1.2. Структура, функция и эффективность системы. Управление системой

Определение 1. Необходимо знать, что структурой системы называется устойчивая упорядоченность в пространстве и времени ее элементов и связей.

Из этого определения следует, что организация системы – это, по существу, построение структуры.

Формально структуру представляют в виде графа, вершинами которого служат элементы (подсистемы) системы, а дугами – существенные связи. Примеры такого представления приведены на рис. 1.4.

а б в

Рис. 1.4. Классификация структур в зависимости от взаимодействия элементов и связей:

а – иерархическая; б – сетевая (многосвязная); в – сотовая

Определение 2. Необходимо помнить, что функцией системы называется ее действие, поведение, деятельность.

С точки зрения характера функции можно говорить об однофункциональных и многофункциональных системах.

Функция системы характеризуется некоторым числовым либо качественным функционалом, зависящим от функций ее элементов (подсистем). Отсюда реализация функции системы представится как процесс ее функционирования в результате совокупного действия ее элементов (подсистем), подчиненного единой цели.

Заметим, что, как правило, этот процесс действует в рамках ограничений на параметры системы и ее элементов, которые, в некотором смысле, описывают цели ее функционирования.

Определение 3. Нужно помнить, что функционалы, которые описывают количественно или качественно деятельность (функцию) системы в рамках заданных целей, называются показателями эффективности.

Показатели эффективности, по существу, являются оценками качества функционирования систем. Они определяются процессами (законами) функционирования. С этой точки зрения имеется целое множество законов, реализующих одну и ту же функцию, а выбор того или иного зависит от того, какие значения при этом достигаются показателями эффективности. В этом случае их обычно называют критериями выбора.

Естественно, эффективность системы не может быть оценена одним показателем, эта оценка векторная. Существует целая совокупность показателей эффективности, которые оценивают действие (процесс функционирования) системы по достижению целей.

Такая оценка осуществляется в условиях конфликта показателей (критериев) эффективности. Действительно, допустим, что показателем эффективности некоторого производственного процесса является производительность. Оценивая качество функционирования этой производственной системы, будем стремиться к достижению максимальной производительности. С другой стороны, обеспечение максимальной производительности неизбежно приведет к ухудшению других показателей системы, таких как экономия сырья, износ оборудования, расход энергии и др. Налицо конфликтная ситуация, которая значительно затрудняет проведение оценки эффективности систем. Здесь необходимо применение современного математического аппарата, методов моделирования и принятия решений.

Обеспечение заданной эффективности системы (ее сохранения) или ее повышение при изменяющихся внешних и внутренних условиях требует определенных изменений в самой системе. Такие изменения могут носить характер развития системы либо целесообразного ее поведения.

Развитие предполагает построение новой структуры самой системы, ее организации. Внутренние же целенаправленные изменения достигаются за счет управления.

Определение 4. Следует помнить, что управление – процесс целенаправленного (эффективного) поведения системы в изменяющихся условиях ее функционирования

Из определения следует, что для обеспечения управления требуется управляемая (объект управления) и управляющая системы (подсистемы). Если управление осуществляется внешней (сторонней) системой, то оно называется внешним, а если оно осуществляется одной из подсистем – внутренним (самоуправлением) (рис. 1.5).

Рис.1.5. Схема управления: – неуправляемое воздействие (помеха);

– выходные переменные (управляемые величины); – управляющее воздействие

Заметим, что в контуре управления может быть задействован человек – в этом случае реализуется автоматизированное (человеко-механическое) управление.

Управление – процесс многовариантный: существует множество законов (стратегий) управления, позволяющих реализовать достижение той же цели. И выбор одного из них, обеспечивающего максимальную эффективность функционирования системы, является одной из основных задач. В этом случае говорят об оптимальном управлении.