Глава 6. Статические модели

Разобравшись в классификации существующего инструментария построения моделей систем, остановимся на классификации самих моделей. При ближайшем рассмотрении оказывается, что при всем невообразимом многообразии реальных систем и внушительном многообразии инструментальных средств моделирования принци­пиально различимых типов моделей систем очень немного: модель «черного ящика», модель состава и структурная модель, или модель «белого ящика». Это в одинаковой степени относится как к стати­ческим моделям, отображающим фиксированное состояние систе­мы, так и к динамическим моделям, отображающим характер взаи­модействия элементов исследуемой системы между собой и с внешней средой.

В этой главе рассмотрим основные типы статических моделей.

6.1. Модель «черного ящика»

Модель «черного ящика» является простейшим отображением реальной системы (некоторого фрагмента реального мира), в кото­ром полностью отсутствуют сведения о внутреннем содержании этого фрагмента, а задаются только входные и выходные связи сис­темы со средой (рис. 6.1). Даже «стенки ящика», т.е. границы между системой и средой, в этой модели обычно не описываются, а лишь подразумеваются. Такая модель, несмотря на внешнюю простоту и отсутствие сведений о внутренности системы, часто оказывается очень полезной, а иногда и единственно возможной.

Например, при исследовании элементарных частиц, изучении влияния лекарства на живой организм, определении последствий воздействия человека на природу, анализе возможностей влияния на экономическое развитие суверенного государства и т.д. мы ли­шены возможности прямого вмешательства в исследуемую систему и иначе чем через фиксацию ее взаимодействия с внешней средой по входам и выходам не сможем составить представление о систе­ме, процессе или явлении.

Бросающаяся в глаза внешняя простота модели «черного ящи­ка» очень обманчива. Кажется, просто перечисли входы-выходы системы — и модель готова. Но как только это потребуется сделать для конкретной системы, исследователь сталкивается с множеством трудностей. Проиллюстрируем это на примере.

Пример. Попробуем перечислить входы-выходы системы «легковой автомобиль».

Поскольку целевое назначение автомобиля заключается в пере­мещении его владельца в пространстве (хотя не исключены и по­бочные цели — автомобиль как признак успешности, престижа, элемент роскоши и т.д.), с входом в систему необходимо увязать все воздействия, подталкивающие ее к цели. Поэтому очевидно, что в качестве входов в первую очередь следует выделить те элементы, посредством которых осуществляется управление автомобилем во время движения:

• Руль;

• педаль сцепления;

• педаль газа;

• педаль тормоза;

• рычаг переключения передач;

• переключатель поворотов;

• переключатель освещения дороги;

• ручку ручного тормоза;

• стеклоочистители.

Затем, учитывая, что двигаться может только исправный и за­правленный автомобиль, в список входов включим элементы, по­средством которых осуществляются регулировка и заправка автомо­биля в стационарных условиях:

• регулировочные винты схода-развала;

• ручку регулировки интенсивности освещения;

• отверстия для подкачки колес;

• заправочные отверстия;

• точки смазки;

• отверстия для заливки стеклоочистителя.

Нельзя не учитывать входы автомобиля в буквальном смысле слова:

• дверь салона;

• крышку багажника;

• крышку капота;

• крышку заправочного отверстия.

Следует зафиксировать и элементы, посредством которых по­ступает информация водителю и пассажирам:

• лобовое; заднее и боковые стекла;

• зеркала заднего вида;

• сигнализацию критического приближения к препятствию при заднем ходе;

• индикатор скорости (спидометр);

• индикатор уровня масла в картере двигателя;

• индикатор температуры двигателя;

• часы.

Не следует, наверно, забывать и о входах, обеспечивающих комфорт водителя и пассажиров:

• кнопках радиоприемника (телевизора, дисковода);

• кнопках кондиционера;

• ручках стеклоподъемников;

• источнике приятного запаха.

Не последнюю роль в движении автомобиля играет поверх­ность, по которой он движется: по-разному приходится действовать водителю при езде по асфальту, песку, гололеду, ухабам и заболо­ченной местности. Следовательно, необходимо добавить к списку входов:

• механическое воздействие грунта на колеса;

• аэродинамическое сопротивление воздуха.

Нельзя пренебречь и средствами безопасности, которыми обо­рудован современный автомобиль:

• пристяжными ремнями;

• аварийной сигнализацией;

• знаком аварийной остановки;

• огнетушителем.

А разве не влияют на автомобиль:

• электрические и магнитные поля;

• гравитационное поле Земли;

• погодные условия?

Приведенный список входов системы «автомобиль» далеко не исчерпан и при желании может быть продолжен.

То же самое можно продемонстрировать, перечисляя выходы этой системы. Учитывая, что выходы соответствуют конкретизации цели, фиксируем в качестве основного выхода готовность автомо­биля движению в любое время.

Принимая во внимание, что сформулированная таким образом цель относится ко всем автомобилям, в конкретизацию цели внесем следующие добавления:

• наличие салона для четырех пассажиров;

• малолитражность;

• повышенную комфортность.

Далее, представив себе условия эксплуатации автомобиля, мо­жем добавить:

• герметичность салона (пыле- и влагонепроницаемость);

• обычную проходимость;

• достаточную прочность;

• легкость управления.

Можно еще расширить круг требований к автомобилю, вклю­чив в него некоторые маркетинговые характеристики:

• соответствие цены покупательной способности потенциаль­ных потребителей;

• соответствие климатическим условиям конкретного терри­ториального рынка;

• соответствие «духу времени» и т.д. ♦

Рассмотренный пример свидетельствует о том, что построение модели «черного ящика» не является тривиальной задачей, так как на вопрос, сколько входов-выходов следует включать в модель и какие именно, ответ непрост и не всегда однозначен.

Главной причиной множественности входов и выходов в моде­ли «черного ящика» является то, что всякая реальная система взаимодействует с объектами окружающей среды неограниченным числом способов. Занимаясь построением модели «черного ящи­ка», системный аналитик из этого бесчисленного множества свя­зей отбирает конечное их число для включения в списки входов и выходов. Критерием отбора при этом является целевое назначение модели. То, что существенно и важно для достижения цели, вклю­чается в модель, то, что несущественно или не важно, — не включается

Именно здесь, на этапе отбора существенных характеристик системы для включения в модель, возможны ошибки. Тот факт, что мы не учитываем в модели (исключаем из рассмотрения) не- которые связи, не лишает их реальности. Они все равно

существуют и оказывают воздействие на исследуемую систему. Нередко оказывается, что казавшийся несущественным или неизвестный для нас фактор на самом деле является важным и должен учиты­ваться в модели.

На ранних стадиях исследования системы иногда затруднитель­но определить, относится обнаруженная связь со средой к входам или к выходам. В первую очередь это касается исследования при­чинно-следственных связей между процессами, протекающими в системе, когда трудно определить, что есть причина, а что — след­ствие (или, возможно, и то, и другое являются следствием нена­блюдаемой причины). В таких случаях иногда полезно рассмотреть две конкурирующие модели «черного ящика», в одной из которых эта связь причислена к входам, а в другой — к выходам.

Но простота модели «черного ящика» обманчива. Всегда суще­ствует опасность неполноты перечней входов и выходов как вслед­ствие того, что важные из них могут показаться несущественными, так и в силу неизвестности некоторых из них в момент построения модели.