13. Закономерности систем

В настоящее время термин «система» относится к числу наиболее употребляемых: «система уравнений», «солнечная система», «нервная система», «система Станиславского», «отопительная система», «система образования», «радиотехническая система»… Что общего между ними? Почему столь разные явления обозначены один термином?

Для того, чтобы дать ответ на этот вопрос перечислим качества, свойства, признаки, присущие любой системе, независимо от ее происхождения и конкретного воплощения. Этот перечень и будет содержанием нашего понятия«система».   Для удобства восприятия объединим все свойства систем в три группы:    1. Статические свойства систем (особенности конкретных состояний систем);    2. Динамические свойства систем (особенности временных изменений в системах и вне их);    3. Синтетические свойства систем (сoбирательные свойства, проявляющиеся во взаимодествиях систем с окружающей средой);    К статическим свойствам относятся целостность, открытость, различимость частей и структурированность.    Всякая система выступает как нечто единое, целое, обособленное, отличающееся от всего остального. Это позволяет нам весь мир поделить на две части: систему и окружающую среду.   Любая система связана с окружающей средой, обменивается с ней разными видами ресурсов: материальными, энергетическими, информационными и т.п.   Каждая система внутри неоднородна, немонолитна. Различия отдельных частей системы позволяют выделить составляющие ее элементы.   К динамическим свойствам систем относятся: стимулируемость, функциональность, изменчивость со временем и существование в изменяющейся среде.    Стимулируемостью системы называют ее подверженность воздействиям извне. Управляемость является частным случаем стимулируемости.   Под функциональностью системы понимают ее способность влиять на окружающую среду, производить в ней изменения.   Кроме того, изменения происходят внутри любой системы. Изменяться в системе может все что угодно: значения внутренних переменных (параметров), структура, состав системы, и любые их комбинации.   Наконец, изменяется не только данная система, но и все остальные. Для данной системы это выглядит как непрерывное изменение окружающей среды.  К синтетическим свойствам систем относятся: эмерджентность, неразделимость системы на части, ингерентность и целесообразность. 

14.Модель черного ящика.

Поскольку определение системы как цели ничего не говорит о внутреннем содержании системы, ее можно представить в виде непрозрачного «ящика». Здесь, тем не менее, уже отражены два важных свойства системы – это целостность и обособленность от среды. Однако эта обособленность не полная: система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на нее. Эти связи называются входами и выходами системы. Моделирование системы, рассматриваемой как «черный ящик» основано на наблюдении параметров входов (Х) и выходов (У), последующим построением зависимостей:

yi = fi (x1,…xi); статическая модель

yi(t) = F (x1(t)…xi(t)) – динамическая модель.

Важно сознавать, что эти зависимости не известны нам изначально, иначе мы имели бы «белый ящик».

Во многих случаях, например, для пользователей систем, достаточно словесного описания входов и выходов (пример: бытовая модель телевизора).

Модель «черного ящика» не так проста как кажется. Есть трудность перечисления всех входов и выходов. Примеры: наручные часы - что мы отнесем к входам? У автомобиля - что будет входами?

Главная причина множественности входов и выходов заключается в том, что всякая реальная система взаимодействует с окружающей средой неограниченным числом способов.Критерием отбора связей при построении моделей является целевое назначение модели и существенность той или иной связи по отношению  к этой цели. Именно здесь возможны ошибки: неучтенные связи в реальности не устраняются и продолжают действовать; иногда они на самом деле являются весьма существенными. Это обстоятельство следует учитывать как при изучении существующих систем, так и при проектировании новых. В последнем случае важно то, что реальная система неизбежно вступает во взаимодействие со всеми объектами ОС. При проектировании таким образом главную цель необходимо сопровождать заданием дополнительных целей. Примеры (1) самолет: дополнительные цели – комфорт, безопасность, не слишком сильный шум, удобство эксплуатации, экономичность; 2) часы для использования в темноте: дополнительная цель – безвредные материалы, жилые и общественные здания: дополнительная цель – эстетичность, красота и т.п.).

Модель «черного ящика» обычно используется (часто являлись единственно применимой) в случае:

а) когда нет возможности вмешательства в систему (изучение влияния лекарств и т.п.);

б) когда нужно получить данные о системе в обычной для нее обстановке, для уменьшения воздействия измерений на саму систему;

в) когда действительно отсутствуют данные о внутреннем устройстве системы (например, электрон, пульсар, «черная дыра» и т.п.).

В заключение можно еще раз подчеркнуть, что простота модели «черного ящика» обманчива, так как существует опасность 1) неполноты охвата входов и выходов, 2) описания действий системы на базе статистики, а также 3) изменения внутреннего механизма системы с течением времени (так называемая структурная адаптация системы).