Первое определение системы. Целевая предназначенность системы

Тема 4 Системы и модели систем

Задание №4

Задание №3

Задание №2

Задание №1

Тема Методы и модели теории систем. Роль моделей и моделирования в изучении систем

Семинарское занятие 3

1. Практическая значимость ценности моделей и моделирования.

2. Фундаментальные свойства моделей.

3. Что произойдет с моделью в случае отсутствия ингерентности?

4. Перечислите главные отличия модели и моделируемой реальности.

5. Объясните сходство модели и моделируемой реальности.

Индивидуальные задания к семинару 3

1. Что заставляет нас пользоваться моделями вместо самих моделируемых объектов?

2. Какие функции выполняют модели во всякой целесообразной деятельности?

3. Возможна ли деятельность без моделирования?

4. В каком смысле модель – “окно”, через которое мышление постигает мир?

1. В каких областях знаний и практической деятельности модельное познание играет важную роль?

2. Докажите важность и необходимость моделирования в решении социальных, экономических и экологических проблем.

1. Какие средства и приемы используются в процессе моделирования систем?

2. Какое значение имеет ингерентность в процессе реализации свойств модели?

3. Приведите примеры в истории человечества, когда модели систем не были реализованы по причине отсутствия ингерентности.

1. Почему моделирование является неразрывным сплавом науки и искусства?

2. Каковы причины того, что любая модель со временем меняется?

3. Приведите примеры эволюции теоретических моделей в истории человечества.

Центральной концепцией теории систем, кибернетики, системного подхода, всей системологии является понятие "системы". Понятие системы является основным понятием системного анализа.

Поэтому очень многие авторы анализировали это понятие, развивали определение системы до различной степени формализации.

Известно, что время от времени перед человеком встают проблемы, которые необходимо решать. А т.к. решить свои проблемы человек один, как правило, не в состоянии, то его проблема начинает затрагивать и других, и возникает, как говорят, проблемная ситуация.

Проблемность ситуации осознается постепенно: вначале возникает смутное ощущение, что «что-то не так», затем появляется потребность в изменении ситуации, после этого выявляется, в чем, собственно, состоит проблема и, наконец, формулируется цель, т.е. устанавливается, что нужно сделать, чтобы проблему решить.

Цель - это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему.

Цели, которые ставит перед собой человек, редко достижимы только за счет его собственных возможностей или внешних средств, имеющихся у него в данный момент. Такое стечение обстоя­тельств называется проблемной ситуацией.

Вся последующая деятельность, способствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цели, т.е. как работа по созданию системы. Другими словами: система есть средство достижения цели. Это и есть первое определение системы.

Приведем несколько упрощенных примеров систем, предназначенных для реализации определенных целей.

№	Цель	Система
	В произвольный момент указать время	Часы
	Обеспечить выпечку хлеба в заданном ассортименте для значительного количества людей	Пекарня
	Передать зрительную информацию в звуковом сопровождении на большие расстояния практически мгновенно	Телевидение
	Обеспечить быстрое перемещение большого числа людей по их желанию в пределах города	Городской транспорт

Отметим, что далеко не просто сформулировать цели так, чтобы имелось действительно очевидное соответствие между целями и системами.

Например, только слова "практически мгновенно" в примере 3 отличает цель телевидения от цели кино или пересылки видеокассет. В то же время, между целью (абстрактной и конечной моделью) и реальной системой нет, и не может быть однозначного соответствия: для достижения заданной цели могут быть избраны разные средства - системы. С другой стороны, заданную реальную систему можно использовать и для других целей, прямо не предусмотренных при ее создании

Если так не просто обстоит дело с формулировкой целей уже существующих систем, то тем более осторожно, тщательно, продуманно, условно (осознанно системно) следует подходить к формулировке целей еще не существующих, а только проектируемых систем.

2. Модель «черного ящика»

Для более определенной и точной характеристики конструкции системы следует развивать ее модель, преобразуя имеющиеся сведения так, чтобы в результате получить более удобную форму модели, включая в модель по мере необходимости дополнительные сведения.

Важную для человека роль играют наглядные, образные, визуальные модели. Перейдем от первого определения системы к его визуальному экви­валенту.

Во-первых, приведенное определение ничего не говорит о внутреннем устройстве системы. Поэтому ее можно изобразить в виде непрозрачного "ящика", выделенного из окружающей среды. Подчеркнем, что уже эта, максимально простая, модель по-своему отражает два следующих важных свойства системы: целостность и обособленность от среды.

Во-вторых, в определении системы косвенно говорится о том, что хотя "ящик" и обособлен, выделен из среды, но не является полностью от нее изолированным.

В самом деле, ведь достигнутая цель - это запланированные заранее изменения в окружающей среде, какие-то продукты работы системы, предназначенные для потребления вне ее.

Иначе говоря, система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на среду.

Изобразим связи в виде стрелок, направленных от системы в среду. Эти связи называются выходами системы.

Подчеркнем еще раз, что выходы системы в данной графической модели соответствуют слову "цель" в словесной модели (первом определении) системы.

Кроме того, в определении имеется указание и на наличие связей другого типа: система является средством, поэтому должны существовать и возможности ее использования, воздействия на нее, т.е. и такие связи со средой, которые направлены извне в систему.

Изобразим эти связи также в виде соответствующих стрелок, направленных от среды в систему, и назовем их входами системы.

Модель "черного ящика"

В результате мы построили модель системы, которая получила название " черного ящика "

Это название образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании системы.

В модели задаются только входные и выходные связи системы со средой, т.е. множество X и Y входных и выходных переменных. Такая модель, несмотря на внешнюю простоту и на отсутствие сведений о внутреннем строении системы, часто оказывается очень полезной.

Отметим, однако, что построение модели "черного ящика" не является тривиальной задачей, так как на вопрос о том, сколько и какие именно входы и выходы следует включать в модель, ответ не прост и не всегда однозначен.

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 системы, мы из этого бесчисленного множества связей отбираем конечное их число для включения в список входов и выходов.

Критерием отбора при этом является целевое назначение модели, существенность той или иной связи по отношению к этой цели. То, что существенно, важно, включается в модель, то, что несущественно, неважно, - не включается.

Именно здесь возможны ошибки. Тот факт, что мы не учитываем в модели, исключаем из рассмотрения остальные связи, не лишает их реальности, они все равно действуют независимо от нас. И нередко оказывается, что казавшееся несущественным или неизвестным для нас на самом деле является важным и должно быть учтено.

Особое значение этот момент имеет при задании цели системы, т.е. при определении ее выходов главную цель приходится сопровождать заданием дополнительных целей.

3. Модель состава системы

Очевидно, что вопросы, касающиеся внутреннего устройства системы, невозможно решить только с помощью модели "черного ящика". Для этого необходимы более развитые, более детальные модели.

При рассмотрении любой системы обнаруживается, что ее целостность и обособленность, отображенные в модели черного ящика, выступают как внешние свойства. Внутренность же "ящика" оказывается неоднородной, что позволяет различать составные части самой системы.

При более детальном рассмотрении некоторые части системы могут быть, в свою очередь, разбиты на составные части и т.д.

Те части системы, которые мы рассматриваем как неделимые, называются элементами.

Части системы, состоящие более чем из одного элемента, называют подсистемами.

При необходимости можно ввести обозначения или термины, указывающие на иерархию частей. В результате получается модель состава системы, описывающая из каких подсистем и элементов она состоит.

Рис. Модель состава системы

Пример модели состава системы:

или

Система	Подсистемы	Элементы
Семья	Члены семьи	Муж, жена, дети, родители
Имущество семьи	Общее жилье и хозяйство, личная собственность членов семьи
Отопительная система жилого дома	Источники тепла	Котельная
Подсистема распределения и доставки тепла	Трубы, батареи, вентили
Подсистема эксплуатации	Службы эксплуатации и ремонта, персонал

Рис. Модель состава системы

Несмотря на полезность рассмотренных выше моделей систем, существуют проблемы, решить которые с помощью таких моделей нельзя.

Например, чтобы получить велосипед, недостаточно иметь отдельные его детали (хотя состав системы налицо). Необходимо еще правильно соединить все детали между собой, или, говоря общо, установить между элементами определенные связи - отношения.

Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами называется структурой системы.

Когда мы рассматриваем некую совокупность объектов как систему, то из всех отношений мы выбираем важные, т.е. существенные для достижения цели.

Точнее, в модель структуры (в список отношений) мы включаем только конечное число связей, которые существенны по отношению к рассматриваемой цели.

Например, при расчете механизмов не учитываются силы взаимного притяжения его деталей, хотя, согласно закону всемирного тяготения, такие силы объективно существуют. Зато вес деталей учитывается обязательно.