Модели систем

Цели, которые ставит перед собой человек, редко достижимы только за счет его собственных возможностей или внешних средств, имеющихся у него в данный момент. Такое стечение обстоятельств называется проблемной ситуацией. Примером такой ситуации, требующей создания информационных систем, является случай, когда на крупных предприятиях обычные способы сбора и обработки первичных данных не обеспечивают необходимой полноты и оперативности контроля производственных показателей. В конечном итоге, это значительно снижает экономическую эффективность и качество принимаемых инженерных и управленческих решений.

Осознание объективных противоречий, неразрешимых в рамках существующего положения, является исходным толчком к выявлению новых, более эффективных средств решения этой проблемы и формулировке соответствующих целей. Цель - это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему.

Все последующие действия, направленные на отбор из окружающей среды объектов, свойства которых можно использовать для достижения цели, и на объединение этих объектов надлежащим образом, представляют собой работу по созданию того, что называют системой. Другими словами, система есть средство достижения цели. Это и есть первое определение системы.

В инженерно-технической и экономической практике момент постановки целей (формулировки технического задания) — один из важнейших этапов создания систем. Специалисты отдают себе отчет в сложности этого этапа и на деле сугубо формально трактуют его результат только тогда, когда наступает юридическая ответственность за неудачу. Обычно же цели последовательно уточняются с многократными изменениями и дополнениями.

Первое определение (искусственной) системы как " средство достижения цели" выдвигает на первый план целевую подчиненность всех сторон организации системы. Однако даже на простых примерах обнаруживаются сложности: соответствие между целями и системами не всегда однозначно (одна система может быть связана с несколькими целями, одной цели могут отвечать разные системы) и не всегда очевидно (выявить действительные цели существующей системы непросто). Тем не менее, целевая предназначенность системы ‑ ее исходное, главное свойство.

4.1 Модель " черного ящика"

Важную роль при анализе сложных проблем играют наглядные, образные, визуальные модели. Перейдем от первого определения системы к его визуальному эквиваленту.

Во-первых, приведенное определение ничего не говорит о внутреннем устройстве системы. Поэтому ее можно изобразить в виде непрозрачного " ящика", выделенного из окружающей среды. Уже эта максимально простая модель по-своему отражает два следующих важных свойства системы: целостность и обособленность от среды.

Во-вторых, в определении системы косвенно говорится о том, что хотя " ящик" и обособлен, выделен из среды, но не является полностью от нее изолированным.

В самом деле, ведь достижение цели — это запланированные заранее изменения в окружающей среде, какие-то продукты работы, предназначенные для потребления вне системы. Иначе говоря, система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на среду.

Графически связи изображают в виде стрелок, направленных от системы в среду. Эти связи называются выходами системы. Выходы системы в данной графической модели соответствуют слову " цель" в словесном определении модели системы.

Кроме того, в определении имеется указание и на наличие связей другого типа: система является средством, поэтому должны существовать и возможности ее использования, воздействия на нее, т.е. и такие связи со средой, которые направлены извне в систему. Эти связи изображают в виде соответствующих стрелок, направленных от среды в систему, и называют входами системы.

Рис.4.1. Модель " черного ящика"

Результатом является модель системы, которая получила название черного ящика. Это название образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании " ящика". В этой модели задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой. Даже " стенки ящика", т.е. границы между системой и средой, в этой модели обычно не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими. Такая модель, несмотря на внешнюю простоту и на отсутствие сведений о внутренности системы, часто оказывается полезной на практике.

Во многих случаях достаточно содержательного словесного описания входов и выходов, тогда модель " черного ящика" просто является их списком. Например, бытовая модель телевизора такова: входы — шнур питания, антенна, ручки управления и настройки; выходы — экран кинескопа и звуковые динамики. В других случаях требуется только количественное описание некоторых или всех входов и выходов.

Для максимальной формализации модели " черного ящика", необходимо задать два множества X и Y входных и выходных переменных, но никаких других отношений между этими множествами фиксировать нельзя (иначе это уже будет не " черный", а прозрачный ящик).

Множественность входов и выходов. Построение модели " черного ящика" не является тривиальной задачей, так как на вопрос о том, сколько и какие именно входы и выходы следует включать в модель, ответ не прост и не всегда однозначен. Главной причиной множественности входов и выходов в модели " черного ящика" является то, что всякая реальная система, как и любой объект, взаимодействует с другими объектами окружающей среды практически неограниченным числом способов.

Строя модель системы, из этого бесчисленного множества взаимосвязей отбирают для включения в список входов и выходов конечное их число. Критерием отбора при этом является целевое назначение модели, существенность той или иной связи по отношению к заданной цели. Те, что представляются существенными, важными, включают в состав модели. И наоборот ‑ те, что несущественны, неважны, — в модель не включаются.

Именно здесь возможны ошибки. То, что в модели не учитываются, исключаются из рассмотрения некоторые связи, не лишает их реальности, они все равно действуют независимо от нашей воли. Нередко оказывается, что казавшиеся несущественными или даже неизвестные связи на самом деле являются важными и должны учитываться.

Особое значение это обстоятельство имеет при задании цели системы, т.е. при определении ее выходов. Оно относится и к описанию существующей системы по результатам ее обследования, и к проекту пока еще не существующей системы. Реальная система неизбежно вступает во взаимодействия со всеми объектами окружающей среды, поэтому необходимо как можно раньше, лучше всего еще на стадии построения (проектирования) модели, учесть все наиболее важное. В результате главную цель приходится сопровождать, уточнять заданием дополнительных целей, ограничений.

Следует подчеркнуть, что невыполнение дополнительных целей может сделать ненужным и даже вредным или опасным достижение основной цели. Этот факт заслуживает особого внимания, так как на практике часто обнаруживается незнание или недооценка важности указанного положения. Между тем оно является одним из центральных во всей науке, называемой системология.

Модель " черного ящика" часто оказывается не только очень полезной, но в ряде случаев единственно применимой при изучении систем. Например, при исследовании психики человека мы лишены возможности вмешательства в систему. Также при проведении исследований, в результате проведения которых нужно получить данные о системе в обычной для нее обстановке, следует специально заботиться о том, чтобы измерения как можно меньше влияли на саму систему.

Другая причина того, что приходится ограничиваться только моделью " черного ящика", — действительное отсутствие данных о внутреннем устройстве системы. Тогда простота модели " черного ящика" обманчива. Всегда существует опасность неполноты составления перечня входов и выходов как вследствие того, что важные из них могут быть сочтены несущественными, так и в силу неизвестности некоторых из них в момент построения модели.