6.2. Понятие сложной системы

Одно из первых определений сложной системы было дано в 1973 г.                       Н.П. Бусленко. Он писал, что систему надо считать сложной, если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов и способ­на выполнять, сложную функцию. Против такого достаточно общего определения трудно возразить. Позднее им было дано определение, характеризующее некоторые ос­новные свойства подобных систем:

«Сложная система является многоуровневой конструкци­ей из взаимодействующих элементов, объединяемых в под­системы различных уровней», а математическая модель сложной системы «состоит из математических моделей элементов и математической модели взаимодействия между эле­ментами».

Примеры сложных систем являются: энер­гетические комплексы, телефонные сети крупных городов, информационные системы, производственные процессы крупного предприятия, системы управления полетом в круп­ных аэропортах, отраслевые системы управления и др.

В качестве основных свойств сложных систем можно вы­делить следующие:

1) большое число взаимосвязанных и взаимодействующих элементов;

2) сложность выполняемой функции для достижения цели функционирования;

3) иерархическую структуру, возможность деления систе­мы на подсистемы;

1) наличие управления, интенсивных потоков информа­ции и разветвленной информационной сети;

2) взаимодействие с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов.

Первое свойство не требует пояснений.

Второе свойство определяет основную особенность системы. В сложной системе выполняются задачи, которые обеспечи­вают достижение промежуточных и конечной целей функ­ционирования. Проектируя сложные системы, необходимо прогнозировать их поведение при выполнении этих задач.

Так как на реальные системы воздействует большое число случайных факторов, для прогнозирования поведения слож­ной системы необходимо использовать теорию вероятностей. Таким образом, параметры моделей прогноза могут быть оха­рактеризованы законами распределения. Случайные откло­нения системы от нормального режима функционирования определяются возмущающими факторами внешней среды и возмущающими факторами, возникающими внутри системы.

Внутренними факторами являются ошибки измерительных приборов в пределах допусков, выход из строя отдельных эле­ментов, ошибки людей, работающих в системе, ошибки в управляющей информации, сбои вычислительных устройств. Случайные возмущения иногда могут привести к вынужден­ному изменению структуры системы.

Нарушение нормального режима функционирования в сложной системе не приводит к нарушению функционирова­ния в целом, но снижает эффективность и качество ее работы. Значит, учет случайных факторов при исследовании сложных систем и определении их эффективности играет большую роль. Третье свойство заключается в том, что сложная система обладает свойством иерархичности, т. е. возможностью раз­биения системы на подсистемы. Цели функционирования подсистем подчинены обшей цели функционирования всей системы. Следовательно, сложной системе присуще еще и обобщающее свойство целостности. Данное свойство означает, что изменения, происшедшие с ее элементами, влияют на другие элементы или подсистемы и оказывают влияние на функционирование всей системы. Значит, при изучении сложных систем необходим системный подход, т. е., исследуя какую-то подсистему, мы обязаны учитывать цели функцио­нирования всей сложной системы.

Таким образом, сложная система состоит из отдельных подсистем и является целостным объектом, отдельные части которого функционируют во взаимодействии. С формальной точки зрения любая совокупность элементов системы может считаться подсистемой. В практике исследования выделение подсистемы проводится таким образом, чтобы цели функционирования подсистемы вытекали из целей функциониро­вания системы.

Процесс управления может осуществляться, если подсис­тема состоит из взаимосвязанных и совместно функциони­рующих элементов. Что же собой представляет элемент? Эле­мент системы — это совокупность средств, которая при данном исследовании рассматривается как целое и дальней­шему дроблению не подвергается. Внутренняя структура эле­мента не является предметом изучения. При формализации исследуемого процесса под элементом иногда понимают кол­лектив людей, оператора, руководителя подразделения и т. д.

Даже если с формальной точки зрения это оказывается удоб­ным, понятно, как велико отличие элемента «человеческий коллектив» от элемента «совокупность технических средств».

Участие человека в управлении СУ часто приводит к не­ожиданным результатам. Особенно ярко это проявляется в ава­рийных ситуациях, когда «совокупность технических средств» не в состоянии провести незапрограммированные действия по ликвида

ции аварийной ситуации, а человек-специалист впол­не может справиться с такой задачей.

Расчленение системы на элементы является важным ша­гом при формальном описании системы.


Подсистему можно считать элементом сложной системы.

Благодаря иерархической структуре сложные системы об­ладают большими преимуществами.

Сложность некоторых объектов исключает их изучение в целом. Тогда они расчленяются на конечное число подсистем с учетом связей между ними. Далее слишком сложные под­системы делятся на части. Расчленение ведется до подсистем, не подлежащих дальнейшему дроблению на части в данной задаче, т. е. до элементов.

Качество управления во многом зависит от степени цен­трализации управления, которая определяется иерархической структурой управляемой системы. В народном хозяйстве сте­пень централизации управления меняется в зависимости от сложности, объема и важности решаемых задач.

Четвертое свойство говорит о наличии управления в слож­ной системе. Процесс управления в общем случае включает по­лучение исходной информации о системе и окружающей среде, переработку и преобразование этой информации, выработку управляющего решения, постановку задач дальнейшего функ­ционирования системы и контроль исполнения. Выработка управляющего решения осуществляется на управляющих ЭВМ. Эффективность работы ЭВМ может быть повышена путем подбора лучшей дисциплины диспетчеризации, увели­чения объема и рационального распределения памяти.

Совокупность преобразований, которым подвергается ин­формация, называют оператором обработки информации. Обычно выделяют оператора первичной обработки информа­ции, который осуществляет все этапы ее преобразования, включая запоминание ее в накопителях.

Оператор вторичной обработки включает подготовку ис­ходных данных для принятия решения. Оператор управления включает принятие решения и выработку управляющих ко­манд. Наконец, оператор последующей обработки информа­ции включает подготовку информации для передачи и пере­дачу ее к управляемым элементам системы.

Существуют системы управления, в которых действует принцип самоорганизации. Примером могут служить систе­мы с встроенными устройствами контроля работы отдельных узлов и элементов с автоматическим удалением из системы элементов, не удовлетворяющих техническим требованиям, и устройством включения вместо них исправных резервных элементов; системы с переключающими устройствами, кото­рые при увеличении, например, числа потребителей электро­энергии могут включать дополнительные агрегаты, чтобы обеспечить нормальное питание во всей сети. При этом структура функционирующей системы меняется: вместо од­них элементов включаются другие элементы. В современных вычислительных центрах СУ имеются управляющие програм­мы, которые автоматически перестраивают дисциплину дис­петчеризации в зависимости от характера задач, поступаю­щих для решения.

Характерной чертой управления системой являются само­настройка и самообучение. В самонастройке и самообучении кроме технических средств управления большую роль играют люди. Они приводят в действие все средства системы и управ­ляют ими, определяют цели функционирования подсистем, оценивают степень достижения поставленных целей и ставят новые цели. Участие человека в управлении СУ меняет облик всей сложной системы.

С помощью СУ в первую очередь автоматизируются труд­ные для человека процессы, требующие длительного време­ни. Это процессы сбора, хранения, обновления и обработки информации. Системы, в которых автоматизируются эти че­тыре составные части управления, называются автоматизиро­ванными системами информационного

обеспечения (СИО). Таким образом, СИО — составная часть СУ. Они явились первым этапом на пути создания СУ.

Наиболее ответственной частью управления является про­гнозирование поведения системы в зависимости от различных условий функционирования. На основе прогноза состав­ляется план функционирования системы.

Таким образом, эффективность выработки решения в за­данное время во многом зависит от эффективной организа­ции работы вычислительного центра, где проводится обра­ботка поступающей информации.

Пятое свойство заключается во взаимодействии с внеш­ней средой и функционировании в условиях воздействия слу­чайных факторов. Это свойство подчеркивает то обстоятель­ство, что сложные системы в отличие от абстрактных моделей функционируют в реальных условиях, когда на них оказывает влияние большое число случайных факторов, возникающих как вследствие воздействия внешней среды (например, по­ступление комплектующих элементов от предприятий-смеж­ников на сборочный завод в более поздние сроки, чем пре­дусмотрено планом), так и в результате возмущений внутри самой системы (прибытие нового пополнения работников, не имеющих достаточного опыта работы). Влияние внешних и внутренних случайных факторов сказывается на функциони­ровании элементов и подсистем сложной системы.