Статическая и динамическая сложность

В математической теории различают два основных вида сложности: статическую и динамическую.

Под статической сложностью понимают количество объектов, входящих в систему, и количество связей между ними.

Динамическая сложность учитывает изменяющиеся с течением времени процессы, происходящие в системе (между составляющими объектами) и с ее участием.

Для иллюстрации можно привести пример военного или гражданского самолета, который состоит из сотен тысяч, а иногда и миллионов комплектующих. Спроектировать такую инженерную систему, обеспечив пространственное размещение и крепление комплектующих друг к другу, — задача сама по себе почти нереализуемая. Но после ее первичного решения необходимо обеспечить взаимодействие всех подсистем в условиях полета в различных скоростных режимах в присутствии разнообразных дестабилизирующих факторов (температура, пыль, электромагнитные излучения, химический состав воздуха, боевое противодействие и т. п.).

Эмергентные свойства

Дополнительную проблему в анализе и проектировании сложных систем представляет то, что при объединении (взаимодействии) двух или нескольких систем объединенная система получает набор свойств и параметров, не являющийся суммой параметров и свойств вошедших систем. Ни электронная управляющая система, ни корпус, ни реактивный двигатель ракетного носителя по отдельности не способны выйти на околоземную орбиту. Только их корректное совмещение обеспечивает получение необходимых рабочих свойств.

Еще более красноречивую иллюстрацию предоставляет организм человека — какой из органов позволяет создавать произведения искусства?

Такие «возникающие» свойства систем называют эмергентными. Часто из наличия данных свойств выводят определение системы как сущности, состоящей из множества элементов, которые при корректном объединении обеспечивают проявление новых значимых «системообразующих» свойств.

Часто в инженерной практике встречается обратная ситуация, когда в результате совмещения эффективно функционирующих подсистем нарушается корректное функционирование.

Например, спроектированное и оттестированное танковое орудие полностью соответствует техническому заданию. Испытания на стенде пройдены успешно. Та же ситуация имеет место для корпуса и ходовой подсистемы, которые тестировались с размерным и весовым имитатором орудия, но при установке орудия на корпус и попытке стрельбы на ходу перпендикулярно движению произошло опрокидывание.

Подобные случаи выявляются при так называемых комплексных испытаниях. Испытания подсистем по отдельности называются частными и обычно рассматриваются как предварительные.

Схожие проблемы присутствуют при создании автоматизированных систем, которые в качестве систем управления отражают на логическом уровне сложность систем внешнего физического мира и дополняются сложностью поддерживающих электронных систем. При этом многие электронные элементы к настоящему времени за счет миниатюризации и высоких частот уже работают в рамках квантовой физики, которая описывается нечеткой вероятностной логикой.