1.9. Классификация систем

Подводным камнем в классификации систем является проблема цели. Когда говорят о технических системах, то все достаточно просто, но, говоря о биологической или экологической системе, мы касаемся сложной философской проблемы целесообразности жизни, существования тех или иных систем. Многообразие систем весьма велико и признаков для их класси­фикации тоже множество [2,5,7,11,13,21,27,31,34].

Главным признаком классификации является субстанциональный признак, по которому выделяют четыре класса систем.

1. Искусственные.

2. Естественные.

3. Идеальные и концептуальные системы.

4. Виртуальные.

Искусственные системы, это системы, созданные человеком. Диа­пазон их реализаций очень широк: от простейших механизмов до сложных производственных комплексов в технике; от лаборатории, кафедры, института, воинского подразделения, министерства и т.д.

Для искусственно созданных систем, при изменении внешних условий, характерны значительное нарушение нормального функционирования и потеря устойчивости. Для повышения устойчивости искусственных систем необходимо использовать опыт, накопленный природой, делая их адаптивными к внешним условиям.

Естественные системы - это системы, объективно существую­щие в действительности, в живой и неживой природе и обществе: атом, молекула, клетка, организм, популяция, общество, вселенная и т.п.

Естественным системам свойственны:

• устойчивость к внешним воздействиям;

• развитие;

• самообновление;

• самоусложнение.

Идеальные и концептуальные системы – это системы, которые, как правило, выражают образцовый мир или образцовую действительность. Они часто бывают целью, в большинстве случаев недостижимой, к которой должна стремиться реальная система. Примером идеальной системы может служить картина, возникшая в голове человека от восприятия произведения искусства, научной теории и т.п.

Виртуальные системы – это не существующие в действительности модельные или мыслительные представления реальных объектов, пилений, процессов, являющиеся изоморфными к ним. Виртуальные системы могут быть не идеальными.

Кроме того системы условно делят на:

• целеориентированные, имеющие четкие цели,

• ценностно-ориентированные, которые ориентированы, в первую оче­редь, на определенные ценности, а не цели.

Как было уже сказано выше, системы разделяются на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принци­пы классификации. При этом систему можно охарактеризовать одним или несколькими признаками. К примеру, по происхождению системы можно классифицировать в соответствии с рис.1.19 [..].

Ниже приведена распространенная и достаточно полная классификация систем по нескольким наиболее характерным признакам.

Системы классифицируются следующим образом.

1. По виду отображаемого объекта:

• технические;

• биоло­гические;

• социологические;

• экономические и др.

2. По связям с окружением (тип целеустремленности):

• открытые (с определенным окружением, то есть хотя бы с одним входом и одним выходом);

• закрытые (без связей с окружением).

3. По изменению состояния:

• динамические (состояние изменяется с течением времени);

• статические (состояние не изменяется с течением времени).

4. По характеру функционирования:

• детерминированные (в зависимости от состояния системы можно однозначно судить о ее функционировании);

• стохастические (можно только высказать предположения относительно различных возможных вариантов функционирования).

5. По виду элементов (относительно их конкретности):

• конкретные (элементами являются реальные объекты);

• абстрактные (элементы – абстрагированные объекты).

6. По происхождению:

• искусственные (созданные людьми орудия, механизмы, машины, автоматы, роботы и т.д.);

• естественные (природные) (живые, неживые, экологические, социальные и т.д.);

• виртуальные (воображаемые и, хотя они в действительности реально не существующие, но функционирующие так же, как и в случае, если бы они реально существовали);

• смешанные (экономические, биотехнические, организационные и т.д.).

7. По характеру зависимости выходов:

• комбинаторные (выход зависит только от входа);

• секвентивные (выход зависит от входа и иных причин).

8. По виду научного направления:

• математические;

• физи­ческие;

• химические и т.п.

9. По виду формализованного аппарата представления системы:

• детерминированные;

• стохастические;

• нечеткие;

• комбинированные.

10. По типу элементов:

• системы типа «объект» (дом, двигатель, машина);

• системы типа «процесс» (изготовление, фильтрация.

12. По описанию переменных системы:

• с качественными переменными (имеющие только лишь содержательное описание);

• с количественными переменными (имеющие дискретно или непрерывно описываемые количественным образом переменные);

• смешанного (количественно-качественное) описания.

13. По типу описания закона функционирования системы:

• типа «Черный ящик» (неизвестен полностью закон функционирования системы; известны только входные и выходные сообщения системы);

• не параметризованные (закон не описан, описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров, известны лишь некоторые априорные свойства закона);

• параметризованные (закон известен с точностью до параметров и его возможно отнести к некоторому классу зависимостей);

• типа «Белый (прозрачный) ящик» (полностью известен закон).

14. По способу управления системой (в системе):

• управляемые извне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально);

• управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые это есть программно-управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые-приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний и самоорганизующиеся - изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов);

• с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

Под регулированием понимается коррекция управляющих параметров по наблюдениям за траекторией поведения системы – с целью возвращения системы в нужное состояние (на нужную траекторию поведения системы; при этом под траекторией системы понимается последовательность принимаемых при функционировании системы состояний системы, которые рассматриваются как некоторые точки во множестве состояний системы).

15. По сложности структуры и поведения:

• простые (холодильник, семейная библиотека);

• большие (народное хозяйство страны);

• сверхсложные (мозг, экологическая система);

• очень сложные (полностью автоматизированное производство, производственный комплекс);

• сложные (легковой автомобиль, библиотека университета);

16. По степени организованности:

• хорошо организован­ные;

• плохо организованные (диффузные);

• самоорганизующиеся системы.

Рассмотрим подробно два последних вида классификации систем.

Хорошо организованные системы.

Представить анализируемый объект или процесс в виде «хорошо организованной системы» означает:

• определить элементы системы;

• определить взаимосвязь между элементами;

• указать правила объединения в более крупные компоненты, т. е. определить связи между всеми компонентами и целями системы, с точки зрения которых, рассматривается объект или ради достижения которых создается система.

Проблемная ситуация, в случае хорошо организованной системы, может быть описана в виде математического выражения, связывающего цель со сред­ствами, т.е. в виде критерия эффективности, критерия функци­онирования системы, который может быть представлен сложным уравнением или системой уравнений. Решение задачи при пред­ставлении ее в виде хорошо организованной системы осуществ­ляется аналитическими методами формализованного представле­ния системы.

Рис.1.19. Классификация систем по их происхождению

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца; отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравне­ний, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, помех и т. п.).

Для отображения объекта в виде хорошо организованной системы необходимо выделять существенные и не учитывать относительно несущественные для данной цели рассмотрения компоненты: например, при рассмотрении солнечной системы не учитывать метеориты, астероиды и другие мелкие по сравнению с планетами элементы межпланетного пространства.

Описание объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детермини­рованное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. По­пытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или мно­гокритериальных задач плохо удаются: они требуют недопусти­мо больших затрат времени, практически нереализуемы и неадек­ватны применяемым моделям.

Плохо организованные системы.

Определение 1.44. Система называется «плохо организованной или диффузной», если не ста­вится задача определить все учитываемые компоненты, их свой­ства и связи между ними и целями системы.

Система харак­теризуется некоторым набором макропараметров и закономер­ностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенной с помо­щью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности, которые при соответствующих условиях, распространяют их на всю систему в целом. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой довери­тельной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслужива­ния, определении численности штатов на предприятиях и учреж­дениях, исследовании потоков информации в си­стемах управления и т. д.

Самоорганизующиеся системы.

Определение 1.45. Система называется самоорганизующейся, если она обладает признаками диффузной системы: стохастичностью, не стационарностью отдельных параметров и процессов, а также такими признаками как:

• непредсказуемость поведения;

• способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды;

• изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности;

• способность формировать возможные варианты поведения, выбирая из них наилучший и др.

В таблице 1.6 представлен результат классификации систем.

Таблица 1.6

№	Классификационные признаки	Типы систем
1	2	3
1	По виду отображаемого объекта	технические биологические социологические и т.д.
2	По виду научного направления	математические физические химические и т.д.
3	Характер взаимоотношений со средой (тип целеустремленности)	открытые закрытые (слабая связь)
4	Причинная обусловленность (формализованный аппарат представления системы)	детерминированные стохастические нечеткие комбинированные
5	По конкретности элементов	конкретные абстрактные
6	Степень подчиненности	простые (каждый с каждым) иерархические (существует соподчиненность)
7	По происхождению	естественные искусственные виртуальные
8	По отношению к времени	статические динамические
9	По характеру зависимости выходов	комбинаторные секвентивные
11	По степени сложности структуры и управления	простые большие сверхсложные очень сложные сложные
12	По степени организованности:	хорошо организованные плохо организованные (диффузные) самоорганизующиеся системы
13	По способу управления	управляемые извне управляемые изнутри с комбинированным управл.
14	По типу элементов системы	системы типа «объект» системы типа «процесс»
15	По описанию закона функционирования	черный ящик не параметризованные параметризованные белый ящик
16	По описанию переменных системы	с качественными перемен. с количественными перемен.

Отображение объекта в виде самоорганизующейся системы — это подход, позволяющий ис­следовать наименее изученные объекты и процессы. Самооргани­зующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных па­раметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к из­меняющимся условиям среды, изменять структуру при взаимо­действии системы со средой, сохраняя при этом свойства целост­ности; способность формировать возможные варианты поведе­ния и выбирать из них наилучший и др.

Класс самоорганизующихся систем разбивают на подклассы:

• адаптивные или самоприс­посабливающиеся системы;

• самовосстанавливающиеся;

• самовос­производящиеся и другие подклассы, соответствующие различ­ным свойствам развивающихся систем.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т. е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор. При применении отображения объекта в виде самоорганизу­ющейся системы задачи определения целей и выбора средств, как правило, разделяются. При этом задача выбора целей может быть, в свою очередь, описана в виде самоорганизующейся систе­мы, т. е. структура функциональной части автоматизированных систем управления (АСУ), структура целей, плана может разбиваться так же, как и структура обеспечива­ющей части АСУ (комплекс технических средств АСУ) или ор­ганизационная структура системы управления. Большинство примеров применения системного анализа ос­новано на представлении объектов в виде самоорганизующихся систем.