2. Классификация систем

В практике анализа, синтеза и развития систем, а также системных исследований широко используются следующие различные основания при их классификации:

• по типу существования: материальные и абстрактные,

• по характеру изменения своего состояния во времени: статические и динамические,

• по характеру взаимодействия с внешней средой: открытые и закрытые,

• по уровню организации функционирования системы: целеполагающие, целенаправленные, с априорно заданной организацией, с самоорганизацией,

• по степени сложности: простые, сложные и большие,

• по области реализации (существования): социальные, глобально-экономические, экологические, хозяйственные, политические и др.

Рассмотрим подробнее эти классификации. В таблице показана классификация систем по типу существования.

Наименование классов систем	Наименование подклассов систем	Примеры систем
Абстрактные системы	Системы научных гипотез, построенные на аксиоматической основе	Системы математических моделей, использующие при построении различные разделы математики
	Системы концептуальных моделей, построенные на модельно - ретроспективной основе	Эвристические системы моделей, моделирующие общественные явления
	Казуистические системы, построенные на использовании казуистической теории ценностей	Системы модельного представления юридических, исторических, религиозных процессов
Материальные системы	Естественные системы, созданные природой	Биологические, геофизические, геохимические, гидрологические, экологические системы и процессы
	Искусственные системы, созданные человеком с целью осуществления необходимых или желательных для него изменений внешней Среды	Общественно-политические, социально - экономические, организационно – технологические, технические и др.

Важным представлением о системах является различение двух типов систем, с которыми приходится встречаться в практике системных исследований. Это системы-объекты и системы-процессы. Системы-объекты — это системы, элементами которых являются предметы, блоки и узлы. Системы-процессы — это системы, элементы которых составляют операции над объектами. В качестве операций, например, могут быть очистка, плавление, химические трансформации, фильтрация и многие другие действия над системами-объектами, в результате применения которых они претерпевают определенные изменения. Последовательность операций складывается в некоторый «технологический процесс», который и является системой-процессом. Использование принципов системного подхода для изучения этого типа систем позволяет решать многие задачи по совершенствованию и разработке новых более перспективных технологических процессов.

Системы-объекты, и системы-процессы могут быть:

• естественного происхождения. (Например, системы-объекты: растения, представители животного мира и др., и системы-процессы: атмосферные явления, процессы жизнедеятельности организмов, процессы взаимодействия видов животного мира и др.);

• искусственного происхождения. (Например, системы - объекты: транспортные средства, станки и механизмы, приборы и измерительные комплексы и др., и системы - процессы: информационные и экономические процессы, технологии производства, и т. д.).

На рис. приведена неполная классификация систем по происхождению независимо от их типа. В группе систем естественного происхождения выделены только два типа — биологические и неорганические системы, а в искусственной группе — ряд систем различной природы. Воспроизведен только фрагмент классификации, главной целью которой было продемонстрировать разнообразие систем и особо выделить биотехнические системы, представляющие собой совокупность биологических и технических элементов, объединенных в единую функциональную систему целенаправленного поведения.

Инженеры непосредственно имеют дело с системами, созданными человеком. Однако окружающей средой искусственных систем являются естественные системы, в силу чего их исследование оказывается очень важным, так как они находятся в процессе взаимодействия с создаваемыми инженером системами. Кроме того, существуют общие свойства систем двух указанных типов. Искусственные системы часто являются копиями естественных систем, или по крайней мере они создаются для того, чтобы выполнять подобные функции.

Различают живые и неживые системы. Живыми называются системы, обладающие биологическими функциями, такими, как рождение, смерть и воспроизводство. Иногда, понятия "рождение" и "смерть" связывают с неживыми системами при описании процессов, которые как бы похожи на жизненные, но не характеризуют жизнь в ее биологическом смысле.

Деление систем на открытые и замкнутые является важным основанием классификации систем. Система является замкнутой, если у нее нет окружающей среды, т. е. внешних контактирующих с ней систем. К замкнутым относятся и те системы, на которые внешние системы не оказывают существенного влияния. Примером замкнутой системы может служить часовой механизм. Система называется открытой, если существуют другие, связанные с ней системы, которые оказывают на нее воздействие и на которые она тоже влияет. Является ли данная система открытой или закрытой — это зависит от того, какая часть Вселенной включена в систему и какая — в окружающую среду. Если к системе добавляется та часть окружающей среды, с которой происходит обмен, система становится закрытой.

Все живые системы — открытые системы. Неживые системы являются относительно замкнутыми; наличие обратной связи наделяет их некоторыми неполными свойствами живых систем, связанными с состоянием равновесия.

Если в системе могут происходить какие-либо изменения, такие системы являются динамическими, в отличие от статических, в которых не изменяются элементный состав и структура и не реализуются никакие функции.

В зависимости от структуры образующих свойств и признаков выделяют большие и сложные системы.

К большим системам относятся системы, которые нельзя рассматривать единовременно с позиции одного наблюдателя во времени. Такие системы состоят из множества подсистем, выделенных заранее по какому-либо признаку.

Процесс построения больших систем включает в себя два этапа:

• наблюдатель 1-го уровня в результате нескольких наблюдений выделяет в данной системе ряд подсистем, описываемых одним и тем же языком для данной общей задачи над объектом;

• наблюдатель следующего уровня (метанаблюдатель) рассматривая в качестве объекта выделенные подсистемы строит из них общую систему, называемую большой.

При построении больших систем используются два метода:

• Композиция — процесс построения больших систем из малых подсистем, описанных одним языком (метаязыкык — язык описания закономерностей протекающих не в отдельных подсистемах, а в системе в целом);

• Декомпозиция — разбиение системы вновь на подсистемы, но уже по новому признаку исходя из знаний закономерностей, присущих системе в целом.

Возможна ситуация, когда совокупность подсистем, выделенных на первом уровне, может снова оказаться слишком большой, чтобы быть обозримой одним наблюдателем. В этом случае он должен подняться на следующий уровень и объединить полученные подсистемы.

Сложные системы — системы, предназначенные для решения многоцелевой задачи, отражающие различные характеристики объекта и использующие различные языки. Сложные системы строят, если проблеме присущи следующие качества:

• многомерность — наличие большого количества элементов и связей;

• многообразие — наличие большого количества форм связей между элементами;

• наличие разнообразных элементов;

• многокритериальность — наличие разных критериев, которые бы удовлетворяли системе.

Пример: выбор ветрового стекла автомобиля. Задачу нельзя решить без рассмотрения этого объекта в самых разных аспектах и разных языках: прозрачность и коэффициент преломления — язык оптики; прочность и упругость — язык механики; стоимость и рентабельность — язык экономики и т.д..

При построении сложной системы тоже используют метаязык, применяемый для описания идей первого уровня. При анализе помимо композиции также используется и декомпозиция Композиция же используется для того, чтобы получить новую информацию, которая не может быть получена другим путем.

По сложности можно выделить четыре класса динамических систем :

• простые, состоящие из небольшого количества элементов и характеризующиеся простым динамическим поведением; (дверная задвижка)

• сложные, структура которых отличается разветвленностью и разнообразием связей, но поддается точному описанию); описание их поведения представляет достаточно сложную задачу (компьютер);

• очень сложные, точно и подробно характеризовать которые можно только применяя для описания их структуры и поведения вероятностные законы (фирма);

• сверх сложные, полное описание которых невозможно, и поэтому их изучение ограничивается созданием моделей тех или иных свойств таких систем (общество).

По характеру поведения различают детерминированные и стохастические системы. Для детерминированных систем точно известен закон поведения (компьютер), для стохастических можно определить вероятность того или иного ее состояния, той или иной реакции (мозг человека).

Другой принцип классификации систем основан на введении понятий об информационных, энергетических и вещественных входах и выходах, причем под «информацией» в этом случае понимаются сведения, сигналы об окружающем мире, которые воспринимаются системой, или сигналы, которыми обменивается данная система с другими. В этой классификации различают:

• информируемые системы, имеющие хотя бы один информационный вход,

• информирующие системы, имеющие хотя бы один информационный выход,

• информационные системы, имеющие некоторое количество информационных входов и выходов.

Возможна классификация систем по характеристикам элементов, например, линейные, нелинейные и гистерезисные системы; по типу связей между элементами – замкнутые, разомкнутые, с непосредственными и опосредованными связями, прямыми и обратными связями и т. д.

Приведенные примеры возможных подходов к классификации не являются строго формализованными и в определенной степени произвольны. В то же время они выявляют основные теоретические задачи, связанные с описанием систем, которые стоят перед исследователями как при изучении уже существующих систем, так и при создании новых.