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 лат. structure, означающего строение, расположение, порядок) отражает "определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство, строение" ^[1].

В сложных системах структура включает не все элементы и связи, между ними (в предельном случае, когда пытаются применить понятие структуры к простым, полностью детерминированным объектам, понятия структуры и системы совпадают), 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 из них па 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.

Структуры, особенно иерархические, могут помочь в раскрытии неопределенности сложных систем. Иными словами, структурные представления систем являются средством их исследования. В связи с этим полезно выделить определенные виды и формы представления структур.

Структурные представления могут являться средством исследования систем. Различные виды структур имеют специфические особенности и могут рассматриваться как самостоятельные понятия теории систем и системного анализа. Кратко охарактеризуем основные из них (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Виды структур систем

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.

Сетевая структура, или сеть (рис. 3.3, а), представляет собой декомпозицию системы во времени.

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

В виде сетевых моделей в последующих главах представлены методики системного анализа.

При применении сетевых моделей используют определенную терминологию: вершина, ребро, путь, критический путь и т.д. Элементы сети могут быть расположены последовательно и параллельно.

Сети бывают разные. Наиболее распространены и удобны для анализа однонаправленные сети. Но могут быть и сети с обратными связями, циклами. Для анализа сложных сетей существует математический аппарат теории графов, прикладная теория сетевого планирования и управления, широко распространенная при представлении процессов организации производства и управления предприятиями.

Иерархические структуры (рис. 3.3, 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. 3.3, б и в), а большее число уровней декомпозиции (структуризации). Структуры, показанные на рис. 3.3, б, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами типа "дерева", структурами, в которых выполняется отношение "древесного" порядка или иерархическими структурами с "сильными" связями.

Структуры, показанные на рис. 3.3, в, в которых элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего, называют иерархическими структурами со "слабыми" связями.

Иерархическим структурам, приведенным на рис. 3.3, б и в, соответствуют матричные структуры рис. 3.3, е, ж. Отношения, имеющие вид "слабых" связей между двумя уровнями на рис. 3.3, в, подобны отношениям в матрице, образованной из составляющих этих двух уровней на рис. 3.3, ж.

Наибольшее распространение имеют древовидные иерархические структуры, с помощью которых представляют конструкции сложных технических изделий и комплексов, структуры классификаторов и словарей, целей и функций систем управления и информационных систем предприятий и организаций.

Иерархии со "слабыми" связями применяют в тех случаях, когда цели сформулированы слишком близко к идеальным устремлениям и недостаточно средств для их реализации, для представления некоторых видов организационных структур (например, в линейно-функциональных структурах).

В общем случае термин "иерархия" (от греч. ιεραρχία – священный и власть) первоначально использовался в более широком смысле, как "соподчиненность, порядок подчинения низших по должности и чину лиц высшим, возник как наименование служебной лестницы в религии" ^[2]; широко применяется для характеристики взаимоотношений в аппарате управления государством, армией и т.д., затем концепция иерархии была распространена на любой согласованный по подчиненности порядок объектов.

Поэтому в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между уровнями и между компонентами в пределах уровня, в принципе, могут быть любые взаимоотношения. В соответствии с этим существуют структуры, использующие иерархический принцип, но имеющие специфические особенности, и их целесообразно выделить особо.

В частности, Т. Саати ^[3] рассматривает следующие виды иерархий: доминантные (похожие на перевернутое дерево с основой в вершине), холлархии (доминантные иерархии с обратной связью) и китайский ящик или модулярные иерархии. Последние растут в размерах от простейших компонент (внутренние ящики) ко все более крупным совокупностям (внешние ящики). В биологии существуют неогенетические иерархии, в которых новые верхние уровни возникают последовательно в процессе эволюции.