Ono što se naziva osnovnim stanjem sustava. Sustavni pristup modeliranju
Opis stanja objekta i opis promjena stanja objekta pomoću statičkih i dinamičkih informacijskih modela. Navedite primjere iz raznih tematskih područja.
Sustav se sastoji od objekata koji se nazivaju elementi sustava. Između elemenata sustava postoje različite veze i odnosi. Na primjer, računalo je sustav koji se sastoji od raznih uređaja, a uređaji su međusobno povezani i hardverski (fizički povezani jedan s drugim) i funkcionalno (razmjenjuju se informacije između uređaja).
Važna značajka sustava je njegovo cjelovito funkcioniranje. Računalo radi normalno sve dok su njegovi glavni uređaji (procesor, memorija, matična ploča itd.) u dobrom stanju. Ako uklonite jedan od njih, primjerice procesor, računalo će otkazati, odnosno prestat će postojati kao sustav.
Svaki sustav nalazi se u prostoru i vremenu. Stanje sustava u svakom trenutku karakterizira njegova struktura, odnosno sastav, svojstva elemenata, njihovi međusobni odnosi i veze. Dakle, strukturu Sunčevog sustava karakterizira sastav objekata koji su u njemu uključeni (Sunce, planeti itd.), Njihova svojstva (recimo, veličine) i međudjelovanje (gravitacijske sile).
Modeli koji opisuju stanje sustava u određenom trenutku nazivaju se statički informacijski modeli.
U fizici, primjerice, statički informacijski modeli opisuju jednostavne mehanizme, u biologiji - klasifikaciju životinjskog svijeta, u kemiji - strukturu molekula itd.
Stanje sustava se mijenja kroz vrijeme, odnosno događaju se procesi promjena i razvoja sustava. Dakle, planeti se kreću, njihov položaj u odnosu na Sunce i jedan prema drugome se mijenja; Sunce se kao i svaka druga zvijezda razvija, mijenja se njegov kemijski sastav, zračenje itd.
Modeli koji opisuju procese promjene i razvoja sustava nazivaju se dinamički informacijski modeli.
U fizici dinamički informacijski modeli opisuju kretanje tijela, u biologiji - razvoj organizama ili životinjskih populacija, u kemiji - procese kemijskih reakcija itd.
Nizovi i algoritmi za njihovu obradu.
Nakon deklariranja niza, određena količina memorijskog prostora se dodjeljuje za njegovo pohranjivanje. Međutim, da biste počeli raditi s nizom, prvo ga morate ispuniti, odnosno dodijeliti određene vrijednosti elementima niza. Popunjavanje polja se vrši na različite načine.
Prvi način je da vrijednosti elementa niza unese korisnik pomoću funkcije unosa InputBox. Na primjer, niz znakova stg A (I) možete ispuniti slovima ruske abecede pomoću sljedećeg programa (procedura događaja) u Visual Basicu:
Nakon što pokrenete program za izvođenje i kliknete na gumb Commandl, trebali biste postaviti slova abecede na redom pojavljivane ulazne ploče u tekstualnom polju.
Drugi način popunjavanja niza je korištenje operatora dodjele. Ispunimo numerički niz bytA (I) slučajnim cijelim brojevima u rasponu od 1 do 100, koristeći funkciju slučajnih brojeva Rnd i funkciju za odabir cjelobrojnog dijela broja Int u petlji s brojačem:
Napravimo program za pronalaženje indeksa elementa niza čija vrijednost odgovara zadanoj. Uzmimo niz znakova koji sadrži abecedu i odredimo broj danog slova po abecednom redu. U prvom ciklusu programa popunit ćemo string niz slovima ruske abecede, zatim ćemo unijeti željeno slovo i u drugom ciklusu ćemo ga usporediti sa svim elementima niza. Ako postoji podudaranje, varijabli N dodjeljujemo vrijednost indeksa ovog elementa. Ispišimo rezultat.
Zadatak pretvoriti broj zapisan u decimalnom brojevnom sustavu u binarni, oktalni i heksadecimalni sustav.
Pretvorite decimalni broj 20 u binarni. Bilješka. Koristite algoritam prevođenja koji se temelji na dijeljenju decimalnog broja s njegovom bazom
Ulaznica broj 14
1. Algoritam. Svojstva algoritma. Mogućnost automatizacije
ljudska aktivnost. Pokažite primjerom.
Algoritam je informacijski model koji opisuje proces transformacije objekta iz početnog stanja u konačno stanje u obliku niza naredbi razumljivih izvođaču.
Razmotrimo informacijski model koji opisuje proces uređivanja teksta.
Najprije se mora odrediti početno stanje objekta i njegovo konačno stanje (cilj transformacije). Dakle, za tekst je potrebno odrediti početni niz znakova i konačni niz, koji se mora dobiti nakon uređivanja.
Drugo, da bi se promijenilo stanje objekta (vrijednosti njegovih svojstava), na njemu se moraju izvršiti određene akcije (operacije). Izvođač izvodi ove operacije. Uređivač teksta može biti osoba, računalo itd.
Treće, proces pretvorbe teksta mora biti podijeljen u zasebne operacije, zapisane kao zasebne naredbe izvođaču. Svaki izvođač ima specifičan skup i sustav naredbi koje su izvođaču razumljive. U procesu uređivanja teksta moguće su različite operacije: brisanje, kopiranje, premještanje ili zamjena njegovih fragmenata. Uređivač teksta mora moći izvoditi ove operacije.
Podjela informacijskog procesa u algoritmu na zasebne naredbe je važno svojstvo algoritma i naziva se diskretnost.
Da bi izvršitelj izvršio transformaciju objekta prema algoritmu, mora biti u stanju razumjeti i izvršiti svaku naredbu. Ovo svojstvo algoritma zove se sigurnost (ili točnost). Potrebno je da algoritam osigura transformaciju objekta iz početnog stanja u konačno stanje u konačnom broju koraka. Ovo svojstvo algoritma naziva se konačnost (ili učinkovitost).
Algoritmi mogu predstavljati procese transformacije za širok raspon objekata. Računalni algoritmi koji opisuju transformaciju numeričkih podataka postali su široko rasprostranjeni. Sama riječ algoritam dolazi od algorithmi - latinskog oblika pisanja imena izuzetnog matematičara iz 9. stoljeća. al-Khwarizmi, koji je formulirao pravila za izvođenje aritmetičkih operacija.
Algoritam vam omogućuje da formalizirate izvršenje informacijskog procesa. Ako je izvođač osoba, tada on može izvršiti algoritam formalno, bez ulaženja u sadržaj zadatka, već samo strogo slijedeći slijed radnji predviđenih algoritmom.
Operacijski sustav računala (namjena, sastav, učitavanje). Grafičko sučelje.
Operativni sustav osigurava zajedničko funkcioniranje svih računalnih uređaja i korisniku omogućuje pristup njegovim resursima.
Proces rada računala se u određenom smislu svodi na razmjenu datoteka između uređaja. Operativni sustav sadrži softverske module koji upravljaju datotečnim sustavom.
Operacijski sustav uključuje poseban program - procesor naredbi - koji od korisnika traži naredbe i izvršava ih. Korisnik može dati npr. naredbu za izvođenje neke operacije nad datotekama (kopiranje, brisanje, preimenovanje), naredbu za ispis dokumenta itd. Operativni sustav mora izvršiti te naredbe.
Na okosnicu računala spajaju se različiti uređaji (disk jedinice, monitor, tipkovnica, miš, printer itd.). Operativni sustav uključuje upravljačke programe uređaja - posebne programe koji kontroliraju rad uređaja i koordiniraju razmjenu informacija s drugim uređajima. Svaki uređaj ima svoj upravljački program.
Kako bi korisniku pojednostavili rad, moderni operativni sustavi, a posebno Windows, uključuju programske module koji stvaraju grafičko korisničko sučelje. U GUI operativnim sustavima, korisnik može unositi naredbe pomoću miša, dok u načinu naredbenog retka korisnik mora unijeti naredbe pomoću tipkovnice.
Operativni sustav također sadrži servisne programe, itd. i pomoćne programe. Takvi programi omogućuju vam održavanje diskova (provjeru, kompresiju, defragmentaciju itd.), obavljanje operacija s datotekama (arhiviranje itd.), rad u računalnim mrežama itd.
Za praktičnost korisnika, operativni sustav obično ima sustav pomoći. Dizajniran je za brzo dobivanje potrebnih informacija o funkcioniranju operacijskog sustava u cjelini i radu njegovih pojedinačnih modula.
Datoteke operativnog sustava pohranjuju se u vanjsku, dugotrajnu memoriju (hard, floppy ili laserski disk). Međutim, programi se mogu pokrenuti samo ako su u RAM-u, pa se datoteke operativnog sustava moraju učitati u RAM.
Disk (hard, floppy ili laser) na kojem se nalaze datoteke operacijskog sustava i s kojeg se učitava naziva se sistemski disk.
Nakon uključivanja računala operativni sustav se učitava sa sistemskog diska u RAM. Ako u računalu nema sistemskih diskova, na ekranu monitora se pojavljuje poruka Non system disk i računalo se "zamrzava", tj. operativni sustav se prestaje učitavati i računalo ostaje neoperativno.
Nakon završetka učitavanja operativnog sustava, kontrola se prenosi na naredbeni procesor. Ako koristite sučelje naredbenog retka, na ekranu se pojavljuje upit sustava, inače se učitava grafičko sučelje operativnog sustava.
3. Vježbajte razviti program za brojanje broja pojavljivanja određenog znaka u određenom tekstu.
Postoji mnogo koncepata sustava. Razmotrimo pojmove koji najpotpunije otkrivaju njegova bitna svojstva (slika 1).
Riža. 1. Pojam sustava
"Sustav je kompleks komponenti koje međusobno djeluju."
"Sustav je skup međusobno povezanih operativnih elemenata."
"Sustav nije samo skup jedinica... nego skup odnosa između tih jedinica."
I premda se pojam sustava definira na različite načine, to obično znači da je sustav određeni skup međusobno povezanih elemenata koji čine stabilno jedinstvo i cjelovitost, koji ima integralna svojstva i obrasce.
Sustav možemo definirati kao nešto cjelovito, apstraktno ili stvarno, što se sastoji od međusobno ovisnih dijelova.
Sustav mogu biti bilo koji objekti žive i nežive prirode, društva, procesa ili skupa procesa, znanstvene teorije i sl., ako definiraju elemente koji svojim vezama i međusobnim odnosima tvore jedinstvo (cjelovitost), što u konačnici stvara skup svojstava, svojstvena samo danom sustavu i koja ga razlikuje od drugih sustava (svojstvo pojavnosti).
Sustav(od grčkog SYSTEMA, što znači “cjelina sastavljena od dijelova”) je skup elemenata, veza i interakcija između njih i vanjskog okruženja, tvoreći određenu cjelovitost, jedinstvo i svrhovitost. Gotovo svaki objekt može se smatrati sustavom.
Sustav– je skup materijalnih i nematerijalnih objekata (elemenata, podsustava) objedinjenih nekom vrstom veza (informacijskih, mehaničkih itd.), dizajniran za postizanje određenog cilja i to ostvariti na najbolji mogući način. Sustav se definira kao kategorija, tj. njegovo se otkrivanje provodi identificiranjem glavnih svojstava svojstvenih sustavu. Za proučavanje sustava potrebno ga je pojednostaviti uz zadržavanje osnovnih svojstava, tj. izgraditi model sustava.
Sustav može se manifestirati kao cjeloviti materijalni objekt, predstavljajući prirodno određen skup funkcionalno međusobno povezanih elemenata.
Važno sredstvo karakterizacije sustava je njegovo Svojstva. Glavna svojstva sustava očituju se kroz cjelovitost, interakciju i međuovisnost procesa transformacije materije, energije i informacija, kroz njegovu funkcionalnost, strukturu, veze i vanjsko okruženje.
Vlasništvo– to je kvaliteta parametara objekta, tj. vanjske manifestacije metode kojom se dolazi do znanja o objektu. Svojstva omogućuju opisivanje objekata sustava. Međutim, oni se mogu promijeniti kao rezultat funkcioniranja sustava. Svojstva su vanjske manifestacije procesa kojim se dobiva znanje o objektu i ono se promatra. Svojstva daju mogućnost kvantitativnog opisa objekata sustava, izražavajući ih u jedinicama određene dimenzije. Svojstva objekata sustava mogu se promijeniti kao rezultat njegovog djelovanja.
Razlikuju se sljedeće: glavna svojstva sustava :
· Sustav je skup elemenata . Pod određenim uvjetima elementi se mogu smatrati sustavima.
· Prisutnost značajnih veza između elemenata. Pod, ispod značajne veze shvaćaju se kao oni koji prirodno i nužno određuju integrativna svojstva sustava.
· Prisutnost određene organizacije, što se očituje u smanjenju stupnja nesigurnosti sustava u odnosu na entropiju sustavotvornih čimbenika koji određuju mogućnost stvaranja sustava. Ti čimbenici uključuju broj elemenata sustava, broj značajnih veza koje element može imati.
· Dostupnost integrativnih svojstava , tj. svojstveno sustavu kao cjelini, ali nije svojstveno niti jednom od njegovih elemenata zasebno. Njihova prisutnost pokazuje da svojstva sustava, iako ovise o svojstvima elemenata, nisu njima u potpunosti određena. Sustav se ne svodi na jednostavan skup elemenata; Rastavljanjem sustava na zasebne dijelove nemoguće je razumjeti sva svojstva sustava kao cjeline.
· Pojava – nesvodljivost svojstava pojedinih elemenata i svojstava sustava u cjelini.
· Integritet – ovo je svojstvo cijelog sustava, koje se sastoji u činjenici da promjena u bilo kojoj komponenti sustava utječe na sve njegove ostale komponente i dovodi do promjene u sustavu kao cjelini; obrnuto, svaka promjena u sustavu utječe na sve komponente sustava.
· Djeljivost – moguće je rastaviti sustav na podsustave kako bi se pojednostavila analiza sustava.
· Komunikacijske vještine. Svaki sustav djeluje u okruženju, doživljava utjecaj okoline i zauzvrat utječe na okolinu. Odnos okoline i sustava može se smatrati jednim od glavnih obilježja funkcioniranja sustava, vanjskom karakteristikom sustava koja uvelike određuje njegova svojstva.
· Sustav je inherentan svojstvo za razvoj, prilagođavaju se novim uvjetima stvaranjem novih veza, elemenata sa svojim lokalnim ciljevima i sredstvima za njihovo postizanje. Razvoj– objašnjava složene termodinamičke i informacijske procese u prirodi i društvu.
· Hijerarhija. Ispod hijerarhije odnosi se na sekvencijalno razlaganje izvornog sustava na niz razina uz uspostavu odnosa podređenosti temeljnih razina prema višima. Hijerarhija sustava je da se može smatrati elementom sustava višeg reda, a svaki od njegovih elemenata, zauzvrat, je sustav.
Važno svojstvo sustava je inercija sustava, određivanje vremena potrebnog za prijenos sustava iz jednog stanja u drugo za zadane parametre upravljanja.
· Multifunkcionalnost – sposobnost složenog sustava da implementira određeni skup funkcija na danoj strukturi, što se očituje u svojstvima fleksibilnosti, prilagodbe i sposobnosti preživljavanja.
· Fleksibilnost – ovo je svojstvo sustava da mijenja svrhu rada ovisno o radnim uvjetima ili stanju podsustava.
· Prilagodljivost – sposobnost sustava da mijenja svoju strukturu i bira opcije ponašanja u skladu s novim ciljevima sustava i pod utjecajem čimbenika okoline. Adaptivni sustav je onaj u kojem postoji kontinuirani proces učenja ili samoorganizacije.
· Pouzdanost – Ovo je svojstvo sustava da implementira određene funkcije u određenom vremenskom razdoblju s određenim parametrima kvalitete.
· Sigurnost – sposobnost sustava da tijekom rada ne uzrokuje neprihvatljive utjecaje na tehničke objekte, osoblje i okoliš.
· Ranjivost – sposobnost oštećenja kada su izloženi vanjskim i (ili) unutarnjim čimbenicima.
· Strukturalnost – ponašanje sustava određeno je ponašanjem njegovih elemenata i svojstvima njegove strukture.
· Dinamičnost je sposobnost funkcioniranja tijekom vremena.
· Dostupnost povratnih informacija.
Svaki sustav ima svrhu i ograničenja. Cilj sustava može se opisati ciljnom funkcijom U1 = F (x, y, t, ...), gdje je U1 ekstremna vrijednost jednog od pokazatelja kvalitete funkcioniranja sustava.
Ponašanje sustava može se opisati zakonom Y = F(x), odražavajući promjene na ulazu i izlazu sustava. Ovo određuje stanje sustava.
Stanje sustava je trenutna fotografija, ili snimka sustava, zastoj u njegovom razvoju. Određuje se ili preko ulaznih interakcija ili izlaznih signala (rezultata), ili preko makroparametara, makrosvojstava sustava. Ovo je skup stanja njegovih n elemenata i veza između njih. Specifikacija određenog sustava svodi se na specifikaciju njegovih stanja, počevši od njegovog nastanka pa do njegove smrti ili prijelaza u drugi sustav. Pravi sustav ne može biti ni u kakvom stanju. Njezino stanje podliježe ograničenjima - nekim unutarnjim i vanjskim čimbenicima (na primjer, osoba ne može živjeti 1000 godina). Moguća stanja realnog sustava tvore u prostoru stanja sustava određenu poddomenu Z SD (podprostor) - skup dopuštenih stanja sustava.
Ravnoteža– sposobnost sustava da, u odsutnosti vanjskih ometajućih utjecaja ili pod stalnim utjecajima, održi svoje stanje neodređeno dugo vrijeme.
Održivost je sposobnost sustava da se vrati u stanje ravnoteže nakon što je iz tog stanja izašao pod utjecajem vanjskih ili unutarnjih ometajućih utjecaja. Ova sposobnost je svojstvena sustavima kada odstupanje ne prelazi određenu utvrđenu granicu.
3. Pojam strukture sustava.
Struktura sustava– skup elemenata sustava i veza između njih u obliku skupa. Struktura sustava označava strukturu, raspored, poredak i odražava određene odnose, međusobni položaj komponenti sustava, odn. njegovu strukturu i ne uzima u obzir mnoga svojstva (stanja) njegovih elemenata.
Sustav se može prikazati jednostavnim nabrajanjem elemenata, ali najčešće pri proučavanju objekta takav prikaz nije dovoljan, jer potrebno je otkriti što je objekt i što osigurava ispunjenje njegovih ciljeva.
Riža. 2. Struktura sustava
Pojam elementa sustava. A-priorat element- Sastavni je dio složene cjeline. U našem pojmu složena cjelina je sustav koji predstavlja cjelovit sklop međusobno povezanih elemenata.
Element- dio sustava koji je samostalan u odnosu na cijeli sustav i nedjeljiv je kod ovakvog načina razdvajanja dijelova. Nedjeljivost elementa smatra se nesvrsishodnošću uzimanja u obzir njegove unutarnje strukture unutar modela danog sustava.
Sam element karakteriziraju samo njegove vanjske manifestacije u obliku veza i odnosa s drugim elementima i vanjskom okolinom.
Koncept komunikacije. Veza– skup ovisnosti svojstava jednog elementa o svojstvima drugih elemenata sustava. Uspostavljanje veze između dva elementa znači utvrđivanje prisutnosti ovisnosti u njihovim svojstvima. Ovisnost svojstava elemenata može biti jednostrana i dvostrana.
Odnosi– skup dvosmjernih ovisnosti svojstava jednog elementa o svojstvima drugih elemenata sustava.
Interakcija– skup međuodnosa i odnosa između svojstava elemenata, kada poprimaju prirodu međusobnog djelovanja.
Pojam vanjskog okruženja. Sustav postoji među drugim materijalnim ili nematerijalnim objektima koji nisu uključeni u sustav i objedinjeni su konceptom "vanjskog okruženja" - objekti vanjskog okruženja. Ulaz karakterizira utjecaj vanjske okoline na sustav, izlaz karakterizira utjecaj sustava na vanjsku okolinu.
U biti, ocrtavanje ili identificiranje sustava je podjela određenog područja materijalnog svijeta na dva dijela, od kojih se jedan smatra sustavom - objektom analize (sinteze), a drugi - vanjskim okruženjem .
Vanjsko okruženje– skup objekata (sustava) koji postoje u prostoru i vremenu za koje se pretpostavlja da imaju učinak na sustav.
Vanjsko okruženje je skup prirodnih i umjetnih sustava za koje taj sustav nije funkcionalni podsustav.
Vrste struktura
Razmotrimo nekoliko tipičnih struktura sustava koje se koriste za opisivanje organizacijskih, ekonomskih, proizvodnih i tehničkih objekata.
Obično se pojam "strukture" povezuje s grafičkim prikazom elemenata i njihovih veza. Međutim, struktura se također može prikazati u matričnom obliku, obliku teorijskog opisa skupova, korištenjem jezika topologije, algebre i drugih alata za modeliranje sustava.
Linearno (sekvencijalno) strukturu (slika 8) karakterizira činjenica da je svaki vrh povezan s dva susjedna.Kada barem jedan element (spoj) otkaže, struktura se uništava. Primjer takve strukture je pokretna traka.
Prsten konstrukcija (slika 9) je zatvorena, svaka dva elementa imaju dva smjera veze. To povećava brzinu komunikacije i čini strukturu izdržljivijom.
Stanični strukturu (slika 10) karakterizira prisutnost rezervnih veza, što povećava pouzdanost (preživljavanje) funkcioniranja strukture, ali dovodi do povećanja njezinih troškova.
Višestruko spojeno struktura (slika 11) ima strukturu potpunog grafa. Radna pouzdanost je maksimalna, radna učinkovitost je visoka zbog prisutnosti najkraćih putova, trošak je maksimalan.
Zvijezda struktura (slika 12) ima središnji čvor, koji djeluje kao centar, svi ostali elementi sustava su podređeni.
Graphovaya struktura (slika 13) obično se koristi pri opisu proizvodno-tehnoloških sustava.
Mreža struktura (neto)- vrsta strukture grafa koja predstavlja dekompoziciju sustava u vremenu.
Na primjer, mrežna struktura može odražavati redoslijed rada tehničkog sustava (telefonska mreža, električna mreža itd.), faze ljudske aktivnosti (u proizvodnji - mrežni dijagram, u dizajnu - mrežni model, u planiranju - mrežni model, mrežni plan itd. .d.).
Hijerarhijski Struktura se najčešće koristi u projektiranju sustava upravljanja; što je viša razina hijerarhije, to njeni elementi imaju manje veza. Svi elementi osim gornje i donje razine imaju i zapovjedne i podređene upravljačke funkcije.
Hijerarhijske strukture predstavljaju razgradnju sustava u prostoru. Svi vrhovi (čvorovi) i veze (lukovi, bridovi) postoje u tim strukturama istovremeno (neodvojeni u vremenu).
Hijerarhijske strukture u kojima je svaki element niže razine podređen jednom čvoru (jednom vrhu) više (a to vrijedi za sve razine hijerarhije) nazivaju se nalik stablu strukture (strukture tip "drvo"; strukture na kojima se provode odnosi stabla, hijerarhijske strukture sa snažna veze) (Slika 14, a).
Strukture u kojima element niže razine može biti podređen dvama ili više čvorova (vrhova) više razine nazivaju se hijerarhijske strukture s slab veze (Slika 14, b).
U obliku hijerarhijskih struktura prikazani su projekti složenih tehničkih proizvoda i kompleksa, strukture klasifikatora i rječnika, strukture ciljeva i funkcija, proizvodne strukture i organizacijske strukture poduzeća.
Općenito, pojamhijerarhijašire, označava podređenost, redoslijed podređenosti osoba nižeg položaja i ranga višima, nastao je kao naziv “ljestvice karijere” u vjeri, naširoko se koristi za karakterizaciju odnosa u aparatu vlasti, vojsci, itd., tada je koncept hijerarhije proširen na bilo koji koordinirani poredak objekata prema subordinaciji.
Dakle, u hijerarhijskim strukturama važno je samo istaknuti razine subordinacije, a među razinama i komponentama unutar razine može postojati bilo kakav odnos. U skladu s tim, postoje strukture koje koriste hijerarhijski princip, ali imaju specifičnosti, te ih je uputno posebno istaknuti.
Pročitajte također:
|
Stanje sustava određeno je razinama.
Razina je količina mase, energije, informacija sadržana u varijabli (bloku) ili u sustavu kao cjelini u određenom trenutku vremena.
Razine ne ostaju konstantne, prolaze kroz određene promjene. Brzina kojom se te promjene događaju naziva se tempo.
Stope određuju aktivnost, intenzitet i brzinu procesa transformacije, akumulacije, transmisije itd. materija, energija, informacije koje teku unutar sustava.
Tempo i razine su međusobno povezani, ali njihov odnos nije jasan. S jedne strane, stope generiraju nove razine, koje zauzvrat utječu na stope, tj. regulirati ih.
Na primjer, proces difuzije tvari određuje prijelaz sustava s razine x 1 na razinu x 2 (pokretačka snaga procesa prijenosa mase). Istovremeno, brzina ovog procesa (brzina prijenosa mase) ovisi o masi naznačenih razina u skladu s izrazom:
gdje je: a koeficijent prijenosa mase.
Jedna od najvažnijih karakteristika stanja sustava je povratna veza.
Povratna veza je svojstvo sustava (bloka) da reagira na promjenu jedne ili više varijabli uzrokovanu ulaznim utjecajem, na način da, kao rezultat procesa unutar sustava, ta promjena ponovno utječe na isti ili isti varijable.
Povratna veza, ovisno o načinu utjecaja, može biti izravna (kada se obrnuti utjecaj događa bez sudjelovanja varijabli (blokova) - posrednika) ili konturna (kada se obrnuti utjecaj događa uz sudjelovanje varijabli (blokova) - posrednika) (Sl. 3).
Riža. 3. Načelo povratne veze
a – izravna povratna veza; b – povratna petlja.
Ovisno o utjecaju na primarne promjene varijabli u sustavu, razlikuju se dvije vrste povratne sprege:
§ Negativna povratna informacija, tj. kada impuls primljen izvana tvori zatvoreni krug i uzrokuje slabljenje (stabilizaciju) početnog udara;
§ Pozitivna povratna informacija, tj. kada impuls primljen izvana tvori zatvoreni krug i uzrokuje povećanje početnog udara.
Negativna povratna sprega oblik je samoregulacije koja osigurava dinamičku ravnotežu u sustavu. Pozitivna povratna sprega u prirodnim sustavima obično se očituje u obliku relativno kratkotrajnih provala samodestruktivne aktivnosti.
Pretežno negativna priroda povratne sprege ukazuje na to da svaka promjena uvjeta okoline dovodi do promjene varijabli sustava i uzrokuje prijelaz sustava u novo ravnotežno stanje, različito od prvobitnog. Ovaj proces samoregulacije obično se naziva homeostaza.
Sposobnost sustava da uspostavi ravnotežu određena je još dvjema karakteristikama njegovog stanja:
§ Stabilnost sustava, tj. karakteristika koja pokazuje koja veličina promjene vanjskog utjecaja (impuls udara) odgovara dopuštenoj promjeni varijabli sustava, pri kojoj se ravnoteža može vratiti;
§ Stabilnost sustava, tj. karakteristika koja određuje najveću dopuštenu promjenu varijabli sustava pri kojoj se može uspostaviti ravnoteža.
Cilj regulacije u sustavu formuliran je u obliku ekstremnog principa (zakon maksimalne potencijalne energije): evolucija sustava ide u smjeru povećanja ukupnog protoka energije kroz sustav, au stacionarnom stanju njegova postiže se najveća moguća vrijednost (maksimalna potencijalna energija).
Rezultati organizacijskih procesa zahtijevaju evaluaciju. Da biste to učinili, morate jasno razumjeti stanje sustava.
Procesi koji se odvijaju u složenim sustavima u pravilu se ne mogu odmah prikazati u obliku matematičkih odnosa ili čak algoritama. Stoga, kako bi se nekako okarakterizirala stabilna situacija ili njezine promjene, koriste se posebni pojmovi koje je teorija organizacije posudila iz teorije automatske regulacije, kibernetike, biologije i filozofije.
Država. Pojam stanja obično karakterizira trenutnu fotografiju, “odsječak” sustava, zastoj u njegovom razvoju. Određuje se kroz ulazne utjecaje i izlazne signale, kroz analizu internih parametara, odnosno kroz makroparametre, makrosvojstva sustava.
Problemi povezani s "rezanjem" sustava:
1) trenutno stanje mora biti objektivno; pokazatelji se ne mogu precijeniti niti podcijeniti;
2) određivanje vremena kada izvršiti ovaj “rez”. U svakom vremenskom trenutku stanje je različito (npr. stanje poduzeća 1. siječnja, po kvartalima, na kraju godine);
3) određivanje vremenskog intervala između "odsječaka".
Svaki dinamički sustav može biti u jednom od tri stanja: ravnotežnom, prijelaznom i periodički. Stanje ravnoteže Sustavom se naziva takvo stanje u kojem je zbroj sila i momenata koji djeluju na sustav jednak nuli. U ovom slučaju potrebno je razlikovati dvije vrste ravnotežnog stanja - statičko i dinamičko.
Primjeri stanja statičke ravnoteže uključuju stanje fizičkog tijela u mirovanju. Primjer dinamičke ravnoteže je održavanje stalne prosječne tjelesne temperature zdrave osobe.
Pod prijelaznim procesom podrazumijeva se proces promjene parametara sustava tijekom vremena, koji se odvija tijekom njegovog prijelaza iz jednog ravnotežnog stanja u drugo. Prijelazni proces u dinamičkim sustavima nastaje kao posljedica utjecaja koji mijenjaju stanje, strukturu ili parametre sustava. U nekim je slučajevima prijelazni proces složeniji – oscilatorne prirode.
Ponašanje. Ako je sustav sposoban prijeći iz jednog stanja u drugo (na primjer, S 1 > S 2 > S 3 > S 4 > ...), tada se kaže da ima ponašanje. Sustavi se prema prirodi prijelaza iz jednog stanja u drugo dijele na statički I dinamičan.
Ravnoteža. Koncept ravnoteža definira se kao sposobnost sustava da u odsutnosti vanjskih ometajućih utjecaja (ili uz stalne utjecaje) održi svoje stanje proizvoljno dugo vremena. Ovo stanje se zove stanje ravnoteže.
Održivost. Pod, ispod stabilnost razumjeti sposobnost sustava da se vrati u stanje ravnoteže nakon što je iz tog stanja izašao pod utjecajem vanjski ili unutarnje uznemirujući utjecaji. Stanje ravnoteže u koje se sustav može vratiti nazivamo stabilnim stanjem ravnoteže.
Razvoj. Razvoj- prirodna kvalitativna promjena materijalnih i idealnih objekata, okarakterizirana kao nužna i usmjerena. Reverzibilne promjene karakteristične su za procese funkcioniranja (tj. ciklička reprodukcija stalnog sustava veza i odnosa). Kao rezultat razvoja nastaje novo kvalitativno stanje predmeta. Bitna karakteristika razvoja je vrijeme, jer se sav razvoj odvija u vremenu i samo vrijeme otkriva njegov smjer.
Narudžba- ovo je stanje elemenata u kojem događaj koji se događa u jednom od njih uzrokuje i (ili) ograničava događaje (procese) koji se događaju u drugim elementima. Svijet bez ograničenja bio bi totalni kaos. Kaos i raznolikost se smanjuju organizacijom ili nametanjem ograničenja. Da bi se sustavu nametnula ograničenja, koriste se informacije koje se suprotstavljaju tendencijama sustava prema dezorganizaciji.
Kaos- ovo je stanje određenog skupa elemenata u kojem događaj koji se dogodi u jednom od njih ni na koji način ne utječe na događaje (procese) koji se događaju u ostalim elementima. Svaki sustav nalazi se u srednjem stanju između potpunog kaosa i apsolutnog reda.
Raznolikost je broj različitih stanja (izlaznih stanja) sustava. U jednom stanju nema raznolikosti, pa ona nastaje barem promatranjem dva Države. Informacije o tim stanjima nazivaju se reflektirana raznolikost.
Za procjenu raznolikosti objekta koristi se količina raznolikosti ili mjera nesigurnosti - entropija. N. Wiener izrazio dvojnost entropija-informacija na sljedeći način: “Kao što je količina informacija u sustavu mjera organizacije sustava, na isti je način entropija mjera neorganiziranosti sustava; jedan je jednak drugom, uzet sa suprotnim predznakom.” Ako su mogućnosti prijelaza u bilo koje stanje objekta jednako vjerojatne, tada je entropija određena logaritmom broja različitih mogućih stanja objekta ( x) s bazom dva: log 2 x. Za mjerenje količine raznolikosti koriste se binarne jedinice - bitovi. Stoga će raznolikost strana novčića biti 1 bit ( log=1). Šest strana kockice sadrži niz od 2,6 bita, 32 slova abecede - 5 bita. Ako postoji samo jedno stanje, onda nema raznolikosti - logaritam je nula. Svaka promjena prema nejednakosti vjerojatnosti smanjuje neizvjesnost, a time i entropiju.
Entropijska vrijednost služi kao kvantitativna procjena informacija izdvojenih iz opažanja. Povećanje entropije može se smatrati "uništavanjem informacija". Naprotiv, informacija je ono što ograničava raznolikost, djelomično ili potpuno otklanja neizvjesnost, smanjuje entropiju, tj. negentropija.
Sustavom tijela ili jednostavno sustavom nazvat ćemo ukupnost tijela koja se razmatraju. Primjer sustava je tekućina i para u ravnoteži s njom. Konkretno, sustav se može sastojati od jednog tijela.
Svaki sustav može biti u različitim stanjima, različitim po temperaturi, tlaku, volumenu itd. Takve veličine koje karakteriziraju stanje sustava nazivaju se parametri stanja.
Nema uvijek nijedan parametar određenu vrijednost. Ako npr. temperatura na različitim točkama tijela nije ista, tada se tijelu ne može pripisati određena vrijednost parametra T. U tom slučaju stanje se naziva neravnotežnim. Ako se takvo tijelo izolira od drugih tijela i prepusti samo sebi, tada će se temperatura izjednačiti i poprimiti istu vrijednost T za sve točke - tijelo će prijeći u ravnotežno stanje. Ova se vrijednost T ne mijenja sve dok se tijelo vanjskim utjecajem ne pomakne iz ravnotežnog stanja.
Isto može vrijediti i za druge parametre, poput tlaka. Ako uzmete plin zatvoren u cilindričnu posudu, zatvorenu čvrsto pričvršćenim klipom, i počnete brzo pomicati klip, tada će se ispod njega formirati plinski jastuk, čiji će tlak biti veći nego u ostatku volumena plina. . Posljedično, plin se u ovom slučaju ne može karakterizirati određenom vrijednošću tlaka, a njegovo će stanje biti neravnotežno. Međutim, ako prestanete pomicati klip, tlak u različitim točkama volumena će se izjednačiti i plin će prijeći u stanje ravnoteže.
Proces prijelaza sustava iz neravnotežnog stanja u ravnotežno stanje naziva se proces relaksacije ili jednostavno relaksacija. Vrijeme utrošeno na takav prijelaz naziva se vrijeme opuštanja. Vrijeme relaksacije se uzima kao vrijeme tijekom kojeg se početno odstupanje bilo koje vrijednosti od ravnotežne vrijednosti smanjuje za faktor. Svaki parametar sustava ima svoje vrijeme opuštanja. Najduže od ovih vremena igra ulogu vremena opuštanja sustava.
Dakle, stanje ravnoteže sustava je stanje u kojem svi parametri sustava imaju određene vrijednosti koje ostaju konstantne pod stalnim vanjskim uvjetima proizvoljno dugo vremena.
Ako iscrtamo vrijednosti bilo koja dva parametra duž koordinatnih osi, tada se bilo koje ravnotežno stanje sustava može prikazati točkom na koordinatnoj ravnini (vidi, na primjer, točku 1 na slici 81.1). Neravnotežno stanje se ne može prikazati na ovaj način, jer barem jedan od parametara neće imati određenu vrijednost u neravnotežnom stanju.
Svaki proces, tj. prijelaz sustava iz jednog stanja u drugo, povezan je s kršenjem ravnoteže sustava. Posljedično, kada se bilo koji proces dogodi u sustavu, on prolazi kroz niz neravnotežnih stanja. Pozivajući se na već razmatrani proces kompresije plina u posudi zatvorenoj klipom, možemo zaključiti da je neravnoteža pri kretanju klipa to značajnija što se plin brže komprimira. Ako pomičete klip vrlo sporo, tada je ravnoteža malo poremećena i tlak u različitim točkama malo se razlikuje od neke prosječne vrijednosti. U granicama, ako se kompresija plina događa beskonačno sporo, plin će u svakom trenutku karakterizirati određena vrijednost tlaka. Posljedično, u ovom slučaju, stanje plina u svakom trenutku vremena je ravnotežno, a beskonačno spor proces sastojat će se od niza ravnotežnih stanja.
Proces koji se sastoji od kontinuiranog niza ravnotežnih stanja naziva se ravnoteža ili kvazistatika. Iz navedenog proizlazi da samo beskonačno spor proces može biti ravnotežan.
Ako se odvijaju dovoljno sporo, stvarni procesi mogu se približiti ravnoteži koliko god žele.
Proces ravnoteže može se odvijati u suprotnom smjeru, a sustav će prolaziti kroz ista stanja kao i tijekom procesa naprijed, ali obrnutim redoslijedom. Stoga se ravnotežni procesi nazivaju i reverzibilnim.
Reverzibilni (tj. ravnotežni) proces može se prikazati na koordinatnoj ravnini odgovarajuće krivulje (vidi sliku 81.1). Konvencionalno ćemo ireverzibilne (tj. neravnotežne) procese prikazati točkastim krivuljama.
Proces u kojem se sustav nakon niza promjena vraća u prvobitno stanje naziva se kružni proces ili ciklus. Grafički, ciklus je predstavljen zatvorenom krivuljom.
Koncepti stanja ravnoteže i reverzibilnog procesa igraju važnu ulogu u termodinamici. Svi kvantitativni zaključci termodinamike strogo su primjenjivi samo na ravnotežna stanja i reverzibilne procese.
Članci na temu
