Классификационные системы классов систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Классификационные системы классов систем

Введение

переменная управление класс

Классификация (от лат. classis - разряд, классификация), в логике - система соподчиненных понятий (классов объектов) какой-либо области знания или деятельности человека, используемая как средство для установления связей между этими понятиями или классами объектов. Научная классификация выражает систему законов, присущих отображенной в ней области действительности.

Различают естественные классификации, основания которых - существенные признаки объектов (напр., периодическая система химических элементов), и искусственные классификации, в которых используются несущественные признаки; к искусственным классификациям относятся т. н. вспомогательные классификации (алфавитно-предметные указатели, именные каталоги в библиотеках).

Блестящим примером научной классификации является периодическая система элементов Д.И. Менделеева, фиксирующая закономерные связи между химическими элементами и определяющая место каждого из них в единой таблице. Эта система позволила сделать подтвердившиеся вскоре прогнозы относительно неизвестных еще элементов. Большую роль в развитии биологии сыграла классификации животных и растений К. Линнея. Хорошо известна классификации элементарных частиц, даваемая современной физикой.

Классификация - это только модель реальности, поэтому не следует её абсолютно изучать, а надо понимать, что реальность всегда сложнее любой модели. Очень часто возникает необходимость разграничения системы в рамках одного класса. Это приводит к появлению подклассов, а так же к многоуровневой иерархичной классификации.

Требования к построению классификации следующие:

· в одной и той же классификации необходимо применять одно и то же основание;

· объем элементов классифицируемой совокупности должен равняться объему элементов всех образованных классов;

· члены классификации (образованные классы) должны взаимно исключать друг друга, то есть должны быть непересекающимися;

· подразделение на классы (для многоступенчатых классификаций) должно быть непрерывным, то есть при переходах с одного уровня иерархии на другой необходимо следующим классом для исследования брать ближайший по иерархической структуре системы.

1. Классификация системы по отношению системы к окружающей среде

Различают системы открытые и закрытые. Понятие закрытой системы возникло в физике. Это система, являющаяся самосдерживаемой. Ее главная характеристика заключается в том, что она существенно игнорирует эффект внешнего воздействия. Совершенной системой закрытого типа была бы та, которая не принимает энергии от внешних источников и не дает энергию внешней среде. Закрытая организационная система имеет малую применяемость.

Открытая система (open system) - система, которая взаимодействует с окружающей ее средой в каком-либо аспекте: информационном, энергетическом, вещественном и т.д.

Все организации являются открытыми системами, их выживание зависит от внешнего мира. Организация обменивается с внешней средой через проницаемые границы энергией, информацией, материалами. Открытая система не является самообеспечивающейся, так как зависит от энергии, информации и материалов, поступающих извне. Кроме того, открытая система имеет способность приспосабливаться к изменениям во внешней среде и должна делать это для того, чтобы продолжить свое функционирование.

Разграничение систем на открытые или закрытые не является жестким, раз навсегда установленным. Открытая система может стать закрытой, если контакты с окружением сокращаются со временем. В принципе возможна и обратная ситуация. Открытые системы тяготеют к усложнению структуры и дифференциации. Иными словами рост открытой системы сопровождается повышением уровня специализации ее элементов и усложнением структуры, нередким расширением границ системы или созданием новой сверхсистемы. Если деловое предприятие растет, то наблюдается значительная его дифференциация и усложнение его структуры. Создаются новые специализированные отделы, приобретаются новые виды сырья и материалов, расширяется ассортимент выпускаемой продукции, организуются новые сбытовые конторы.

Все системы имеют вход, трансформационный процесс и выход. Они получают сырье, энергию, информацию, другие ресурсы и преобразуют их в товары и услуги, прибыль, отходы и т.п. Открытые системы имеют, однако, некоторые специфические черты. Одна из таких черт - это признание взаимозависимости между системой и внешней средой. Существует граница, которая отделяет систему от ее окружения. Изменения во внешней среде влияют на один или несколько атрибутов системы, и наоборот, изменения в системе воздействуют на окружение.

ринципиальное значение для функционирования организаций имеет обратная связь. Открытые системы постоянно получают информацию из внешней среды. Это помогает приспособиться и позволяет предпринимать корректировочные действия по исправлению нежелательных отклонений параметров системы. Здесь под обратной связью понимается процесс, позволяющий получать приток в систему информации или денег для модифицирования производства выпускаемой продукции или налаживания выпуска новой продукции.

Рис. 1. Организация как открытая система

2. Классификация систем по происхождению

В зависимости от происхождения системы делятся на естественные и искусственные (создаваемые, антропогенные).

Естественные системы - это системы, объективно существующие в действительности. в живой и неживой природе и обществе.

Эти системы возникли в природе без участия человека.

Примеры: атом, молекула, клетка, организм, популяция, общество, вселенная и т.п.

Понятие система применяется и к реальным природным объектам, обладающим естественной структурированностью, взаимосвязанностью отдельных частей и элементов. Это признаки системы. Но по первому определению системы - это средство достижения цели. О каких же целях может идти речь применительно к природным объектам?

Один из вариантов - существование высшего разума, который и определяет целесообразность природы. Но такой разум - это тоже система, и возникает вопрос о его «создателе» и цели создания и т.д. Наука не нуждается в гипотезе о существовании бога. Мир состоит их структурированных объектов. Всякая система - это объект, но не всякий объект является системой.

Подклассы естественных систем

· Неорганические (неживые) - объекты неживой природы, например солнце, горы, химические элементы и т.д.

· Биологические (живые) - объекты живой природы, например живые организмы, растения, клетки и т.д.

· Экологические (экосистемы) - системы в которых растительные и живые организмы взаимодействуют между собой и средой обитания, например океан, лес и т.д.

· Социальные - системы совместной деятельности людей, общество в целом и его частные системы, например семья.

Искусственные системы - это системы, созданные человеком.

Примеры:

1. Холодильник, самолет, предприятие, фирма, город, государство, партия, общественная организация и т.п.

2. Одной из первых искусственных систем можно считать систему торговли.

Кроме того, можно говорить о третьем классе систем - смешанных системах, куда относятся эргономические (машина - человек-оператор), автоматизированные, биотехнические, организационные и другие системы.

Искусственные системы - системы, создаваемые человеком. При возникновении проблемной ситуации происходит осознание потребности, затем выявление проблемы, потом формулирование цели. Цель - субъективный образ (абстрактная модель) желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему. В процессе деятельности, направленной на достижение поставленной цели происходит отбор из окружающей среды объектов, свойства которых можно использовать для достижения цели и объединение этих объектов подходящим образом. Это объединение объектов будем называть системой. Таким образом, система есть средство достижения цели. При этом, для достижения одной цели могут быть созданы разные системы и одна и та же система может быть использована для достижения разных целей, т.е. соответствия между целями и системами. Но из определения вытекает: «без проблемы нет системы» и «система есть тень цели на среде».

Подклассы искусственных систем

· Материальные - образованы физическими телами, например технические изделия, как орудия, механизмы, машины, автоматы, роботы и т.д.

· Абстрактные (или идеальные, или символические) - отражают реальную действительность и являются продуктом как познавательной, так и практической деятельности человека, например научные знания, литературные произведения, языки, математические модели, алгоритмы и т.д.

Рис. 2. Деление систем на искусственные и естественные

Кроме того, можно говорить о третьем классе систем - смешанных системах, куда относятся эргономические (машина - человек-оператор), автоматизированные, биотехнические, организационные и другие системы.

Подклассы смешанных систем

· Организационно-технические («человек-машина») - системы состоящая из людей, как операторов технических средств и самих технических средств, например транспортное средство, система управления полетами и т.д.

· Биотехнические - системы, в которые входят живые организмы и технические устройства, например производственная установка использующая принципы брожения, человек с кардиостимулятором, пациент проходящий процедуру гемодиализа и т.д.

· Социально-экономические - системы возникающие в результате деятельности человека и действия объективных («естественных») законов общественного развития, например государственная и экономическая система страны.

Так же существуют виртуальные системы-это системы воображаемые, хотя и реально не существующие, но функционирующие так же, как если бы они были.

Рис. 3. Классификация систем по происхождению

3. Классификация систем по описанию переменных

Рис. 4. Классификация систем по типу описания переменных

Трехуровневая схема классификации систем по типу входных, выходных и внутренних переменных приведена на рис. 1.2. Существует принципиальное различие между переменными, описываемыми качест-венно иколичественно, что и является основой первого уровня классификации. Для полноты введен третий класс, к нему отнесены системы, у которых часть переменных носит качественный характер, а остальные являются количественными. На следующем уровне классификации систем с качественными переменными различаются случаи, когда описание ведется средствами естественного языка, и случаи, допускающие более глубокую формализацию. Второй уровень классификации систем с количественными переменными вызван различиями в методах дискретной и непрерывной математики, что и отражено в названиях вводимых подклассов; предусмотрен и случай, когда система имеет как непрерывные, так и дискретные переменные. Для систем со смешаннымколичественно-качественнымописанием переменных второй уровень является объединением подклассов первых двух классов и на рисунке не приводится. Третий уровень классификации одинаков для всех подклассов второго уровня и изображен только для одного из них.

Дискретная система - это система, содержащая хотя бы один элемент дискретного действия.

Дискретный элемент - это элемент, выходная величина которого изменяется дискретно, т.е. скачками, даже при плавном изменении входных величин.

Все остальные системы относятся к системам непрерывного действия.

Система непрерывного действия (непрерывная система) состоит только из элементов непрерывного действия, т.е. элементов, выходы которых изменяются плавно при плавном изменении входных величин.

Непрерывные. Если в ходе работы данной системы структуры связи не меняются, то такая система имеет название непрерывной. Соответственно сигналы на выходе ее тоже будут непрерывными и представлять собой функцию входящего воздействия и времени. Между выходными и входными элементами такой системы будет существовать связь, которая не будет прерываться во времени.

4. Классификация систем по типу описания закона (закона функционирования системы)

Рис. 5. Классификация систем по типу описания закона (по типу оператора)

На первом уровне расположены классы систем, отличающиеся степенью наличия сведений об операторе системы. Ветвь «черного ящика» на этом уровне кончается: оператор считается вообще неизвестным. Чем больше сведений об операторе имеется, тем больше различий можно рассмотреть и тем более развитой окажется классификация. Например, информация об операторе может носить настолько общий характер, что описание системы нельзя получить в параметризованной функциональной форме. Непараметризованный класс систем и соответствует подобным ситуациям с очень ограниченной информацией об операторе.

Наши знания об операторе могут иметь уровень, который позволяет составить параметрическое описание этого оператора, т.е. записать зависимость выхода системы y(t) от входа системыx(t) в явной форме с точностью до конечного числа параметрови = (и1, K, и k):y(t)= Ц (x(), и), гдеЦ обозначает оператор системы. Такие системы относятся к третьему классу при классификации этого вида.

Наконец, если параметры оператора заданы точно, то всякая неопределенность исчезает и мы имеем систему с полностью определенным оператором, т.е. «белый ящик».

Рассматривая выход y(t) системы (это может быть вектор) как ее реакцию на управляемыеu(t) и неуправляемыеw(t) входы - x(t)= {u(t), w(t)}, модель «черного ящика» можно представить как совокупность двух процессов: X = {x(t), t T} иY = {y(t), t T}. Если считатьy(t) результатом некоторого преобразованияЦ процессаx(t), т.е.y(t)= Ц (x(t)), то модель «черного ящика» предполагает, что это преобразование неизвестно. В том же случае, когда мы имеем дело с «белым ящиком», соответствие между входом и выходом можно описать тем или иным способом. Какой именно способ - зависит от того, что нам известно, и в какой форме можно использовать эти знания.

Параметризованный класс систем делится на безынерционные и инерционные. Инерционные в свою очередь делятся на линейные, нелинейные и квазилинейные.

5. Классификация систем по способу управления системой (в системе)

переменная управление класс

Рис. 6. Классификация систем по способу управления

Первый уровень классификации определяется тем, входит ли управляющий блок в систему или является внешним по отношению к ней; выделен также класс систем, управление которыми разделено и частично осуществляется извне, а частично - внутри самой системы. Независимо от того, включен ли в систему или вынесен из нее управляющий блок, можно выделить четыре основных типа управления, что и отражено на втором уровне классификации. Эти типы различаются в зависимости от степени наличия сведений о траектории системы в пространстве состояний, приводящей систему к цели, и возможности управляющего блока обеспечить эволюцию системы по этой траектории.

Первый (простейший) тип имеет место тогда, когда нужная траектория y0 (t) известна точно, а следовательно, априори известно и правильное управлениеu0 (t). Стрельба из ружья, работа ЭВМ по программе, пользование телефоном-автоматом являются примерами управления этого типа. Однако случаи, когда управлениеu0 (t) без обратной связи, только по априорной информации, приводит к достижению цели, возможны лишь при том условии, что все будет происходить именно так, как предписывает заданная траектория y0 (t).

Чаще оказывается, что процессы на неуправляемых входах w(t) отличаются от ранее предполагаемых, либо существенным оказывается действие неучитываемых входов, и система «сходит с нужной траектории». Пусть имеется возможность наблюдать текущую траекторию y (t), находить разность y(t)? y0 (t) и определять дополнительное к программному управление, которое в ближайшем будущем возвратит выходы системы на нужную траекториюy0 (). Такой способ управления называется регулированием, а соответствующие системы выделены во второй подкласс второго уровня классификации. Например, к этому подклассу принадлежат системы с управлением, которое осуществляется операторами-станочниками, регулятором Уатта, автопилотом и т.п.

Следующие типы управления и соответствующие им подклассы систем возникли в связи с необходимостью управления в условиях, когда либо невозможно задать опорную траекторию на весь период времени, либо уклонение от нее столь велико, что невозможно вернуться на нее (регулирование обычно осуществляется при «малых» в известном смысле уклонениях y(t)? y0 (t)). В этих случаях необходимо спрогнозировать текущую траекторию y(t) на будущее и определить, пересечет ли она целевую область. Управление состоит в подстройке параметров системы до тех пор, пока такое пересечение не будет обеспечено. Этому и соответствует третий тип управления системами. Примерами такого управления являются процессы адаптации живых организмов к изменяющимся условиям жизни, работа пилотов и шоферов, адаптивные и автоматизированные системы управления и т.п.

Иногда может оказаться, что среди всех возможных комбинаций значений управляемых параметров системы не найдется такой, при которой ее траектория пересечет целевую область. Это означает, что цель для данной системы недостижима. Но, может быть, она достижима для другой системы? Сказанное дает еще один способ управления: изменять структуру системы в поисках такой, при которой возможно попадание в целевую область. По существу, имеет место перебор разных систем, но это системы, создаваемые не произвольно, а в соответствии с наличными средствами. Такое управление, называемое структурной адаптацией, выделим в четвертый тип управления системами. Примерами реализации указанного типа управления являются гибкие автоматизированные производства, вычислительные сети, сельскохозяйственные машины со сменными навесными и прицепными устройствами, мутации организмов в процессе естественного отбора и т.д.

Заключение

Системы разделяются на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принципы классификации. При этом систему можно охарактеризовать одним или несколькими признаками.

Классификацию систем можно осуществить по разным критериям. Её часто жестко невозможно проводить и она зависит от цели и ресурсов. Приведем основные способы классификации (возможны и другие критерии классификации систем).

Для чего же нужна классификация?

? Классификация позволяет выделить из всего многообразия объектов группы с интересующими исследователя свойствами и сосредоточиться на их изучении.?

Предположим, что вы - неопытный огородник, но хотите, используя достижения науки, выращивать на своем участке хорошие урожаи помидоров. Вам незачем штудировать толстый том «Растениеводство», достаточно прочесть книги о семействе пасленовых, а еще лучше - об особенностях выращивания помидоров в вашей местности.

? Классификация объектов проводится с целью установления наследственных связей между объектами. Свойство наследования позволяет изучать характеристики всех объектов класса, не привязываясь к конкретному экземпляру.

В геологии существует «теория единообразных изменений», которая гласит, что все природные факторы действуют повсюду одинаково. Не надо изучать, как действуют ветры на Уральские горы, так как механизм разрушения гор под воздействием ветров давно исследован, он един для всех случаев. То же относится к землетрясениям, вулканам, наводнениям, селям и т.п.

? Классификация позволяет систематизировать знания об объектах любой природы и назначения.

Иллюстрацией этого утверждения служит то, что нет ни одной школьной дисциплины, в которой не использовалась бы классификация объектов изучения как средство обобщения информации, получаемой на уроках. Откройте любой учебник и убедитесь в этом.

Список литературы

1. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. - СПб.: СПбГТУ, 1997.

2. Денисов А.А., Волкова В.Н. Иерархические системы: Учебное пособие. - СПб.: СПбГТУ, 1999.

3. Могилевский В.Д. Методология систем, - М.: «Экономика», 1999.

4. Основы системного анализа. Учебное пособие под ред. В.Н. Спицнаделя, - СПб.:«Издательский дом «Бизнес-пресса», 2000.

5. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 1989.

6. Системный анализ в экономике и организаций производства: Учебник для студентов вузов/ Под ред. С.А. Валуева, В.Н. Волковой. - Л.: Политехника, 1991.

Размещено на Allbest.ru