3.3. Морфологическое описание.

Представление об устройстве системы можно получить из морфологического описания.

3.3.1. Структура морфологического описания

При составлении морфологического описания решается несколько задач:

- выявляются взаимосвязи элементов, которые придают объекту целостность и порождают новые свойства, отсутствующие у каждого элемента в отдельности;

- изучается характер взаимосвязей элементов, выделяются высшие и низшие уровни организации, при этом определяются центральные и соподчиненные элементы, наличие прямых и обратных связей, тип структуры и конфигурация и т. д.;

- проводится сравнение данной системы с другими в плане их близости, сходства и различия, что позволяет выявлять общие законы организации сложных систем.

Таким образом, морфологическое описание позволяет судить о составе элементов-подсистем, связях и структуре системы. Расчленение системы на части (ее декомпозиция) является одним из первых шагов при построении морфологического описания. При этом имеют значение только те свойства частей, которые определяют их взаимодействие с другими частями системы. Напомним, что расчленение системы на подсистемы зависит от постановки задачи ее изучения, т.е. система может быть представлена разным набором подсистем в зависимости от пожеланий исследователя (см. пятое определение термина “система”).

Для представления об основных свойствах структуры морфологическое описание также представляется на нескольких уровнях (причем эти уровни соответствуют уровням функционального описания), т. е. морфологическое описание также иерархично (рис. 3.5). При этом на разных уровнях могут использоваться принципиально иные способы описания. Например, для организма животного на уровне органов используются физиологические методы, на уровне клеток - данные микроскопических исследований, для описания процессов во внутриклеточных структурах - методы биохимического анализа и т. д.

Морфологическое описание включает несколько групп свойств и представляется в виде оператора G_M :

G_M ={P_S, V, , K}, (3.2)

где P_S - множество элементов (подсистем), V - множество связей,  - множество типов связей, т.е. структур, K - виды композиций.

3.3.2. Элементы и подсистемы

Морфологическое описание начинается с характеристики элементного состава, который может быть гомогенным (содержать однотипные элементы), гетерогенным (содержать разнотипные элементы) и смешанным. Затем исследуются свойства элементов, которые могут классифицироваться по содержанию, степени свободы, степени специализации, времени активного участия в выполнении функции.

По содержанию выделяют информационные, энергетические, вещественные и смешанные элементы. По степени специализации они могут быть предназначены для однотипных, близких (смежных) и разнотипных функций. По степени свободы в выполнении функций их разделяют на программные, адаптивные и инициативные, а по времени действия - на регулярные, непрерывные, нерегулярные и смешанные. Элементы системы могут различаться по происхождению и быть физическими (механическими, электрическими, термодинамическими и др.), химическими, биологическими и смешанными. Возможна и другая природа элементов, например, в системах государственного устройства, экономических, политических и других системах.

Разбиение системы на элементы и выделение подсистем упрощает исследование всей системы и, следовательно, упрощает ее формальное описание. Покажем это на простом примере.

Пусть дано n элементов. Совокупность n изолированных элементов еще не является системой. Для представления о системе нужно провести не менее n исследовательских процедур, в ходе которых устанавливаются свойства всех элементов, и не менее n(n-1) экспериментов, чтобы установить все возможные связи между ними. Если характеризовать эти связи простейшим образом, т. е. отмечать в любой момент времени t_i только их наличие или отсутствие, то общее число возможных состояний системы – вариантов систем из n элементов - будет равно N=2^n(n-1). Например, число возможных состояний системы, содержащей только n=7 элементов N=2⁴² 4·10¹², что практически исключает получение полного ее описания ввиду огромного числа возможных состояний.

В реальных системах количество элементов значительно больше. Так количество элементов, входящих в структуру многих технических систем, может достигать десятков тысяч, а в такой биологической системе как мозг человека имеется ~10¹⁴ нейронов. Дополнительные сложности возникают, когда реализация той или иной структуры, той или иной связи описывается вероятностными законами. Эти обстоятельства являются основными причинами, которые затрудняют строгое и полное описание очень сложных и сверх сложных систем.

Выходом из этого положения может быть выделение в системах ее частей – подсистем и компонентов. Подсистемы - это достаточно обособленные независимые части системы, обладающие всеми свойствами, присущими системе, и, в частности, выполняющие некоторую частную функцию, на достижение которой они ориентированы. Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупность однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Смысл выделения подсистем и компонентов легко пояснить следующим примером. При количестве элементов n = 20 полное число связей между элементами равно n(n-1)=380, а число состояний системы характеризуется числом 2³⁸⁰. Если эта система расчленена на k=4 подсистемы (или компонента) из n' = 5 элементов в каждой, то возможное количество связей внутри каждой из подсистем равно n(n'-1)=20 и для всех k подсистем n'(n'-1)k=80. Число связей между подсистемами равно k(k-1) = 12. Таким образам, возможное число состояний системы из n=20 элементов составит уже число 2⁹² вместо 2³⁸⁰ (!).

Стремление к упрощению описания заставляет объединять элементы системы в подсистемы, которые сами могут быть достаточно сложными образованиями. Различают следующие типы подсистем:

- эффекторные, способные преобразовывать управляющие воздействия и воздействовать веществам, энергией или информацией на другие подсистемы, соседние системы и ОС;

- рецепторные, способные преобразовывать внешние воздействия в информационные сигналы;

- рефлексивные, способные воспроизводить внутри себя процессы воздействия на информационном уровне;

- неопределенные, которые не могут быть точно отнесены ни к одному из перечисленных выше типов.

При определении степени влияния одних подсистем на другие большое значение приобретает понятие “лидер”. Лидирующей подсистемой является та, которая, не имея детерминированного влияния со стороны какой-либо подсистемы, управляет большей частью других подсистем. Чаще всего такую лидирующую функцию выполняют рефлексивные подсистемы.

В системах возможны формальные (назначенные в соответствии с выполняемой функцией) и неформальные лидеры. Известны задачи, для решения которых определение лидера приобретает решающее значение, например, в экономических или социологических системах.

Возможен вариант разделения функций управления (лидерских функций), когда некоторые свойства системы управляются со стороны одной из подсистем, а другие свойства – со стороны других подсистем. В этом случае лидирующая подсистема включает несколько относительно независимых подсистем, т.е. обладающих определенной автономией при выборе ответных реакций на внешние воздействия, и одну, которая координирует их работу. Для управления наиболее важными для целостной системы функциями полуавтономные “лидирующие“ подсистемы морфологически могут располагаться вдалеке от расположения основной лидирующей подсистемы.

Примерами такого построения могут служить:

- кабинет министров, который возглавляется премьер-министром и включает министров, имеющих свои полномочия и управленческий аппарат;

- правление фирмы, банка, возглавляемое председателем правления и включающего специалистов разных направлений работы данного учреждения;

- руководство спортивного клуба, оздоровительного комплекса и других организаций, в которых также предусматривается ответственное лицо – менеджер, который часто сам не способен принимать частные решения по многим вопросам жизни организации, в тоже время его голос может быть решающим при принятии окончательных решений;

- центральная нервная система организма человека, в которой выделяют головной и спинной мозг, а также периферические управляющие отделы – зрительный анализатор, кора надпочечников и др.

Примеров подобной организации лидирующей подсистемы можно привести достаточно много.