Проблема сложности является ключевой для системной инженерии и теории систем. Ее исследование началось в середине 60-х годов [57, 66], а к 80-м годам «сложилась специальная научная дисциплина, названная теорией сложности. В 1984 году был основан Институт Санта Фе в Нью-Мексико, а двумя годами позже – Центр изучения сложных систем в университете штата Иллинойс» [72]. Интеграция гетерогенных сложных систем приводит к образованию систем с труднопредсказуемым поведением и неожиданными свойствами, а внесение изменений в процессе эксплуатации постоянно повышает их сложность. Принципы системной инженерии и практика их применения также активно развиваются, отвечая на эти усложнения.

Группы систем, в которых отдельные системы могут существовать автономно – поскольку были разработаны и функционируют независимо друг от друга – и при этом представлять собой полноценную целевую систему, получили название система систем (System of Systems, SoS). Основой для исследований в области SoS являются принципы системной инженерии. Однако ряд существенных особенностей SoS привел к возникновению новой области системной инженерии, которая должна обеспечить управление жизненным циклом системы систем, при том, что каждая составляющая система SoS может находиться на своей стадии жизненного цикла.

Исследования свойств SoS c 1970-x годов [1] проводились индивидуальными исследователями до начала 2000-х годов, когда системы систем стали предметом серьезного внимания ведущих исследовательских организаций [19]. В период 2008–2009 гг. в различных работах, например [33], был представлен ряд определений SoS, не все из которых были положительно приняты мировым сообществом. Современное определение SoS, объединившее более ранние определения различных авторов, дано в глоссарии SEBoK150:

«SoS – это интеграция конечного числа составляющих систем, которые являются независимыми и функционирующими, объединенных в сеть на определенный период времени для достижения определенной высшей цели».

А на десять лет раньше, в 1998 году, были сформулированы [37] базовые характеристики SoS:

1) эксплуатационная независимость отдельных систем – SoS состоит из систем, интегрированных в SoS, независимых и пригодных к работе по отдельности;

2) административная независимость отдельных систем – системы, составляющие SoS, работают независимо ради достижения поставленных перед ними целей, которые могут отличаться от назначенных SoS;

3) территориальная распределенность – системы, входящие в состав SoS, могут находиться далеко друг от друга и обмениваться между собой только информацией;

4) эмерджентное151 поведение – ожидание синергетического эффекта является главной причиной объединения отдельных независимых систем. SoS может создаваться для осуществления цели и выполнения функций, не обязательно свойственных какой-либо из входящих в ее состав систем;

5) эволюционное развитие – входящие в состав SoS системы, их компоненты, структуры, функции и цели изменяются по мере накопления опыта работы с системой.

Причем эксплуатационная и административная независимость определены как две основные отличительные характеристики для применения термина «система систем». Система, которая не проявляет этих двух характеристик, не считается SoS вне зависимости от сложности и географического распределения ее компонентов. Многие авторы [19] объединяют эти две характеристики, говоря об автономности как способности составляющих SoS систем делать независимый выбор, включая административную и эксплуатационную независимость. При этом эмерджентность также рассматривается как неотъемлемая характеристика SoS, ради которой, собственно, и объединяются составляющие системы. Однако SoS могут проявлять не только предсказуемую эмерджентность: в силу автономности составляющих систем возможно возникновение непредвиденных последствий и нежелательного поведения. Своевременное выявление и пресечение такой непредвиденной эмерджентности является важной задачей системной инженерии SoS.

Характеристика автономности определяет, по нашему мнению, принципиальное отличие системы систем от системы из подсистем, которое состоит в том, что у каждой системы в SoS есть свой владелец («хозяин»), тогда как у системы из подсистем есть только один владелец («хозяин») всей системы. Это свойство (наличие владельца системы), которое традиционно не учитывается в теории систем (как системы из подсистем), вносит новое качество на различных уровнях. Например, для ведомственной системы владельцем может быть ведомство (заказчик или оператор), для web-приложения – провайдер сервиса, для средства обеспечения доступа – пользователь.

Нужно отметить, что три приведенные выше ключевые характеристики – эксплуатационная и административная независимость, а также эмерджентность – закреплены новой (действующей) редакцией международного стандарта по системной инженерии ГОСТ Р 57193–2016 [15н]. Причем стандарт также обращает внимание на сложную динамику взаимодействия составляющих систем, которая может приводить к непредсказуемой эмерджентности: «Главной характеристикой SoS являются неожиданные случаи, т. е. непредвиденные эффекты на уровне SoS, отн сенные к сложной динамике взаимодействия составляющих систем. В SoS составляющие системы преднамеренно рассматриваются в их комбинации с тем, чтобы получить и проанализировать результаты, невозможные к получению от единичных систем. Сложность составляющих систем и факт того, что они, возможно, были разработаны безотносительно к их роли в SoS, может привести к новым, неожиданным поведениям. Определение и обращение к непредвиденным эмерджентным результатам – это особенная сложная проблема в инженерии SoS».

Кроме приведенных выше характеристик, многие исследователи [19] считают важными также следующие характерные особенности SoS:

• Принадлежность – составляющие системы имеют право и возможность выбирать принадлежность к SoS исходя из собственных потребностей. Существование SoS повышает значимость цели составляющей системы, возвеличивает роль этой системы, поскольку ее принадлежность делает достижение общей цели SoS более быстрым и эффективным.

• Связанность – возможность оставаться подключенными к другим составляющим системам. Необходимо создание связанности, или, другими словами, достижение интероперабельности между унаследованными системами и, возможно, добавленными новыми системами в SoS.

• Разнообразие – свидетельство явной гетерогенности. SoS должна быть, по необходимости, весьма разнообразной по своим возможностям по сравнению с довольно ограниченным функционалом составляющих систем. Существует фундаментальное различие между основанной на требованиях, управляемой конструкцией обычной системой для определенной предметной области и основанной на возможностях SoS, которая должна проявлять значительное разнообразие функций как необходимый ответ на высокую изменчивость потребностей, постоянные неожиданности и деструктивные новации.

Со временем было предложено добавить еще две важных характеристики SoS:

1. «Самоорганизация. SoS имеет динамическую организационную структуру, способную реагировать на изменения в окружении и изменения поставленных целей и задач.

2. Адаптация. Как и развивающаяся организация, сама структура SoS может быть динамичной и реагировать на внешние изменения и восприятие среды» [61].

Следует обратить внимание, что SoS необязательно формируется на постоянной основе, она может быть необходима для интеграции систем и сетей с какими-либо конкретными целями и на определенный период. Причем способы организации совместной работы систем, входящих в SoS, могут существенно различаться.

В 2008 году Министерство обороны США выпустило руководство по системной инженерии специально для SoS [46], в котором (со ссылкой на работы ряда исследователей [37, 10]) было выделено четыре категории подобных систем: