1.4. Классификация систем

Классификация (от лат. «classis» – разряд, класс и …фикация)²³ - система соподчиненных понятий (родов, видов, типов объектов и явлений) какой-либо области знаний или деятельности человека, используемая как средство для установления связей между этими понятиями (определения сходства или различия между объектами и явлениями, или иными словами изоморфизма предметных областей) и удобства их исследования²⁴. Системы могут классифицироваться по различным признакам, в зависимости от решаемой в ходе системного анализа задачи. Ниже, в качестве примера, приведена общепринятая классификация систем:

• по виду отображаемого объекта – естественные (физические, биологические и т.п.) и искусственные (технические, организационные и т.п.);

• по сложности структуры и поведения – простые, большие и сложные;

• по виду взаимосвязи с внешней средой - открытые и замкнутые;

• по степени организованности - хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), самоорганизующиеся.

Классификация систем путем их объединения по схожим свойствам позволяет упростить и облегчить системный анализ, выбрать наиболее эффективные методы исследования. На практике для определения принадлежности системы к тому или иному классу (виду или типу) систем используют общепринятые определения систем различной природы, которые достаточно точно сформулированы в рамках той или иной специальной теории систем и содержат основные отличительные признаки. Отнесение конкретной системы к определенному классу для ее последующего исследования методами и научным инструментарием той или иной специальной теории осуществляется посредством отличительных признаков (или их совокупности), которые даны в определениях систем²⁵.

Ниже сформулированы определения и отличительные признаки систем в разрезе представленной выше классификации.

В классификации систем по признаку сложности структуры и поведения используются различные подходы: разделение систем по количеству элементов, по сложности описания и другие, однако наиболее продуктивным для целей системного анализа является способ выделения сложных систем по разнообразию элементов и связей, которые обеспечивают устойчивость и эффективность их функционирования.

Сложная система - система, обладающая значительным разнообразием и функциональной избыточностью элементов и связей между ними.

Как видно из определения сложной системы, признак разнообразия (разнородности) элементов и связей позволяет отделять сложные системы от больших систем, представляющих собой совокупность значительного количества однородных элементов, объединенных связью одного типа²⁶.

Свойство функциональной избыточности²⁷ проявляется в сложных системах как способность системы сохранять частичную работоспособность (обеспечивать необходимый уровень надежности) при отказе отдельных элементов и подсистем. Простая система, представляющая совокупность определенного, как правило, малого количества разнородных элементов, объединенных связью одного или нескольких видов (равно как и большая), может находиться не более чем в двух состояниях: полной работоспособности (исправном) и полного отказа (неисправном), что позволяет отличать сложные системы от простых систем по данному признаку.

Необходимо отметить, что сложность системы заключается также в сложности законов ее устойчивого и эффективного функционирования, которые могут иметь различную природу: физико-химическую, информационную и т.п. ²⁸ Солнечная система не содержит в себе «значительное количество разнородных элементов и связей», однако она по праву считается сложной системой, т.к. ее сложность заключается в сложности (совершенстве, гармонии) законов «небесной механики», без которой она не может существовать и функционировать как система²⁹. Важными общими свойствами сложных систем являются также адаптация (приспособление), репродукция (самовоспроизводство), развитие (самосовершенствование) и др.

Классификация систем на замкнутые и открытые основывается на наличии или отсутствии взаимосвязи (степени взаимодействия) системы со средой.

Замкнутая (изолированная) система - система, которая имеет непроницаемые (фиксированные) границы, а ее функционирование не зависит от влияния среды.

Главным отличительным признаком закрытой системы является то, что такая система имеет вполне определенный (детерминированный) срок функционирования, который ограничен запасом энергии внутри системы. По мере истощения запаса энергии система, согласно второму закону термодинамики, стремится к равновесию (покою), который характеризуется дезорганизацией ее внутренней среды и прекращением функционирования (с позиций термодинамики такое состояние характеризуется максимальным значением энтропии³⁰). Последнее является основным противоречием (недостатком), которое приходится разрешать в замкнутых искусственных системах путем принудительной организации их внутренней среды и замены (регенерации) источника энергии.

В качестве примеров замкнутой системы можно привести: часы, в которых взаимозависимые части двигаются до тех пор, пока имеющийся в них источник энергии (завод пружины или батарейка) не исчерпал себя; аквариум или пруд, которые требуют периодической очистки, т.к. биологические организмы в нем отделены от биоценоза.

Открытая система - система, которая обменивается с внешней средой материальными объектами (веществом, энергией, импульсом) и информацией³¹.

Главным отличительным признаком открытой системы является то, что такая система, получая внешнюю по отношению к ней энергию и информацию, может поддерживать внутреннюю организацию и находиться сколько угодно долго в стационарных (устойчивых) состояниях, далеких от равновесных состояний. Данное свойство является основным преимуществом открытых систем, устойчивое функционирование которых (в отличие от закрытых систем) не зависит от фактора времени и обусловлено взаимодействием со средой³². К открытым системам относятся, например, химические, биологические и организационные системы, в которых непрерывно протекают организационные и функциональные процессы за счет поступающих извне вещества, энергии и информации, а продукты реакции отводятся во внешнюю среду.

Классификация систем по признаку организации основана на философской системе взглядов (см. детерминизм) об объективной, закономерной связи и всеобщей обусловленности всех явлений окружающего мира³³. Суть данного подхода заключается в том, что организация как совокупность системообразующих процессов, ведущих к образованию и совершенствованию взаимосвязей между частями целого, обусловлена характером взаимодействия элементов системы (или с позиций кибернетики - степенью их свободы).

Хорошо организованная система – система, в которой взаимодействие подсистем и элементов носит преимущественно детерминированный характер³⁴.

Отличительной особенностью хорошо организованных систем является то, что в таких системах состав элементов и основные связи между ними (структура), алгоритм взаимодействия элементов и подсистем, цель функционирования системы строго формализованы, а их состояние (поведение) может быть описано системой линейных дифференциальных уравнений, содержащих алгоритм и критерий оценки функционирования системы³⁵.

Примерами хорошо организованных систем являются: вещество в твердом состоянии (кристалл); солнечная система, движение планет которой вокруг Солнца подчинено строгой закономерности; движение электронов вокруг ядра атома, аналогичное «планетарной системе»; радиоэлектронное устройство, в котором условия его работы определяются линейными (физическими) закономерностями функционирования данной технической системы (характеристики колебательного контура, наличие шумов, нестабильность источников питания и т. п.)³⁶.

Плохо организованная система – система, в которой взаимодействие подсистем и элементов обусловлено их начальным состоянием и носит вероятностный характер³⁷.

Отличительным признаком плохо организованных (диффузных) систем является то, что в таких системах состав элементов и основные связи между ними (структура), а также характер взаимодействия элементов не формализованы (не могут быть определены)³⁸. Поэтому их состояние может быть описано системой нелинейных уравнений, выражающих основные свойства и закономерности поведения в виде множества состояний, образующих фазовое пространство динамической системы³⁹.

Примерами плохо организованных систем являются: вещество в жидком, газообразном состоянии и в состоянии плазмы; несогласованное поведение индивидуумов в социальных организациях (эффект толпы), ажиотажный спрос потребителей (энергетические и транспортные системы, системы связи и коммуникаций и т.п.), которые изучаются в рамках теории массового обслуживания и т.п.

Самоорганизующаяся система - система, обладающая целенаправленным процессом организации, характер и скорость которого обусловлены состоянием среды⁴⁰.

Отличительным признаком самоорганизующихся систем является то, что такие системы целенаправленно изменяют в процессе функционирования состав элементов и основные связи между ними (структуру), характер взаимодействия элементов и подсистем, цель функционирования системы в зависимости от состояния среды. Самоорганизующиеся системы обладают признаками как хорошо организованных (относительная независимость свойств системы от ее состояния), так и плохо организованных (диффузных) систем (стохастичность поведения, квазипериодическая нестационарность внутренней среды). Такой парадоксальный симбиоз противоположных свойств линейных и нелинейных систем позволяет самоорганизующимся системам обладать преимуществами (свойствами), которых нет ни у одного из рассмотренных выше классов систем, а именно: способность адаптации структуры к меняющимся условиям внешней среды, без потери целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них оптимальный (что делает их поведение целенаправленным, но плохо предсказуемым). Этим обусловлены известные трудности описания поведения самоорганизующихся систем, которое может быть выполнено математическими моделями нелинейной динамики и синергетики в виде прогноза ее эволюции⁴¹.

Свойства самоорганизации обнаруживают объекты различной природы: клетка, организм, биологические популяции, биоценоз, социальные организации и т.п.⁴² В специальных теориях систем этот класс систем разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и другие подклассы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.

В заключение необходимо отметить, что исследование общих свойств систем, изучению которых посвящена следующая глава, а также их классификация по схожим (изоморфным) признакам является важной методологической задачей, позволяющей упростить и облегчить системный анализ, выбрать наиболее эффективные методы исследования⁴³.

КРАТКАЯ СПРАВКА 1