Подсистема, элемент, компонент

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием подсистема подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим она отличается от простой группы элементов, для которой нс сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название компоненты).

Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистема), с другой — как подсистема системы более низкого порядка (подсистема). Следовательно, надсистема — более крупная система, частью которой является рассматриваемая система.

Например, система «электрические сети напряжением 6−10 кВ» входит как подсистема в систему более высокого ранга — «сети напряжением 110 кВ». В свою очередь, надсистема «сети напряжением 220 кВ» может являться подсистемой «сети напряжением 500 кВ».

Обычно в качестве подсистем фигурируют более или менее самостоятельные, независимые и обладающие определенной степенью свободы части систем, имеющие подцели, на которые ориентирована система.

Например, входящие в состав ЕЭЭС объединенные ЭЭС (ОЭЭС) СевероЗапада, Центра, Северного Кавказа, Средней Волги, Урала, Сибири, Востока являются подсистемами.

Как и для термина система, приведем формальные определения.

Подсистема:

• 1) выделенная относительно независимая часть системы, обладающая лишь некоторыми интегративными свойствами системы, представляющая совокупность взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции при формировании и достижении системой своей общей цели;
• 2) совокупность технических, программных, организационных, технологических и (или) других средств, которые при взаимодействии реализуют определенную функцию, необходимую для реализации назначения системы в целом;
• 3) совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы;
• 4) система, являющаяся частью другой системы, способная выполнять относительно независимые функции, имеющая подцели, направленные на достижение общей цели системы;
• 5) элемент системы, который при подробном анализе оказывается системой.

Ответ на вопрос, что является частью системы, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования. Часто элементом, или элементарной системой называют систему (подсистему, элемент системы), которая хорошо изучена.

Элемент:

• 1) простейшая, неделимая при конкретной постановке задачи исследования часть системы;
• 2) предел членения системы с точки зрения аспекта ее рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели;
• 3) часть системы с однозначно определенными свойствами, выполняющая определенные функции и нс подлежащая дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя);
• 4) составная часть технического объекта, рассматриваемая при проведении анализа как единое целое, не подлежащее дальнейшему разукрупнению;
• 5) некоторый материальный, энергетический, информационный объект, обладающий рядом свойств, обеспечивающих выполнение некоторых функций, внутренняя структура которого не представляет интереса для целей проводимого исследования.

Например, в различных задачах электроэнергетики в качестве элементов выступают отдельные агрегаты электрических станций, электростанции в целом, группы электростанций.

Современная теория систем различает два типа элементов: энергетические (ресурсы) и кибернетические (элементы управления).

В тех случаях, когда система не может быть сразу разделена на составляющие, являющиеся пределом ее членения, термин элемент может быть использован в более широком смысле. Если части системы полностью или частично нс обладают свойствами подсистемы, их принято называть компонентами системы. Понятие компонент определяется как любая часть системы, вступающая в определенные отношения с другими частями (подсистемами, элементами).

Формально любая совокупность элементов данной системы вместе со связями между ними может рассматриваться как ее подсистема. Однако использование этого понятия наиболее плодотворно в тех случаях, когда в качестве подсистем фигурируют некоторые более или менее самостоятельные части системы. Систему можно расчленять на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели и ее уточнения в процессе проведения системно;

го исследования. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте или проблемной ситуации. Выделение подсистем является важным этапом формального описания системы. Оно позволяет упростить исследования, путем уменьшения количества связей и упрощения вычислительных процедур.

Например, систему из п — 20 элементов по формуле (1.1) характеризуют N = п (п — 1) = 380 связей. Предположим, что она расчленяется на т = 4 подсистемы по к = 5 элементов в каждой. Количество возможных связей между элементами внутри подсистем равно.

Число связей между подсистемами определится как.

Если связи между элементами выделенных подсистем отсутствуют, то общее число связей вместо N = 380, составит только.

т.е. более чем в 4 раза меньше, чем в начальной стадии исследования.

Следует учитывать, что понятия элемент, подсистема, система взаимопреобразуемы. Система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка — надсистема (метасистема, мегасистема), а элемент при углубленном анализе, как система. Система-универсум представляет собой объединение системы и ее среды.

Внешняя среда — множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы. Следовательно, это множество объектов S' вне данной системы S, которые оказывают влияние на эту систему и сами находятся под ее воздействием. При этом S п S' = 0. Выделяет систему из среды наблюдатель (исследователь), который отделяет (отграничивает) элементы, включаемые в систему, от остальных в соответствии с целями исследования (проектирования) или предварительного представления о проблемной ситуации. Естественно, что в процессе исследования граница между системой и средой может изменяться как в сторону системы, так и в сторону среды.

То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой, приводит к двум аспектам изучения систем: на макро- и микроуровнях.

При изучении на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию анализируемой системы с внешней средой. Тогда системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются це,1евая функция системы (цель), условия ее функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние их на функции системы в целом.

На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.

Проектирование больших систем, в том числе систем энергетики и электроснабжения, также обычно делят на две стадии: макропроектирование (внешнее проектирование), в процессе которого решаются функционально-структурные вопросы системы в целом, и микропроектирование (внутреннее проектирование), связанное с разработкой элементов системы как физических единиц оборудования и получением технических решений по основным элементам (конструкции, параметры, режимы эксплуатации).