Что такое система

Игорь Анатольевич Луценко

Что такое система. Электронная монография

© И. А. Луценко, 2018

1. Введение

Окружающий нас мир стремительно изменяется. И все эти изменения осуществляются с использованием биологических, человеко-машинных или чисто технических систем.

Все ученые, которых интересуют системы, единогласно утверждают, что это некое целостное образование. Это означает, что внутри системы нет ничего лишнего. А если из системы что-то удалить, то она перестанет быть целостной и либо не будет работать, либо ее возможности при работе будут ограничены.

Проблемы, связанные с определением систем [1–4], имеются потому, что системы бывают трех классов. Первый класс – классифицированные системы. Это системы, которые определяют некоторое связанное множество объектов. Например, Солнечная система или система дифференциальных уравнений.

Второй класс систем – это структуры, которые создаются или используются нами для того, чтобы делать полезные изменения в нашем мире. Мы это интуитивно понимаем и говорим: «система перемещения», «система нагрева», «система дробления».

Третий класс систем связан с такими понятиями, как система образования, система здравоохранения и т. д. Каждый такой класс, в свою очередь, представляет собой множество функциональных систем.

Все эти классы систем объединяет то, что любая система – это некоторое целостное образование.

Но на этом все сходство заканчивается.

Итак, первый класс систем описывает ограниченные множества связанных объектов.

Второй класс систем определяет объекты, которые предназначены для выполнения полезных функций. Это функции по переводу менее полезных продуктов в более полезные. Назовем такие системы функциональными системами.

Третий класс систем включает в себя множество функциональных систем, имеющих отношение к сфере образования, здравоохранения и т. д.

Нас будет интересовать класс функциональных систем, или просто систем, поскольку дальше речь пойдет именно о них.

Сложности восприятия функциональных систем существуют из-за того, что каждый из нас непрерывно создает или использует множество самых разнообразных систем. При этом в создаваемых системах мы можем выполнять множество самых разнообразных функций.

С другой стороны, много людей может участвовать в работе всего одной системы.

Например, если необходимо переместить груз, это может самостоятельно сделать человек, мгновенно создав биологическую систему перемещения. Если он при этом берет ручную тележку, то создает эргатическую (человеко-машинную) систему, в которой сам же и участвует.

Использование автоматического объекта, который самостоятельно выполняет все вспомогательные функции и функцию перемещения, означает, что перед нами – техническая система перемещения груза.

Поскольку биологический организм может одновременно и создавать, и эксплуатировать множество самых разнообразных систем, ответ на вопрос, что такое система, проще всего получить, исследуя технические системы. Но начинать лучше с эргатических систем, то есть систем, в которых основную технологическую функцию выполняет специальный механизм.

2. Определяем структуру системы нагрева

Одной из самых удобных для анализа систем является система нагрева. Процедуру нагрева жидкости с использованием электронагревателя или газовой горелки все хорошо себе представляют.

Для того чтобы увидеть структуру такой системы, используем специальную технику. Сначала мы будем делить технологические функции, пока не получим структуру, состоящую из нескольких взаимодействующих систем. Затем будем детализировать систему нагрева до тех пор, пока не прорисуется ее внутренняя структура.

Для этого по мере необходимости будем вводить дополнительных персонажей.

Итак, приступаем к проявлению структуры системы нагрева. Этот процесс по-научному называется «синтез».

Этап 1. Описываем процесс

Представим себе, что нашему персонажу Евгению понадобилась нагретая вода. Евгений открыл кран, набрал воду в емкость, подал электроэнергию в нагреватель, подождал, пока вода нагреется до заданной температуры, и использовал нагретую жидкость по назначению (рис. 1).

Рис. 1. Процессы, связанные с нагревом и использованием нагретой жидкости

Как видим, описание всего процесса заняло три строчки. Но эти три строчки описывают работу четырех самоуправляемых функциональных систем, в каждой из которых Евгений выполняет множество необходимых невидимых операций. Поэтому для того чтобы понять внутреннюю структуру, например, системы нагрева, вначале нужно отделить системы друг от друга.

Этап 2. Выделяем функциональные системы

На втором шаге специальные механизмы и функции, которые в системе выполняет человек, нужно выделить в отдельные блоки. Правила создания систем таковы, что каждая система выполняет только одну технологическую функцию. В нашем случае есть технологические функции управления запасами жидкости, управления запасами электроэнергии, нагрева и использования нагретой жидкости.

Для реализации технологических функций необходимо выполнять множество других функций: контроля, учета и управления. Поэтому для выполнения дополнительных функций внутрь каждой системы введем дополнительных персонажей.

Нагретая жидкость нужна Александру. Поэтому он будет выполнять необходимые функции в системе потребления нагретой жидкости.

Евгений, наш центральный персонаж, будет заниматься всем тем, что необходимо для решения этой задачи.

Дмитрий будет управлять подачей холодной воды по требованию Евгения, а Антон будет подавать электроэнергию (рис. 2).

Рис. 2. Взаимодействие систем: Z – задание на нагрев порции жидкости; ZT – задание температуры нагрева; UW – управление подачей холодной жидкости; UON – управление подачей электроэнергии; UOFF – прекращение подачи электроэнергии

Теперь мы можем наблюдать за тем, как работает система порционного нагрева жидкости.

Всё начнет происходить в тот момент, когда Александр попросит нагреть для него порцию жидкости до заданной температуры. Евгений просит Дмитрия передать в его систему нужный объем холодной жидкости.

Как только жидкость прекращает поступать в емкость, Александр просит Антона подать питающее напряжение.

После подачи напряжения Евгений наблюдает за текущей температурой нагрева жидкости по термометру. Как только жидкость нагревается до заданной температуры, Евгений просит Антона прекратить подачу напряжения и выдает нагретую жидкость Александру, повернув вентиль выдачи.

Важный момент: системы Дмитрия, Антона и Евгения решают задачу Александра путем обмена специальными сообщениями (Z, ZT, UW, UON, UOFF). Такое взаимодействие систем – оказание функционального воздействия на технологические продукты – и называется интерактивным взаимодействием.

Сигнал, который идет к системе, называется сигналом задания и начинается символом Z. Сигнал, который идет от системы, называется сигналом управления и начинается символом U.

При этом нужно понимать, что сигнал задания последующей системы является сигналом управления для предыдущей системы (рис. 3).

Рис. 3. Принцип, который используется для обозначения информационных каналов между разными системами