книги из ГПНТБ / Обухов В.И. Человек и автоматика рассказ о больших системах

зв ан и е систем отехни ки .

Н о

если

си стем отехн и ­

ку

р а с с м а т р и в а т ь

не

к а к

новое

н ап р авл ен и е ,

а

к а к п р о д о л ж е н и е

р а зв и т и я ком п л ек сн ой или

полной а в т о м а т и за ц и и ,

то

н а ч а л о со зд ан и я ее

основ уходит в п рош лое .

О д н а к о вы д ел ен и е си ­

стем отехни ки

в особую

о б л а с ть

п о зв о л я е т н е ­

скол ьк о с т и м у л и р о в а ть

разв и ти е а в т о м а т и з а ­

ции по ср ав н ен и ю

с тем,

если бы

он а р а с с м а т ­

р и в а л а с ь к а к од н а

из

п р об л ем

ком п лексной

а в то м ати зац и и .

П р е д м е т

изучен и я

систем отехни ки новый,

ется из

ч астей

о тдел ьн ы х

н ау к

ав т о м а т и к и и

ки берн етики .

Н о в и зн а

систем отехни ки

з а к л ю ­

ч ается

в об о б щ ен и и та к и х

пол ож ен и й ,

которы е

п о зво л яю т п р о е к ти р о в а ть

систем ы « больш ого

м а с ш т а б а » .

Н е к о то р ы й

особы й п од ход

к с о з ­

д ан и ю

б ольш и х

систем , н о в а я

тер м и н о л о ги я

при вели к

тому,

что

четкого о п р ед ел ен и я

си ­

стем отехни ки

т а к

ж е ,

к а к

и

п о н яти я

больш их

систем ,

ещ е не сущ ествует.

Б о л ь ш и е

систем ы

имею т

свои

осн овн ы е

х а ­

рактери сти к и ,

к

которы м

сл едует отнести

к о ­

личественн ы й

п о к а з а т е л ь

в

вцде

с л о ж н о сти и

и ерархи ч н ость

их

построения.

О тн оси тел ьн о

сл о ж н о сти

в

о б щ ем

план е

с к а за н о у ж е

много. П о

сущ еству

с л о ж н о сть —

это р а зв и т и е

о п ред ел ен н ой о б л а с т и не

только

в коли чествен ном ,

но и в кач ествен н ом

о тн о ш е ­

ниях.

В ы ш е

на

п р и м ер а х

р а с с м а т р и в а л а с ь

сл о ж н о сть

м ногих

об ластей

д ея тел ь н о сти

ч е ­

л о век а ,

одной

из

которы х

бы л

рассм отрен

тран сп орт ,

где, н а ч и н а я

с п ред ы стори и

в виде

тягл овой силы

ж и вотн ого ,

с

к а ж д ы м

с т о л ети ­

ем, а за те м

с

к а ж д ы м д есяти л ети ем

увеличи-

ю бое

техническое

дости ж ен и е ,

в с я к а я н о в ая о т р а сл ь п р о и зв о д ­

ства

с т ан о в я тся

в о зм о ж н ы м и

б л а г о д а р я

оп ред ел ен н о м у у р о в ­

ню

их теоретической

и

п р а к т и ­

ческой

подготовленн ости . Н а у к а и п р о и зв о д с т ­

во тесно

с в я за н ы

м е ж д у

собой,

а

их

успехи

в заи м о о б у сл о в л ен ы ,

поэтом у

б о льш и е системы

могли

п ояви ться

л и ш ь

после

того, к а к

в о зн и к ­

л а в них

п р а к т и ч е с к а я

н у ж д а

и

к о гд а

могли

теорети чески р е ш а т ь с я

м ногие

вопросы , о тн о ­

с ящ и еся

к п остроен и ю

их

структуры , п р о е к ти ­

ровани ю

и расчету . К а к у ж е

п о к а за н о ,

у с л о ж ­

нение'

в

ж и зн и

л ю дей ,

н ау к е и

п р о м ы ш л ен н о ­

сти в ы зв а л о п р ак ти ч еск у ю

необ ходи м ость в ее

упоряд очен и и и

у п р ав л ен и и

с пом ощ ью

с о з д а ­

ния т а к и х систем ,

которы е

бы

о х в а т ы в а л и ог­

ром ное кол и чество

о б ъ ектов

и,

у ч и т ы в а я н ео п ­

редел ен н ость их

п оведения , м огли

ц е л е н а п р а в ­

ленно

у п р а в л я т ь

д ей стви ем

объектов .

К

м ом енту ,

ко гд а

п о я в и л а с ь

п р а к ти ч е с к а я

н еобходи м ость

в

б о л ьш и х

систем ах ,

бы л в о п ­

ределенн ой степ ени п одготовлен

тот

ком п лекс

наук,

с пом ощ ью

которого молено бы ло бы про-

екти р о вать , р ассч и ты в ать

и строи ть

та к и е си ­

стемы .

Т а к и м

о б р азо м ,

все

ф а к то р ы ,

о п р е д е ­

л я ю щ и е

разв и ти е

б ольш и х

систем ,

бы ли п о д ­

готовлен ы .

В п р ед ы д у щ и х п а р а г р а ф а х ра с с к а зн о , к а ­

ким

путем ш л а

п р а к ти ч е с к а я

п о д го то вк а

б о л ь ­

ш их

систем ,

поэтом у о стается вы ясн и ть ,

как о й

ко м п л ек с

н а у к

п о сл у ж и л

основой

их

теории.

В сл ед стви е м н о го о б р а зи я

б о л ьш и х систем в ос ­

нову

их теории

п о л о ж ен а

г р у п п а

р а зл и ч н ы х по

своем у х а р а к т е р у

наук ,

к о то р ы е оц ен и ваю т все

сторон ы п роб лем ы .

П р и построении

б о льш и х

систем

п р е д п о л а ­

га е тс я

обы чно

р а с с м а т р и в а т ь вн еш н ю ю

и в н у ­

трен н ю ю

стороны

п р о е к ти р о в а н и я ,

т.

е.,

во -п ер ­

вых,

то,

что

относится

к

под готови тел ьн ы м

э т а п а м ,

и, во -вторы х , то,

что

к а с а е т с я

сам ого

ф о р м и р о в а н и я

п одобн ы х

систем .

П о су щ еству

в сегда

в н а ч а л е

н у ж н о

с ф о р ­

м у л и р о в а т ь

и

о б о сн о в ать

п р е д п о л а г а ем у ю

з а д а ч у и то л ь к о потом п о сл ед о вател ьн о ,

по эта-

* п ам

р е ш а т ь

ее.

Е стественно ,

к а к

при

ф о р м у л и ­

ро в ан и и

з а д а ч и , т а к

и при

ее реш ен и и

на р а з ­

ны х

с т а д и я х н еобходи м о

и с п о л ь зо в ат ь

р е з у л ь ­

та ты

о п р ед ел ен н ы х наук .

В

отд ел ьн ы х сл у ч а я х

и сп ользую тся так и е

науки ,

к о то р ы е

с к л а д ы в а ­

л и сь

в

прош л ом ,

но

б о л ьш и н ств о — это

новые

н ауки

и н ауч н ы е н а п р а в л е н и я , ко то р ы е

и н а ч а ­

ли

р а з в и в а т ь с я

в

40 — 50-е

годы . Н ек о т о р ы е из

них

ещ е

н ед остаточн о

р а зв и т ы

и,

возм ож н о ,

д а ж е

м а л о известны .

П р и б егл ом

р ассм отрен и и

м о ж е т

д а ж е

с л о ж и т ь с я

в п еч атл ен и е ,

что они не

м огут

бы ть

п ри м ен ены

в

тео р и и

больш и х си ­

стем.

В то ж е в р ем я д и ф ф е р е н ц и а ц и я н а у к п р и ­

води т

к том у , что

о тд ел ьн ы е

теори и

п о р о ж д а -

б азе

той или

д ругой науки.

Н а п р и м е р ,

при

п о ­

строении

б о л ьш и х

систем

и сп ользую т

теорию

и н ф орм ац и и , м о д ел и р о в ан и я ,

м атем ати ч еск ой

статистики

и д р у ги е науки ,

основой

которы х в

основном

я в л я е т с я

тео р и я вероятн остей .

З а ч а т ­

ки этой теори и известн ы давн о . В

т р у д а х

м н о ­

гих

кр у п н ы х

м а те м а т и к о в

п рош л ого

м ож н о

най ти

эл ем ен ты

теори и

вероятн остей .

В

этом

отн ош ен и я

не

з р я

Д ж е м с

К л е р к М а к с в е л л

го ­

ворил,

что

« и сти н н ая

л о ги к а

н аш его

в р е м е ­

ни — это

подсчет

вероятн остей » .

П осл ед н ее

н аи б ол ее

я р к о п р о я в л я е тс я

в под готовк е

и

р е ­

ш ении

б о л ьш и х

систем ,

где, к а к у ж е

известно,

зн ач и тел ьн ое

коли чество

н аучн ы х

н ап р ав л ен и й

п и тается о сн овам и

теории

вероятн остей

и

где

и сп ользуется

с а м а

те о р и я вероятн остей .

М о ж н о

н а з в а т ь

ещ е

н есколько

т а к и х

осно ­

в о п о л а г а ю щ и х н аук . Т ак ,

к

при м еру ,

к и б е р н е ­

т и к а

к а к

о б л а с т ь

зн ан и й

л е ж и т

в основе

ин ­

ф орм ац и и ,

бионики , линейного,

д и н ам и ч еского

и эври сти ч еского п р о г р а м м и р о в а н и я

и

многих .

д руги х н ау ч н ы х

н ап р ав л ен и й . Т ео р и я

в ы ч и сл и ­

тельн ы х систем

(в

более

узк о м

см ы сле — т е о ­

ри я

вы ч и сл и тел ьн ы х м аш и н ) с в я з а н а

с о с н о в а ­

ми

м а те м а ти ч е ск о й

статистики ,

теори ей

м а с с о ­

вого

о б с л у ж и в а н и я , а

ее

п он яти я

н еобходи м ы

ещ е д л я р я д а

наук .

С и стем о тех н и к а

—

это т а к о е

н ауч н ое

н а ­

п равлен и е ,

кото р о е

стави т

своей ц ел ью

в ы р а ­

б отать

на

основе

эл ем ен тов

н ауки при нци пы и

м етоды

р а с ч ета и п р о ек ти р о в ан и я

б ольш и х

си ­

стем.

П р а в д а ,

это п ок а

ещ е н ед остаточн о с ф о р ­

м и р о в а в ш а я с я

теори я .

Т ол ько сей час н ач и н аю т

в ы р и с о в ы в а т ь с я

н ек оторы е

п о к а за те л и

боль-

ш их

систем

в

виде

сл о ж н о сти

и и ер ар х и ч н о ­

сти.

Н о

полного п он и м ан и я

стр у кту р

б ольш и х

систем , зако н о м ер н о стей

вн утрен н и х

связей

ещ е нет. О д н ак о н ад о

о тм ети ть,

что п а р а л л е л ь ­

но

с р азви ти ем

си стем отехн и ки

р а зв и в а е т с я и

тот

к о м п л ек с н аук ,

которы й

п и тает

си стем о ­

техн и ку ,

а

п оск ольку си стем отехн и ка

берет

все

сам о е

сущ ествен н ое

и зн ач и тел ьн о е

в этих

н ау к ах ,

то

в

р азв и ти и си стем отехн и ки

о ж и д а ­

ется

в

б л и ж ай ш и е

годы

п одъем .

С и стем отехн и ка

и сп о л ьзу ет

т а к и е

н ауки ,

к а к

тео р и я вы чи сл и тел ьн ы х систем ,

тео р и я игр,

тео р и я м о д ел и р о ван и я ,

тео р и я

и н ф орм ац и и ,

теори я вероятн остей ,

м ате м а т и ч е ск а я

стат и с т и ­

ка ,

тео р и я очередей

или

тео р и я

м ассового о б ­

с л у ж и в а н и я ,

и н ж е н е р н а я

п си хологи я,

б и он и ка,

л и н ей н ое

п р о гр ам м и р о в ан и е ,

д и н ам и ч еское

п р о гр ам м и р о ван и е ,

эвр и сти ч еско е

п р о гр а м м и ­

р о ван и е ,

м а те м а т и ч е ск а я

л о ги к а ,

теори я а в т о ­

м ати ч еск о го

р е гу л и р о в ан и я ,

тео р и я

эл ем ен тов

ав то м ати к и ,

тео р и я стр у кту р

и

м ного

д руги х

н ау ч н ы х н ап р авл ен и й .

О чен ь

часто

од н а

н а у к а

за в и с и т

от

д ругой .

Т ак , н ап р и м ер ,

а за р т н ы е

игры , б р о сан и е костей

и д р у ги е

сы гр ал и

н ем ал у ю

рол ь

в

ф о р м и р о ­

ван и и теори и вероятн остей ,

в свою очеред ь р а з ­

ви ти е теори и

вер оятн остей

о к а за л о

зн а ч и т е л ь ­

ное

вл и ян и е

на

ф о р м и р о в ан и е

теори и

игр. То

ж е

сам о е

м ож н о с к а за т ь

о

лю бой

д ругой у п о ­

м ян утой

науке.

Т ак ,

к и б ер н ети к а

при

своем

возн и кн овен и и

и м ел а

о гр ан и ч ен н ы й

и д ал е к о

не

р азви ты й

круг

воп росов ,

к а ж д ы й

из к о т о ­

ры х

сегодн я

п р е д с т а в л я е т сам о сто ятел ь н у ю

н ауку . Э ти

н ауки , св я за н н ы е

м еж д у

собой е д и ­

ной

идеей ,

о к а зы в а ю т

в л и ян и е д р у г на д р у га , и

поэтом у проц есс их р азв и ти я

идет ещ е бы стрее.

Н ап р и м ер ,

тео р и я

и н ф орм ац и и

в

прош лом —

один

из

р а зд ел о в ки берн ети ки ,

а

в

н асто ящ ее

вр ем я — это

р а зв е т в л е н н а я

н аук а .

У ж е

о тм еч ал ось , что

в теори и

б ольш и х

си ­

стем

и сп ользую тся

ли ш ь

отдел ьн ы е

р азд ел ы и

п он яти я п еречи слен н ы х

н аук . О дни

н ауки

ис­

п ол ьзую тся

в

б ольш ей

степени,

други е — в

м еньш ей.

В

отд ел ьн ы х с л у ч ая х

не

н уж н о

д о ­

полн и тельн ы х

пояснен ий

по поводу

п р и м ен е ­

ния

в б ольш и х

си стем ах

пон ятий

и полож ен и й

той

или

д ругой н ауки . Т ак ,

соверш ен н о п о н ят ­

но

п ри м ен ение

в п роек ти рован и и

б ольш и х

си ­

стем

теори и и н ф орм ац и и ,

к о т о р а я

п р и зв ан а

об есп ечи вать

с в я зь

элем ен тов ,

б локов ,

у с т ­

ройств без

и с к а ж е н и я и пом ех. П о н я тн а т а к ж е

теори я вы чи сл и тел ьн ы х

м аш и н

и

систем ,

о б е ­

сп еч и ваю щ ая

п е р ер аб о тк у

и н ф орм ац и и

с

целью у п р ав л ен и я больш ой

систем ой , п р и м ен е ­

ние некоторы х д р у ги х н аук ,

содей ствую щ и х т о ­

му или

ином у

реш ен ию воп роса.

Н о к а к о в а ж е

р ел ь

в

теори и

б ольш и х

систем

теори и оч ер е ­

дей ,

и н ж ен ерн ой пси хологи и , теории

игр, л о ги ­

ки

систем

и д р у ги х ?

П о п ы таем ся

р аск р ы ть со ­

д е р ж а н и е

н ек о то р ы х

новы х

н ауч н ы х

н а п р а в л е ­

ний, и сп ользуем ы х

в

теории и

п р ак ти к е п ост­

роени я

б ольш и х систем .

ри

тако й

п о стан о вк е

воп роса

н а п р аш и в а е т с я

ответ,

что

в о ­

общ е л ю д ям не н уж н ы

очереди ,

а сл ед о в ател ь н о ,

и

их

теории .

О д н ак о

х о тят

этого лю ди

или

нет, р а зв и в а ю щ а я с я

сл о ж н о сть

п о р о ж д а е т

на

оп р ед ел ен н ы х э т а п а х

ж и зн и

и

д еятел ьн ости

ч ел овек а трудн ости ,

которы е

и

несут

очереди .

В лю б ом

круп ном

город е к а ж д о м у

хорош о

и з ­

вестно, что м а л е й ш а я

з а д е р ж к а тр а н с п о р та

п о ­

р о ж д а е т

очереди .

В

о тд ел ьн ы х

с л у ч ая х

п о ­

сл ед н ее п р и о б р етает

у гр о ж а ю щ и е

разм ер ы .

В сего

н есколько л ет

н а за д

в

Н ь ю -Й о р к е в

р е ­

зу л ь т а те

сн его п ад а

бы л п а р а л и зо в а н

л е г к о ­

вой автом об и л ьн ы й тр ан сп о р т .

П о сл е

р а б о ч е ­

го д н я

у

стан ц и й

м етро

и

н а

о с тан о в к а х а в т о ­

бусов

почти

м гновенно

о б р а зо в а л и с ь

очереди

в н еск о льк о

ты сяч

ч еловек . В

то т

ден ь

м ногие

П ри м ер о в

п одобн ого ти п а

д л я

б

ольш и х го р о ­

дов п о я в л я е тс я с к а ж д ы м

годом

все

б ольш е,

и п оэтом у

тр ан сп о р т , ср ед ств а

связи ,

эн ер гети ­

н асел ен и я

п р о д у ктам и ,

т о в а р а м и

н ах о д и тся

в сегд а под

серьезн ы м

к о н тр о л ем ,

б езу к о р и з ­

ненность которого

и

со зд ае т

т а к о й

р а зм е р е н ­

ны й

ритм

ж и зн и , и склю чаю щ и й

неп ри ятн ы е

всем

п о сл ед стви я в

ви д е

очередей .

Т аки м о б р азо м ,

п ри м ером

м ассо вы х

о п е р а ­

ций,

кр о м е

тр ан сп о р та ,

м о ж ет

с л у ж и ть

о б сл у ­

ж и в а н и е п ок уп ателей

в

м а га зи н е , р а б о та

а в т о ­

м ати ческ и х

телеф он н ы х

стан ц и й ,

где, к а к

известно ,

та

ж е

п р о б л ем а

о б сл у ж и в ан и я

а б о ­

нентов.

Е стествен н о ,

что

очереди

в

л ю б ом

случае

нетерпим ы д л я

н аш ей эпохи,

д л я н аш его

ц и ви ­

л и зо ван н о го

м и р а ,

и

п оэтом у

изучен и е

с т ат и ­

стических зако н о м ер н о стей

в м ассовы х

о п е р а ­

ци ях

п р и вел о

к

м атем ати ч еск ой

теори и ,

к о то ­

р ая

п о л у ч и л а

н есколько

н азван и й . В

одном

сл у ч ае

ее н а зы в а ю т

теорией

очеред ей ,

в д р у ­

гом — теори ей

гр у п п о о б р азо в ан и й , но

больш е

всего эта

м ате м а т и ч е ск а я теори я

и звестн а

к ак

теори я

м ассового о б сл у ж и в ан и я .

И м ен н о

под

этим

н азв ан и ем

она

и и звестн а

в наш ей

тех н и ­

ческой

л и т е р а ту р е .

Ч то

к асается

н а зв а н и я

п а ­

р а г р а ф а ,

то он

вы б р ан д л я

того, чтобы

п о д ч ер ­

кнуть

сущ н ость

п роб лем ы .

В д ал ьн ей ш ем

при

и злож ен и и этой

теории , отн осящ ей ся к одной из

сторон

б ольш и х

систем ,

будет

и сп о л ьзо ваться

терм ин — тео р и я

м ассового

о б сл у ж и в ан и я .

П р е ж д е

всего

сл ед ует отм ети ть с в я зь

б о л ь ­

ш их

систем

с

теори ей

м ассового

о б с л у ж и в а ­

ния,

осн овн ы е

п о л о ж ен и я

ji х ар ак тер и сти к и

этой теори и ,

а т а к ж е то,

н аск о л ьк о теори я

м а с ­

сового

о б сл у ж и в а н и я

п ом огает

ф орм и р о ван и ю

и ф у н кц и он и рован и ю

б ольш и х

систем .

К ак у ж е о тм еч ал ось ,

больш и е систем ы

и м е­

ют х ар а к т е р и с т и к у

в

виде

слож н ости .

С другой

стороны , теори я

м ассового

о б сл у ­

ж и в ан и я

стр ем и тся устан ови ть закон ом ерн ости

м ассовы х , т.

е. м н ож ествен н ы х ,

оп ерац и й

и,

т а ­

ким

О бразом ,

этим

об стоятел ьством он а

неп о ­

средствен н о

с в я за н а

с п р о ек ти р о ван и ем

б о л ь ­

ш их систем .

Е сли

п р ед став и ть

себе

больш ую

систем у

тр ан сп о р тн о го

в и д а ,

то

т а к а я

си стем а

им еет