Понятия, характеризующие строение систем: структура.

Структура. Система может быть представлена 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 структуры.

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

При этом в сложных системах структура включает не все элемен­ты и связи, между ними, а лишь наиболее существенные компоненты и связи, которые мало меняют­ся при текущем функционировании системы и обеспечивают суще­ствование системы и ее основных свойств. Иными словами, струк­тура характеризует организованность системы, устойчивую упоря­доченность элементов и связей.

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 изних, 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.

Структурные представления, как было отмечено выше, могут являться средством исследования систем.

Различные виды структур имеют специфические особенности и могут рассматриваться как самостоятельные понятия теории и системного анализа.

Обычно понятие структура связывают с графическим отображением. Однако это не обязательно. Структура может быть представлена в матричной форме, в форме теоретико-множественных описаний, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем.

Рис.3.1

Сетевая структура или сеть (рис. 3.1 а) представляет собой де­композицию системы во времени.

Такие структуры могут отображать порядок действия техни­ческой системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т. п.), эта­пы деятельности человека (при производстве продукции - сетевой график, при проектировании - сетевая модель, при планировании - сетевой план я т. д.).

Иерархические структуры (рис. 3.1 б- д) представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Все компоненты (вершины, узлы) и связи (дуги, соединения узлов) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Такие структуры могут иметь не два (как для простоты показано на рис. 3.1 б и в), а большее число уровней декомпозиции (структуризация). Структуры типа рис. 3.1 б, в которых каждый элемент нижеле­жащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоя­щего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами, структурами типа "дерева", структура­ми, на которых выполняется отношение древесного порядка, иерар­хическими структурами с "сильными" связями.

Структуры типа рис. 3.1в, в которой элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) выше­стоящего, называют иерархическими структурами со "слабыми* связями.

Иерархическим структурам, приведенным на рис. 3.1б и в, соот­ветствуют матричные структуры рис. 3.1е, ж. Отношения, имею­щие вид "слабых" связей между двумя уровнями на рис. 5.1в, по­добны отношениям в матрице, образованной из составляющих этих двух уровней на рис. 3.1ж.

Многоуровневые иерархические структуры. Это особые классы иерархических структур типа "страт", "слоев", "эшелонов", отличающиеся различными принципами взаимоотношений элементов в пределах и различным правом вмешательства вышестоящего уровня в организацию взаимоотношений между элементами нижележащего.

Учитывая важность этих видов структур для решения управления предприятиями в современных условиях многоукладной экономики, для проблемы проектирования сложных систем, остановимся на их характеристике несколько подробнее.

С т р а т ы. При отображении сложных систем основная проблема состоит в том, чтобы найти компромисс между простотой описания, позволяющей составить и сохранять целостное представление об исследуемом или проектируемом объекте, и описания, позволяющей отразить многочисленные особенности конкретного объекта. Один из путей решения этой проблемы - задание системы семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения соответствующего уровни аб­страгирования. Для каждого уровня существуют характерные особенности, законы и принципы, с помощью которых описываетсяповедение системы на этом уровне. Такое представление стратифицированным, а уровни абстрагирования – стратами.

Примером стратифицированного описания может также служить выделение уровней абстрагирования системы от философского или теоре­тико-познавательного описания ее замысла до материального воплощения (рис. 3.4).

Рис. 3.4

Такое представление помогает понять, что одну и ту же систему на разных стадиях познания и проектирования можно (и нужно) описывать различными выразительными сред­ствами, т. е. как бы на разных "языках": фило­софском или теоретико-познавательном - верба­льное описание замыс­ла, концепции; научно-исследовательском - в форме моделей разного рода, помогающих глу­бже понять и раскрыть замысел системы; проек­тном - техническое за­дание и технический про­ект, для разработки и представления которого могут понадобиться ма­тематические расчеты, принципиальные схемы; конструкторском - конструкторские чертежи, сопровождающая их документация; технологическом - технологические карты, стандарты и другая технологическая документация (конструкторская и технологическая страты могут быть объедине­ны); материальное воплощение, реализация системы - детали, блоки, собранное изделие или созданная система, принципы функциониро­вания которой отражены в соответствующей нормативно-техниче­ской и нормативно-методической документации (инструкциях по эксплуатации, положениях и т. п.).

Страты могут выделяться по разным принципам. Например, при представлении системы управления предприятием страты могут соответствовать сложившимся уровням управления: управление технологическими процессами (собственно производственным про­цессом) и организационное управление предприятием. Если пред­приятие входит в объединение, то к этим двум стратам может быть добавлен уровень управления объединением.

Матричные структуры. В форме матричного представления мо­гут быть представлены взаимоотношения между уровнями иерар­хической структуры. Например, древовидная иерархическая струк­тура, приведенная на рис. 3.1б, может быть представлена матрич­ной структурой, приведенной на рис. 3.1е, что иногда удобнее на практике при оформлении планов, поскольку помимо иерархиче­ской соподчиненности тематической основы плана, в нем нужно еще указать исполнителей, сроки выполнения, формы отчетности н др. сведения, необходимые для контроля выполнения плана. Разновидностью такого вида матричного представления иерархических взаимоотношений используется в толковых словарях, в информа­ционно-поисковых языках дескрипторного типа, в автоматизиро­ванных диалоговых процедурах анализа целей и функций, поскольку при использовании таких диалоговых процедур пер­воначально не известно количество ветвей на каждом уровне иерар­хии.

В виде двумерной матричной структуры (рис. 3.1ж) могут быть представлены взаимоотношения междууровнями иерархии со "слабыми" связями (рис. 3.1в); при этом помимо наличия связей в матрице может быть охарактеризована и сила связей либо словами ("сильная" - "слабая"), либо путем введения количественных харак­теристик силы (значимости, длительности и т. п.) связи.

Матричные структуры могут быть и многомерными.

Смешанные иерархические структуры с вертикальными и гори­зонтальными связями. В реальных системах организационного уп­равления (особенно на уровне региона, государства) могут быть использованы одновременно несколько видов иерархических струк­тур - от древовидных до многоэшелонных. Такие иерархические структуры можно назвать смешанными. При этом основой объединения структур могут служить страты, и поэтому, в принци­пе, можно считать их развитием стратифицированного представле­ния.

Рис. 3.5

Структуры с произвольными связями. Этот вид структур обыч­но используется на начальном этапе познания объекта, новой про­блемы, когда идет поиск способов установления взаимоотношений между перечисляемыми компонентами, нет ясности в характере связей между элементами, и не могут быть определены не только последовательности их взаимодействия во времени (сетевые моде­ли), но и распределение элементов по уровням иерархии.

При этом важно обратить внимание на достаточно распростра­ненную ошибку при применении произвольных структур. В связи с неясностью взаимодействий между элементами вначале стремятся установить и представить графически все связи (рис. 3.5 а). Однако такие представление не добавляет ничего нового к представлению элементов без связей (рис. 3.5 б), поскольку принятие решений связано всегда с установлением наиболее существенных связей для принятия решения.

Понятия, характеризующие функционирование и развитие систем: