Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

T_sist_Pavlov

.pdf
Скачиваний:
43
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
1.78 Mб
Скачать

50

Практика использования системы ПАТТЕРН показала, что она позволяет проводить анализ сложных проблемных ситуаций, распределять по важности огромное количество данных в любой области деятельности, исследовать взаимное соотношение постоянных и переменных факторов, на которых основываются и на которые влияют принимаемые ими решения.

Пример варианта «дерева целей», построенного при выполнении одного из проектов ПАТТЕРН, приведен на рис. 2.9.

Количество

элементов

Национальные интересы

3

Направления

деятельности

5

Задания

42

Программы

65

Рис. 2.9

В качестве второго метода организации сложных экспертиз можно использовать метод решающих матриц, идея которого была предложена Г.С. Поспеловым.

Морфологические методы. Термином морфология в биологии и язы-

кознании определяется учение о внутренней структуре исследуемых систем (организмов, языков) или сама внутренняя структура этих систем. В систематизированном виде методы морфологического анализа сложных проблем были разработаны швейцарским астрономом Ф. Цвикки.

Основная идея морфологического подхода систематически находить наибольшее число, а в пределе все возможные варианты решения поставленной проблемы или реализации системы путем комбинирования основных (выделенных исследователем) структурных элементов системы и их признаков. При этом система или проблема может разбиваться на части разными способами и рассматриваться в различных аспектах.

Отправными точками системного исследования Ф. Цвикки считает:

1)равный интерес ко всем объектам морфологического исследования;

2)ликвидацию всех оценок и ограничений до тех пор, пока не будет получена полная структура исследуемой области;

3)максимально точную формулировку поставленной проблемы.

51

Цвикки предложил ряд методов морфологического моделирования: метод систематического покрытия поля, метод отрицания и конструирования, метод морфологического ящика, метод экстремальных ситуаций. Кратко опишем три из них.

Метод систематического покрытия поля предполагает, что сущест-

вует некоторое число «опорных пунктов» знания в любой исследуемой области. Этими пунктами могут быть теоретические положения, эмпирические факты, известные на данный момент компоненты сложной системы, открытые законы. Исходя из ограниченного числа опорных пунктов знания и достаточного числа принципов мышления (в т.ч. различных мер близости) с помощью метода ищут возможные варианты решения поставленной проблемы.

Метод отрицания и конструирования основывается на соображениях,

которые Цвикки сформулировал так: «На пути конструктивного прогресса лежат догмы и компромиссные или диктаторские ограничения. Следовательно, есть смысл их отрицать. Однако одного этого недостаточно. То, что получается из отрицания, необходимо конструктивно переработать».

Метод реализуется в три этапа:

1)формирование ряда высказываний (положений, утверждений, аксиом и т.д.), соответствующих современному уровню развития исследуемой области знаний;

2)замена одного, нескольких или всех сформулированных высказываний на противоположные;

3)построение всевозможных следствий, вытекающих из такого отрицания, и проверка непротиворечивости вновь полученных и оставшихся неизменными высказываний.

Метод может быть реализован в форме одного из методов мозговой

атаки метода «судов».

Метод морфологического ящика основан на формировании и анализе морфологической таблицы морфологического ящика. Он строится следующим образом:

1)формулировка поставленной проблемы;

2)определение параметров (классификационных признаков) Pn, от которых зависит решение проблемы;

3)деление параметров Pn на их значения pnki (формирование классификаторов по выбранным признакам Pn) и представление их в виде матриц

строк:

[p11, p12, … , p1k1]; [p21, p22, … , p2k2];

…………………

[pn1, pn2, … , pnkm].

Набор значений (по одному из каждой строки) различных параметров представляет собой возможный вариант решения моделируемой задачи: на-

52

пример, вариант < p11, p22, … , pn2>; общее число вариантов R=k1 k2× ×km, где кi - число значений i-го параметра.

4)оценка всех имеющихся вариантов;

5)выбор наилучшего варианта решения задачи. Возможны следующие пути выбора решения:

1)применение одного критерия, полностью исключающего все вари-

анты, кроме одного;

2)последовательное применение нескольких критериев, постепенно исключающих все варианты, кроме одного;

3)расчленение проблемы на подпроблемы (или задачи на подзадачи) и последовательное применение нескольких критериев для выбора по одному варианту решения по каждой из подпроблем, которые вместе взятые и составляют искомое решение.

Предложенные методы нашли широкое применение при моделировании задач автоматизации проектирования, задач планирования, например, распределения заказов по плановым периодам, размещения их по производствам, линиям сборки и т.д.

Упражнения к главе 2

1.Поясните термин «проблема принятия решения».

2.Назовите ситуации возникновения потребности в термине «проблема принятия решения».

3.Поясните высказывание: определение области принятия решения.

4.Дайте определение понятия критерий (критерий функционирования).

5.Поясните вербальное описание задачи.

6.Поясните формальное описание задачи.

7.Как доказывается адекватность модели?

8.Для чего развиваются приемы и методы типа «мозговой атаки», «сценариев», «экспертных оценок», «дерева целей»?

9.Перечислите методы моделирования систем.

10.Расшифруйте классы методов моделирования: МАПС, МФПС.

11.Определите комплексированные методы моделирования систем.

12.Перечислите известные Вам методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов.

13.Перечислите известные Вам методы формального представления

систем.

14.Перечислите известные комплексированные методы моделирования сложных систем.

15.Охарактеризуйте аналитические методы моделирования систем.

16.Охарактеризуйте статистические методы моделирования систем.

17.Охарактеризуйте теоретико-множественные представления моделирования систем.

53

18.Охарактеризуйте логическое представление моделирования систем.

19.Охарактеризуйте лингвистические, семиотические представления при моделировании систем.

20.Охарактеризуйте графическое представление при моделировании

систем.

21.Поясните метод «мозговой атаки».

22.Поясните метод сценариев.

23.Поясните метод «дерева целей».

24.Представьте основные положения методов экспертных систем.

25.Объясните метод «Делфи».

26.Объясните методы организации сложных экспертиз.

27.Опишите принципиальную структуру методики ПАТТЕРН.

28.Охарактеризуйте морфологические методы моделирования сложных систем.

29.Охарактеризуйте метод систематического покрытия поля при моделировании сложных систем.

30.Охарактеризуйте метод отрицания и конструирования Цвикки при моделировании сложных систем.

31.Охарактеризуйте метод морфологического ящика при моделировании сложных систем.

54

3 СТРУКТУРНЫЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПОДХОД В ТЕОРИИ СИСТЕМ. МОДЕЛИРОВАНИЕ

3.1 Дескриптивное и конструктивное определение систем

В определении системы важно различать два аспекта: как отличить системный объект от несистемных объектов и как построить систему путем выделения ее из бесконечной действительности. На основе первого подхода дается дескриптивное (описательное) определение системы, а на основе вто-

рого конструктивное.

Чтобы прийти к желаемому определению системы, сравним между собой совершенно различные объекты, которые интуитивно представляются нам системными. Химические свойства вещества определяются отношениями между атомами, составляющими его молекулу. Свойства треугольника определяются отношениями между его углами и сторонами. Функции технического устройства предопределяются его принципиальной схемой. Функция гена задается его структурой. Способность предприятия к выпуску продукции зависит от организации его производственного процесса в целом.

Различие между треугольником и большой современной системой в технике или социологии, конечно, очень велико. Но мы сейчас обращаем внимание на общее. И это общее во всех приведенных примерах заключается в том, что определенное свойство на выходе создается соотношением элементов внутри «черного ящика», иными словами внешняя функция определяется внутренним устройством.

Введем следующее дескриптивное определение системы, пригодное для систем любого типа и уровня: система есть совокупность объектов, свойство которой определяется отношением между этими объектами.

Любой объект, следовательно, выступает как система в том и только в том отношении, в котором его внешнее проявление (свойство, функция), задается его внутренним устройством (отношениями, структурой, взаимодействием и т.д.). Поэтому утверждение, что все есть системы, нетавтологично: все, но не во всех отношениях. Дескриптивный аспект системного подхода заключается в объяснении функции структурой. Итак, дескриптивное описание системы требуется в тех случаях, когда необходимо объяснить мир.

Конструктивное определение системы основывается на функциональ- но-целевом подходе. Свойство объекта рассматривается как функция, если оно используется для достижения определенной цели. Любая система представляет собой конечное множество элементов, выделяемое из бесконечного мира. Выделение и построение системы осуществляется таким путем: ставится цель, определяется функция, обеспечивающая достижение этой цели, а затем подыскивается или создается структура, обеспечивающая выполнение функции. При дескриптивном подходе функция (внешнее проявление) системы определяется по ее структуре (внутреннему устройству). При конструк-

55

тивном подходе по заданной функции получают стоящую за ней структуру. Исследователь, дающий системное объяснение поведения объекта, идет дескриптивным путем; инженер, проектирующий систему, идет путем конструктивным. Очевидно, дескриптивный и конструктивный аспекты системного подхода связаны и дополняют друг друга.

Ситуация называется проблемной если она не может быть разрешена имеющимися средствами. Необходимость выработки недостающих средств ставит новые цели, под которые создаются новые системы. Если бы в изменившейся природной среде существующие биологические виды могли выжить, оставаясь неизменными, процесс видообразования оказался бы излишним. Если бы управление большими системами в жизни современного общества могло оптимально осуществляться без осознания принципов системного подхода, то не нужно было бы нам изучать эту дисциплину. Система это средство решения проблемы.

Цель, вытекающая из возникновения проблемы, дает объективный критерий для отбора того, что должно войти в систему из окружающей среды. Из бесконечного мира в систему включается только конечное число элементов, которое необходимо для функционирования системы, обеспечивающей достижение цели. Указание такого объективного критерия очень важно практически потому, что позволяет четко спланировать предстоящие действия по созданию системы.

Теперь мы можем более четко представить границы между вновь создаваемой системой и средой. Среда представляет собой совокупность всех систем, кроме той, которая образуется под данную цель. Из системы исключаются не только пространственно внешние ей элементы, но и те элементы, которые вещественно входят в состав элементов данной системы, но функционально исключаются из нее, так как обеспечивают достижение целей других систем. Например, если для ремонта какого-нибудь механизма необходимо и достаточно заменить какой-то узел (т.е. проблема в целом решается на уровне узла), то средой по отношению к ремонтируемой системе будут не только все находящееся за ее пределами, но и все уровни, заключенные внутри узла (детали, их части, молекулярный уровень и т.д.).

Взаключение предложим следующее конструктивное определение системы: система есть конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделяемое из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала.

На рис. 3.1 изображена последовательность создания системы (пунктирные стрелки) и функционирования системы по ликвидации проблемной ситуации (сплошные линии).

Винженерной практике момент постановки целей (формулировки

технического задания) один из важнейших этапов создания систем. Обычно цели уточняются интерактивно, с многократными изменениями и дополнениями.

56

Проблемная

 

 

 

ситуация

Цель

Функция

Структура

 

Рис. 3.1

Таким образом, система есть средство достижения цели, средство решения проблемы. Конструктивность этого определения состоит в том, что это определение не только отвечает, зачем нужна система, но и указывает на то, какие объекты из окружающей среды надо включать в состав системы (если его свойства могут быть использованы для достижения цели), а какие нет. Поэтому можно сформулировать одно образное выражение, подчеркивающее этот аспект: система есть тень на среде.

3.2 Модели и моделирование

Моделирование есть построение, использование и совершенствование моделей. Первоначально моделью называли некое вспомогательное средство, объект, который в определенной ситуации заменяет другой объект.

Осмысливание основных особенностей моделей привело к разработке многочисленных определений, например: моделью называется некий объект-

заместитель, который в определенных условиях может заменять объекторигинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем имеет существенное преимущество удобства (наглядность,

обозримость, доступность и т.д.).

Далее было признано, что моделями могут служить не только реальные объекты, но и абстрактные, идеальные построения. Типичным примером служат математические модели. В результате деятельности математиков, логиков и философов была создана теория моделей. В ней модель определяется

как результат обращения одной абстрактной математической структуры на другую, тоже абстрактную либо как результат интерпретации струк-

туры в терминах и образах второй. Понятие модели становилось все более общим, охватывающим и реальные, и идеальные модели. При этом понятие абстрактной модели вышло за пределы математических моделей, стало относиться к любым знаниям и представлениям о мире.

Моделирование неотъемлемый этап всякой целенаправленной дея-

тельности. Всякий процесс труда есть деятельность, направленная на достижение определенной цели. Целевой характер имеет и всякая деятельность человека. Важнейшим организующим элементом такой деятельности является цель образ желаемого будущего, т.е. модель состояния, на реализацию которого и направлена деятельность. Однако роль моделирования этим не ограничивается. Системность деятельности проявляется в том, что она осуществ-

57

ляется по определенному плану, алгоритму. Следовательно, алгоритм образ будущей деятельности, ее модель.

Цель как модель. Из предыдущего видно, что модель является не просто образом-заменителем оригинала, не вообще каким-то отображением, а отображением целевым.

Чтобы подчеркнуть это, представим, какие модели одного и того же бревна используют в своей деятельности разные члены туристической группы, пришедшие к месту стоянки. Одному поручено оборудовать лагерь, и он прикидывает, использовать ли это бревно для стола или как сиденье; другой отвечает за кострище, а для дров от бревна требуются не геометрические, а совсем другие качества; третьего интересует возраст дерева, и он обследует спил дерева; художник ищет у бревна сук с замысловатым изгибом. Короче говоря, модель отображает не сам по себе объект-оригинал, а то, что нас в нем интересует, т.е. то, что соответствует поставленной цели. Из того, что модель является целевым отображением, с очевидностью следует множественность моделей одного и того же объекта: для разных целей обычно требуются разные модели.

Познавательные и прагматические модели. Разделим модели на по-

знавательные и прагматические, что соответствуют делению целей на теоре-

тические и практические. Познавательные модели являются формой организации и представления знаний, средством соединения новых знаний с имею-

щимися. Поэтому использование прагматических моделей состоит в том, чтобы при обнаружении расхождений между моделью и реальностью направить усилия на изменения реальности так, чтобы приблизить реальность к модели. Примером являются планы, программы, уставы, кодексы законов и т.д.

Статические и динамические модели. Модели делятся на статиче-

ские и динамические. Для одних целей нам может понадобиться модель конкретного состояния объекта, своего рода моментальная фотография интересующего нас объекта. Такие модели называются статическими. Примером являются структурные модели систем. В тех же случаях, когда наши цели связаны не с одним состоянием, а с различием между состояниями, возникает необходимость в отображении процесса, изменений состояния. Такие модели называются динамическими; примером их служат функциональные модели систем.

Абстрактные и материальные модели. Абстрактные модели явля-

ются идеальными конструкциями, построенными средствами мышления,

сознания. Это языковые модели, вплоть до математических, которые обладают абсолютной точностью, если есть достаточные знания.

Чтобы некоторая материальная конструкция могла быть отражением, т.е. замещала в каком-то отношении оригинал, между оригиналом и моделью должно быть установлено отношение похожести, подобия. Существуют разные способы установления подобия. Прежде всего прямое подобие, устанавливаемое в результате физического взаимодействия в процессе создания мо-

58

дели. Примерами могут служить фотографии, масштабированные модели самолетов, кораблей, сооружений, макеты зданий, протезы, выкройки и т.д.

Второй тип подобия назовем косвенным. Косвенное подобие между оригиналом и моделью объективно существует в природе, обнаруживается в виде совпадения или достаточной близости их абстрактных моделей и после этого используется в практике реального моделирования. Наиболее известным примером этого является электромеханическая аналогия. Оказалось, что некоторые закономерности электрических и механических процессов описываются одинаковыми уравнениями. Часы аналог времени; подопытные животные у медиков аналоги человеческого организма; автопилот аналог летчика; электрический ток в цепях может моделировать транспортные потоки информации в сетях связи, течение воды в городской водопроводной сети и т.д.

Третий тип подобия условный. Особый класс реальных моделей образуется, когда подобие устанавливается в результате соглашения. Примером могут служить деньги (модель стоимости), удостоверение личности (официальная модель владельца), рабочие чертежи (модель будущей продукции), карты (модели местности) и т.д.

Приближенность модели. Характерной чертой модели является приближенность отображения действительности. Величину, меру, степень приемлемости различия мы можем ввести только соотнеся модель с целью моделирования. Скажем, точность наручных часов вполне достаточна для бытовых нужд, и совершенно недостаточна при регистрации спортивных рекордов или для целей астрономии.

Адекватность модели. Модель, с помощью которой успешно достигается поставленная цель, будем называть адекватной этой цели. Подчеркнем, что введенное таким образом понимание не полностью совпадает с требованиями полноты, точности и правильности (истинности): адекватность означает, что эти требования выполнены не вообще, а лишь в той мере, которая достаточна для достижения цели. Например, геоцентрическая модель Птоломея была неправильной, но адекватной в смысле точности описания движения планет.

Модель «черного ящика». Для более определенной и четкой характеристики конструкции системы следует развивать модель системы.

Перейдем от конструктивного определения системы к его визуальному эквиваленту.

1.Приведенное определение не говорит о внутреннем устройстве системы. Поэтому ее можно изобразить в виде непрозрачного «ящика», выделенного из окружающей среды. Эта модель отражает целостность и обособ-

ленность от среды.

2.В определении говорится о том, что хотя «ящик» и обособлен, выделен из среды, но он не является полностью изолированным.

Система полностью связанна со средой и с помощью этих связей воздействует на среду. Эти связи называются выходами системы. Подчеркнем,

59

что выходы системы соответствуют слову «цель» в определении системы. Кроме того, система является средством, поэтому можно воздействовать на нее (связи извне) входами.

В результате мы построили модель системы, которая получила название черного ящика (рис. 3.2).

Входы

Выходы

Рис. 3.2

Это название подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании. Такая модель очень часто оказывается полезной. Например, телевизор имеет входы (шнур электропитания, антенна, ручка управления и настройка) и выходы (экран кинескопа и звукодинамики).

Существуют и сложности построения «черного ящика» для конкретных реальных систем.

Пример: опишем выходы системы «наручные часы». Учитывая, что выходы соответствуют конкретизации цели, фиксируем в качестве выхода показания времени в произвольный момент. Затем принимаем во внимание, что сформулированная таким образом цель относится ко всем часам, а не только к нашим наручным часам. Чтобы различить их вносим следующее добавление (выход): удобство ношения часов на запястье; тогда появляется обязательность ремешка или браслета, а с ним и еще один выход: удовлетворение требований санитарии и гигиены. Далее можно добавить следующие выходы: достаточную в бытовых условиях прочность, пылевлагонепроницаемость, достаточную точность, легкость прочтения показаний часов, соответствие моде, цена, габариты, вес. 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. Строя модель мы отбираем конечное число входов и выходов по целевому назначению т.е., по существенности той или иной связи по отношению к цели. Несущественные связи не включаем в модель, но они, конечно, все равно действуют независимо от нас. Нередко оказывается, что казавшееся несущественным или неизвестным для нас, является важным и должно быть учтено.

Особое значение это имеет при задании цели системы, т.е. при определении выходов системы главную цель приходится сопровождать заданием дополнительных целей. Важно подчеркнуть, что выполнение только основной цели недостаточно, что невыполнение дополнительных целей может сделать ненужным или даже вредным и опасным достижение основной цели.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]