2.3. Функціонування системи

Зміни й перетворення, що відбуваються в складних системах, як правило, відразу не вдається подати у формі математичних співвідношень чи хоча б алгоритмів. Тому для того, щоб хоч якось охарактеризувати стабільну ситуацію чи її зміни, використовуються спеціальні терміни, запозичені теорією систем з фізики, біології, філософії, кібернетики та інших наук. Розглянемо основні з цих термінів.

Стан. Поняттям “стан”, зазвичай, характеризують миттєву фотографію, “зріз” системи, зупинку в її розвитку. Його визначають або через вхідні впливи й вихідні сигнали (результати), або через макропараметри, макровластивості системи (тиск, швидкість, температура, уставний фонд тощо). Так, говорять про стан спокою (стабільні вхідні впливи й вихідні сигнали), про стан рівномірного прямолінійного руху (стабільна швидкість) і т. д.

Якщо, розглядаючи елементи ε (компоненти, функціональні блоки), урахувати, що входи можна поділити на ті, що управляють у (контрольовані), і ті, що збурюють х (неконтрольовані), і що виходи (вихідні результати) залежать від ε, у та х, тобто g = f (ε, у, х), то залежно від задачі стан може бути визначено, як [ε, y], [ε, y, g] або [ε, y, x, g].

Поведінка. Якщо система здатна переходити з одного стану до іншого (наприклад, s1 → s2 → s3), то говорять, що вона має певну поведінку. Цим поняттям користуються, коли не відомі закономірності (правила) переходу з одного стану до іншого. Тоді зазначають, що система має якусь поведінку, та з'ясовують її характер, механізми, алгоритми тощо. З урахуванням уведених позначень поведінку можна подати як функцію s_t = f (s_t-1, y, t, x_t).

Рівновага. Поняття рівноваги визначають як здатність системи при відсутності зовнішніх впливів, що збурюють (чи при постійних впливах), зберігати свою поведінку як завгодно довго.

Стійкість. Під стійкістю стану системи розуміють стан, для якого малим змінам зовнішніх впливів відповідають малі зміни вихідних параметрів системи чи її властивостей.

Якщо система, яка була відхилена від рівноваги внаслідок зовнішнього впливу, повертається до неї після усунення збудження, то таку рівновагу називають стійкою, або стабільною. Повернення до цього стану може супроводжуватися коливальним процесом. Якщо ж система продовжує далі відхилятися від рівноваги після зняття зовнішнього впливу, то таку рівновагу називають нестійкою. Виділяють також метастабільну рівновагу. Під нею розуміють рівновагу, що є стійкою при достатньо слабких зовнішніх впливах і нестійкою, якщо сила впливу перевищує певну критичну величину.

З погляду внутрішніх процесів, що відбуваються в системі, яка знаходиться в стані рівноваги, розрізняють глобальну та детальну рівновагу. При детальній рівновазі для кожного процесу, що проходить всередині системи, існує зворотний процес, який повністю компенсує його результати. Наслідком цього є те, що характеристики всіх компонентів системи залишаються незмінними. Можлива ситуація, коли таких зворотних процесів не існує, але характеристики всіх компонентів системи все-таки ж залишаються незмінними внаслідок інших процесів, що відбуваються в системі. У такому разі рівновагу називають глобальною.

З погляду процесів, що відбуваються на межі системи та зовнішнього середовища, розрізняють статичну та динамічну рівновагу. У першому випадку зазвичай вважають, що система не взаємодіє із зовнішнім середовищем. Під динамічною рівновагою розуміють стан, коли така взаємодія є, але процеси, які вона викликає на межі поділу, урівноважують один одного.

Розвиток. Поняття розвитку як і поняття рівноваги та стійкості, характеризує зміну стану системи в часі. Воно допомагає пояснити складні термодинамічні й інформаційні процеси у природі та суспільстві. Дослідженню процесу розвитку, співвідношенню розвитку та стійкості, вивченню механізмів, що лежать у їх основі, приділяють усе більше уваги.

Розрізняють еволюційний та стрибкоподібний (революційний) розвиток. У першому випадку характеристики з часом змінюються повільно, структура системи залишається незмінною. У другому – спостерігаються різкі стрибкоподібні зміни окремих параметрів системи, можуть змінюватися її будова й характер зв’язків між компонентами.

Ще одним із важливих типів розвитку є адаптація. Цим терміном визначають процеси пристосування системи до зовнішнього середовища, унаслідок яких підвищується ефективність її функціонування. Ці процеси можуть супроводжуватися зміною структури та характеристик системи.

Можна також виділити інші класи систем, які розвиваються, котрим притаманні особливі властивості і які потребують розробки й використання спеціальних підходів до їх моделювання.