Статические модели

Разобравшись в классификации существующего инструментария построения моделей систем, остановимся на классификации самих моделей. При ближайшем рассмотрении оказывается, что при всем невообразимом многообразии реальных систем и внушительном многообразии инструментальных средств моделирования принци­пиально различимых типов моделей систем очень немного: модель «черного ящика», модель состава и структурная модель, или модель «белого ящика». Это в одинаковой степени относится как к стати­ческим моделям, отображающим фиксированное состояние систе­мы, так и к динамическим моделям, отображающим характер взаи­модействия элементов исследуемой системы между собой и с внешней средой.

Модель «черного ящика»

Модель «черного ящика» является простейшим отображением реальной системы (некоторого фрагмента реального мира), в кото­ром полностью отсутствуют сведения о внутреннем содержании этого фрагмента, а задаются только входные и выходные связи сис­темы со средой. Даже «стенки ящика», т.е. границы между системой и средой, в этой модели обычно не описываются, а лишь подразумеваются. Такая модель, несмотря на внешнюю простоту и отсутствие сведений о внутренности системы, часто оказывается очень полезной, а иногда и единственно возможной.

Рис. 2.1.5. Модель “черного ящика”

Например, при исследовании элементарных частиц, изучении влияния лекарства на живой организм, определении последствий воздействия человека на природу, анализе возможностей влияния на экономическое развитие суверенного государства и т.д. мы ли­шены возможности прямого вмешательства в исследуемую систему и иначе чем через фиксацию ее взаимодействия с внешней средой по входам и выходам не сможем составить представление о систе­ме, процессе или явлении.

Бросающаяся в глаза внешняя простота модели «черного ящи­ка» очень обманчива. Кажется, просто перечисли входы-выходы системы - и модель готова. Но как только это потребуется сделать для конкретной системы, исследователь сталкивается с множеством трудностей. Проиллюстрируем это на примере.

Пример. Попробуем перечислить входы-выходы системы «легковой автомобиль».

Поскольку целевое назначение автомобиля заключается в пере­мещении его владельца в пространстве (хотя не исключены и по­бочные цели - автомобиль как признак успешности, престижа, элемент роскоши и т.д.), с входом в систему необходимо увязать все воздействия, подталкивающие ее к цели. Поэтому очевидно, что в качестве входов в первую очередь следует выделить те элементы, посредством которых осуществляется управление автомобилем во время движения:

• руль;

• педаль сцепления;

• педаль газа;

• педаль тормоза;

• рычаг переключения передач;

• переключатель поворотов;

• переключатель освещения дороги;

• ручку ручного тормоза;

• стеклоочистители.

Затем, учитывая, что двигаться может только исправный и заправленный автомобиль, в список входов включим элементы, по­средством которых осуществляются регулировка и заправка автомо­биля в стационарных условиях:

• регулировочные винты схода-развала;

• ручку регулировки интенсивности освещения;

• отверстия для подкачки колес;

• заправочные отверстия;

• точки смазки;

• отверстия для заливки стеклоочистителя.

Нельзя не учитывать входы автомобиля в буквальном смысле слова:

• дверь салона;

• крышку багажника;

• крышку капота;

• крышку заправочного отверстия.

Следует зафиксировать и элементы, посредством которых по­ступает информация водителю и пассажирам:

• лобовое; заднее и боковые стекла;

• зеркала заднего вида;

• сигнализацию критического приближения к препятствию при заднем ходе;

• индикатор скорости (спидометр);

• индикатор уровня масла в картере двигателя;

• индикатор температуры двигателя;

• часы.

Не следует, наверно, забывать и о входах, обеспечивающих комфорт водителя и пассажиров:

• кнопках радиоприемника (телевизора, дисковода);

• кнопках кондиционера;

• ручках стеклоподъемников;

• источнике приятного запаха.

Не последнюю роль в движении автомобиля играет поверх­ность, по которой он движется: по-разному приходится действовать водителю при езде по асфальту, песку, гололеду, ухабам и заболо­ченной местности. Следовательно, необходимо добавить к списку входов:

• механическое воздействие грунта на колеса;

• аэродинамическое сопротивление воздуха.

Нельзя пренебречь и средствами безопасности, которыми обо­рудован современный автомобиль:

• пристяжными ремнями;

• аварийной сигнализацией;

• знаком аварийной остановки;

• огнетушителем.

А разве не влияют на автомобиль:

• электрические и магнитные поля;

• гравитационное поле Земли;

• погодные условия?

Приведенный список входов системы «автомобиль» далеко не исчерпан и при желании может быть продолжен.

То же самое можно продемонстрировать, перечисляя выходы этой системы. Учитывая, что выходы соответствуют конкретизации цели, фиксируем в качестве основного выхода готовность автомо­биля движению в любое время.

Принимая во внимание, что сформулированная таким образом цель относится ко всем автомобилям, в конкретизацию цели внесем следующие добавления:

• наличие салона для четырех пассажиров;

• малолитражность;

• повышенную комфортность.

Далее, представив себе условия эксплуатации автомобиля, мо­жем добавить:

• герметичность салона (пыле- и влагонепроницаемость);

• обычную проходимость;

• достаточную прочность;

• легкость управления.

Можно еще расширить круг требований к автомобилю, вклю­чив в него некоторые маркетинговые характеристики:

• соответствие цены покупательной способности потенциаль­ных потребителей;

• соответствие климатическим условиям конкретного терри­ториального рынка;

• соответствие «духу времени» и т.д.

Рассмотренный пример свидетельствует о том, что построение модели «черного ящика» не является тривиальной задачей, так как на вопрос, сколько входов-выходов следует включать в модель и какие именно, ответ непрост и не всегда однозначен.

Главной причиной множественности входов и выходов в моде­ли «черного ящика» является то, что всякая реальная система взаимодействует с объектами окружающей среды неограниченным числом способов. Занимаясь построением модели «черного ящи­ка», системный аналитик из этого бесчисленного множества свя­зей отбирает конечное их число для включения в списки входов и выходов. Критерием отбора при этом является целевое назначение модели. То, что существенно и важно для достижения цели, вклю­чается в модель, то, что несущественно или не важно, - не вклю­чается.

Именно здесь, на этапе отбора существенных характеристик системы для включения в модель, возможны ошибки. Тот факт, что мы не учитываем в модели (исключаем из рассмотрения) не­которые связи, не лишает их реальности. Они все равно существуют и оказывают воздействие на исследуемую систему. Нередко оказывается, что казавшийся несущественным или неизвестный для нас фактор на самом деле является важным и должен учиты­ваться в модели.

На ранних стадиях исследования системы иногда затруднитель­но определить, относится обнаруженная связь со средой к входам или к выходам. В первую очередь это касается исследования при­чинно-следственных связей между процессами, протекающими в системе, когда трудно определить, что есть причина, а что - след­ствие (или, возможно, и то, и другое являются следствием нена­блюдаемой причины). В таких случаях иногда полезно рассмотреть две конкурирующие модели «черного ящика», в одной из которых эта связь причислена к входам, а в другой - к выходам.

Но простота модели «черного ящика» обманчива. Всегда суще­ствует опасность неполноты перечней входов и выходов как вслед­ствие того, что важные из них могут показаться несущественными, так и в силу неизвестности некоторых из них в момент построения модели.