Сложность систем.

Необходимо уточнить понятие сложности системы. Выше мы видели, что нарастание сложности систем происходило в основном за счёт нарастания сложности блока управления. Сложность элементов исполнения при этом могла быть самой примитивной, несмотря на то, что блок управления при этом мог быть очень сложным. Система могла содержать только один тип СФЕ и даже всего одну СФЕ, т.е., быть монофункциональной. Но при этом она могла очень точно выполнять свои функции, с учётом внешней ситуации и даже с учётом возможности появления новых ситуаций, если у неё был достаточно сложный блок управления.

Когда анализируют сложность системы с позиций кибернетики, теории связи, информодинамики и т.д., обсуждают сложность именно блока управления, а не сложность системы. Отметим, что независимо от степени сложности системы в ней существует два потока активности – поток информации и поток целевых действий системы. Поток информации проходит через блок управления, а поток целевых действий – через элементы исполнения. Термодинамика рассматривает поток целевых действий, а кибернетика и информодинамика рассматривают только особенности потоков информации, проходящих через блоки управления. В данной книге мы не будем дополнительно рассматривать все вопросы кибернетики и информодинамики, потому что часть этих вопросов мы уже рассмотрели, а остальная часть не имеет отношения к нашей теме. Интересующихся отправим к первоисточникам [24, 27].

Тем не менее, понятие сложности может также касаться и потоков целевых действий систем. Существуют моно- и многофункциональные системы. Вообще говоря, нет многоцелевых, а есть только моноцелевые системы, хотя понятие «многоцелевая система» и используется. Например, говорят, что такой-то истребитель-бомбардировщик является многоцелевым, потому что он может и бомбить, и другие самолёты сбивать. Но всё равно у него есть только одна генеральная цель – уничтожать объекты противника. Только у данного истребителя-бомбардировщика возможностей больше, чем у просто истребителя или просто бомбардировщика. Следовательно, понятие сложности касается только числа и качества действий системы, которые определяются числом уровней её иерархии, но не числа её элементов (см. ниже). Динозавры были намного крупнее млекопитающихся (имели больше элементов), но были гораздо проще устроены.

Простейшей системой является СФЕ. Она очень грубо выполняет свои функции, поскольку срабатывает по закону «всё или ничего» и её действия наиболее примитивные.

Любая СФЕ является простейшей неполноценной системой и её неполноценность проявляется в том, что такая система может обеспечить только определённое качество результата действия, но не может обеспечить его оптимальное количество. Различные СФЕ могут различаться по результатам своих действий (разнотипные СФЕ), могут и не различаться (однотипные СФЕ). Но все они работают по закону «всё, или ничего». Т.е., результат её действия не имеет градаций, он либо нулевой (не активная фаза), либо максимальный (активная фаза). СФЕ либо максимально реагирует на внешнее воздействие (результат действия максимальный – всё) и нет градаций результата действия, либо ожидает внешнее воздействие и результат её действия нулевой (ничего). Каждый результат действия СФЕ является квантом (неделимой порцией) действия.

Саркомер, лиганда гемоглобина, нефрон почек, ФЕВ системы внешнего газообмена – примеры простейших систем.

Монофункциональные системы обладают только одним видом результата действия, который определяется типом их СФЕ. Они могут содержать любое количество СФЕ, от одного до максимального, но в любом случае это должны быть однотипные СФЕ. Отличие от простейшей системы только в градации количества результата действия (отличие количественное). Монофункциональная система может выполнять свои функции уже более точно, чем СФЕ, поскольку её действия имеют ступеньки градации функций. Точность выполнения функции зависит от величины действия её одиночных СФЕ, от глубины ООС и от типа её блока управления, а мощность – от числа СФЕ в системе. Чем «мельче» СФЕ, тем больше возможная точность. Чем больше число СФЕ, тем больше мощность.

Таким образом, если состав исполнительных элементов системы (состав СФЕ) однотипный, то она монофункциональна и является простой системой. Но при этом её блок управления может быть, например, сложным. В этом случае система является простой со сложным блоком управления.

Например, каждый саркомер миоцита – это мышечная СФЕ. Он срабатывает по принципу «всё или ничего», но его результат действия мизерный. В мышце есть много сотен тысяч саркомеров. Соответственно мышца намного сильнее одиночного саркомера и у неё очень много ступенек градаций. Настолько много, что практически невозможно заметить эти ступеньки градаций силы сокращения. Но мышца как сократительный элемент является монофункциональной системой, поскольку её основная функция – только сокращение.

Многофункциональная система – это система, которая содержит больше одного типа монофункциональных систем. Она обладает многими видами результата действия и может выполнять несколько различных функций (много функций). Но любую сложную систему можно разложить на несколько простых систем, которые мы уже рассмотрели выше. Отличие многофункциональной системы от монофункциональной в том, что монофункциональная система состоит из самой себя и включает в себя однотипные СФЕ, а сложная – из нескольких монофункциональных систем с другими типами СФЕ. Причём этими несколькими простыми системами управляет один общий для них блок управления любой степени сложности.

Например, многофункциональная система обмена метаболических газов (СОМГ) содержит одну монофункциональную подсистему внешнего газообмена (содержит только один тип СФЕ – функциональные единицы вентиляции, ФЕВ) и одну многофункциональную систему кровообращения (содержит несколько типов СФЕ – саркомеры, функциональные единицы перфузии, гемоглобин, бикарбонаты).

При этом, хотя мы и говорим, что СВГ – это монофункциональная система, но по сути она также является многофункциональной, потому что включает в себя множество различных сервисных подсистем, которые обслуживают её основную функцию. Для нормальной вентиляции ФЕВ (лёгких) необходимо очистить и согреть вдыхаемый воздух (привести его в необходимую кондицию), распределить его по соответствующим ФЕВ и т.д. Но без ФЕВ для самой СОМГ все эти сервисные подсистемы не нужны. Именно ФЕВ определяют основную функцию СВГ, в этом смысле СВГ является монофункциональной системой.

Система кровообращения содержит несколько монофункциональных подсистем, каждая из которых содержит свои однотипные СФЕ. Т.е., сложная многофункциональная система всегда состоит из нескольких простых моно-функциональных подсистем, содержащих свои однотипные СФЕ.