Проблемы и системы

Центральной концепцией теории систем, кибернетики, системного подхода, всей системологии является понятие системы. Поэтому очень мно­гие авторы анализировали это понятие, развивали определения системы до различной степени формализации. Сейчас предложено более 35 раз­личных определений системы. Понима­ние модели позволяет легко объяснить эту множественность: определе­ние – это языковая модель системы, и, следовательно, различия целей и требований к модели приводят к разным определениям. Кроме того, разная языковая среда также обусловли­вает видоизменение определений (уже только поэтому отличаются, на­пример, философское и математическое определения системы).

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 автоматизированной системы управления, является случай, когда обычные способы сбора и переработки информации не обеспечи­вают необходимой полноты и быстроты ее об­работки, что значительно снижает качество принимаемых управленческих решений.

Проблемность существующего положения осознается в несколько «стадий»: от смутного ощущения, что «что-то не так», к осознанию потребности, затем к выявлению про­блемы и, наконец, к формулировке цели. Цель – это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого со­стояния среды, которое решило бы возникшую проблему.

Вся последующая деятельность, способ­ствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цели. В общих чертах опишем ее как действия, направленные на отбор из окружающей среды объектов, свойства которых можно использо­вать для достижения цели, и на объединение этих объектов надлежащим образом, то есть как работу по созданию того, что будем назы­вать системой. Другими словами, система есть средство достижения цели. Это и есть первое определение системы.

В инженерной практике момент постановки целей (формулировки технического задания) – один из важнейших этапов создания систем.

Другой аспект первого определения системы состоит в его конструк­тивности. Оно не только отвечает на вопрос «зачем нужна система?», но и ориентирует при решении вопроса, следует или не следует включать данный объект из окружающей среды в состав системы: включить целесообразно, если его свойства могут быть использованы для достижения цели.

5.2. Модель «черного ящика». Компоненты «черного ящика». Множественность входов и выходов

Для более определенной и точной характеристики конструкции системы следует развивать ее модель, преобразуя имеющиеся сведения так, чтобы в результате получить более удобную форму модели, вклю­чая в модель по мере необходимости дополнительные сведения.

Важную для человека роль 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. Подчеркнем, что уже эта, максимально простая, модель по-своему отражает два 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 достигнутая цель – это запланированные заранее изменения в окружающей среде, какие-то продукты работы системы, предназначенные для потребления вне нее. Иначе говоря, система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на среду. Если изобразить связи в виде стрелок, направленных от системы в среду, то эти связи можно назвать выходами системы. Выходы системы в предлагаемой графической модели соответствуют слову «цель» в словесной модели (первом определении) системы (рис. 10).

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, то есть и такие связи со средой, которые направлены извне в систему. Если изобразить эти связи также в виде соответствующих стрелок, направленных от среды в систему, то их можно назвать входами системы.

В результате выстраивается 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 («стенки ящика», то есть границы между системой и средой, обычно не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими). Такая модель, несмотря на внешнюю простоту и на отсутствие сведений о внутренности системы, часто оказывается полезной.

Во многих случаях достаточно содержательного словесного описа­ния входов и выходов. Тогда модель «черного ящика» является просто их списком. Например, бытовая модель телевизора такова: входы – шнур электропитания, антенна, ручки управления и настройки; выхо­ды – экран и динамики. В других случаях требуется количественное описание некоторых или всех входов и выходов. Пытаясь максимально формализовать модель «черного ящика», можно прийти к заданию двух множеств 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).

Главной причиной множественности входов и выходов в модели «черного ящика» является то, что всякая реальная система, как и любой объект, взаимодействует с объектами окружающей среды неограничен­ным числом способов. При построении модели системы из этого бесчисленно­го множества связей отбирается конечное их число для включения в спи­сок входов и выходов. Критерием отбора при этом является целевое наз­начение модели, существенность той или иной связи по отношению к этой цели. То, что существенно, важно, включается в модель, то, что не­существенно, неважно, не включается. Именно здесь возможны ошибки. Тот факт, что не учитывается в модели и исключаются из рассмотрения остальные связи, не лишает их реальности, они все равно действуют независимо. И нередко оказывается, что казавшееся несущественным или неизвестным на самом деле является важным и должно быть учтено.

Рис. 10. Модель «черного ящика»