Классификация природных систем по Бергаланфи

Берталанфи предложил девятиуровневую классификацию как обычных (физико-химических и техногенных), так и живых систем (табл. 2.1). Типичный пример систем первого уровня - кристаллы. Известно, что кристалл - это твердое тело, атомы или молекулы которого образуют периодическую структуру (кристаллическую решетку). При равновесных условиях образования структура кристаллов имеет форму правильных симметричных многогранников. Основной признак кристаллического состояния вещества - кристаллическая решетка. Другим примером, относящимся к системам первого уровня, может служить анатомическое описание молекулярного строения тканей тела человека.

В системном анализе зафиксированную, физически реализованную и наблюдаемую в пространстве совокупность звеньев системы принято называть морфологией.

Нетрудно отметить, что общий характерный признак систем первого уровня - статичность, т. е. неизменность во времени систем, относящихся к данному уровню.

К системам второго уровня (см. табл. 2.1), описываемым законами классической механики и специальной теории относительности, относят макроскопические системы различного рода: механические устройства, машины, формирующие мир современной техники, а также планеты, космические тела.

Общим и определяющим признаком систем второго уровня является то, что их перемещение во времени и пространстве абсолютно детерминировано (предсказуемо). Следует отметить, что

го

оо

Таблица 2.1. Девятиуровневая классификация систем по Берталанфи

го

со современная нелинейная динамика вносит поправки в традиционное представление о детерминированности динамики макрообъектов этого уровня. Пример системы второго уровня - механический протез конечности (БТС).

Переход на системы третьего уровня отмечен появлением такого элемента, как цепь обратной связи. Именно с третьего уровня системы подразделяются на динамические (исполнительные, силовые, энергетические) и информационные (контролирующие, управляющие) подсистемы. Виды технических устройств, относящихся к третьему уровню, весьма многочисленны и разнообразны - это все типы устройств автоматического регулирования. Пример системы с обратными связями - мини-робот для колоноскопии, который снабжен аппаратурой для визуального наблюдения за состоянием внутренней полости прямой кишки, датчиками сил проскальзывания. В системе имеется визуальная, тактильная и силовая обратная связи с постом оператора, где осуществляется обработка поступающей информации и формирование управляющих сигналов.

К системам четвертого уровня относят биообъекты, представляющие собой открытые системы, отличительным признаком которых является энерго- и массообмен с окружающей средой. В открытых системах возможно возникновение структур и самопроизвольное развитие, направленное в сторону усложнения внутренней организации (<самоорганизации).

На пятом уровне классификации систем по Берталанфи находятся низшие организмы, которые состоят из одной клетки или колонии клеток. Низшие организмы объединяют в классы: сарко- довые, жгутиковые, споровики, инфузории. Берталанфи считал, что теория и модели здесь практически отсутствуют. Однако в настоящее время предложены различные варианты популяционных моделей, которые описывают особенности роста низших организмов (см. гл. 4).

На шестом уровне находятся животные - биосистемы, для которых характерны адаптация, обучение и многоцелевые поведенческие реакции. Адаптацией называется приспособление к изменяющейся среде путем накопления и использования информации. Этот процесс направлен на достижение некоторого оптимального состояния. Одна из моделей адаптирующихся систем - конечный автомат - устройство с конечным множеством внутренних, входных и выходных состояний.

Для систем шестого уровня характерно самообучение как приспособительная реакция, направленная на адаптацию к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. Самообучением называют способность системы под влиянием внешних воздействий улучшать функционирование в соответствии с определенным критерием.

Обучение распознаванию образов находит техническое применение в диагностических БТС. Весьма перспективное направление развития обучаемых (интеллектуальных) технических систем - создание нейронных сетей, использующихся, например, в управлении комплексами экологического мониторинга.

Системы седьмого уровня характеризуются появлением знаковых (семиотических) систем, заданных на множестве объектов - знаков. Каждому знаку соответствует определенное значение, которое может быть как конкретным физическим объектом, так и абстрактным понятием. Системы седьмого уровня применяют для разработки моделей поведения сложных биообъектов.

На восьмом уровне классификации систем находятся социально-культурные системы, человеческие сообщества. Динамику человеческих сообществ невозможно свести к динамике биологических популяций, составляющих их материальную основу. В описание систем седьмого уровня необходимо включать коммуникативные функции, осуществляемые через многообразные информационные связи.

Количественные модели развития различного рода сообществ и социально-культурных систем стали развиваться в самое последнее время («историческая механика»). В основе таких моделей лежит математический и понятийный аппарат нелинейной динамики.

К высшему по классификации Берталанфи девятому уровню относят символьные системы (например, язык). В своей физиологической основе язык выступает как функция второй сигнальной системы. Язык - это знаковая структура любой физической природы, выполняющая коммуникативную и познавательную функции.

Являясь формой существования и выражения мышления, язык определяет формирование сознания (в том числе самосознания). Знаки языка, как и знаки других символьных систем, будучи по своей природе условными по отношению к тому, что они обозначают, связаны с познанием реальной действительности. Язык, как и другие символьные системы, - средство фиксирования и сохранения накопленных в социуме знаний и передачи их от поколения к поколению.

Таким образом, при переходе на более высокие уровни классификации систем возрастает их сложность, появляются обратные связи, обеспечивающие информационные взаимодействия с окружающей средой, формируются процессы структурообразования, самоорганизации и направленного эволюционного развития. Методологическая ценность такого упорядочения типов систем заключается в определении закономерностей последовательного перехода от технических систем к живым системам.

Однако девятиуровневая классификация систем по Берталанфи имеет ряд недостатков, в частности в ней в явном виде не отражены БТС.