1.2.2. Сложные системы

1.2.2.1. Примеры и свойства сложных систем

Выше говорилось о технических системах и объектах различной природы. Но системы могут быть не только технические. Например, ЛГТУ, металлургический комбинат, ЦУМ, город Липецк, РФ - все это системы, которыми необходимо управлять. Достаточно общее определение системы можно дать следующее: система есть обособленное от окружающей среды множество взаимосвязанных объектов, в совокупности выполняющих определенные функции.

Сложная система это система, состоящая из систем обычно различной природы, называемых подсистемами. Полностью обособленная от внешней среды система называется консервативной.

Эволюционирующая система не может быть консервативной, т. к. она должна получать энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности. Кроме того, наиболее часто цели жизнедеятельности системы, ее функционирования определяются внешними по отношению к ней объектами. Поэтому обособленность системы от внешней среды не является полной.

Сложная система обладает рядом характерных черт: целостность, целенаправленность, необходимость управления, саморегулирование, самоорганизация, сложная внутренняя структура, описываемая различными законами или неизвестная, неполная определенность (элементы черного или серого ящика), наличие смеси детерминированных и стохастических процессов, наличие неизмеримых, а также неметрических величин.

Все перечисленные выше примеры систем наделены отмеченными свойствами. Например, государство – целостная, обособленная от других стран структура, основная цель – защита личности от внутренних и внешних опасностей. Цель обеспечивается соответственно органами правопорядка и армией. Управление обеспечивается системой законов и органами надзора за их исполнением. Саморегулируемость обеспечивается рынком, в котором инфляция играет роль отрицательной обратной связи. Самоорганизация обеспечивается в любом демократическом государстве наличием иерархической структуры самоуправления, сложность структуры, неопределенность, стохастичность - все эти элементы присутствуют в государстве как системе.

Вербальное описание объектов для их детального анализа и синтеза принципов и алгоритмов управления не годится - оно, с одной стороны, избыточно и одновременно, с другой - неоднозначно. Однако при описании сложных систем формальные модели, приведенные во втором параграфе, также недостаточны и не дают возможности представить все возможные объекты и связи, присутствующие в сложной системе. Более абстрактным и поэтому широким и емким является кортежное описание систем, которое допускает использование не только моделей вида (1.5) - (1.15), но и включение разнообразных алгоритмов, процедур и пр.

2. Кортежное описание сложных систем

Обозначим m – какой-либо объект или элемент: материальный, энергетический, информационный и т.п., обладающий некоторыми существенными для системы в рассматриваемом смысле свойствами,

M = {m } , mÎ M - совокупность объектов, образующих систему;

x – связь или обмен между элементами системы энергией, веществом, информацией (сигналами) и т.п.

X = {x} - множество связей, присутствующих в системе;

F - функция системы, не элементов системы, а именно всей системы в целом.

Теперь систему, используя кортежное описание, можно записать в виде

S : {M,X,F}, (1.16)

Это простое, наиболее абстрактное описание системы без указания типа и свойств M,X,F. Но оно не бессмысленно и не бесполезно, т.к. дает возможность включить различного типа объекты и связи. Если число элементов m ®¥, то система большая, но не обязательно сложная. Сложной является, как мы уже отмечали, система, состоящая из подсистем различной природы и структуры:

M¹, M² ,..., M^R : Mⁱ = {mⁱ } = {mⁱ₁, mⁱ₂,..., mⁱ_ni},

между которыми имеются связи также различной природы и содержания:

X¹, X², ...,X^L : Xⁱ = {xⁱ₁, xⁱ₂, ..., xⁱ_mi},

цель функционирования F,

S^сл : {M¹, M² ,..., M^R , X¹, X², ...,X^L ,F} (1.17)

Реальные системы - те, которые не являются результатом творческой деятельности человека, например, экологическая система, живые организмы, в некотором смысле социальные системы. К искусственным же естественно отнести создаваемые человеком технические системы, различные государственные институты, предприятия и организации, например, наш университет (факультеты, кафедры, подразделения, коммуникации и системы жизнеобеспечения); некоторые занимают промежуточное положение, например, государство - оно существует объективно, но его структура, организация, принципы управления можно считать искусственными.

Важно отметить, что принципы описания систем, методы их изучения и анализа являются едиными и составляют существо системного подхода.