Курс лекций по дисциплине «Основы системного анализа и моделирование технологических процессов»

Раздел 7. Морфологическое (структурное) описание и 
моделирования систем. 
Описание структуры системы, анализ элементного состава, виды 
связей, отношения координации и субординации. Методы описания структур. 
Современные технические и технологические объекты и их системы 
управления характеризуются большим числом элементов, множеством связей 
и взаимосвязей, значительным объемом перерабатываемой информации. 
Такие системы называют сложными, большими или системами со сложной 
структурой. 
Для систем, состоящих из большого числа взаимосвязанных подсистем, 
наиболее эффективно вначале наметить основные подсистемы и установить 
главные взаимосвязи между ними, а затем уже переходить к детальному 
моделированию механизмов функционирования различных подсистем. 
Характерной особенностью начального этапа проектирования является 
ограниченность информации о свойствах будущей системы, что заставляет в 
первую очередь обращаться к структуре системы и содержащейся в ней 
информации. Изучение особенностей этой информации и является предметом 
морфологического (структурного) анализа систем. 
Таким 
образом, 
морфологическое 
описание 
должно 
давать 
представление о строении системы (морфология – наука о форме, строении). 
Глубина описания, уровень детализации, т.е. определение какие компоненты 
системы будут рассматриваться в качестве элементарных (элементов), 
обусловливается назначением описания системы. Морфологическое описание 
иерархично. Конфигурация морфологии дается на стольких уровнях, сколько 
их требуется для создания представления об основных свойствах системы. 

---

Целями структурного анализа являются: 

разработка правил символического отображения систем; 

оценка качества структуры системы; 

изучение структурных свойств системы в целом и ее 
подсистем; 

выработка заключения об оптимальности структуры 
системы и рекомендаций по дальнейшему ее совершенствованию. 
В структурном подходе можно выделить два этапа: определение состава 
системы, т.е. полное перечисление ее подсистем, элементов, и выяснение 
связей между ними. 
Изучение морфологии системы начинается с элементного состава. Он 
может быть: 

гомогенным (однотипные элементы); 

гетерогенным (разнотипные элементы); 

смешанным. 
Однотипность не означает полной идентичности и определяет только 
близость основных свойств. 
Гомогенности, как правило, сопутствует избыточность и наличие 
скрытых (потенциальных) возможностей, дополнительных резервов. 
Гетерогенные элементы специализированы, они экономичны и могут 
быть эффективными в узком диапазоне внешних условий, но быстро теряют 
эффективность вне этого диапазона. 
Иногда элементный состав определить не удается – неопределенный. 
Важным признаком морфологии является назначение (свойства) 
элементов. Различают элементы: 

информационные; 

энергетические; 

вещественные. 
Следует помнить, что такое деление условно и отражает лишь 
преобладающие свойства элемента. В общем же случае, передача информации 
не возможна без энергии, перенос энергии не возможен без информации. 
Информационные элементы предназначены для приема, запоминания 
(хранения), преобразования и передачи информации. Преобразование может 
состоять в изменении вида энергии, которая несет информацию, в изменении 
способа кодирования (представления в некоторой знаковой форме) 
информации, в сжатии информации путем сокращения избыточности, 
принятия решений и т.д. 
Различают обратимые и необратимые преобразования информации. 

---

Обратимые не связаны с потерей (либо созданием новой) информации. 
Накопление (запоминание) является обратимым в том случае, если не 
происходит потерь информации в течение времени хранения. 
Преобразование 
энергии 
состоит 
в 
изменении 
параметров 
энергетического потока. Поток входной энергии может поступать извне, либо 
от других элементов системы. Выходной энергетический поток направлен в 
другие системы, либо в среду. Процесс преобразования энергии, естественным 
образом, нуждается в информации. 
Процесс преобразования вещества может быть механическим 
(например, штамповка), химическим, физическим (например, резка), 
биологическим. В сложных системах преобразование вещества носит 
смешанный характер. 
В общем случае, следует иметь в виду, что любые процессы, так или 
иначе, приводят к преобразованию вещества, энергии и информации. 
Морфологические свойства системы существенно зависят от характера 
связей между элементами. Понятие связи входит в любое определение 
системы. Оно одновременно характеризует и строение (статику) и 
функционирование (динамику) системы. Связи обеспечивают возникновение 
и сохранение структуры и свойств системы. Выделяют информационные, 
вещественные и энергетические связи, определяя их в том же смысле, в каком 
были определены элементы. 
Характер связи определяется удельным весом соответствующего 
компонента (или целевой функцией). 
Связь характеризуется: 

направлением, 

силой, 

видом. 
По первым двум признакам связи делят на направленные и 
ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру – подчинения, порождения 
(генетические), равноправные и связи управления. 
Некоторые из этих связей можно раздробить еще более детально. 
Например, связи подчинения на связи «род-вид», «часть-целое»; связи 
порождения – «причина-следствие». 
Их 
можно