Классификация систем. 
Комплексирование технических и биологических элементов в едином контуре управления

Уже со времен К. Бернара в физиологии начал господствовать взгляд на организм как на совокупность сложных взаимосвязанных биологических регуляторов, однако только относительно недавно теория систем и теория автоматического регулирования стали применяться при изучении биологических объектов. Применение идей этих теорий для анализа процессов в живых системах породило новые представления о биологической организации, позволило глубже разобраться в закономерностях эволюционного развития, понять и открыть новые, неизвестные в технике принципы организации очень сложных систем, обеспечивающие высокую надежность выполнения определенных функций в условиях непрерывно и значительно изменяющейся внешней среды. В свою очередь, сведения о биологических системах дали толчок к развитию новых направлений науки и техники — кибернетики, бионики, биотехнических систем.

Любой закон, любая наука в целом есть обобщенная функциональная модель действительности, способная предсказывать поведение реальных объектов в определенном диапазоне условий. Построение моделей, использование функциональных схем и математических соотношений требует точной характеристики и строгого определения понятий.

В литературе встречается более 40 различных определений этого понятия. Все они в зависимости от подхода могут быть разделены на три группы. В первой группе системы рассматриваются как некоторые классы математических моделей. Вторая группа определяет систему через понятия системного подхода — «элементы», «отношения», «связи», «целое», «целостность». В третьей группе система определяется с позиций теории регулирования через понятия «вход», «выход», «переработка информации», «закон поведения», «управление». Наиболее общим и в то же время достаточно простым является следующее определение: система — совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой для выполнения заданных целевых функций.

Любая система характеризуется наличием входов и выходов, элементным составом и структурой, набором параметров, описывающих ее внутреннее состояние, и законом поведения, связывающим выходные сигналы (эффекты, ответы, реакции) с входными (причиной, стимулом, воздействием, возмущением).

Закон поведения системы в общем случае выражается системой нелинейных уравнений вида:

Состояние системы определяется значениями ее характеристических параметров, параметров составляющих ее элементов положением системы в пространстве, а также значениями производных. Эти значения могут изменяться во времени и пространстве, что означает переход системы из одного состояния в другое. Системы, способные изменять состояние под влиянием воздействий, становятся динамическими. Если производные равны нулю, динамическая система переходит в состояние покоя и становится статической. Любую систему можно представить в виде блок-схемы графа, отражающих ее Структуру, т. е. как совокупность выявленных элементов (подсистем) и их взаимосвязей. Переход системы из одного состояния в другое под воздействием внешних или внутренних факторов называется процессом, совокупность процессов составляет сущность управления, при этом управление обязательно предусматривает наличие управляющего канала.

Переход системы в новое состояние может сопровождаться появлением новых связей и исчезновением старых, изменением типа связей, изменением элементного состава системы, который может привести к изменению функции. Все это приводит значительным трудностям при изучении систем, даже при относительно небольшом количестве элементов, содержащихся в системе. Реальные системы трудно объединить в какие-то естественные группы, так как они имеют разную природу и назначение. Можно выделить наиболее общие признаки, позволяющие классифицировать системы и разделить методы их изучения. К этим признакам относятся: сложность систем, использование различных типов входов и выходов; характеристика элементов и типов связей между ними и т. д.

По сложности можно выделить три класса динамических систем:

• ? простые, состоящие из небольшого количества элементов характеризующиеся простым динамическим поведением;
• ? сложные, структура которых отличается разветвленностью, разнообразием связей, но поддается точному описанию;
• ? очень сложные системы, точно и подробно описать которые нельзя.

По характеру поведения различают детерминированные и стохастические системы. Для детерминированных систем точно известен закон поведения, для стохастических можно определить вероятность того или иного ее состояния, той или иной реакции.

Другой принцип классификации систем основан на введении понятий об информационных, энергетических и вещественных входах и выходах, причем под «информацией» в этом случае понимаются сведения, сигналы об окружающем мире, которые воспринимаются системой, или сигналы, которыми обменивается данная система с другими. В этой классификации различают:

• ? информируемые системы, имеющие хотя бы один информационный вход;
• ? информирующие системы, имеющие хотя бы один информационный выход;
• ? информационные системы, имеющие некоторое количество информационных входов и выходов.

Возможна классификация систем по характеристикам элементов, например линейные, нелинейные и гистерезисные системы; по типу связей между элементами — замкнутые, разомкнутые, с непосредственными и опосредованными связями, прямыми и обратными связями и т. д.