Классификация систем

Важным инструментом системных исследований является классификация систем. Ей уделяется достаточное внимание в работах специалистов, хотя до сих пор не сложилось единого представления о классификации систем. Системы классифицируются по разным признакам.

По обусловленности действия различают системы детерминированные и недетерминированные. В детерминированной системе элементы функционируют и взаимодействуют точно предвиденным образом (например, персональный компьютер). В таких системах присутствует однозначная зависимость между состояниями входов и выходов, что позволяет при фиксированных внешних условиях достаточно точно прогнозировать их движение. Недетерминированные системы разделяются на стохастические и непредсказуемые. Поведение стохастической системы и ее элементов можно предсказать с некоторой вероятностью (например, погодные условия). Если в поведении системы не обнаруживается повторяемости связей, состояний, результатов; если система не может быть представлена в виде «статистического ансамбля», то она непредсказуема (например, вулканическая деятельность, хотя некоторые прогнозные оценки могут быть сделаны и в данном случае).

По характеру перехода из одного состояния в другое системы делят на статические и динамические. Динамическими называют такие системы, переход которых в новое состояние не может совершаться мгновенно, а происходит в результате некоторого процесса (образование предприятия). В статических системах время перехода из одного состояния в другое несоизмеримо мало по сравнению со временем последующего пребывания в другом состоянии и поэтому переход можно считать мгновенным.

По происхождению различают системы естественные, созданные в ходе естественной эволюции и в целом не подверженные влиянию человека (живой организм, неживые объекты), и искусственные, созданные под воздействием человека, обусловленным его интересами и целями (машины, механизмы, орудия, автоматы и т. д.). Также можно выделить смешанные системы (эргономические, биотехнические, экологические, социальные).

По характеру элементов системы могут быть разделены на абстрактные, все элементы которых являются понятиями (языки, философские системы, системы счисления), и материальные, в которых присутствуют вещественные элементы (предприятие). Абстрактные, в свою очередь, разделяют на логические (дедуктивные, индуктивные) и математические (различные классы систем и моделей) [34, с. 124].

Интересной с точки зрения проведения исследований представляется классификация абстрактных систем, данная в работе Ф.И. Перегудова [25, с. 105]. Здесь системы классифицируются по характеру описания переменных и делятся на три класса: с качественными переменными, с количественными переменными и со смешанным описанием. Эти классы, в свою очередь, делятся на определенные подклассы. Подобная классификация может быть полезной для формирования модели системы, которая является основой системного исследования.

По взаимодействию со средой различают системы закрытые и открытые. Понятие открытой системы ввел Л. фон Берталанфи. Основные черты открытой системы – способность обмениваться со средой материей, энергией и информацией. В отличие от них закрытыесистемы лишены этой способности, т. е. изолированы от среды. Большинство изучаемых систем являются открытыми, т. е. они испытывают воздействия среды и реагируют на них и, в свою очередь, оказывают воздействие на среду.

По своей природе системы разделяются на физические, биологические и социальные. Физические системы образованы компонентами неживой природы различных уровней организации ­ от элементарных частиц до галактики. Сюда могут быть отнесены и технические системы - искусственные системы, созданные человеком (машины, автоматы, системы связи). Биологические - живые организмы, популяции, биогеоцинозы и т. п. Социальные - системы, обусловленные присутствием и деятельностью человека (в том числе, экономические - хозяйство, отрасль, предприятие).

Особое значение для кибернетики имеет классификация систем по сложности. Системы разделяются на простые, сложные и очень сложные на разных основаниях. Так, Н. Винер упорядочивал системы по сложности их поведения. В основание классификации он положил характер реакции систем на воздействия внешней среды. Более сложному поведению соответствует более сложная система (рис. 2.4).

Поведение системы

пассивное активное

случайное целенаправленное

без обратной связи с обратной связью

не предсказуемое предсказуемое

Рис. 2.4. Классификация систем по сложности поведения

Ст. Бир разделял системы на: 1) простые детерминированные, 2) сложные, поддающиеся полному описанию, 3) очень сложные, стохастические. В основу классификации положена внутренняя организация системы.

В обыденном сознании часто сложность объекта ассоциируется с трудностью интеллектуального постижения его свойств (строения, характера функционирования, назначения и т. п.), т. е. основой разделения систем на сложные и простые является отношение между системой и наблюдателем: система считается сложной, если она превосходит своего наблюдателя хоть в каком-либо отношении. При таком подходе система, сложная для одного наблюдателя, может оказаться простой для другого. Понятна ограниченность этого подхода к определению сложной системы.

Весьма интересна классификация систем по уровню сложности, данная в свое время К. Боулдингом1. Эта классификация разделяет системы, главным образом, по сложности поведения.

С учетом вышеизложенного, целесообразно ввести следующее определение. Сложная система – это объект:

а) состоящий из большого числа разнообразных взаимосвязанных элементов;

б) недетерминированный;

в) обладающий развитым механизмом обратных связей;

г) имеющий эмерджентные свойства второго рода;

д) поведение которого описывается множеством взаимосвязанных, оказывающих взаимное влияние параметров (объект имеет мультипараметрический характер поведения).

По характеру поведения выделяются четыре уровня систем: адаптивные, целенаправленные, целеустремленные системы, самоорганизующиеся системы. Понятие «адаптация» (от лат. adaptatio -­ прилаживание, прино­ровление) первоначально трактовалось как приспособление живых организмов к условиям cyществования. С развитием кибернетики понятие адаптации распространилось на объекты неживой и социальной природы. Тем самым было признано, что все без исключения системы по существу являются адаптивными, то есть в них присутствуют механизмы, обеспечивающие самосохранение их состояния, формы и структуры в условиях отклоняющих воздействий. При этом можно выделить классы систем с различным уровнем адаптации.

Примитивно адаптирующиеся системы реагируют лишь на непосредственное активное влияние на них среды, они не способны воспринимать и предотвращать угрозу своему существованию (примитивные формы флоры и фауны). Целенаправленные системы не только адаптируются к условиям существования, но действуют в соответствии с некоторой перспективой или планом, основные параметры котopoгo определяются извне. Целеустремленные (целеполагающие) системы изменяют свои свойства и воздействуют на среду для достижения поставленной цели, способны планировать свое поведение в зависимости от обстоятельств. Отличительным признаком целеполагaющей системы является относительное постоянство ее структуры и функционирования. Они вынуждены менять цели своего поведения под давлением внешних факторов, но с появлением новой цели в них не происходит коренного изменения структуры и заложенных ранее принципов функционирования.

Самоорганизующиеся системы объединяют в себе черты адаптивных, целенаправленных и целеполaгaющих. Свойства самооргaниза­ции обнаруживают объекты самой различной природы: живая клетка, оргaнизм, биологическая популяция, биогeоценоз, человеческий коллектив и т.д. Самоорганизующиеся системы активно воздействуют на среду в целом, изменяя ее существенные характеристики для того, чтобы создать новые условия для реализации своей меняющейся функции.

Как отмечается в [8, С. 51], класс самоорганизующихся или развивающихся систем характеризуется рядом особенностей. Эти особенности, как правило, обусловлены наличием в системе активных элементов и носят двойственный характер: с одной стороны, они являются новыми свойствами, полезными для существования системы, ее адаптации к изменяющимся условиям среды, а с другой, – вызывают неопределенность, затрудняют управление системой. Перечислим эти особенности:

· нестационарность (изменчивость, нестабильность) отдельных параметров и стоxacmuчнocmь поведения;

· уникальность и непредсказуемость поведения системы в конкретных условиях и, одновременно, наличие предельных возможностей, определяемых имеющимися ресурсами и структурными связями;

· способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды и помехам;

· способность противостоять энтропийным (разрушающим систему) тенденциям, обусловленная наличием активных элементов;

· способность вырабатывать варианты поведения и изменять свою структуру, сохраняя при этом целостность и основные свойства;

· способность и стремление к целеобразованию: в отличие от закрытых (например, технических) систем, которым цели задаются извне, в системах с активными элементами цели формируются внутри системы.

По характеру целенаправленности системы разделяются на управляющие и управляемые. Управляющая система на основе переработки информации выбирает цели и средства их достижения, организует целенаправленное воздействие на управляемую систему. Управляемая система не имеет целей, отличных от целей управляющей системы, и в этом смысле не обладает целенаправленным поведением.

По способу управления выделяются три класса систем: 1 – управляемые извне (в том числе, без обратной связи, регулирование, управление по параметрам, управление по структуре); 2 – самоуправляемые (программное управление, автоматическое регулирование, параметрическая адаптация, самоорганизация); 3 – с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные) [25].

В зависимости от компонентного состава системы бывают гомогенными, гетерогeнными и смешанными. В гомогенных системах все компоненты одинаковы (пример такой системы ­ - однородный газ), а гетерогенные системы содержат компоненты разных типов. Большинство технических систем относятся к смешанному типу. Так, в любом компьютере, помимо разнотипных компонентов, co­держится, как правило, некоторое количество одинаковых по всем пара­метрам микросхем и дрyгиx деталей. Большинство социальных систем гетерогенны.