6. Выделение структурных элементов подсистем и их взаимосвязей(рис. 7).

Рисунок 7. Модель структуры системы (подсистемы).

В объекте управления в целом и в отдельной подсистеме протекает процесс производства некоторых конечных продуктов (КП)изпредметов деятельности (ПД). Производство КП осуществляется работниками - исполнителями иликадрами (К)исредствами деятельности (СД)– инструментами, оборудованием. Множество таких элементов для конкретной системы предполагается конечным. Взаимодействие структурных элементов образует технологию производства. Предметы деятельности, средства деятельности и кадры в виде ресурсов поступают из окружающей среды или от других подсистем системы. Здесь предполагается, что в процессе функционирования и развития используемые в системе средства деятельности и исполнителей требуется периодически заменять и усовершенствовать.

На рис. 8 – 10 приведены модели структур для различных подсистем социальной деятельности: "производство”, "коллектив”, "управление”.

Рисунок 8. Модель структуры подсистемы "производство".

Рисунок 9. Модель структуры подсистемы "коллектив".

Рисунок 10. Модель структуры подсистемы "управление".

Предложенный набор стандартных моделей не является исчерпывающим и может пополняться и конкретизироваться в зависимости от типа системы и целей моделирования. Описанные стандартные модели используются различными прикладными методиками системного анализа.

Аналитический метод приводит к достижению наивысших результатов, если целое удается расчленить на относительно независимые друг от друга части, поскольку в этом случае их отдельное рассмотрение позволяет составить правильное представление об их вкладе в общий эффект.

Случаи, когда система является «суммой» своих частей, не правило, а редчайшее исключение. Правилом же является то, что вклад данной части в общесистемный эффект зависит от вкладов других частей.

Если заставить каждую часть функционировать наилучшим образом, то в целом эффект не будет наивысшим. Например, отобрав лучшие в мире двигатель, фары, колеса, карбюратор и т.д. мы не получим самого лучшего автомобиля. При анализе «неаддитивных» систем следует делать акцент на рассмотрение не отдельных частей, а на их взаимодействия. Это существенно более трудная задача.

В системном анализе постоянно подчеркивается значение целостности системы. Наряду с разделением целого на части наиболее употребительной операцией является и объединение частей в целое, т.е.синтез. Синтетическое мышление требует объяснить поведение системы.

Таким образом, не только аналитический метод невозможен без синтеза (на этом этапе части агрегируются в структуру), но и синтетический метод невозможен без анализа (необходима декомпозиция целого для объяснения функций частей).Анализ и синтез дополняют, но не заменяют друг друга. Системное мышление совмещает оба указанных метода.

Методы раскрытия «черных ящиков»

Непосредственно к методам декомпозиции систем примыкают методы раскрытия «черного ящика», поскольку в процессе исследования того или иного сложного объекта (процесса) чаще всего используют приемы последовательного дезагрегирования его модели, переходя от укрупненного представления оригинала к более детальному. Например, модель автомобиля, человека, предприятия.

Известно, что модель воспроизводит (имитирует) исследуемую систему в определенном диапазоне условий и требований.

Причем, модель может иметь различную степень обобщения (детализация) объекта – вплоть до настолько укрупненного его представления, когда весь внутренний процесс функционирования системы остается нераскрытым, а исследуется только зависимость выходов от входов–модель «черного ящика».

В теории, да и в практике часто бывает достаточно иметь только часть информации об объекте. Например, когда мы не знаем текущего цифрового значения точного времени (проблема – незнание точного времени, цель – не опоздать куда-либо), то достаточно посмотреть на часы, не задумываясь при этом об их внутреннем устройстве и источнике поступления энергии для их работы.

В приведенном примере назначение часов (цель их существования) – показывать точное время в произвольный момент и тем самым воздействовать на внешнюю по отношению к ним среду.

Система является средством, а, следовательно, существуют возможности воздействовать на это средство из внешней среды (уточнять ход, снабжать энергией, наблюдать и т. д.).

Содержимое системы в данном случае не известно (или не представляет интереса для внешней среды), но этого достаточно для решения возникшей проблемы.

Например, при употреблении таблетки анальгина не обязательно знать состав самой таблетки и представлять механизм воздействия ее компонентов на организм, а важно то, что при этом проходит головная боль.

Другими словами, важно определить, что нужно на входе в систему и что должно быть на выходе из нее, иневажно – что находится внутри системы. Поэтому приведенную модель часто называютмоделью «черного ящика».

Модель «черного ящика» широко применяется тогда, когда исследователюнедоступен, ввиду его чрезмерной сложности,внутренний процесс, протекающий в системе (например, человеческий мозг), и до конца непонятен даже сам принцип действия внутреннего механизма.

Чёрный ящик— термин, используемый для обозначения системы, внутреннее устройство и механизм работы которой очень сложны, неизвестны или неважны в рамках данной задачи.

Понятие «чёрный ящик» предложено Уильямом Росс Эшби¹. В кибернетике оно позволяетизучать поведение систем, то есть их реакций на разнообразные внешние воздействия и в то же время абстрагироваться от их внутреннего устройства.

Таким образом, система изучается не как совокупность взаимосвязанных элементов, а как нечто целое, взаимодействующее со средой на своих входах и выходах.

«Метод черного ящика» - метод исследования таких систем, когда вместо свойств и взаимосвязей составных частей системы, изучается реакция системы, как целого, на изменяющиеся условия. Подход чёрного ящика сформировался в точных науках (вкибернетике, системотехнике и физике) в 20-40 годах XX века и был заимствован другими науками (прежде всего,бихевиористической психологией).

В настоящее время известны два вида «черных ящиков». К первому виду относят любой «черный ящик», который может рассматриваться как автомат, называемый конечным или бесконечным.Поведение таких «черных ящиков» известно.

Ко второму виду относятся такие «черные ящики», поведение которых может быть наблюдаемо только в эксперименте. В таком случае в явной или неявной форме высказывается гипотеза о предсказуемости поведения «черного ящика» в вероятностном смысле. Без предварительной гипотезы невозможно любое обобщение или, как говорят, невозможно сделать индуктивное заключение на основе экспериментов с «черным ящиком».

Таким образом, «черный ящик» – это система, в которой входные и выходные величины известны, а внутреннее устройство ее и процессы, происходящие в ней, не известны. Можно только изучать систему по ее входам и выходам, но подобное изучение не позволяет получить полного представления о внутреннем устройстве системы, поскольку одним и тем же поведением могут обладать различные системы.

Следует подчеркнуть, что главной причиной множественности входов и выходов модели «черного ящика» является то, что всякая реальная система, как и любой объект, взаимодействует с объектами внешней среды неограниченное число раз и по разному поводу.

Пример с часами можно дополнить такой информацией: часы могут иметь различные «выходы» во внешнюю среду – удобство ношения, прочность, гигиеничность, точность, красота, габариты и т. д.

Один из наиболее известных приемов исследования «черного ящика», предусматривающий его раскрытие, был предложен основоположником кибернетики – Норбертом Винером². Этотприем состоит в следующем:

• рядом с «черным» ставится «белый» ящик, для которого полностью известны его внутреннее устройство и механизм действия. Причем, это устройство и соответственно принцип действия могут изменяться в широком диапазоне – в направлении, интересующем исследователя;

• на входыобоих ящиков подаетсяодинаковыйпо свойствам некоторый комплекс важных для представления ситуации внешних воздействий, уточняемый в процессе моделирования, после чего устройство «белого» ящика изменяется до тех пор, покавыходные функции ящиков совпадут.

В

ход Процессы Выход

«Белый» ящик

Вход Процессы Выход

«Черный» ящик

Рисунок 11. Схематичное представление метода раскрытия «черных ящиков».

В этом случае для исследователя ящики станут тождественными, хотя физическое их содержание может быть различным.

Разумеется, тождественность модели и системы вообще ожидать не приходится, она не только не нужна, но и, чаще всего, вредна, ибо не позволяет реализовать необходимый уровень упрощения реального объекта (процесса): модель должна быть намного проще оригинала и при этом достаточно точно отражать интересующие нас его свойства.

Для науки метод «чёрный» ящик имеет весьма большое значение. С его помощью в науке были сделаны очень многие выдающиеся открытия. Например, ученый Гарвей еще в XVII веке предугадал строение сердца. Он моделировал работу сердца насосом, позаимствовав идеи из совершенно другой области современных ему знаний — гидравлики. Практическая ценность метода «чёрный» ящик заключается: во-первых, в возможности исследования очень сложных динамических систем, и, во-вторых, в возможности замены одного «ящика» другим. Окружающая действительность и биология дают массу примеров выявления строения систем методом «чёрного» ящика.

Метод «черного ящика» применим в различных ситуациях. Этот способ используется при недоступности внутренних процессов системы для исследования.Например, изучение деятельности новых лекарственных средств.

Метод «черного ящика» используется при исследовании систем, все элементы и связи которых в принципе доступны, но либо многочисленны и сложны, что приводит к огромным затратам времени и средств при непосредственном изучении, либо такое изучение недопустимо по каким-либо соображениям.

Примерами могут служить проверка на готовность к эксплуатации автоматической телефонной станции, которая проводится путем «прозванивания», а не непосредственно проверкой всех блоков, схем и т. д.

Многие сложные системы не поддаются исследованию описанным выше приемом Винера. Это таинственные ящики, которые тем «чернее», чем новее по назначению и замыслу вновь создаваемая система.

«Таинственные» ящики способны целенаправленно перестраивать свою деятельность и законы, управляющие их поведением, зависят от складывающейся ситуации.

В раскрытии «таинственных» ящиков первостепенную роль играет моделирование, с помощью которого выявляется реакция сложной системы на ситуацию и производится систематизация способов и форм ее поведения.

О новой несуществующей системе нам мало что известно: входы, определяемые средой, и выходы, предсказанные назначением системы. Самой системы нет – есть только «белый» ящик, то есть модель, отражающая замысел, которую требуется совершенствовать до уровня соответствия заданному назначению.

Модель позволяет не только проверять идеи, выдвигаемые в процессе разработки, методы и средства их реализации и оценивать предлагаемый результат, но и точнее ориентирует мысль разработчика в направлении его замысла, являясь предшественником теории несуществующей системы, заменяя гипотезу и недоступный исследователю эксперимент.