1.2.3. Понятия, связанные с функционированием и развитием систем

С понятием жизненного цикла связаны понятия «функционирование» и «развитие» системы.

Понятие «состояние». Фукционирование системы обычно связывают с процессами², протекающими в системе и изменяющими некоторые из её характеристик, называемых состояниями, и обозначаемых как s_i, i=1, 2, …k (где символ s происходит от англ. state – состояние). Состояния системы определяют либо через выходные результаты базовых (например, производственных) процессов, протекающих в системе, либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение, производительность производственных процессов и т.д.).

Системы, не меняющие своё состояние, называют статическими. О таких системах говорят, что они находятся в состоянии покоя (стабильные входные воздействия и выходные сигналы, не меняющиеся во времени характеристики, связанные с состоянием системы, т.е. функция s не зависит от времени). В динамических системах состояние становится функцией времени s(t), т.е. параметры состояния начинают изменяться во времени, становясь процессами, которые определяют динамику поведения системы.

С понятием состояния в теории систем связаны такие понятия как ситуация, проблема и поведение.

Ситуацией – называют совокупность состояний системы и среды в один и тот же момент времени.

Проблема – это несоответствие между существующим (текущим) и требуемым (целевым) состоянием системы при данном состоянии среды в рассматриваемый момент времени (s_тек  s_цел).

Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, s₁, s₂ s₃  ... ), то говорят, что она обладает поведением. Заметим, что изменчивость состояния во времени характерна для динамических систем, когда состояние есть функция временного аргумента s(t). При этом, если состояние меняется скачками в отдельные моменты времени (рис. 11а), то систему называют дискретной. Если же состояния изменяются непрерывно, то система называется непрерывной (рис. 11б). Существуют и смешанные дискретно-непрерывные системы, состояния которых меняется то скачками, то – непрерывно.

а б

Рис. 11. Функция состояния непрарывных (а) и дискретных (б) систем

Рассматривая элементы a_i самого общего определения системы (S= <A, R>) как «чёрные ящики» (поскольку они считаются неделимыми на более мелкие компоненты) с управляющими (y(t)) и возмущающими (неконтролируемыми) входами (x(t)) и выходом g(t) = f(a(t), y(t), x(t)) (рис. 12), то в зависимости от задачи состояние элемента а может быть определено как {а(t), y(t)}, {а(t), y(t), g(t)} или {а(t), y(t), х(t), g(t)}.

x(t)

y(t) g(t)

Рис. 12. Абстрактная модель элемента a некоторой системы

С учетом введенных обозначений поведение системы можно представить как функцию состояния, определяемую состоянием в предшествующий момент времени:

s(t) = [s(t - 1), y(t), x(t)]

Р авновесие. Понятие равновесие определяют как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия.

Устойчивость. Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних (или в системах с активными элементами - внутренних) возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном у(t) только тогда, когда отклонения не превышают некоторого предела.

С остояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия. Возврат в это состояние может сопровождаться колебательным процессом. Соответственно в сложных системах возможны неустойчивые состояния равновесия.

Равновесие и устойчивость в экономических системах, несмотря на кажущуюся аналогию с техническими, - гораздо более сложные понятия, и ими можно пользоваться в основном как некоторыми аналогиями для предварительного описания поведения системы.

Развитие – это процесс совершенствования, улучшения параметров, функций и поведения (деятельности) динамических систем. Это понятие помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе. Исследование процесса развития, соотношения развития и устойчивости, изучение механизмов, лежащих в их основе, - наиболее сложные задачи теории систем. Существует особый класс развивающихся (самоорганизующихся) систем, обладающих особыми свойствами и требующих использования специальных подходов к их моделированию.

В самоорганизующихся, развивающихся системах говорят о динамическом равновесии, и устойчивость можно условно представить состоянием равновесия как бы "на ступеньке" (рис. 16). Внешнее воздействие может либо вывести систему на более высокий уровень, либо "столкнуть" ее на более низкий.