5.6.1. Замкнутые и открытые системы управления

5.6.1. Замкнутые и открытые системы управления

В отношении некоторых системных определений, порождённых системой MEST, между различными научными сообществами существуют определённые разногласия[143]. Одним из «подводных камней» в понимании специалистами разных профилей друг друга является наиболее часто используемое в классической теории управления различие в определении систем как «замкнутых», «закрытых» и «открытых».

В физике система считается замкнутой, если в неё не поступают и из неё не выделяются ни вещество, ни энергия, ни информация (рис. 5.12а), а открытые системы постоянно обмениваются веществом, энергией или информацией со средой (рис. 5.12б).

Рис. 5.12. Некоторые различия в классических описаниях систем

Что касается теории управления и информатики, то в ней чаще всего соседствуют следующие определения:

– Замкнутой принято называть систему, в которой СУ осуществляет управление (ПС) тем же самым ОУ, от которого СУ получает информацию (ОС). Иначе говоря, замкнутая система – это система с обратной связью [53, 357], т. е. объект (ОУ), находящийся в среде, и субъект управления (СУ) связанны друг с другом цепями ПС и/или ОС (рис. 5.12б). Таким образом, в отличие от определения физиков, в теории управления замкнутая система, во-первых, может находиться во взаимодействии с внешней средой и, во-вторых, содержит хотя бы одну учитываемую связь (U-поток) между ОУ и СУ.

– Открытая система в теории управления может подразумевать отсутствие некоторых связей между ОУ и СУ, но в этой системе обязательно наличествует хотя бы один контур обмена информацией с внешним миром (рис. 5.12в), т. е. это система, взаимодействующая с внешней средой [53, 361].

– Закрытой принято называть систему, не удовлетворяющую стандартам открытых систем [53, 357].

По сравнению с традиционным описанием универсумная типология систем, интегрантов и суперсистем выглядит проще, поскольку свойство транспарентности U-потоков, проходящих через ОУ (рис. 5.13а), позволяет определить понятия замкнутой и открытой системы более просто (рис. 5.13б):

1) «Закрытая система» – это совокупность элементов, составляющих универсум, связей и U-потоков между ними, занятая реорганизацией своих внутренних структур без учёта непосредственного влияния внешней среды, т. е. в закрытой системе решается задача внутренней реорганизации» и/или самоуправления, для чего необходимо использование контурных прямых (КПС) и обратных (КОС) связей.

Здесь в акценте на воздействиях внешней среды нет необходимости, хотя её опосредованное влияние на реорганизацию универсумных структур присутствует всегда, просто чаще всего оно носит отсроченный характер. Так, например, накопление студентом знаний (S, ОС) в определённой области далеко не всегда вызывает срочную, оперативную реакцию (ПС, R), а выступает как последействие уже тогда, когда он сдаёт экзамен. Только при обдумывании, систематизации (и даже при забывании) ранее полученной информации человек ведёт себя как закрытая система, в остальных случаях он является открытой системой.

Рис. 5.13. Понятия открытости и закрытости супер/систем а) свойство транспарентности; б) типология U-потоков

2) «Открытая система» – универсум, определённым образом реагирующий (R) на полученные из внешнего мира стимулы (S), т. е. принимающий управляющее воздействие из внешней среды и/или способный оказать управляющее воздействие на внешнюю среду, т. е. в открытой системе решается задача управления (взаимодействия) с внешней средой».

Что касается универсумного подхода в определении замкнутых и незамкнутых систем, то он опирается на тот факт, что часто универсумы рационально рассматривать с точки зрения процессов протекания U-потоков. Поэтому термин «замкнутая система» следует отнести к системам, имеющим только замкнутые контуры протекания исследуемых внутренних и/или внешних U-потоков. Размыкание хоть одного контура U-потока позволяет именовать систему «незамкнутой» (или «разомкнутой»). Можно обратить внимание, что речь идёт именно об исследуемом подмножестве U-потоков, а не о всей их полноте, существующей в универсуме.

Примеры закрытой замкнутой системы (рис. 5.14а) – кровеносная система, включающая сосуды и все типы клеток, циркулирующих в них; автономная денежная система государства со своим центральным банком; локальная компьютерная сеть без выхода в Интернет.

Примеры закрытой незамкнутой системы (рис. 5.14б) – кровеносная система, содержащая тромб(ы); автономная денежная система государства со своим центральным банком, не избавившаяся от фальшивомонетчиков; локальная компьютерная сеть без выхода в Интернет с частичным ограничением на доступ к своим данным.

Рис. 5.14. Сочетания закрытых, открытых, замкнутых и незамкнутых систем

Пример открытой замкнутой системы (рис. 5.14в) – кровеносная система, включающая сосуды и все типы клеток, циркулирующих в них, учитывающая контуры обмена веществами (кислород – углекислый газ, обмен химическими соединениями) с другими системами живого организма; денежная система государства со своим центральным банком, допустившим в денежный оборот своего государства валюты других государств и самостоятельно регулирующая обменный курс; локальная компьютерная сеть с выходом в Интернет без ограничений доступа.

Пример открытой незамкнутой системы (рис. 5.14 г) – кровеносная система, имеющая физические повреждения (разрывы) сосудов; денежная система страны, подчиняющаяся внешнему центральному банку, запустившему в денежный оборот этого государства валюты других государств и регулирующему их обменный курс; локальная компьютерная сеть с выходом в Интернет с частичным ограничением на доступ к данным каких-либо сайтов.

Таким образом, термины «Закрытость-Открытость» относятся к процессам взаимодействия с внешней средой, а термины «замкнутость» и «не замкнутость» к состоянию не/разрывности контуров протекания рассматриваемых U-потоков.

Следует отметить, что в универсумном описании прямая связь ПС является качественно нисходящим (её правильно было бы называть нисходящей прямой связью), а обратная связь ОС – качественно восходящим U-потоком (восходящей обратной связью)[144].

Для U-потоков, протекающих во внутренних U-контурах, представлены соответствующие контурные КПС и КОС, U-потоки которых носят преимущественно количественный характер. Согласно этому описанию любой универсум также можно рассматривать как:

– систему управления закрытого типа – в случае рассмотрения только U-потоков реорганизации внутренних структур;

– систему управления открытого типа – в случае непосредственного учёта в системе действия внешних U-потоков S и R типов.

Внутренняя реорганизация – это процесс замыкания U-потоков «в себе»[145], т. е. осуществление процесса самоорганизации и/или решение задачи самоуправления. Работа с внешней средой самоуправляющейся системы – это решение задачи управления.