Велика Радянська Енциклопедія

Складна система

   
 

Складна система, складений об'єкт, частини якого можна розглядати як системи , закономірно об'єднані в єдине ціле відповідно до визначених принципів або пов'язані між собою заданими відносинами. Поняттям С. с. користуються в системотехніці , системному аналізі , операцій дослідженні і при системному підході в різних областях науки, техніки та народний господарства. С. с. можна розчленувати (не обов'язково єдиним чином) на кінцеве число частин, зване підсистемами; кожну таку підсистему (вищого рівня) можна в свою чергу розчленувати на кінцеве число дрібніших підсистем і т. д., аж до отримання підсистем першого рівня, т. н. елементів С. с., які або об'єктивно не підлягають розчленування на частини, або щодо їх подальшої неподільності є відповідна домовленість. Підсистема, т. о., З одного боку, сама є С. с. з декількох елементів (підсистем нижчого рівня), а з іншого боку - елементом системи старшого рівня.

У кожен момент часу елемент С. с. знаходиться в одному з можливих станів; з одного стану в інший він переходить під дією зовнішніх і внутрішніх факторів. Динаміка поведінки елементу С. с. виявляється в тому, що стан елементу і його вихідні сигнали (впливу на зовнішнє середовище та ін елементи С. с.) у кожний момент часу визначаються попередніми станами і вхідними сигналами (впливами з боку зовнішнього середовища та інших елементів С. с.), надійшли як в даний момент часу, так і раніше. Під зовнішнім середовищем розуміється сукупність об'єктів, які не є елементами даної С. с., Але взаємодія з якими враховують при її вивченні. Елементи С. с. функціонують не ізольовано один від одного, а у взаємодії: властивості одного елемента в загальному випадку залежать від умов, визначених поведінкою інших елементів; властивості С. с. в цілому визначаються не тільки властивостями елементів, а й характером взаємодії між ними (дві С. с., що складаються з попарно однакових елементів, які, однак, взаємодіють між собою різним чином, розглядають як дві різні системи).

Типові приклади С. с.: в області організації виробництва і технології - виробничий комплекс підприємства як сукупність виробничих комплексів цехів і дільниць, кожен з яких містить деяке число технологічних ліній; останні складаються з верстатів і агрегатів, розглядаються зазвичай як елементи С. с.; в області автоматизованого управління - процес управління підприємством або галуззю народний господарства як сукупність процесів збору даних про стан керованих об'єктів, формування потоків інформації, її накопичення, передачі та обробки, синтезу керуючих впливів; в області обчислювальної техніки - математичне забезпечення сучасних обчислювальних комплексів, що включає операційну систему для управління послідовністю обчислень і координації роботи всіх пристроїв комплексу, бібліотеку стандартних програм, а також засоби автоматизації програмування (алгоритмічні мови, транслятори, інтерпретують системи), засоби обслуговування і контролю обчислень; кожну із згаданих частин можна представити у вигляді системи з ієрархічною багаторівневою структурою, що складається з окремих взаємопов'язаних програм, процедур, операторів і т. д.; в області міського господарства - регулювання вуличного руху в крупному місті або районі з великими потоками автомобілів на автомагістралях і чергами на перехрестях засобами автоматизованого управління рухом з урахуванням реальних ситуацій і пропускної спроможності вулиць; системи автоматичного міського та міжміського телефонного зв'язку; інші економічні, організаційні, біологічні і т. п. об'єкти і процеси.

Методи дослідження С. с. Основний метод дослідження - математичне моделювання , в тому числі імітація процесів функціонування С. с. на ЕОМ (машинний експеримент). Для моделювання С. с. необхідно формалізувати процеси її функціонування, тобто представити ці процеси у вигляді послідовності чітко визначених подій, явищ або процедур, і потім побудувати математичний опис С. с. Елементи С. с. зазвичай описують у вигляді динамічних систем (у широкому сенсі), до яких, окрім класичних динамічних систем, відносять також і інші детерминистические і стохастичні об'єкти - такі як кінцеві автомати (див. Автоматів теорія ), імовірнісні автомати , системи масового обслуговування (див. Масового обслуговування теорія ), кусочно-лінійні агрегати і т. п. Взаємодія елементів С. с. зазвичай представляють як обмін сигналами між ними і описують чотирма моделями: моделлю формування вихідного сигналу елемента з урахуванням умов його функціонування; сполучення елементів С. с. мережею каналів зв'язку, що забезпечують передачу сигналів між елементами; зміни сигналу в процесі його проходження через канал; поведінки елемента при отриманні ним сигналу. Перша і остання моделі природним чином включаються в модель процесу функціонування динамічної системи. Аналогічно модель перетворення сигналу можна отримати, якщо кожен реальний канал передачі сигналів (разом з селектірующімі і перетворюючими пристроями) представити у вигляді відповідної динамічної системи і розглядати як самостійний елемент С. с. При формалізації сполучення елементів С. с. зазвичай вхід (вихід) елементу представляють у вигляді сукупності "елементарних" входів (виходів) - по числу характеристик, що описують відповідні сигнали. Передбачається, що характеристики сигналів передаються в С. с. незалежно один від одного по "елементарним каналам", що зв'язує входи і виходи відповідних елементом. Сполучення елементів С. с. задається співвідношенням, по якому даному входу r-го елемента ставиться у відповідність той вихід j- го елемента, який пов'язаний з ним "елементарним каналом". Якщо С. с. розчленована на підсистеми, що містять два елементи і більше, то для опису кожної підсистеми необхідна відповідна однорівнева схема сполучення; крім того, потрібна схема сполучення другого рівня для опису зв'язків між підсистемами. Сукупність цих схем сполучення складає дворівневу схему сполучення С. с. Коли підсистеми об'єднуються в більші підсистеми, утворюється трирівнева схема сполучення і т. д. Багаторівневі схеми сполучення аналогічного виду застосовуються і в С. с. із змінною в часі, керованої або стохастичною структурою зв'язків між елементами. С. с. з багаторівневою схемою сполучення, елементи якої є динамічними системами, можна також розглядати як динамічну систему; її характеристики визначаються характеристиками елементів і схемою сполучення. Тому на С. с. можна поширити постановку і методи вирішення багатьох завдань, що відносяться до аналізу і синтезу класичних динамічних систем, кінцевих і імовірнісних автоматів, систем масового обслуговування і т. д.

Способи побудови математичних моделей С. с. і методи їх дослідження - предмет що виникла в 60-х рр.. 20 в. нової наукової дисципліни - теорії складних систем. Для математичного опису елементів С. с. користуються методами функцій теорії , сучасної алгебри и функціонального аналізу . Дослідження математичних моделей С. с. зазвичай починають з оцінки функціональних характеристик, що є показниками ефективності, надійності, помехозащищенности, якості управління та інших важливих властивостей С. с. З формальної точки зору згадані показники представляються функціоналами , заданими на безлічі траєкторій руху С. с. Розгляд залежності функціоналів від параметрів С. с. відкриває можливості для використання при аналізі С. с. методів поля теорії .

Вивчення відносин між елементами і підсистемами, визначення ролі і місця кожної підсистеми в загальному процесі функціонування системи складають предмет структурного аналізу С. с. Так як схема сполучення будь С. с. представляється як сукупність предикатів (див. Логіка предикатів ), визначених на множині входів і виходів її елементів, то для вивчення структури С. с. використовують апарат математичної логіки и графів теорії . Методи структурного аналізу дозволяють виділити в С. с. набори підсистем, що у заданих відносинах, і представити С. с. як сукупність об'єктів з добре вивченими типовими структурами. Крім того, ці методи застосовують для оцінки т. н. структурних характеристик, які в кількісному вигляді відображають ті чи інші приватні властивості схеми сполучення елементів С. с. Кількісну оцінку функціональних і структурних характеристик доповнюють якісним дослідженням, проведеним за допомогою методів т. н. якісної теорії С. с. Сюди в першу чергу входять дослідження стійкості систем, у тому числі побудова областей стійкості характеристик в просторі параметрів С. с., виділення типових режимів функціонування С. с., оцінка досяжності, спостереження та управлiння С. с., аналіз асимптотичної поведінки і т. д.

У 70-х гг. для дослідження С. с. стали широко застосовувати алгебраїчні методи теорії напівгруп, модулів, структур, які зазвичай використовуються при вирішенні завдань динаміки детерміністичних систем, декомпозиції автоматів, теорії реалізації лінійних систем та ін У зв'язку з необхідністю моделювати на ЕОМ процеси функціонування об'єктів великої складнощі виникають серйозні проблеми, пов'язані з ростом трудомісткості обчислень. Для зниження обсягу робіт при підготовці моделей доцільно використовувати універсальні автоматизовані моделюють алгоритми, здатні налаштовуватися на будь-які конкретні об'єкти із заданого класу. Наявність імітаційної моделі дозволяє застосовувати спеціальні методи ідентифікації С. с. та обробки експериментальних даних, отриманих в результаті натурних випробувань систем. Випробовуваний об'єкт розглядається як С. с. з невідомими параметрами елементів і параметрами сполучення. Невідомі параметри оцінюють за допомогою порівняння значень функціональних і структурних характеристик С. с., встановлюваних експериментально і в результаті моделювання. Це дає можливість визначати поправки до первинних значень параметрів С. с. і добиватися достатньої точності оцінки невідомих параметрів методом послідовних наближень.

Успішно розвиваються також і аналітичні методи дослідження С. с., засновані на теорії випадкових процесів .


© Літ.: Бусленко Н. П., До теорії складних систем, "Изв. АН СРСР. Технічна кібернетика", 1963, ? 5; Коваленко І. Н., Про деякі класах складних систем, "Изв. АН СРСР. Технічна кібернетика", 1964,? 6, 1965,? 1,? 3; Калман Р., Фалб П., Арбіб М., Нариси з математичної теорії систем, пров. з англ., М., 1971; Бусленко Н. П., Калашников В. В., Коваленко І. Н., Лекції з теорії складних систем, М., 1973; Директор С., Рорер Р., Введення в теорію систем, пер. з англ., М., 1974.

© Н. П. Бусленко.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія   біляші   морс   шашлик   качка