Сложные системы и принципы системотехники

Будем называть системой объект любой природы (либо совокупность взаимодействующих объектов людей, в том числе различной природы), обладающий выраженным "системным" свойством (свойствами), то есть свойством, которого не имеет ни одна из частей системы при любом способе членения и не выводимым из свойств частей. Части системы, имеющие аналогичные свойства, назовем подсистемами. Объединение нескольких систем, обладающее системным свойством, будем называть надсистемой или системой более высокого порядка(2-го, 3-го и т.д.). Элементом системы является объект (часть системы) с однозначно определенными известными свойствами.

Система (подсистема, элемент) имеет входы и выходы. Входом называется дискретное или непрерывное множество "контактов", через которые воздействие среды передается системе. Выход - множество контактов, через которые система воздействует на среду. Любой элемент системы имеет по крайней мере один выход и один вход. Воздействие может состоять в передаче вещества, энергии, информации или комбинации этих компонентов. Соответственно будем говорить о вещественном, энергетическом, информационном обмене между системой и средой (метаболизме).

Таким образом понятия "элемент", "подсистема", "система", "надсистема", взаимно преобразуемы: система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка, а элемент - как система (при углубленном анализе); отношение к системе определяется не только ее содержанием, но и точкой зрения, позицией, задачей исследователя.

В практике нередко применяется термин "большая" система. Под большой (крупномасштабной) системой будем понимать систему, число подсистем которой очень велико, а состав разнороден.

Среда есть окружение, с которым система взаимодействует. Взаимодействующие со средой системы называются "открытыми". "Закрытые" ("замкнутые") системы среды не имеют. Средой для одной из подсистем системы могут служить остальные подсистемы или часть из них, а также другие сторонние системы. Среда - тоже система. Сложные системы обладают особыми свойствами. Назовем эти свойства.

• Уникальность: каждая система этого класса не имеет полных аналогов поведения, во всяком случае аналоги настолько редки, что с их наличием в исследованиях и практике можно не считаться.
• Слабопредсказуемость: никакое, сколь угодно подробное знание морфологии и функций элементов (подсистем) не позволяет определить функций объекта, никакое, сколь угодно подробное и точное знание поведения объекта на интервале (-T, 0] не позволяет точно предсказать его поведение на интервале (0, t].
• Негентропийность или целенаправленность: система в состоянии (в определенных пределах) управлять своей энтропией (уменьшать ее, сохранять, тормозить увеличение) при случайном и неблагоприятном воздействии среды или(и) способна осуществлять поведение, преследующее достижение определенной цели.

Негентропия - (мера вероятности пребывания в данном состоянии) определяет "стремление" системы к основному процессу, способность устранять последствия внешних и внутренних случайных воздействий.

Целенаправленность - "стремление" к достижению цели - выражает именно эту тенденцию: сохранения и усиления основного процесса, ведущего к цели. Поэтому понятия "негентропийность" и "целенаправленность" - родственные.

В простых физических системах энтропия вычисляется относительно просто. В сложных системах основной процесс может быть скрыт от наблюдателя, поэтому выявить случайные отклонения непросто. Вычислить негентропию и использовать ее сложно, а иногда - невозможно. Здесь удобнее оперировать понятием целенаправленности.

Итак, сложные системы обладают свойствами уникальности, слабопредсказуемости, и негентропийности (целенаправленности). Свойство уникальности является внешним по отношению к системе и влияет на отношение к ней исследователя (пользователя). Свойство негентропийности (целенаправленности) является внутренним, труднораспознаваемым и не всегда доступным пониманию исследователя, особенно на относительно коротком (по сравнению со временем существования системы) интервале времени.

Для исследователя (пользователя) на первый план выступает свойство слабой предсказуемости поведения, которое, в сущности, и является практическим признаком сложной системы, остальные же свойства могут быть выявлены только в процессе исследования, то есть при условии, что исследование их обнаружит.