Модели систем

нирует в среде, эта обособленность не является абсолютной. Система связана с окружающей средой. Связи, направленные из окружающей среды в систему и являющиеся средством воздействия на нее, называются входами системы. Связи, с помощью которых система воздействует на окру-

Модель «черного ящика». Первое определение системы отражает ее назначение, но ничего не говорит о внутреннем устройстве. Поэтому первоначально систему можно изобразить в виде непрозрачного «ящика», выделенного из окружающей среды. Эта наиболее простая модель тем не менее отражает два важных свойства систем, а именно: целостность и обособленность от среды. Т. к. система функцио-

жающую среду, т.к. окружающая среда является потребителем результатов работы системы, являются выходами.

В самом названии модели – «черный ящик» – подчеркивается отсутствие сведений о внутренних процессах, происходящих в системе, в результате которых входы преобразуются в выходы.

Модель «черного ящика» наиболее проста, однако эта простота обманчива. Казалось бы, все просто: достаточно перечислить входы и выходы системы – и модель готова. Однако когда дело доходит до описания этих входов и выходов для реальной

системы, вопрос уже не кажется таким простым.

Пример. Для примера попробуем перечислить входы системы «легковой автомобиль». Так как входы – это управляющие воздействия на систему, то в качестве входов сразу же надо выделить те элементы автомобиля, которые служат для управления им во время движения: руль, педали сцепления, газа и тормоза, рычаги переключения передач и стояночного тормоза, переключатели сигнализации и освещения.

Во-вторых, т.к. регулирующие воздействия на автомобиль оказываются не только во время движения, в список входов нужно внести все регулировочные элементы (гайки, винты и т.п.).

В-третьих, смазка и заправка – тоже регулирующие и управляющие воздействия. Поэтому точки смазки и заправочные отверстия также являются входами.

В-четвертых, нельзя не учитывать входы и в буквальном смысле. Поэтому надо добавить к входам двери салона, а заодно и крышки капота и багажника.

В-пятых, входное воздействие на автомобиль оказывает не только водитель, но и пассажиры, а также внешняя среда. Следовательно, в перечень входов необходимо включить окна и зеркала, через которые к водителю и пассажирам поступает информация, привязные ремни, т.к. существуют силы инерции, а также механическое воздействие дороги на колеса, которое, в свою очередь, зави-

сит от вида и состояния дорожного покрытия.

Очевидно, что список входов может быть продолжен и далее. То же можно сказать и о выходах.

Главной причиной такого большого количества входов и выходов в модели «черного ящика» является то, что любая реальная система связана с объектами окружающей среды бесчисленным множеством связей. Создавая модель системы, мы из этого бесчисленного множества связей отбираем лишь те, которые, во-первых, отвечают цели создания модели, и, во-вторых, являются существенными по отношению к этой цели.

И тут разработчиков модели подстерегают две опасности. Одна из них состоит в том, что некоторые важные связи могут быть сочтены несущественными, а другая – что всегда существуют такие связи, которые неизвестны, а они могут оказаться существенными. Поэтому при построении моделей следует придерживаться следующих рекомендаций:

- если есть сомнения в существенности какого-то элемента, лучше включить его в состав модели, т.к. лучше включить несущественный элемент, чем не включить существенный;

- т. к. не все связи известны, в моделях следует предусматривать «запасные» элементы типа «все остальное», «что-то еще».

Другой важный момент в построении моделей систем заключается в том, что главная цель всегда сопровождается заданием дополнительных целей, причем невыполнение этих дополнительных целей может сделать ненужным или даже вредным

достижение главной цели.

Пример. Лет 40 назад свечение цифр и стрелок наручных часов достигалось применением фосфоресцирующей краски. Однако оказалось, что эта краска создает вредное для здоровья излучение, и выпуск таких часов пришлось прекратить. И только когда были найдены нерадиоактивные

светящиеся материалы, такие часы снова появились в продаже.

Модель «черного ящика» часто оказывается не только очень полезной, но и в ряде случаев единственно возможной, например:

- когда исследуется влияние лекарства на живой организм, то нет возможности вмешательства в него как систему иначе, как через входы, а выводы делаются только по итогам наблюдений за выходами;

- когда необходимо изучить поведение системы в обычной для нее обстановке, то нельзя не только вмешиваться в саму систему, но надо специально заботиться о том, чтобы измерения как можно меньше влияли на систему;

- когда нет информации о внутреннем устройстве системы.

Если же «заглянуть» внутрь системы, то мы увидим, что оно неоднородно. В состав системы входят более мелкие ее части, которые, в свою очередь, могут включать в себя еще более мелкие составляющие. Те части системы, которые рассматриваются как неделимые, называют элементами (Э). Части системы, состоящие более чем из одного элемента, - подсистемами (ПС).

Модель состава системы. Для того чтобы решить вопросы, связанные с внутренним устройством системы, модели «черного ящика», естественно, недостаточно.

Совершенно ясно, что подсистемы обладают определенной иерархией, поэтому в случае необходимости можно говорить, что это «подподсистема» или «подсистема такого-то уровня».

В результате получаем модель состава, которая описывает, из каких подсистем и

элементов состоит система.

Пример. Составим один из вариантов модели состава уже рассмотренной нами системы «городской транспорт». Она может иметь следующий вид.

Система	Подсистема	Элементы
Городской транспорт	Автомобильный транспорт	Автобусы Маршрутные такси Такси
	Электрический транспорт	Троллейбусы Трамваи
	Служба эксплуатации	АТП Трамвайно-троллейбусные парки Ремонтные предприятия
	Служба управления	Структура Функции Персонал
	Дорожное хозяйство	Автомобильные дороги Городские улицы Служба организации дорожного движения

Построение моделей состава только на первый взгляд кажется простым делом. Если разным экспертам, одинаково хорошо знающим предмет, поручить составить модель состава одной и той же системы, результаты, скорее всего, будут различными. Это имеет, по крайней мере, две причины:

- нет четкого понятия элементарности, поэтому для разных целей один и тот же

объект может быть разделен на разные составные части;

Пример. Один и тот же завод для директора, главного бухгалтера, начальника пожарной охраны состоит из совершенно различных подсистем. То, что для одного обязательно войдет в модель,

может совершенно не интересовать другого.

- всякое разделение целого на части является в значительной степени условным, т.к. границы между подсистемами относительны. Это, кстати, относится и к грани-

цам между системой и окружающей средой.

Пример. Возьмем часы. Какую бы природу не имели устройства, которые мы называем часами, в них можно выделить две подсистемы: датчик времени, т.е. процесс, ход которого имитирует ход времени (это может быть равномерное раскручивание пружины, равномерное течение струйки песка, вращение Земли и т.д.), и индикатор времени, т.е. устройство, преобразующее состояние датчика в сигнал времени. Этими двумя подсистемами модель состава часов можно считать исчерпанной. Однако, поскольку фактически каждые часы показывают не время как таковое, а лишь состояние своего датчика, показания их рано или поздно разойдутся. Выход из этого положения состоит в использовании для синхронизации часов некоего общего для всех эталона времени. Тут и встает вопрос: включать или не включать этот эталон времени в состав часов как системы или

рассматривать часы как подсистему в общей системе указания времени.

Подобных примеров относительности системных границ можно привести множество (солдат в отпуске, студент на каникулах, получение травмы человеком, возвращающимся с работы и т.п.).

Модель структуры. Часто бывает, что для достижения каких-то практических целей модели «черного ящика» или модели состава недостаточно. Например, чтобы получить автомобиль, недостаточно иметь «ящик» со всеми отдельными его деталями, узлами, агрегатами. Необходимо еще правильно соединить эти детали между собой, или, говоря научно, установить между элементами определенные связи – отношения. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели связей между элементами называется структурой системы.

Говоря о модели структуры, следует выделить три момента:

- хотя теоретически структуру можно изучать отдельно от модели состава, на практике отношения между элементами рассматривают уже после того, как рассмотрены сами элементы (модель состава);

- между реальными объектами, вовлеченными в систему, имеется бесконечное множество связей. В модели же мы рассматриваем лишь наиболее существенные из

них;

Пример. При расчете механизмов не учитываются силы взаимного притяжения деталей, хотя исходя из закона всемирного тяготения они существуют. А вот вес деталей (сила притяжения их

к Земле) в расчетах учитывается обязательно.

- связи между элементами могут быть самыми разнообразными, и попытки их учесть наталкиваются, во-первых, на их большое количество и, во-вторых, на неясность того, все ли связи нам известны. Здесь помогает, правда, тот факт, что количество существенных для большинства случаев связей, как правило, ограничено.