позиций структурного моделирования.
- Построение структурных моделей
- 3.3 Модель процесса функционирования
- Установление функциональных зависимостей
- Неопределенность функционирования системы
- Пути уменьшения неопределенностей
- Основные требования к модели процесса функционирования
- Анализ функционирования, анализ структуры технической системы
- Функционально – физический анализ технических объектов.
- Пример разработки моделей деятельности организации
- Пример функционально – физического анализа технических объектов
- Конструкция бытовой электроплитки
- Функционально стоимостной анализ.
- 4 Этапы построения моделей
- 4.1 Постановка задачи моделирования
- Разработка содержательной модели
- Разработка концептуальной модели
- Описание внешних воздействий
- Декомпозиция системы
- Подготовка исходных данных для математической модели
- Содержание концептуальной модели
- 4.2 Разработка математической модели
- Разработка функциональных соотношений
- Выбор метода решения задачи
- Проверка и корректировка модели
- Анализ чувствительности модели
- Проверка адекватности модели
- Контроль модели
- Корректировка модели
- Уточнение модели проектируемого объекта
- Реализация математической модели в виде программ для эвм
- 4.3 Практическое использование построенной модели и анализ результатов моделирования
- Примеры построения моделей Математическая реставрация Тунгусского феномена
- 1. Сбор информации о явлении, выдвижение гипотез.
- 2. Содержательная постановка задачи исследования явления.
- 3. Математическая постановка задачи.
- 4. Анализ результатов.
- 5. Проверка адекватности модели – сравнение с натурным экспериментом.
- 6. Анализ результатов.
- Прогноз климатических изменений
- 1. Содержательная постановка задачи
- 2. Концептуальная постановка. Построение математической модели.
- 3. Проведение вычислительного эксперимента.
- 4. Анализ результатов вычислительного эксперимента.
- 5 Виды математических моделей
- 5.1 Классификация математических моделей
- Пример представления модели различной сложности и классификации.
- 5.2 Классификация математических моделей в зависимости от оператора модели
- Линейные и нелинейные модели
- Обыкновенные дифференциальные модели
- 5.3 Классификация математических моделей в зависимости от параметров модели Непрерывные и дискретные модели
- Детерминированные и неопределенные модели
- Дискретно-детерминированная модель
- Статические и динамические модели
- Стационарные и нестационарные модели.
- Формализация системы в виде автомата
- Формализация системы в виде агрегата
- Моделирование процесса функционирования агрегата
- Моделирование агрегативных систем
- Модель сопряжения элементов
- 6 Математические модели распределения ресурсов в исследовании операций
- 6.1 Моделирование операций распределения ресурсов
- Формулировка задачи математического программирования
- 6.2 Модели линейного программирования
- Формулировка общей задачи линейного программирования.
- Типовые задачи линейного программирования
- Транспортная задача.
- Задача коммивояжера.
- Задача о ранце.
- Общая задача теории расписаний.
- Примеры сведения практических задач к канонической транспортной задаче
- 6.3 Распределительные задачи линейного программирования
- Примеры распределительных задач.
- Распределение транспортных единиц по линиям
- Выбор средств доставки грузов.
- Задача о назначениях
- Экономическая интерпретация задач линейного программирования.
- Перевозки взаимозаменяемых продуктов
- Перевозка неоднородного продукта на разнородном транспорте.
- 7 Математические модели физических явлений и процессов. Универсальность моделей
- 7.1 Математические модели на основе фундаментальных законов
- Теоретический метод составления математических моделей
- Основные фундаментальные законы механики
- Работа, энергия, мощность
- 7.2 Уравнения движения
- Динамика поступательного движения.
- 7.3 Уравнения состояния
- Термодинамическая система.
- Упругие свойства твердых тел.
- Жидкости.
- 7.4 Универсальность моделей
- Модели на основе аналогий
- Типовые математические модели элементов и подсистем
- Модель колебательного процесса
- Модель консервативной системы.
- Электрическая подсистема.
- Модели элементов гидравлических систем
- Модели элементов пневматических систем
- 8 Моделирование производственных процессов
- 8.1 Модели систем массового обслуживания
- Основные элементы систем массового обслуживания.
- Характеристики потока
- Классификация смо
- Оценка эффективности смо
- Аналитические и статистические модели
- 8.2 Модели производственных процессов
- Дискретный производственный процесс
- Непрерывный производственный процесс
- Агрегатное представление производственного процесса
- Имитационное моделирование процессов функционирования
- Формализация основных операций производственного процесса Формализованная схема дискретного производственного процесса.
- Формализация отклонения течения производственного процесса от нормального
- Моделирование комплексного процесса обработки, сборки и управления при поточном производстве
- Формализованная схема непрерывного производственного процесса.
- 9 Синтез модели (проекта) системы
- 9.1 Проектирование системы как процесс создания (синтеза) ее модели
- 9.2 Методология проектирования
- Типовые проектные процедуры формирования облика системы
- 9.3 Эффективность системы Понятие эффективности системы
- Формирование модели цели системы
- Выбор критериев и показателей эффективности
- Основные принципы выбора критериев эффективности:
- Проблемы многокритериальности
- 9.4 Технология проектирования
- 9.5 Принятие решений в проектировании
- Выбор в условиях неопределенности
- Моделирование принятия решения
- Прогнозирование в принятии решений
- 9.6 Анализ инвестиционной привлекательности системы Основные типы инвестиций.
- Основные экономические концепции инвестиционного анализа.
- Состав работ при инвестиционном проектировании
- Конкурентоспособность проектируемой системы Оценка потенциальной емкости рынка и потенциального объема продаж
- Оценка конкурентоспособности
- Методы оценки эффективности инвестиций
- Метод определения чистой текущей стоимости.
- Метод расчета рентабельности инвестиций
- Метод расчета внутренней нормы прибыли
- Расчет периода окупаемости инвестиций
- Маркетинг и управление проектом
- Задачи управления проектами
- 9.7 Особенности синтеза модели (проекта) технических систем Этапы проектирования
- Особенности проектирования адаптивных систем
- Моделирование функционирования технической системы Особенности построения моделей при проектировании
- Формирование технического облика системы
- Формирование структуры системы
- Выбор основных проектных параметров системы
- Формирование множества вариантов системы
- 10 Информационное обеспечение синтеза системы
- 10.1 Основные задачи и типы информационных систем Общие свойства информационных систем
- Файл-серверные информационные системы
- Клиент-серверные информационные системы
- Архитектура Интернет/Интранет
- Хранилища данных и системы оперативной аналитической обработки данных
- 10.2 Особенности проектирования информационных систем
- Схемы разработки проекта
- 1. Предпроектные исследования
- 2 Постановка задачи
- 3 Проектирование системы
- Архитектура программного обеспечения
- Подсистема администрирования.
- Техническая архитектура
- Организационное обеспечение системы
- 4 Реализация и внедрение системы
- 10.3 Концепции автоматизации проектирования
- История развития сапр
- Классификация сапр
- Стратегическое развитие сапр Современное состояние сапр
- Направления разработки проектной составляющей сапр
- Разновидности сапр
- Математическое и информационное обеспечение сапр
- 11 Моделирование процесса управления
- 11.1 Основные определения
- Формальная запись системы с управлением
- 11.2 Модели систем автоматического управления
- Устойчивость движения систем
- Определение программного движения и управление движением
- 11.3 Модели автоматизированных систем управления
- Модели автоматизированных систем управления производственными процессами
- Модели автоматизированных систем управления предприятием